EP1382742A2 - Vorrichtung und Verfahren zum Imprägnieren einer Papier-oder Kartonbahn - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Imprägnieren einer Papier-oder Kartonbahn Download PDF

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EP1382742A2
EP1382742A2 EP03015423A EP03015423A EP1382742A2 EP 1382742 A2 EP1382742 A2 EP 1382742A2 EP 03015423 A EP03015423 A EP 03015423A EP 03015423 A EP03015423 A EP 03015423A EP 1382742 A2 EP1382742 A2 EP 1382742A2
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EP
European Patent Office
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web
wide nip
paper
impregnating agent
application
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EP1382742A3 (de
EP1382742B1 (de
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Rüdiger Dr. Kurtz
Alfred Dr. Bubik
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Voith Patent GmbH
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Voith Paper Patent GmbH
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    • D21G1/006—Calenders; Smoothing apparatus with extended nips
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    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
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Definitions

  • the invention relates to a device for impregnating a paper or cardboard web with a weight per unit area of more than 40 g / m 2 , with a web path in which a device for applying an impregnating agent, such as a starch solution, so-called starch glue, or other application means commonly used in paper finishing is arranged is.
  • the invention further relates to a method for impregnating a paper or cardboard web with an impregnating agent, such as a starch solution, so-called starch glue, or other application agents customary in paper finishing, the impregnating agent being pressed wholly or partially into the web.
  • Paper or cardboard webs are predominantly made of cellulose fiber educated. They therefore have a polar, strong hydrophilic in character, so are due to water easily wettable and swellable. About the uncontrolled Penetration of water or other polar liquids in the open pore fiber structure to prevent or limit some types of paper or cardboard "glued”, ie by adding a liquid impregnating agent, like starch glue, also called “glue” for short, or other more common in paper finishing Application agent, at least partially hydrophobic.
  • the Impregnation also has the advantage that the Strength of the web is increased.
  • the invention has for its object the impregnation to improve the paper or cardboard web without have to accept a larger volume loss.
  • This task is at a device of the beginning mentioned type in that in front of the path the application device arranged a wide nip calender is one by a circumferential coat and one cooperating counter-pressure element formed Has Breitnip through which the web running path leads is.
  • the web compresses somewhat in the wide nip becomes. If the web is compressed and then is inserted into the application device, it "sucks" so to speak full of impregnating agent. You lead this is due to the fact that by squeezing the Fibers the capillary action is increased so that the Transport of the liquid applied impregnating agent is improved into the web.
  • the wide nip calender has the advantage of elastic compression is reachable, i.e. one comes with relatively small ones Compressive stresses. Those entered in the Breitnip Forces are distributed over a relatively large area, so that there is a volume-saving effect.
  • the coat the Breitnipkalander should have a certain flexibility have so that it conforms to the shape of the counter pressure element, for example, a counter roller can.
  • This flexibility has another advantage. It leads to the fact that the web in the Breitnip is not squeezed. So none become local Structures destroyed. In the wide nip, the path becomes even condensed, i.e. also flake areas not overpressed, but similar to neighboring ones Areas where there are no such areas Have accumulated fibers. Because the train is everywhere is evenly compressed, also results everywhere the same capillary action, i.e. the impregnating agent is sucked up evenly over the entire surface of the web. This results in a higher rigidity of the Web, higher strength, e.g.
  • the web comes from the Breitnip out and runs directly into the order facility into it. In between, it can be redirected and may also be spread out.
  • An editing in the sense of an impact on the train or her there is no structure.
  • This approach has the advantage that compression, even if only is temporary, still exists when the web is in the order facility arrives. There can be Then soak the web with impregnating agent, the Order of course still by a certain External printing can be supported.
  • the wide nip preferably has a heating device on.
  • the heater has two advantages. On the one hand the surface properties of the web are improved. On the other hand, the penetration of the liquid impregnating agent into the web by an elevated temperature the train supports. The capillary effect is improved.
  • the heating device is preferably provided by the counterpressure element educated. This is a relatively simple one Possibility of the required thermal energy in the Breitnip to be entered, more precisely, transferred to the web.
  • the heating device is a Has web surface path in the wide nip delimiting surface, whose temperature is adjustable to 200 ° C or more is. If the web in the Breitnip with such a high Temperature is heated, then it has in the following Application device still a temperature that is high enough to prevent the penetration of the waterproofing agent to support in the train.
  • the temperature of the train in the order facility is usually under 100 ° C, so that there is no risk that the Impregnant liquid begins to boil.
  • the application device is preferably a film press educated.
  • the use of a film press versus A size press has the advantage that you can get higher speeds can drive.
  • the film press too called “Speed Sizer” comes with a film of the liquid impregnating agent and transfers this film in a nip on the paper or cardboard web.
  • the film press therefore effects a contour application of the liquid impregnating agent on the surface of the Paper or cardboard web. This results in a particularly advantageous one Interact with the wide nip, where a contour smoothing, So a similar processing takes place.
  • the Breitnip has a uniform density of Path creates, whereas the generation of a uniform Thickness is of minor importance.
  • a drying area downstream of the application device is, the temperature in the wide nip is higher than the temperature in the drying area.
  • the temperature in the drying area should be lower than the plasticizing temperature of the fibers the train. The surface of the web is therefore in the drying area no longer significantly changed.
  • the temperature in the wide nip is preferably at least to the plasticizing temperature of the fibers of the Paper or cardboard web adjustable. This means that the surface of the web in the Breitnip can be closed can. Closing creates a smooth surface on the Web without the penetration of the impregnating liquid to prevent.
  • the impregnating agent can due to the capillary effect still in the Advance inside the train. This is especially true if the impregnation agent application due to a pressure effect from the outside, for example through the film press or a size press is supported.
  • both a smoothing unit should be used with two hard rollers as well as another two or Multi-roller machine can be understood in the at least one roller is elastic or resilient Surface.
  • the task is in a method of the aforementioned Kind of solved in that the web before the order of the impregnating agent in a wide nip with pressure is acted upon by a circumferential jacket and a counter pressure element cooperating therewith is formed is.
  • the web In the Breitnip, the web is compressed a little, and that is compacted so that when applying the impregnating agent shows an excellent capillary action.
  • the web then soaks up with the impregnating agent, whereby the application and penetration of waterproofing agent are of course reinforced by external pressures can, as applied by cooperating rollers can be.
  • such pressures can be far be kept lower so that the volume loss the web when applying the impregnating agent smaller can be held.
  • Treatment in Breitnip takes a certain loss of volume in purchase. However, this loss of volume can be extraordinary be kept small. Due to the large exposure area the web in Breitnip it is possible to Adjust the compression of the web very precisely. The Compressive stresses that act on the web in the wide nip, can be kept relatively small.
  • the web is preferably heated in the wide nip.
  • the heating has two advantages, as stated above.
  • a warmer web has improved capillary action, i.e. the liquid impregnating agent can be absorbed more easily and penetrate into the interior of the web.
  • the web in the Breitnip to a certain extent smoothed so that the impregnating agent on a smoother Surface can be applied, which in turn the Order uniformity improved.
  • the impregnating agent is preferably applied in the contour application applied.
  • a contour application applied For example, a Use film press. Because in the wide nip a contour smoothing the contour application of the impregnating agent fits the previous treatment of the web in favorable way.
  • FIG. 1 schematically shows a paper machine 100 a wire section 1, a press section 2, a dryer section 3, which is divided into two parts 3a, 3b and between the two parts 3a, 3b of the dryer section an application device 4 for an impregnating agent, like a starch solution, a so-called starch glue, or other means of order commonly used in paper finishing, e.g. an aqueous pigment dispersion, with an upstream wide nip calender 5.
  • Behind the The second part of the dryer section 3b is a winding device 6 arranged in a paper or cardboard web 7 is wound into a winding roll 8.
  • a smoothing device is, i.e. lane 7 is already in the Wide nip calender 5 and the subsequent application device provided with such a surface smoothness, that further smoothing is not necessary.
  • the operation of the paper machine is known per se and should therefore only be briefly explained.
  • the Sieve section 1 becomes liquid pulp with a solids content in the order of 1% applied to a sieve 9.
  • the liquid flows through the sieve 9, so that the web with a solids content of about 20% in the press section 2 can break in.
  • Press nips formed that the paper or cardboard web passes together with a felt web 11.
  • the press nips 10 is further water from the web 7th pressed out and transferred into the felt webs 11.
  • To passing through the press section 2 comes the web 7 in the dryer section 3a, where it has a variety of Drying cylinders 12 is guided.
  • the drying cylinders 12 are heated, preferably with steam. So that will further moisture evaporated from the web 7.
  • the first part 3a of the dryer section is through the web 7 the Breitnipkalander 5 and then by the order facility 4 headed. After that, it will be in the second section 3b the dryer section dried, where further Drying cylinders 13 are provided, which are also heated are to evaporate liquid from the web 7.
  • Fig. 2 now shows an enlarged section of the paper machine with the application device 4 and the Wide nip calender 5.
  • the wide nip calender 5 is formed by a heated one Counter roll 14, which is provided with heating channels 15, through which a hot liquid or other heating medium can be passed to the counter roller 14 heat.
  • the counter roller 14 is heated so that its Surface 16 assumes a temperature of at least 200 ° C.
  • the temperature of the surface 16 should be as high be that the web fibers at least in the area of their Surface plasticized.
  • the counter roller 14 forms a wide nip 17 together with a circumferential jacket 18 which, under the action of a Pressure shoe 19 on the surface 16 of the counter roller 14 rests and the counter roller 14 over part of its Circumferentially wraps.
  • the jacket 18 is not in direct contact the surface 16 of the counter roller 14, but under Intermediate layer of the web 7.
  • the pressure shoe 19 has a Contact surface 20, the curvature of the curvature of the Surface 16 of the counter roller 14 is adapted. In not is shown in more detail, but is known per se the contact surface 20 is lubricated, for example hydrostatically or hydrodynamic.
  • the pressure shoe 19 can via a piston-cylinder device 21 with a Force are applied so that in the Breitnip 17 a certain compressive stress can be generated.
  • the compressive stress in the Breitnip 17, however, is relatively small compared to a compressive stress that otherwise unchanged force relationships in a nip between two reels would prevail.
  • the jacket 18 can be relatively stiff, as shown and circulate like a roller shell. Here will he is supported by rollers 22.
  • the jacket 18 can also be relatively thin, so that it is in accordance with Art of a band. In both cases, it should be a little compliant.
  • the wide nip 17 has one in the running direction of the web 7 relatively large length. This is preferably between 50 and 700 mm. One is therefore able to Set pressure tensions in the Breitnip 17 relatively sensitively.
  • the web 7 is over guide rollers 23, 24 of the application device 4 supplied, which in the present case as Film press or "Speed Sizer" is trained.
  • the application device 4 has two rollers 25, 26, which rotate in the direction of arrows 27, 28 and in the direction the arrows 29, 30 are pressed against each other and form a nip 31.
  • the web 7 is guided through the nip. A certain amount of pressure is applied to it.
  • Each roller 25, 26 is with an impregnating agent dispenser 32, 33 provided, the impregnation film 34, 35 on the surface of the rollers 25, 26.
  • the impregnation film 34, 35 is set so that Impregnating agent practically completely from the web 7 can be included.
  • the web 7 is somewhat compressed in the wide nip 17. This However, compression does not take place with the aim of the width of the web 7 to produce a uniform thickness. Rather, the pressurization of the web 7 in Breitnip 17 so that you create a uniform density. The pressurization is limited so far that flake areas are not crushed. Local thickening of web 7 is therefore retained. This can be seen in Fig. 3, where the web 7 in sections is shown in cross section. They are surveys 36 recognizable, which alternate with valleys 37. The smoothing in the wide nip 17 is therefore a contour smoothing.
  • the compression in the wide nip 17 is set so that the web 7 in the nip 31 of the application device 4 develops an increased capillary action.
  • the impregnating agent from the impregnating agent films 34, 35 is therefore not only introduced into the web 7 by the pressure 29, 30.
  • the impregnation agent entry is rather supported by the fact that the impregnation agent is absorbed by the capillary action of the web 7. As a result, it can penetrate or penetrate the web 7 much more quickly and deeply than would be possible simply by applying pressure. Due to the improved penetration of the web 7 with impregnating agent, thicker webs 7, i.e.
  • webs with larger basis weights for example 90 g / m 2 or more, can be completely impregnated with impregnating agent without having to accept a greater loss of volume.
  • a certain loss of volume in the Breitnip 17 is inevitable. However, this volume loss is relatively small due to the relatively low compressive stresses in the wide nip 17.
  • the capillary effect can also be caused by the heating the web 7 supported by the counter roller 14 become. It improves within certain limits Capillary action with increasing temperature. Indeed one will ensure that the temperature of the Lane 7 in the nip 31 of the application device 4 below 100 ° C. remains to boil the liquid waterproofing agent to prevent.
  • the temperature of the counter roll 14 is preferably so set that the fibers of the web 7 in the broad nip 17th be plasticized. So the fibers are shaped that they can’t line up anymore. This improves the ability of the web 7 in the nip 31 impregnating agent to record because the web is then "full-surface" can rest on the rollers 25, 26.
  • the application device 4 designed as a film press causes a contour application of the impregnating agent the surface of the web 7, which is also shown in FIG. 3 is recognizable.
  • a layer 38 is shown schematically there, which symbolize the applied impregnating agent should. It can be seen that this layer 38 has essentially the same thickness everywhere.

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  • Paper (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Imprägnieren einer Papier- oder Kartonbahn angegeben mit einem Flächengewicht über 40 g/m2, mit einem Bahnlaufpfad, in dem eine Einrichtung zum Auftragen eines Imprägniermittels, wie einer Stärkelösung, sogenanntem Stärkeleim, oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel angeordnet ist.
Man möchte die Imprägnierung der Papier- oder Kartonbahn verbessern, ohne einen größeren Volumenverlust in Kauf nehmen zu müssen.
Hierzu ist vorgesehen, daß im Bahnlaufpfad vor der Auftragseinrichtung (4) ein Breitnipkalander (5) angeordnet ist, der einen durch einen umlaufenden Mantel (18) und ein damit zusammenwirkendes Gegendruckelement (14) gebildeten Breitnip (17) aufweist, durch den der Bahnlaufpfad geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Imprägnieren einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Flächengewicht über 40 g/m2, mit einem Bahnlaufpfad, in dem eine Einrichtung zum Auftragen eines Imprägniermittels, wie einer Stärkelösung, sogenanntem Stärkeleim, oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Imprägnieren einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Imprägniermittel, wie einer Stärkelösung, sogenanntem Stärkeleim, oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel, wobei das Imprägniermittel ganz oder teilweise in die Bahn hineingedrückt wird.
Papier- oder Kartonbahnen sind überwiegend aus Zellulosefaser gebildet. Sie weisen daher einen polaren, stark hydrophilen Charakter auf, sind also durch Wasser leicht benetz- und quellbar. Um das unkontrollierte Eindringen von Wasser oder anderen polaren Flüssigkeiten in die offenporige Faserstruktur zu verhindern oder zu begrenzen, werden manche Papier- oder Kartonsorten "geleimt", also durch Zugabe eines flüssigen Imprägniermittels, wie Stärkeleim, auch kurz "Leim" genannt, oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel, zumindest partiell hydrophobiert. Das Imprägnieren hat darüber hinaus den Vorteil, daß die Festigkeit der Bahn erhöht wird.
Beim Imprägnieren mittels Leim oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel möchte man erreichen, daß der Leim die Bahn möglichst vollständig durchdringt, so daß die Bahn vollständig "gefüllt" ist. Dies ist bei dünneren Papieren mit einem Flächengewicht von bis zu 80 g/m2 in der Regel relativ einfach dadurch möglich, daß man die Bahn durch eine sogenannte Leimpresse mit einer Leim- oder Stärkeflotte laufen läßt und sie nach Durchtränkung im Preßnip zusammendrückt und dadurch den Leim in die Bahn hineindrückt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Bahn eine sogenannte Filmpresse durchlaufen zu lassen. Durch die in dem Nip wirkenden Druckspannungen dringt der Leim dann in die Bahn. Bei dickeren Papier- oder Kartonbahnen mit einem Flächengewicht von 90 g/m2 oder mehr führt diese Vorgehensweise bei ansonsten unveränderten Bedingungen aber dazu, daß der Leim, insbesondere beim Filmpressen, nur in bestimmte Oberflächenbereiche hineingedrückt wird, die Bahn also nicht vollständig durchdringt. Eine derartige Bahn, die nicht vollständig durchdrungen ist, hat gegenüber einer vollständig beaufschlagten Bahn beispielsweise verminderte Festigkeitseigenschaften.
Man könnte zwar theoretisch den Druck im Nip erhöhen, um den Leim auch in tiefere Bereiche der Bahn hineinzudrücken. Ein höherer Druck hat aber den Nachteil, daß er mit einem Volumenverlust der Bahn verbunden ist. Dies wiederum führt zu einer geringeren Dicke der Bahn und damit einhergehend zu einer Schwächung oder Verminderung der Festigkeit. Um diesen Nachteil auszugleichen, wäre es erforderlich, mehr Material zu verwenden, was wiederum zu einem höheren Flächengewicht der Kartonbahn führt. Bei Kartonbahnen möchte man einerseits eine hohe Festigkeit und andererseits ein möglichst geringes Flächengewicht erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Imprägnieren der Papier- oder Kartonbahn zu verbessern, ohne einen größeren Volumenverlust in Kauf nehmen zu müssen.
Diese Aufgabe wird bei einer Vörrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Bahnlaufpfad vor der Auftragseinrichtung ein Breitnipkalander angeordnet ist, der einen durch einen umlaufenden Mantel und ein damit zusammenwirkendes Gegendruckelement gebildeten Breitnip aufweist, durch den der Bahnlaufpfad geführt ist.
Man geht davon aus, daß die Bahn im Breitnip etwas komprimiert wird. Wenn die Bahn komprimiert ist und dann in die Auftragseinrichtung eingeführt wird, "saugt" sie sich sozusagen mit Imprägniermittel voll. Man führt dies darauf zurück, daß durch das Zusammendrücken der Fasern die Kapillarwirkung erhöht wird, so daß der Transport des flüssig aufgetragenen Imprägniermittels in die Bahn hinein verbessert wird. Der Breitnipkalander hat den Vorteil, daß eine elastische Kompression erreichbar ist, d.h. man kommt mit relativ kleinen Druckspannungen aus. Die in den Breitnip eingetragenen Kräfte verteilen sich auf eine relativ große Fläche, so daß sich eine volumenschonende Wirkung ergibt. Der Mantel des Breitnipkalanders sollte eine gewisse Nachgiebigkeit aufweisen, damit er sich der Form des Gegendruckelements, beispielsweise einer Gegenwalze, anpassen kann. Diese Nachgiebigkeit hat einen weiteren Vorteil. Sie führt nämlich dazu, daß die Bahn im Breitnip nicht gequetscht wird. Auch lokal werden also keine Strukturen zerstört. Im Breitnip wird die Bahn gleichmäßig verdichtet, d.h. auch Flockenbereiche werden nicht überpreßt, sondern gleichartig mit benachbarten Bereichen verdichtete an denen sich keine derartigen Faseransammlungen gebildet haben. Da die Bahn überall gleichmäßig verdichtet wird, ergibt sich auch überall die gleiche Kapillarwirkung, d.h. das Imprägniermittel wird über die gesamte Fläche der Bahn gleichmäßig aufgesaugt. Damit ergibt sich eine höhere Steifigkeit der Bahn, eine höhere Festigkeit, z.B. Reißfestigkeit, ein verbesserter Berstdruck und ein günstiger Gleitwinkel bei Kartonbahnen, d.h. die Oberflächenrauhigkeit ist groß genug, daß aufeinander stehende Kartons nicht rutschen. Diese Vorteile werden ansonsten nur mit mehr Masse erreicht, d.h. einem höheren Flächengewicht, was wiederum erhöhte Kosten mit sich bringt.
Vorzugsweise ist zwischen dem Breitnip und der Auftragseinrichtung, abgesehen von möglicherweise vorhandenen Leiteinrichtungen, keine weitere Bearbeitungseinrichtung angeordnet. Die Bahn kommt also aus dem Breitnip heraus und läuft unmittelbar in die Auftragseinrichtung hinein. Dazwischen kann sie zwar umgelenkt und gegebenenfalls auch ausgebreitet werden. Eine Bearbeitung im Sinne einer Einwirkung auf die Bahn oder ihr Gefüge erfolgt jedoch nicht. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die Verdichtung, auch wenn sie nur vorübergehend ist, noch vorhanden ist, wenn die Bahn in die Auftragseinrichtung einläuft. Dort kann sich die Bahn dann mit Imprägniermittel vollsaugen, wobei der Auftrag natürlich nach wie vor noch durch eine gewisse Druckgebung von außen unterstützt werden kann.
Vorzugsweise weist der Breitnip eine Heizeinrichtung auf. Die Heizeinrichtung hat zwei Vorteile. Zum einen werden die Oberflächeneigenschaften der Bahn verbessert. Zum anderen wird das Eindringen des flüssigen Imprägniermittels in die Bahn durch eine erhöhte Temperatur der Bahn unterstützt. Die Kapillarwirkung wird verbessert.
Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung durch das Gegendruckelement gebildet. Dies ist eine relativ einfache Möglichkeit, die benötigte Wärmeenergie in den Breitnip einzutragen, genauer gesagt, auf die Bahn zu übertragen.
Hierbei ist bevorzugt, daß die Heizeinrichtung eine den Bahnlaufpfad im Breitnip begrenzende Oberfläche aufweist, deren Temperatur auf 200°C oder mehr einstellbar ist. Wenn die Bahn im Breitnip mit einer derartig hohen Temperatur beheizt wird, dann hat sie in der nachfolgenden Auftragseinrichtung noch eine Temperatur, die hoch genug ist, um das Eindringen des Imprägniermittels in die Bahn zu unterstützen. Die Temperatur der Bahn in der Auftragseinrichtung wird dabei in der Regel unter 100°C liegen, so daß nicht die Gefahr besteht, daß die Imprägniermittel-Flüssigkeit zu sieden beginnt.
Vorzugsweise ist die Auftragseinrichtung als Filmpresse ausgebildet. Die Verwendung einer Filmpresse gegenüber einer Leimpresse hat den Vorteil, daß man höhere Geschwindigkeiten fahren kann. Die Filmpresse, die auch als "Speed Sizer" bezeichnet wird, wird mit einem Film des flüssigen Imprägniermittels versehen und überträgt diesen Film in einem Nip auf die Papier- oder Kartonbahn. Die Filmpresse bewirkt also einen Konturauftrag des flüssigen Imprägniermittels auf die Oberfläche der Papier- oder Kartonbahn. Dies ergibt ein besonders vorteilhaftes Zusammenwirken mit dem Breitnip, wo ein Konturglätten, also eine gleichartige Bearbeitung, erfolgt. Im Breitnip wird eine gleichmäßige Dichte der Bahn erzeugt, wohingegen die Erzeugung einer gleichmäßigen Dicke von untergeordneter Bedeutung ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Auftragseinrichtung ein Trocknungsbereich nachgeschaltet ist, wobei die Temperatur im Breitnip höher als die Temperatur im Trocknungsbereich ist. Insbesondere sollte die Temperatur im Trocknungsbereich geringer sein als die Plastifizierungstemperatur der Fasern der Bahn. Die Oberfläche der Bahn wird also im Trocknungsbereich nicht mehr nennenswert verändert.
Bevorzugterweise ist die Temperatur im Breitnip zumindest auf die Plastifizierungstemperatur der Fasern der Papier- oder Kartonbahn einstellbar. Dies bedeutet, daß die Oberfläche der Bahn im Breitnip geschlossen werden kann. Das Schließen schafft eine glatte Oberfläche der Bahn, ohne das Eindringen der Imprägniermittel-Flüssigkeit zu verhindern. Das Imprägniermittel kann aufgrund der Kapillarwirkung nach wie vor bis in das Innere der Bahn vordringen. Dies gilt vor allem dann, wenn der Imprägniermittelauftrag durch eine Druckwirkung von außen, beispielsweise durch die Filmpresse oder eine Leimpresse, unterstützt wird.
Durch die höhere Temperatur im Breitnip, bei der die Fasern der Bahn zumindest an der Oberfläche plastifiziert werden, wird erreicht, daß die Fasern sich nach dem Verlassen des Breitnips nicht mehr aufstellen können. Es gibt also eine insgesamt glattere Oberfläche, auf die das Imprägniermittel dementsprechend auch gleichmäßiger aufgetragen werden kann.
Bevorzugterweise ist zwischen der Auftragseinrichtung und einer nachgeschalteten Aufwickeleinrichtung aus den genannten Gründen keine Glätteinrichtung angeordnet. Unter Glätteinrichtung soll hierbei sowohl ein Glättwerk mit zwei harten Walzen als auch eine andere Zweioder Mehr-Walzenmaschine verstanden werden, bei der mindestens eine Walze eine elastische oder nachgiebige Oberfläche aufweist. Durch die Verwendung des Breitnipkalanders bekommt die Papier- oder Kartonbahn bereits eine so glatte Oberfläche, daß ein nachfolgendes Glätten vielfach nicht mehr erforderlich ist.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß Papiere und Kartons aus Holzschliff (stone groundwood), Holzstoff (mechanical pulp) und TMP (thermomechanical pulp) in der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Breitnipsatinage, Leimauftrag, Trocknen) beim Fertigtrocknen regelrecht "aufgehen". Mit anderen Worten, diese Papiere bzw. Kartons gewinnen, während die einmal erzielte Oberflächenglätte erhalten bleibt, hinter der Auftragseinrichtung sogar noch an Dicke und Volumen.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Bahn vor dem Auftrag des Imprägniermittels in einem Breitnip mit Druck beaufschlagt wird, der durch einen umlaufenden Mantel und ein damit zusammenwirkendes Gegendruckelement gebildet ist.
Im Breitnip wird die Bahn etwas komprimiert, und zwar so verdichtet, daß sie beim Auftragen des Imprägniermittels eine hervorragende Kapillarwirkung zeigt. Die Bahn saugt sich dann voll mit dem Imprägniermittel, wobei der Auftrag und die Penetration von Imprägniermittel natürlich durch äußere Drücke verstärkt werden kann, wie sie durch zusammenwirkende Walzen aufgebracht werden können. Allerdings können derartige Drücke weitaus niedriger gehalten werden, so daß der Volumenverlust der Bahn beim Auftrag des Imprägniermittels kleiner gehalten werden kann. Durch die Behandlung im Breitnip nimmt man zwar einen gewissen Volumenverlust in Kauf. Dieser Volumenverlust kann jedoch außerordentlich klein gehalten werden. Durch die große Beaufschlagungsfläche der Bahn im Breitnip ist es möglich, die Kompression der Bahn sehr genau einzustellen. Die Druckspannungen, die im Breitnip auf die Bahn wirken, können relativ klein gehalten werden.
Vorzugsweise wird die Bahn im Breitnip beheizt. Das Beheizen hat, wie oben ausgeführt, zwei Vorteile. Eine wärmere Bahn hat eine verbesserte Kapillarwirkung, d.h. das flüssige Imprägniermittel kann leichter aufgesaugt werden und damit in das Innere der Bahn vordringen. Zum anderen wird die Bahn im Breitnip in gewissem Umfang geglättet, so daß das Imprägniermittel auf eine glattere Oberfläche aufgetragen werden kann, was wiederum die Gleichmäßigkeit des Auftrags verbessert.
Vorzugsweise wird das Imprägniermittel im Konturauftrag aufgetragen. Hierfür läßt sich beispielsweise eine Filmpresse verwenden. Da im Breitnip eine Konturglättung erfolgt, paßt sich der Konturauftrag des Imprägniermittels der vorangehenden Behandlung der Bahn in günstiger Weise an.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung einer Papiermaschine,
Fig. 2
einen vergrößerten Ausschnitt mit einem Breitnipkalander und einer Filmpresse und
Fig. 3
eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus einer Kartonbahn.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Papiermaschine 100 mit einer Siebpartie 1, einer Pressenpartie 2, einer Trokkenpartie 3, die in zwei Teile 3a, 3b aufgeteilt ist und zwischen den beiden Teilen 3a, 3b der Trockenpartie eine Auftragseinrichtung 4 für ein Imprägniermittel, wie eine Stärkelösung, ein sogenannter Stärkeleim, oder sonstige in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel, z.B. eine wäßrige Pigmentdispersion, mit einem vorgeschalteten Breitnipkalander 5. Hinter dem zweiten Teil der Trockenpartie 3b ist eine Wickeleinrichtung 6 angeordnet, in der eine Papier- oder Kartonbahn 7 zu einer Wickelrolle 8 aufgewickelt wird. Es ist zu beachten, daß zwischen der Auftragseinrichtung 4 und der Wickeleinrichtung 6 keine Glätteinrichtung mehr angeordnet ist, d.h. die Bahn 7 wird bereits in dem Breitnipkalander 5 und der darauf folgenden Auftragseinrichtung mit einer solchen Oberflächenglätte versehen, daß eine weitere Glättung nicht erforderlich ist.
Die Arbeitsweise der Papiermaschine ist an sich bekannt und soll deswegen nur kurz erläutert werden. In der Siebpartie 1 wird flüssige Pulpe mit einem Feststoffgehalt in der Größenordnung von 1 % auf ein Sieb 9 aufgetragen. Die Flüssigkeit fließt durch das Sieb 9 ab, so daß die Bahn mit einem Feststoffgehalt von etwa 20% in die Pressenpartie 2 einlaufen kann. Dort sind verschiedene Pressennips ausgebildet, die die Papier- oder Kartonbahn zusammen mit einer Filzbahn 11 durchläuft. In den Pressennips 10 wird weiteres Wasser aus der Bahn 7 herausgedrückt und in die Filzbahnen 11 überführt. Nach dem Durchlaufen der Pressenpartie 2 kommt die Bahn 7 in die Trockenpartie 3a, wo sie über eine Vielzahl von Trockenzylindern 12 geführt wird. Die Trockenzylinder 12 sind beheizt, vorzugsweise mit Dampf. Damit wird weitere Feuchtigkeit aus der Bahn 7 verdampft. Nach dem ersten Teil 3a der Trockenpartie wird die Bahn 7 durch den Breitnipkalander 5 und danach durch die Auftragseinrichtung 4 geleitet. Danach wird sie im zweiten Abschnitt 3b der Trockenpartie getrocknet, wo weitere Trockenzylinder 13 vorgesehen sind, die ebenfalls beheizt sind, um Flüssigkeit aus der Bahn 7 zu verdampfen.
Fig. 2 zeigt nun einen vergrößerten Ausschnitt der Papiermaschine mit der Auftragseinrichtung 4 und dem Breitnipkalander 5.
Der Breitnipkalander 5 ist gebildet durch eine beheizte Gegenwalze 14, die mit Heizkanälen 15 versehen ist, durch die eine heiße Flüssigkeit oder ein anderes Heizmedium geleitet werden kann, um die Gegenwalze 14 zu beheizen. Die Gegenwalze 14 wird so beheizt, daß ihre Oberfläche 16 eine Temperatur von mindestens 200°C annimmt. Die Temperatur der Oberfläche 16 sollte so groß sein, daß die Bahnfasern zumindest im Bereich ihrer Oberfläche plastifiziert werden.
Die Gegenwalze 14 bildet einen Breitnip 17 zusammen mit einem umlaufenden Mantel 18, der unter der Wirkung eines Anpreßschuhs 19 an der Oberfläche 16 der Gegenwalze 14 anliegt und die Gegenwalze 14 über einen Teil ihres Umfangs umschlingt. Der Mantel 18 liegt nicht direkt an der Oberfläche 16 der Gegenwalze 14 an, sondern unter Zwischenlage der Bahn 7. Der Anpreßschuh 19 weist eine Anpreßfläche 20 auf, deren Krümmung der Krümmung der Oberfläche 16 der Gegenwalze 14 angepaßt ist. In nicht näher dargestellter, aber an sich bekannter Weise ist die Anpreßfläche 20 geschmiert, beispielsweise hydrostatisch oder hydrodynamisch. Der Anpreßschuh 19 kann über eine Kolben-Zylinder-Einrichtung 21 mit einer Kraft beaufschlagt werden, so daß im Breitnip 17 eine gewisse Druckspannung erzeugt werden kann. Die Druckspannung im Breitnip 17 ist allerdings relativ klein verglichen mit einer Druckspannung, die bei ansonsten unveränderten Kraftverhältnissen in einem Nip zwischen zwei Walzen herrschen würde.
Der Mantel 18 kann, wie dargestellt, relativ steif sein und nach Art einer Walzenschale umlaufen. Hierbei wird er durch Rollen 22 gestützt. Der Mantel 18 kann aber auch relativ dünn ausgebildet sein, so daß er nach Art eines Bandes umläuft. In beiden Fällen sollte er dennoch etwas nachgiebig sein.
Der Breitnip 17 weist in Laufrichtung der Bahn 7 eine relativ große Länge auf. Diese beträgt vorzugsweise zwischen 50 und 700 mm. Man ist daher in der Lage, die Druckspännungen im Breitnip 17 relativ feinfühlig einzustellen.
Die Bahn 7 wird über Leitwalzen 23, 24 der Auftragseinrichtung 4 zugeführt, die im vorliegenden Fall als Filmpresse oder "Speed Sizer" ausgebildet ist.
Die Auftragseinrichtung 4 weist zwei Walzen 25, 26 auf, die in Richtung der Pfeile 27, 28 rotieren und in Richtung der Pfeile 29, 30 gegeneinandergedrückt werden und einen Nip 31 bilden. Durch den Nip ist die Bahn 7 geführt. Sie wird dort mit einem gewissen Druck beaufschlagt.
Jede Walze 25, 26 ist mit einem Imprägniermittelspender 32, 33 versehen, der einen Imprägniermittelfilm 34, 35 auf der Oberfläche der Walzen 25, 26 aufträgt. Der Imprägniermittelfilm 34, 35 ist so eingestellt, daß das Imprägniermittel praktisch vollständig von der Bahn 7 aufgenommen werden kann.
Im Breitnip 17 wird die Bahn 7 etwas verdichtet. Diese Verdichtung erfolgt allerdings nicht mit dem Ziel, über die Breite der Bahn 7 eine gleichmäßige Dicke zu erzeugen. Vielmehr ist die Druckbeaufschlagung der Bahn 7 im Breitnip 17 so, daß man eine gleichmäßige Dichte erzeugt. Die Druckbeaufschlagung wird dabei so weit begrenzt, daß Flockenbereiche nicht zerquetscht werden. Lokale Verdickungen der Bahn 7 bleiben also erhalten. Dies geht aus Fig. 3 hervor, wo die Bahn 7 ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt ist. Es sind Erhebungen 36 erkennbar, die sich mit Tälern 37 abwechseln. Die Glättung im Breitnip 17 ist also eine Konturglättung.
Die Verdichtung im Breitnip 17 wird so eingestellt, daß die Bahn 7 im Nip 31 der Auftragseinrichtung 4 eine verstärkte Kapillarwirkung entfaltet. Das Imprägniermittel aus den Imprägniermittelfilmen 34, 35 wird also nicht nur durch den Druck 29, 30 in die Bahn 7 eingetragen. Der Imprägniermitteleintrag wird vielmehr dadurch unterstützt, daß das Imprägniermittel durch die Kapillarwirkung der Bahn 7 aufgesaugt wird. Dadurch kann es wesentlich schneller und tiefer in die Bahn 7 eindringen oder penetrieren, als es lediglich mit Hilfe der Druckbeaufschlagung möglich wäre. Durch die verbesserte Durchdringung der Bahn 7 mit Imprägniermittel kann man dickere Bahnen 7, also Bahnen mit größeren Flächengewichten, von beispielsweise 90 g/m2 oder mehr vollständig mit Imprägniermittel durchtränken, ohne daß man einen größeren Volumenverlust in Kauf nehmen müßte. Ein gewisser Volumenverlust im Breitnip 17 ist zwar unvermeidbar. Dieser Volumenverlust ist aber aufgrund der relativ geringen Druckspannungen im Breitnip 17 relativ gering.
Zusätzlich kann die Kapillarwirkung noch durch die Beheizung der Bahn 7 mit Hilfe der Gegenwalze 14 unterstützt werden. In gewissen Grenzen verbessert sich die Kapillarwirkung mit der Erhöhung der Temperatur. Allerdings wird man dafür sorgen, daß die Temperatur der Bahn 7 im Nip 31 der Auftragseinrichtung 4 unter 100°C bleibt, um ein Sieden des flüssigen Imprägniermittels zu verhindern.
Die Temperatur der Gegenwalze 14 wird vorzugsweise so eingestellt, daß die Fasern der Bahn 7 im Breitnip 17 plastifiziert werden. Die Fasern werden also so umgeformt, daß sie sich gar nicht mehr aufstellen können. Dies verbessert die Fähigkeit der Bahn 7, im Nip 31 Imprägniermittel aufzunehmen, weil die Bahn dann "vollflächiger" an den Walzen 25, 26 anliegen kann.
Die als Filmpresse ausgebildete Auftragseinrichtung 4 bewirkt einen Konturauftrag des Imprägniermittels auf der Oberfläche der Bahn 7, was ebenfalls aus Fig. 3 zu erkennen ist. Dort ist schematisch eine Schicht 38 dargestellt, die das aufgetragene Imprägniermittel symbolisieren soll. Es ist erkennbar, daß diese Schicht 38 überall im wesentlichen die gleiche Dicke aufweist.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Imprägnieren einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Flächengewicht über 40 g/m2, mit einem Bahnlaufpfad, in dem eine Einrichtung zum Auftragen eines Imprägniermittels, wie einer Stärkelösung, sogenanntem Stärkeleim, oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bahnlaüfpfad vor der Auftragseinrichtung (4) ein Breitnipkalander (5) angeordnet ist, der einen durch einen umlaufenden Mantel (18) und ein damit zusammenwirkendes Gegendruckelement (14) gebildeten Breitnip (17) aufweist, durch den der Bahnlaufpfad geführt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Breitnip (17) und der Auftragseinrichtung (4), abgesehen von möglicherweise vorhandenen Leiteinrichtungen (23, 24), keine weitere Bearbeitungseinrichtung angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Breitnip (17) eine Heizeinrichtung (14) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung durch das Gegendruckelement (14) gebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (14) eine den Bahnlaufpfad im Breitnip (17) begrenzende Oberfläche aufweist, deren Temperatur auf 200°C oder mehr einstellbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragseinrichtung (4) als Filmpresse ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftragseinrichtung (4) ein Trocknungsbereich (36) nachgeschaltet ist, wobei die Temperatur im Breitnip (17) höher als die Temperatur im Trocknungsbereich ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Breitnip (17) zumindest auf die Plastifizierungstemperatur der Fasern der Papier- oder Kartonbahn (7) einstellbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Auftragseinrichtung (4) und einer nachgeschalteten Aufwickeleinrichtung (6) keine Glätteinrichtung angeordnet ist.
  10. Verfahren zum Imprägnieren einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Imprägniermittel, wie einer Stärkelösung, sogenanntem Stärkeleim, oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel, wobei das Imprägniermittel ganz oder teilweise in die Bahn hineingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn vor dem Auftrag des Imprägniermittels in einem Breitnip mit Druck beaufschlagt wird, der durch einen umlaufenden Mantel und ein damit zusammenwirkendes Gegendruckelement gebildet ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn im Breitnip beheizt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel im Konturauftrag aufgetragen wird.
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