EP2119826B1

EP2119826B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Befeuchten einer Faserstoffbahn

Info

Publication number: EP2119826B1
Application number: EP09159959A
Authority: EP
Inventors: Jörg Dr. Rheims; Lothar Dr. Zimmermann; Frank Wegehaupt; Thomas Keuerleber
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: EP2119826A1; DE102008023924A1; ATE497059T1; DE502009000342D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befeuchten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, bei dem man zuerst Flüssigkeit und danach Dampf auf die Faserstoffbahn aufträgt, wobei man den Dampf auf die Faserstoffbahn aufträgt, solange sich zuvor aufgetragene Flüssigkeit noch auf der Oberfläche befindet.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Befeuchten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit einer einem Bahnlaufpfad benachbarten Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und einer entlang des Bahnlaufpfades dahinter angeordneten Dampfausgabeeinrichtung, wobei ein Abstand zwischen einem Ausgang der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und einem Eingang der Dampfausgabeeinrichtung so gewählt ist, dass der Abstand im Bereich von 20 mm bis 2000 mm liegt, insbesondere im Bereich von 30 mm bis 1500 mm und bevorzugt im Bereich von 50 mm bis 500 mm, und/oder sich am Eingang der Dampfausgabeeinrichtung noch mindestens 75 %, insbesondere mindestens 90 % der in der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung aufgetragenen Flüssigkeit auf der Oberfläche der Faserstoffbahn befindet.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen zuerst Flüssigkeit und danach Dampf auf die Faserstoffbahn aufgetragen werden, sind beispielsweise aus EP 0 979 897 B1 bekannt.
In US 6 274 001 B1 ist ein Verfahren zum Kalandern einer Materialbahn, wie beispielsweise einer Papierbahn, beschrieben, wobei zunächst Flüssigkeit mit Hilfe von Flüssigkeitsausgabeeinrichtungen auf die Materialbahn aufgebracht wird und anschließend Dampf mit Hilfe von Dampfausgabeeinrichtungen. Durch die aufgetragene Flüssigkeit soll die Materialbahn unter eine Temperatur von 180°F gekühlt werden, so dass eine möglichst gute Kondensation des später aufgetragenen Dampfes in der Materialbahn erfolgen kann.
In DE 10 2005 031 445 A1 ist ein Verfahren zum Behandeln einer Bahn aus Faserstoff und ein Kalander beschrieben, wobei die Feuchtigkeit in Form einer Dampf-Wasser-Kombination auf die Bahn aufgetragen wird. Aus Düsenöffnungen der Dampf-Wasser-Kombinationen, die sowohl eine Dampfzufuhr als auch eine Wasserzufuhr aufweisen, werden dabei Sprühstrahlen ausgestoßen, die ein Gemisch aus Dampf und Wasser beinhalten.
US 6 248 407 B1 betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines Beschichtungsmediums auf eine Materialbahn, wobei eine Flüssigkeitsausgabeeinrichtung innerhalb einer Kammer angeordnet ist, die mit Dampf gefüllt ist. Dieser Dampf dient in erster Linie zur Befeuchtung des Beschichtungsmaterials und kondensiert teilweise in der Materialbahn.
In US 5 922 407 ist ein Verfahren zum Aufbringen eines flüssigen oder pastösen Mediums auf eine bewegte Materialbahn beschrieben, wobei das flüssige oder pastöse Medium aus einer Flüssigkeitsausgabeeinrichtung auf die Materialbahn aufgebracht wird. Die Materialbahn wird anschließend derart in einem Bogen geführt, dass die aufgetragene Flüssigkeit durch die auftretenden Zentrifugalkräfte in die Materialbahn eingepresst wird. Um das Eindringen des flüssigen Mediums in die Materialbahn zu verbessern, kann nach dem Auftragen der Flüssigkeit Dampf auf die Bahn aufgebracht werden. Dieser Dampf kann dabei auf die Flüssigkeit aufgebracht werden, die sich noch auf der Oberfläche der Bahn befindet.
US 6 187 142 B1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung einer feuchten Materialbahn, wobei eine Beschichtung aufgebracht wird. Neben einer Beschichtungsvorrichtung sind dabei Ausgabeeinrichtungen vorgesehen, die Dampf und/oder Wasser auf die Materialbahn aufbringen können.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Befeuchtung einer Papierbahn beschrieben. Sie ist aber auch bei anderen Faserstoffbahnen, z.B. Papp- oder Kartonbahnen, in entsprechender Weise anwendbar.
Bei der Herstellung einer Papierbahn ist in vielen Fällen eine Befeuchtung notwendig. Wenn man die Papierbahn beispielsweise durch einen Kalander leitet, um sie zu satinieren, dann trägt man eine Feuchtigkeit auf, um das Satinageergebnis zu verbessern. Dabei möchte man erreichen, dass der Feuchtigkeitsauftrag im Wesentlichen an der Oberfläche der Papierbahn bleibt, weil nur dort die Fasern plastifiziert werden sollen. Die Feuchtigkeit soll hingegen beim Durchlaufen der Nips möglichst nicht in das Innere der Papierbahn eingedrungen sein, um eine volumenschonende Satinage zu erreichen. Man möchte also einen Feuchtigkeits-Gradienten und möglichst auch einen Temperatur-Gradienten erreichen.
Für die Befeuchtung der Papierbahn gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine Möglichkeit besteht darin, die Feuchtigkeit in Form von Dampf aufzubringen. In diesem Fall kondensiert der Dampf an der Oberfläche der Bahn, was den vorteilhaften Effekt hat, dass nicht nur die Feuchtigkeit der Oberfläche, sondern auch die Temperatur der Oberfläche erhöht wird. Dies erleichtert beispielsweise den nachfolgenden Satinagevorgang. Allerdings ist die Menge der auf diese aufbringbaren Flüssigkeit in starkem Maße abhängig von der Temperatur der Bahn. Wenn die Papierbahn beispielsweise einen Kalander mit Heizwalzen durchlaufen hat, dann ist die Bahntemperatur irgendwann so hoch, dass man mit einem Dampfauftrag einen sehr schlechten Wirkungsgrad erhält. Dementsprechend ist ein Dampfauftrag in oder hinter einem Kalander nur beschränkt möglich.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Feuchtigkeit in Form einer Flüssigkeit aufzubringen, die zerstäubt wird, beispielsweise in einem Düsenfeuchter. Allerdings gibt es hierbei keine Möglichkeit, die Temperatur der Bahn signifikant zu erhöhen. Darüber hinaus bereitet es vielfach Schwierigkeiten, die Feuchtigkeit auf diese Weise gleichmäßig aufzutragen, da sich die Flüssigkeit immer in Form von einzelnen Tropfen auf der Oberfläche der Papierbahn niederschlägt. Trotz feiner Tropfen bildet sich vielfach kein homogener Film aus. Dadurch besteht die Gefahr von Markierungen auf der Oberfläche der Papierbahn. Man benötigt eine relativ lange Verweilzeit der Flüssigkeit auf der Papierbahn, bevor sie in einen Kalandernip oder eine andere Behandlungseinrichtung eingeführt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst hohen und störungsarmen Feuchteauftrag zu erreichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass man die Flüssigkeit in Form von Eiskristallen aufbringt.
Bei dieser Vorgehensweise dient die zuerst aufgetragene Flüssigkeit als Nucleus oder Kern für die Kondensation des danach aufgetragenen Dampfes, so dass die Kondensation des Dampfes weitgehend unabhängig von der Temperatur der Faserstoffbahn erreicht wird. Durch die Kondensation wird die bereits aufgetragene Flüssigkeit erwärmt. Dadurch sinkt die Viskosität dieser Flüssigkeit und die Oberflächenspannung wird herabgesetzt, so dass die aufgetragene Flüssigkeit nun leichter einen gleichmäßigen Flüssigkeitsfilm ausbilden kann. Aus diesem Grund ist es möglich, die Befeuchtung der Faserstoffbahn auch kurz vor einem Nip eines Kalanders oder einer anderen Bearbeitungseinrichtung vorzunehmen, ohne dass sich größere Störungen an der Oberfläche ergeben. Durch das aufeinander folgende Auftragen von Flüssigkeit und Dampf hat man weitgehende Möglichkeiten, die Feuchtigkeit und die Temperatur der Faserstoffbahn unabhängig voneinander einzustellen. Keines der beiden Medien wird zum Auftrag des anderen benötigt. Darüber hinaus wirkt die aufgetragene Flüssigkeit auch als Wärmeleiter zwischen dem später aufgetragenen Dampf und der Faserstoffbahn, so dass die Faserstoffbahn durch den Dampf weiter erwärmt werden kann.
Man trägt die Flüssigkeit in Form von kleinen Eiskristallen auf, die zuvor beispielsweise aus Wasser bereitet worden sind. Derartige Eiskristalle werden den Zustand als Feststoff nur relativ kurze Zeit beibehalten. Sie werden durch den nachfolgenden Dampfauftrag sehr schnell in eine Flüssigkeit zurückgewandelt. Aufgrund der verglichen mit einer Flüssigkeit niedrigeren Temperatur kann der Dampf dann in vermehrtem Maße kondensieren, so dass man mehr Feuchtigkeit durch Dampfauftrag einbringen kann als sonst.
Vorzugsweise gibt man den Dampf mit einem zeitlichen Abstand im Bereich von 1 ms bis 200 ms, insbesondere im Bereich von 1 ms bis 100 ms, nach dem Auftrag der Flüssigkeit auf. Dieser zeitliche Abstand ist so gering, dass gewährleistet ist, dass in jedem Fall noch eine ausreichende Menge an Flüssigkeit auf der Oberfläche der Faserstoffbahn verbleibt. Die Flüssigkeit reicht aus, um den Dampf in gewünschtem Maße zu kondensieren.
Bevorzugterweise bringt man den Dampf mit einem räumlichen Abstand im Bereich von 20 mm bis 2000 mm, insbesondere von 30 mm bis 1500 mm und vorzugsweise im Bereich von 50 mm bis 500 mm hinter dem Auftrag der Flüssigkeit auf. Bei den heutigen Bahnlaufgeschwindigkeiten ist der Abstand so gewählt, dass beim Aufbringen des Dampfes noch genügend Flüssigkeit an der Oberfläche der Faserstoffbahn vorhanden ist, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Auch ist von Vorteil, wenn man den Dampf aufbringt, solange noch mindestens 75 %, insbesondere mindestens 90 %, der Flüssigkeit an der Oberfläche der Faserstoffbahn vorhanden sind. In diesem Fall steht weit mehr als die Hälfte der aufgetragenen Flüssigkeit zur Verfügung, um den Dampf zu kondensieren. Die Flüssigkeit wird durch den Dampf, wie bereits erwähnt, erwärmt. Aufgrund der relativ großen Flüssigkeitsmenge können sich die Flüssigkeitströpfchen, die sich an der Oberfläche der Faserstoffbahn ausgebildet haben, dann zu einem Film vereinigen.
Vorzugsweise gibt man die Flüssigkeit mit einem größeren Abstand zur Faserstoffbahn aus einer Flüssigkeitsausgabeeinrichtung aus als Dampf aus einer Dampfausgabeeinrichtung. Der Abstand zwischen der Flüssigkeit der Ausgabeeinrichtung und dem Bahnlaufpfad ist also größer als der Abstand zwischen der Dampfausgabeeinrichtung und dem Bahnlaufpfad. Der Abstand zwischen der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung richtet sich im Wesentlichen nach der gewünschten Qualität des Sprühauftrags. Der Wirkungsgrad des Dampfauftrags ist umso besser, je dichter die Dampfausgabeeinrichtung am Bahnlaufpfad angeordnet ist.
Vorzugsweise saugt man Flüssigkeitsnebel und/oder Dampf ab. In diesem Fall vermeidet man eine Beaufschlagung der Umgebung mit Flüssigkeitsnebel oder Dampf. Die im Flüssigkeitsnebel oder Dampf enthaltene Feuchtigkeit kann wieder verwendet werden.
Vorzugsweise trägt man nur soviel Flüssigkeit auf, wie für eine gewünschte Temperatursteigerung durch den nachfolgenden Dampfauftrag erforderlich ist. Dies ist dann günstig, wenn eine Temperatur-Steigerung über den möglichen Wert im reinen Dampfbetrieb erforderlich ist, aber eine Feuchtigkeitserhöhung der Faserstoffbahn möglichst nicht oder nur möglichst wenig erfolgen soll. Man verwendet dann die Flüssigkeit praktisch ausschließlich dazu, als Kondensationskern oder -keim für den Dampf zu dienen, so dass möglichst viel Dampf auf der Bahn kondensieren kann, was zu einer entsprechenden Temperaturerhöhung führt.
Vorzugsweise liegt die Bahntemperatur nach dem Dampfauftrag im Bereich von 80 bis 100°C, insbesondere im Bereich von 85 bis 90°C. Ohne einen vorherigen Flüssigkeitsauftrag sind solch hohe Temperaturen über einen reinen Dampfauftrag nicht zu realisieren. Wenn man aber zuvor Flüssigkeit aufträgt und den Dampf dann kondensieren lässt, dann kann man eine ausreichende Wärmemenge in die Bahn eintragen.
In einer alternativen Ausgestaltung trägt man soviel Flüssigkeit auf, wie zur Rückbefeuchtung der Bahn erforderlich ist, und vergleichmäßigt den Flüssigkeitsauftrag durch den nachfolgenden Dampfauftrag. Damit lassen sich beispielsweise Markierungen oder Streifen vermeiden. Der Dampf dient darüber hinaus gegebenenfalls zur Steigerung der Penetrationsgeschwindigkeit durch Erwärmen der Bahn.
Vorzugsweise trägt man die Flüssigkeit und/oder den Dampf über Schlitzdüsen auf. Mit einer Schlitzdüse lässt für den Flüssigkeitsauftrag ein Abstand von unter 25 mm zur Bahnoberfläche realisieren. Der Abstand kann dann genau so groß sein wie beim Dampfauftrag, was sehr vorteilhaft ist, wenn man ein gemeinsames Gehäuse verwendet.
Vorzugsweise trägt man eine mit Additiven versehene Flüssigkeit auf. Derartige Additive können beispielsweise das Penetrationsverhalten unterstützen, indem sie beispielsweise die Oberflächenspannung der Flüssigkeit reduzieren, oder eine Beschichtung durchführen oder eine Vergleichmäßigung des Flüssigkeitsauftrags unterstützen oder störende Ablagerungen reduzieren.
Bevorzugterweise verwendet man als Flüssigkeit Wasser, mindestens eine Streichfarbe, mindestens eine Stärkelösung, mindestens eine Beschichtungschemikalie, Polyacrylsäure und deren Salze mit Alkalimetallionen, Erdalkalimetallionen, Polyvenylalkohol, Polyäthylenglykol, Polypropylenglykole, Polysulfonsäuren und/oder langkettige organische Äther.
Bevorzugterweise trägt man die Flüssigkeit in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 8 g/m², insbesondere im Bereich von 0,2 bis 1,5 g/m² bezogen auf die Fläche der Faserstoffbahn auf.
Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung mit einem Eiserzeuger verbunden ist, um die Flüssigkeit in Form von Eiskristallen aufzubringen.
Wie oben erwähnt, wird auf diese Weise sichergestellt, dass bei der Beaufschlagung mit Dampf noch eine ausreichende Flüssigkeitsmenge an der Oberfläche der Faserstoffbahn vorhanden ist. Die Flüssigkeit hat dann zwei Aufgaben. Zum Einen dient sie als Nucleus oder Kondensationskern für die Kondensation des Dampfes. Zum anderen dient sie als Wärmeleiter, um die Wärme aus dem Dampf an die Oberfläche der Faserstoffbahn zu übertragen. Umgekehrt hat der Dampf die vorteilhafte Wirkung, dass die Viskosität und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit herabgesetzt wird, so dass sich leichter ein gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm an der Oberfläche der Faserstoffbahn ausbilden kann. Mit einem gleichmäßigen Flüssigkeitsfilm an der Oberfläche kann man die so befeuchtete Faserstoffbahn dann durch einen Nip in einem Kalander oder eine andere Behandlungseinrichtung führen, ohne dass man ein größeres Risiko der Beschädigung der Faserstoffbahn hat. Die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung ist mit einem Eiserzeuger verbunden. Ein Eiserzeuger verwandelt Flüssigkeit in Eis, vorzugsweise in Form von kleinen Eiskristallen. Wenn diese Eiskristalle auf die Oberfläche der Faserstoffbahn ausgegeben werden und danach Dampf aufgebracht wird, dann sind die Eiskristalle in besonders hohem Maße in der Lage, eine Kondensation des Dampfes zu bewirken. Dabei werden die Eiskristalle zwar aufgeschmolzen. Dies ist aber erwünscht, weil man letztendlich eine Befeuchtung der Faserstoffbahn erreichen möchte. Man kann hier eine große Menge an Dampf aufbringen, was eine besonders feine Steuerung ermöglicht.
Vorzugsweise weisen die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und die Dampfausgabeeinrichtung ein gemeinsames Gehäuse auf. Dieses Gehäuse kann auch dadurch gebildet sein, das die beiden Einrichtungen fest miteinander verbunden sind. Durch die Wahl eines gemeinsamen Gehäuses ist es möglich, die Flüssigkeitsausgabe und die Dampfausgabe räumlich so eng nebeneinander anzuordnen, dass auf jeden Fall sichergestellt ist, dass eine ausreichende Flüssigkeitsmenge noch an der Oberfläche der Faserstoffbahn vorhanden ist, um die Kondensation des Dampfes zu bewirken.
Vorteilhafterweise weist die Dampfausgabeeinrichtung einen Abstand zum Bahnlaufpfad auf, der kleiner ist als der Abstand der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung zum Bahnlaufpfad. Man kann dann den Abstand zwischen dem Bahnlaufpfad und der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung einerseits und dem Bahnlaufpfad und der Dampfausgabeeinrichtung andererseits unabhängig voneinander wählen. Bei einem geringen Abstand zwischen dem Bahnlaufpfad und der Dampfausgabeeinrichtung ist der Wirkungsgrad der Dampfausgabeeinrichtung besonders gut. Ein größerer Abstand bei der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung ermöglicht es, einen guten Wirkungsgrad bei der Ausbildung eines Sprühnebels zu erzielen.
Vorzugsweise ist eine Absaugeinrichtung vorgesehen. Die Absaugeinrichtung ist in der Lage, Dampf oder Flüssigkeitsnebel, der nicht von der Faserstoffbahn aufgenommen wird, abzusaugen und damit weg zu transportieren. Die Umgebung wird also nicht negativ beeinflusst.
Vorzugsweise weist die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und/oder die Dampfausgabeeinrichtung eine Schlitzdüsenanordnung auf. Mit einer Schlitzdüsenanordnung kann man einen relativ kleinen Abstand zwischen der Ausgabeeinrichtung und der Bahn erreichen, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn man Flüssigkeitsauftrag und Dampfauftrag aus einem gemeinsamen Gehäuse heraus vornehmen möchte. In diesem Fall ist die Schlitzdüse insbesondere für den Flüssigkeitsauftrag vorteilhaft.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Befeuchtung einer Faserstoffbahn,
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Vorrich- tung,
Fig. 3: eine Einbauposition einer Befeuchtungsvor- richtung im Bereich einer Walze,
Fig. 4: eine Einbauposition einer Vorrichtung im Be- reich einer freien Bahn,
Fig. 5: eine Einbauposition bei einer Befeuchtung von oben und
Fig. 6: eine schematische Darstellung einer Vorrich- tung mit Schlitzdüsen.

Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 2 bis 4 sind keine Ausführungsformen der beanspruchten Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Befeuchten einer Papierbahn 2. Die Papierbahn 2 wird hier als Beispiel für eine Faserstoffbahn verwendet. Anstelle der Papierbahn 2 kann natürlich auch eine Papp- oder Kartonbahn befeuchtet werden.
Die Papierbahn 2 wird in einer durch einen Pfeil dargestellten Laufrichtung 3 an der Vorrichtung 1 entlang bewegt. Dort wo sich die Papierbahn 2 befindet, wird ein Bahnlaufpfad angenommen.
Die Vorrichtung 1 weist in Laufrichtung 3 zunächst eine Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und danach eine Dampfausgabeeinrichtung 5 auf.
Die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 gibt Flüssigkeit in Form von Sprühstrahlen 6 in Richtung auf die Papierbahn 2 aus, so dass sich ein Flüssigkeitsfilm 7 bildet. Der Flüssigkeitsfilm 7 muss im Bereich der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 noch nicht zusammenhängen. Er kann dort auch noch in Form von einzelnen Tröpfchen vorliegen. Sobald die Flüssigkeit auf der Oberfläche der Papierbahn 2 angekommen ist, beginnt sie, in das Innere der Papierbahn 2 vorzudringen. Allerdings ist hierfür eine gewisse Zeit notwendig.
Die Papierbahn 2 läuft noch während dieser Zeit an der Dampfausgabeeinrichtung 5 vorbei, die Dampfstrahlen 8 in Richtung auf die Papierbahn 2 ausgibt. Der mit den Dampfstrahlen 8 transportierte Dampf kommt in Kontakt mit dem Flüssigkeitsfilm 7, der eine niedrigere Temperatur als die Dampfstrahlen 8 aufweist. Dementsprechend kondensiert der Dampf hier und bildet einen hier als "Dampffilm" 9 bezeichneten weiteren Film, der sich allerdings mit dem Flüssigkeitsfilm 7 vermischt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass man eine ausreichend niedrige Temperatur an der Oberfläche der Papierbahn 2 erzeugen kann, um den Dampf zum Kondensieren zu bringen. Dementsprechend kann die im Dampf enthaltene Wärmeenergie nahezu vollständig verwendet werden, um die Papierbahn 2 an der Oberfläche aufzuheizen. Der Dampfauftrag erfolgt also mit einem relativ hohen Wirkungsgrad.
Der Flüssigkeitsfilm 7 wird durch den Dampf erwärmt. Dadurch wird die Oberflächenspannung und die Viskosität der den Flüssigkeitsfilm 7 bildenden Flüssigkeit herabgesetzt, so dass die beim Flüssigkeitsauftrag möglicherweise entstandenen Tröpfchen sich zu einer gleichförmigen Schicht vereinigen können. Durch die erhöhte Temperatur kann die Flüssigkeit dann auch leichter in die Oberfläche der Papierbahn eindringen, so dass die Befeuchtung und die Erwärmung der Papierbahn 2 begünstigt wird.
Durch den getrennten Auftrag von Flüssigkeit und Dampf lassen sich diese beiden Medien unabhängig voneinander einstellen. Wenn die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und die Dampfausgabeeinrichtung 5 quer zur Laufrichtung 3 der Papierbahn in Zonen unterteilt sind, die unabhängig voneinander geregelt werden können, ist es möglich, die Feuchtigkeit über die Breite der Papierbahn profilieren zu können. Da man den Dampfauftrag und den Flüssigkeitsauftrag weitgehend unabhängig voneinander einstellen kann, ist die Profilierung sowohl bezüglich Temperatur als auch Feuchtigkeit möglich. Durch eine zonale Regelung der Flüssigkeits- und Dampfmenge kann beispielsweise zur Profilierung der Feuchte an zu trockenen Stellen Flüssigkeit aufgetragen werden und an zu feuchten Stellen Dampf, wenn der Dampf in einem Folgeprozess, z.B. dem Durchlaufen eines Nips eines Kalanders, eine stärkere Trocknung bewirkt. Dadurch ist eine gezielte und energiesparende Feuchteprofilierung möglich.
Durch den getrennten Auftrag von Dampf und Flüssigkeit lassen sich Feuchtigkeitsmengen, die zur Rückbefeuchtung benötigt werden, gezielt einstellen.
Die Flüssigkeit sollte bis zum Dampfauftrag möglichst weitgehend, also mindestens zu 75 %, besser noch zu mindestens 90 %, an der Oberfläche der Papierbahn 2 vorliegen. Sie sollte also nur zu einem kleinen Anteil in die Papierbahn 2 eingedrungen sein. Um dies zu erreichen, ordnet man die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und die Dampfausgabeeinrichtung möglichst dicht benachbart zueinander an, vorteilhafterweise sogar in einem gemeinsamen Gehäuse. Der räumliche Abstand zwischen dem Ende des Flüssigkeitsauftrags und dem Beginn des Dampfauftrags sollte im Bereich von 20 mm bis 2000 mm, insbesondere zwischen 50 mm und 1500 mm und besonders bevorzugt zwischen 30 mm und 500 mm liegen. Der zeitliche Abstand des Auftrags auf eine bewegte Papierbahn 2 sollte im Bereich von 1 ms bis 200 ms, vorzugsweise zwischen 1 ms und 100 ms liegen.
Wenn eine Steigerung der Feuchtigkeit nicht erforderlich ist, dann wird nur soviel Flüssigkeit aufgetragen, dass die gewünschte Temperatursteigerung durch den Dampfauftrag erreicht wird. Die Bahntemperatur wird nach der Vorrichtung 1 auf Temperaturen im Bereich von 70 bis 100°C, bevorzugterweise auf Temperaturen im Bereich von 80 bis 90°C aufgeheizt.
Fig. 2 zeigt schematisch, wie man eine derartige Vorrichtung realisieren kann. Die Vorrichtung 1 ist hierbei vor einem Nip 10 angeordnet, der zwischen zwei Walzen 11, 12 ausgebildet ist. Die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 weist einen Dampfanschluss 13 und einen Heißwasseranschluss 14 auf und kann in nicht näher dargestellter Weise gekühlt sein, um den eingetragenen Dampf in Nass- oder Sattdampf zu wandeln. Die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 kann auch einfach als Düsenfeuchter ausgebildet sein, in dem Wasser durch Luft oder auf andere Weise in feine Tröpfchen zerstäubt werden kann. Die Dampfausgabeeinrichtung 5 weist einen Dampfanschluss 15 auf. Im Übrigen sind gleiche Elemente wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Vorrichtung 1 ist so dicht vor dem Nip 10 angeordnet, dass bei Produktionsgeschwindigkeit weniger als 0,2 s, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,02 s vergehen, bevor die Papierbahn 2 nach dem Vorbeilaufen an der Vorrichtung 1 durch den Nip 10 läuft. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die angestrebte Feuchte- und Temperatur-Konditionierung nur in den äußeren Schichten der Papierbahn 2 erfolgt.
Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Vorrichtung 1 im Bereich einer Umlenkwalze 16 angeordnet ist. Gleiche Elemente wie in den Fig. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es ist zu erkennen, dass ein Abstand a zwischen der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und der Papierbahn 2, die auf der Oberfläche der Umlenkwalze 16 aufliegt, größer ist als ein Abschnitt b zwischen der Dampfausgabeeinrichtung 5 und der Papierbahn 2. Der Abstand a liegt vorzugsweise im Bereich von 15 bis 200 mm, insbesondere von 100 bis 120 mm. Der Abstand b liegt im Bereich von 10 bis 100 mm, insbesondere im Bereich von 15 bis 25 mm. Der Abstand a ist hierbei hauptsächlich von der gewünschten Qualität des Sprühauftrags abhängig.
Wenn man Schlitzdüsen für den Flüssigkeitsauftrag einsetzt, dann kann man den gleichen Abstand a zwischen der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und der Papierbahn 2 verwenden wie zwischen der Dampfausgabeeinrichtung 5 und der Papierbahn 2. Dieser Abstand liegt dann vorzugsweise im Bereich von 15 bis 20 mm.
Es ist zu erkennen, dass die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und die Dampfausgabeeinrichtung 5 ein gemeinsames Gehäuse aufweisen. Am Eingang der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 ist noch eine Spritzwand 17 angeordnet.
In Bahnlaufrichtung 3 hinter der Dampfausgabeeinrichtung 5 kann zusätzlich noch ein Heißluftaustritt 18 oder eine andere Möglichkeit zur Beheizung der Papierbahn 2 vorgesehen sein. Anschließend daran kann, wenn erforderlich, noch ein Feststoffauftrag 19 vorgesehen sein.
Im Anschluss an die Dampfausgabeeinrichtung 5 kann auch noch eine Absaugeinrichtung 20 angeordnet sein. Die Absaugeinrichtung 20 kann auch, wie dies durch Pfeile 21 angedeutet ist, ihre Wirkung im Bereich der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 entfalten, so dass dort Sprühnebel, der nicht von der Papierbahn 2 aufgenommen wird, abgesaugt wird.
Fig. 4 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung, bei der der einzige Unterschied darin besteht, dass die Vorrichtung 1 im Bereich eines freien Bahnzuges angeordnet ist.
Dementsprechend ist die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 nicht gekrümmt.
Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Vorrichtung 1 zumindest im Bereich des Flüssigkeitsauftrags oberhalb der Papierbahn 2 angeordnet ist. In diesem Fall ist die der Papierbahn 2 zugewandte Seite der Dampfausgabeeinrichtung 5 gekrümmt, so dass sich ein weitgehend gleichmäßiger Bedampfungsspalt ergibt.
Bei der Anordnung der Vorrichtung 1 in Schwerkraftrichtung oberhalb der Papierbahn 2 kann man die Flüssigkeit auch in Form von Feststoff, also in Form von Eiskristallen, auftragen. Hierzu ist dann die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 mit einer nicht näher dargestellten Eiserzeugungseinrichtung verbunden, die fortlaufend Eiskristalle produziert. Die Eiskristalle setzen die Temperatur der Oberfläche der Papierbahn 2 in besonderem Maße herab, so dass nachfolgend der mit den Dampfstrahlen 8 heran transportierte Dampf besonders gut kondensieren kann.
Fig. 6 zeigt schematisch die Ausbildung von Düsen der Vorrichtung 1. Vorgesehen sind in der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 erste Schlitzdüsen 22 und in der Dampfausgabeeinrichtung 5 zweite Schlitzdüsen 23. Hierbei ist ein Abstand t1 zwischen der in Bahnlaufrichtung 3 letzten Schlitzdüse 22 für Flüssigkeit und der in Bahnlaufrichtung 3 ersten Schlitzdüse 23 für Dampf so gewählt, dass er im Bereich von 20 mm bis 2000 mm, insbesondere im Bereich von 30 mm bis 500 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 500 mm liegt. Dementsprechend benötigt die Papierbahn 2 eine Zeit im Bereich von 1 ms bis 200 ms, insbesondere von 1 ms bis 100 ms, von der letzten Schlitzdüse 22 zur ersten Schlitzdüse 23 zu gelangen.
Als Flüssigkeit wird bevorzugt Wasser verwendet, das unter Umständen auch mit Additiven ausgestattet sein kann, um das Penetrationsverhalten zu unterstützen. Die Flüssigkeitsmenge liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 8 g/m², bevorzugterweise 0,5 bis 2,5 g/m². Hierbei verwendet man eine Flüssigkeitsmenge von 2 bis 2000 1/h, vorzugsweise zwischen 5 und 300 1/h pro Meter Breite der Papierbahn 2.
Die Flüssigkeit wird vorzugsweise in Zweistoffdüsen mit Hilfe eines Gases, also Luft oder Dampf, zerstäubt. Bevorzugte Drücke für das Zerstäubungsgas liegen im Bereich von 5 kPa bis 300 kPa, vorzugsweise im Bereich von 10 kPa bis 100 kPa. Die Menge des Zerstäubungsgases kann im Bereich von 100 bis 2000 m³/h, vorzugsweise im Bereich von 150 m³/h und 400 m³/h pro Meter Bahnbreite liegen.
Der Dampf für den Dampfauftrag sollte beim Eintritt in die Vorrichtung 1 vorzugsweise eine Temperatur im Bereich von 115 bis 135°C haben. Der Dampf sollte einen Dampfdruck von 1, 2 bis 2,0 bar absolut, vorzugsweise im Bereich von 1, 2 bis 1,5 bar absolut haben. Der Dampf wird mit einer Menge von 0,2 bis 5 g/m², vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2,5 g/ m² ausgegeben werden.
Zur Profilierung können die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und die Dampfausgabeeinrichtung 5 zonal aufgebaut sein, wobei jede Zone getrennt geregelt werden kann. Die Zonenbreite für den Flüssigkeitsauftrag liegt vorzugsweise im Bereich von 15 mm bis 100 mm. Bevorzugt wird eine Zonenbreite von 20 mm oder weniger. Die Zonenbreite für den Dampfauftrag liegt im Bereich von 50 bis 300 mm, vorzugsweise im Bereich von 50 mm bis 100 mm.
Die Vorrichtung 1 kommt vorzugsweise in einem Kalander zum Einsatz. Hierbei sollte der Flüssigkeitsauftrag in einem Bereich von 0,02 s bis 0,20 s vor dem Nip 10 beginnen, vorzugsweise in einem Bereich von 0,029 s bis 0,14 s vor dem Nip 10.

Claims

Verfahren zum Befeuchten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, bei dem man zuerst Flüssigkeit und danach Dampf auf die Faserstoffbahn aufträgt, wobei man den Dampf auf die Faserstoffbahn aufträgt, solange sich zuvor aufgetragene Flüssigkeit noch auf der Oberfläche befindet, dadurch gekennzeichnet, dass man die Flüssigkeit in Form von Eiskristallen aufbringt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Dampf mit einem zeitlichen Abstand im Bereich von 1 ms bis 200 ms, insbesondere im Bereich von 1 ms bis 100 ms, nach dem Auftrag der Flüssigkeit aufbringt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Dampf mit einem räumlichen Abstand im Bereich von 20 mm bis 2000 mm, insbesondere im Bereich von 30 mm bis 1500 mm und vorzugsweise im Bereich von 50 mm bis 500 mm hinter dem Auftrag der Flüssigkeit aufbringt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man den Dampf aufbringt, solange noch mindestens 75 %, insbesondere 90 % der Flüssigkeit auf der Oberfläche der Faserstoffbahn vorhanden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Flüssigkeit mit einem größeren Abstand zur Faserstoffbahn aus einer Flüssigkeitsausgabeeinrichtung ausgibt als Dampf aus einer Dampfausgabeeinrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man Flüssigkeitsnebel und/oder Dampf absaugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahntemperatur nach dem Dampfauftrag im Bereich von 80 bis 100°C, insbesondere im Bereich von 85 bis 90°C liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Flüssigkeit und/oder den Dampf über Schlitzdüsen aufträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man eine mit Additiven versehene Flüssigkeit aufträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man als Flüssigkeit Wasser, mindestens eine Streichfarbe, mindestens eine Stärkelösung, mindestens eine Beschichtungschemikalie, Polyacrylsäure und deren Salze mit Alkalimetallionen, Erdalkalimetallionen, Polyvenylalkohol, Polyäthylenglykol, Polypropylenglykole, Polysulfonsäuren und/oder langkettige organische Äther verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Flüssigkeit in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 8 g/m², insbesondere im Bereich von 0,2 bis 1,5 g/m² bezogen auf die Fläche der Faserstoffbahn aufträgt.
Vorrichtung zum Befeuchten einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit einer einem Bahnlaufpfad benachbarten Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und einer entlang des Bahnlaufpfades dahinter angeordneten Dampfausgabeeinrichtung, wobei ein Abstand (t1) zwischen einem Ausgang der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (4) und einem Eingang der Dampfausgabeeinrichtung (5) so gewählt ist, dass der Abstand (t1) im Bereich von 20 mm bis 2000 mm liegt, insbesondere im Bereich von 30 mm bis 1500 mm und bevorzugt im Bereich von 50 mm bis 500 mm, und/oder sich am Eingang der Dampfausgabeeinrichtung (5) noch mindestens 75 %, insbesondere mindestens 90 % der in der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung aufgetragenen Flüssigkeit (6) auf der Oberfläche der Faserstoffbahn (2) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (4) mit einem Eiserzeuger verbunden ist, um die Flüssigkeit im Form von Eiskristallen aufzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (4) und die Dampfausgabeeinrichtung (5) ein gemeinsames Gehäuse aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfausgabeeinrichtung (5) einen Abstand (b) zum Bahnlaufpfad aufweist, der kleiner ist als der Abstand (a) der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (4) zum Bahnlaufpfad.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absaugeinrichtung (20) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (4) und/oder die Dampfausgabeeinrichtung (5) eine Schlitzdüsenanordnung aufweist.