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Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Materialbahn
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, insbesondere Tissuebahn, mit einer eine Presszonenlänge L1 aufweisenden ersten Presszone, durch die die Faserstoffbahn zwischen einem umlaufenden permeablen Band und einem umlaufenden, permeablen Stützband liegend hindurchgeführt wird. Die erste Presszone ist derart ausgebildet, dass das Band, die Faserstoffbahn und das Stützband, zumindest auf einem Teil der Presszonenlänge L1, von einem Fluid durchströmt werden kann. Zusätzlich weist die Vorrichtung eine auf die erste Presszone folgende, eine Presszonenlänge L2 aufweisende, zweite Presszone auf. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Entwässern einer Faserstoffbahn und eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn.
Solche Vorrichtungen sind, zur Herstellung von voluminösen Tissueprodukten von hoher Qualität, bekannt. Diese Qualitätsstufe wird auch als "Premium- Tissue" bezeichnet. Besonders wichtig ist bei diesen Sorten ein voluminöser Blattaufbau mit guter Saugfähigkeit und hohem Wasserrückhaltevermögen. Bei der Herstellung vom Premium-Tissue steht die Qualität im Vordergrund. Die Herstellverfahren sind sehr aufwändig und energieintensiv. Die Kosten für diese Tissueprodukte sind daher sehr hoch.
Das Dokument WO2005/075736 A2 beschreibt eine Maschine und ein Verfahren zur Herstellung von Premium-Tissue. Die Faserstoffbahn wird nach der Formierzone in einer Entwässerungseinheit mit Bandpresse entwässert.
Die Faserstoffbahn liegt dabei zwischen einem strukturierten Sieb und einem
Band, beispielsweise einem Filz, und wird über eine Saugwalze geführt. Diese wird mit hohem Vakuum betrieben, um die Bahn durch die durchströmende heiße Luft schonend zu entwässern, wobei die Entwässerung durch die
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Bandpresse unterstützt wird. Zur weiteren schonenden Trockengehaltserhöhung sind optional noch eine Luftpresse oder ein BoostDryer nachgeschaltet. Diese Vorrichtungen sind sehr aufwändig.
Eine weitere Möglichkeit, Premium-Tissue herzustellen, bietet das bekannte "Through Air Drying"-Verfahren (TAD). Bei diesem Verfahren werden große Volumenströme an Heißluft oder Heißdampf mittels Druckhauben und Ventilatoren durch die auf einem strukturierten Sieb liegenden und über einen großen Durchströmzylinder geführten Faserstoffbahn gedrückt. Es ist ein aufwändiges Luft-, Dampfsystem notwendig. Im Formerbereich ist eine Vielzahl von Vakuumpumpen mit einem hohen Energiebedarf notwendig.
Neben der Premium-Tissue gibt es Tissue mit Standard Qualität. Diese Qualität wird auf sogenannten Crescent-Tissuemaschinen hergestellt. Diese bewährten Tissuemaschinen sind sehr einfach aufgebaut, verbrauchen weniger Energie und sind auf Produktion ausgelegt. Allerdings liegt die Qualität der hergestellten Faserstoffbahn deutlich unterhalb der von Premium-Tissue. Dies gilt entsprechend auch für die Preise.
Beide Qualitäten sind auf den regionalen Weltmärkten etabliert. Mit den sich in den letzten Jahren vollzogenen Veränderungen bzgl. der Rohstoff- und Energiesituation haben sich jedoch auch die Anforderungen des Marktes hinsichtlich der Qualität und der Preise von Tissuepapieren verändert. Die Märkte verlangen zunehmend nach neuen Tissuequalitäten die zwar zum einen unter der Premium-Qualität jedoch deutlich über der Standard-Qualität liegen und zum anderen dabei wesentlich weniger Energie bei geringerem Einsatz von hochwertigen Rohstoffen zur Herstellung der Tissuepapiere benötigen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Lösung zur kostengünstigen Herstellung von Tissuepapieren mittlerer Qualität anzugeben. Des Weiteren soll die Tissuemaschine zur Herstellung von Tissuepapieren mittlerer Qualität, so flexibel gestaltet sein, dass es möglich ist, durch schnelle Modifikation der Maschine sowohl Premium-Qualitäten als auch Standard und mittlere Qualitäten zu produzieren.
Die Aufgabe wird durch die folgenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Es wird eine Vorrichtung zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, insbesondere Tissuebahn vorgeschlagen, mit einer eine Presszonenlänge L1 aufweisenden ersten Presszone, durch die die Faserstoffbahn zwischen einem umlaufenden permeablen Band und einem umlaufenden, permeablen Stützband liegend hindurchgeführt wird, wobei die erste Presszone derart ausgebildet ist, dass das permeable Band, die Faserstoffbahn und das Stützband, zumindest auf einem Teil der Presszonenlänge L1, von einem Fluid durchströmt werden kann, und mit einer darauffolgenden, eine Presszonenlänge L2 aufweisenden, zweiten Presszone. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Faserstoffbahn zwischen zwei Bändern mit unterschiedlicher Kompressibilität durch die zweite Presszone geführt ist.
Diese Lösung hat zum einen den Vorteil, dass die Entwässerung der Faserstoffbahn im zweiten Pressnip schonend und effizient durchgeführt wird. Durch die unterschiedliche Kompressibilität der Bänder im zweiten Pressnip wird gewährleistet, dass sich die Faserstoffbahn an die Oberflächenstruktur des Bandes mit der geringeren Kompressibilität anschmiegt, während sie durch das Band mit der höheren Kompressibilität im Pressnip dagegen gedrückt wird. Durch diese unterschiedliche Kompressibilität oder Weichheit, bei gleichzeitig vorliegendem elastischen Verhalten des Bandes mit höherer Kompressibilität, entsteht so ein inniger, über die Fläche gleichmäßiger Kontakt zwischen der
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Faserstoffbahn und den Bändern, Dies wird insbesondere auch dann gewährleistet, wenn ein Band mit Taschen oder Vertiefungen aufweisender, strukturierter Oberfläche eingesetzt wird. Dieser gleichmäßige Kontakt begünstigt die Entwässerung, wodurch ein höherer Trockengehalt der Tissuebahn erreicht wird. Der Energieverbrauch des gesamten Herstellungsprozesses kann dadurch deutlich gesenkt werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine dreidimensionale Struktur der Faserstoffbahn und deren Oberfläche erzeugt bzw. aufrecht erhalten und gleichzeitig ein hoher Trockengehalt erreicht.
Dieser Vorteil ermöglicht, den Volumenstrom des durch die Faserstoffbahn strömenden Fluids im ersten Pressnip zu reduzieren und dadurch, im Vergleich zur Premium-Qualität, den Energieaufwand um 25% zu senken.
Obwohl die Qualität im Vergleich zur Premium-Qualität zurückgeht, ist sie immer noch wesentlich besser als bei der Standard-Qualität. Versuche haben ergeben, dass die Dicke der Faserstoffbahn zwar etwas geringer wird als bei Premium-Tissue, jedoch immer noch um 50% höher liegt als bei Standard- Tissue.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das durch die zweite Presszone geführte Band mit höherer Kompressibilität ein Filz. Ein besonders geeigneter Filz ist ein Filz, welcher der sogenannten Vector-Technologie des Anmelders entspricht. Ein Filz nach dieser Technologie umfasst ein gewobenes Grundgewebe auf das eine nicht gewobene, aus Filzfasern bestehenden, Schicht, einer sogenannten Vector-Schicht, auf die zur Faserstoffbahn weisenden Seite, aufgebracht ist. Die Fasern dieser Schicht sind dreidimensional ausgerichtet und haben eine Feinheit von größer 30 dtex, insbesondere größer als 67 dtex, vorzugsweise größer als 100 dtex. Oder
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sogar größer als 140 dtex. Dies hat den Vorteil, dass der Filz sehr offen ist und somit leicht entwässert. Die Luftdurchlässigkeit ist kleiner als 80 cfm, insbesondere kleiner als 40 cfm, vorzugsweise kleiner als 25 cfm.
Des Weiteren verleiht die dreidimensionale Anordnung der groben Fasern in der Vectorschicht dem Filz eine gute Elastizität (resilience) beim Durchgang durch den Pressnip. Dabei wird der Filz komprimiert und federt nach dem Pressnip wieder nahezu auf seine ursprüngliche Dicke zurück. Die Vectorschicht kann in einem Flächengewichtsbereich von 100 g/m2 bis 500 g/m2 liegen. Vorzugsweise wird die Vectorschicht von mindestens einem aus feineren Fasern bestehenden Fasergelege abgedeckt, das mit der Faserstoffbahn in Kontakt kommt. Diese feineren Fasern haben eine Feinheit von kleiner als 30 dtex, insbesondere von kleiner als 12 dtex, vorzugsweise von kleiner als 4 dtex.
In einer praktischen Ausführungsform ist zwischen dem mindestens einen Fasergelege und der Vektorschicht eine weitere Schicht vorgesehen, deren Fasern eine Feinheit aufweisen, welche zwischen der Feinheit der Fasern der Vektorschicht und der des die Faserstoffbahn berührenden Fasergeleges liegt. Die Feinheit der Fasern der weiteren Schicht liegt beispielsweise im Bereich zwischen 8 und 15 dtex, vorzugsweise bei 10 dtex.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das durch die zweite Presszone geführte Band mit geringerer Kompressibilität ein Band mit einer strukturierten Oberfläche und/oder ein TAD-Sieb. Das Band mit geringerer Kompressibilität kann vorzugsweise eine gewobene Struktur und/oder eine nicht gewobene Struktur, wie beispielsweise eine strukturierte Membrane, umfassen.
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Es ist vorteilhaft, wenn das permeable Band des ersten Pressnips eine strukturierte Oberfläche besitzt und/oder ein TAD-Sieb ist. Das permeable Band kann vorzugsweise eine gewobene Struktur und/oder eine nicht gewobene Struktur, wie beispielsweise eine strukturierte Membrane, umfassen.
Ein strukturiertes Band entsprechend der Erfindung ist so gestaltet, dass die Faserstoffbahn durch die Struktur der strukturierten Oberfläche des Bandes selbst eine Oberflächenstruktur erhält, wodurch die Qualität der Tissuebahn verbessert wird.
Gemäß einer praktischen Ausgestaltung bildet das permeable Band des ersten Pressnips das Band mit der geringeren Kompressibilität der zweiten Presszone und ist durch diese geführt. Dies bietet den Vorteil, dass die Faserstoffbahn auf der strukturierten Oberfläche des permeablen Bandes verbleiben kann und nicht übergeben werden muss. Dadurch werden ein hohes spezifisches Volumen und die Struktur der Faserstoffbahn erhalten.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung zur Entwässerung einer Faserstoffbahn Teil einer Tissuemaschine, wobei das permeable Band durch den Formierbereich der Tissuemaschine läuft und die Faserstoffbahn auf diesem Band entsteht und formiert wird. Zweckmäßigerweise bleibt die Faserstoffbahn bis zur Übergabe an einen Trockenzylinder zur Fertigtrocknung der Faserstoffbahn auf dem permeablen Band. Die Übergabe der Faserstoffbahn erfolgt in einer durch eine Presswalze und einem Yankee-Trockenzylinder gebildeten Presszone. Für Premium Tissue ist dabei die Presswalze als glatte, nicht besaugte Presswalze und für eine mittlere Tissue-Qualität durch eine besaugte Saugpresswalze ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch für einen Doppelsiebformer anwenden. Bei diesem Formertyp wird die Faserstoffbahn nach dem Formerbereich auf ein Trägerband übergeben. Zweckmäßigerweise wird die Faserstoffbahn auf das permeable Band übergeben.
Es ist vorteilhaft, wenn das Band mit geringerer Kompressibilität eine rauere Oberfläche und/oder eine höhere Luftdurchlässigkeit, als das Band mit höherer Kompressibilität, das heißt mit größerer Weichheit, besitzt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Band mit der geringeren Kompressibilität ein feines Sieb mit einer Fadendichte der Kettfäden im Bereich von größer als 14,1 Fäden (Fd) pro cm (36 Fd / inch), insbesondere von gleich oder größer 17,3 Fäden (Fd) pro cm (44 Fd / inch), vorzugsweise von größer22 Fäden (Fd) pro cm (56 Fd / inch). Dies ermöglicht einen gleichmäßigen, innigen Kontakt der Faserstoffbahn mit dem Sieb und dem Filz, wodurch ein hoher Trockengehalt nach der Presse erreicht wird.
Vorteilhaft ist, wenn das Band mit der geringeren Kompressibilität ein feines Sieb ist und die Schussfäden einen Durchmesser von kleiner oder gleich 0,45 mm, insbesondere kleiner oder gleich 0,41 mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,35 mm und vorteilhafterweise kleiner oder gleich 0,35 mm aufweisen und die Kettfäden einen Durchmesser von kleiner oder gleich 0,40, mm, insbesondere kleiner oder gleich 0,35 mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,30 mm haben. Die Siebdicke liegt im Bereich von 0,5 bis 1 mm.
In einer praktischen Ausführungsform ist das Band mit der geringeren Kompressibilität ein feines Sieb mit einer Luftdurchlässigkeit von größer 14,16 m3/min (500 cfm), insbesondere größer als 15,58 m3/min (550 cfm), vorzugsweise gleich oder größer als 17 m3/min (600 cfm). Dies ist besonders
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vorteilhaft, wenn das feine Sieb durch den ersten und den zweiten Pressnip läuft.
Vorteilhaft ist, wenn das Band mit der geringeren Kompressibilität ein feines Sieb ist, wobei zumindest die papierberührte Seite eine Kontaktfläche von gleich oder größer als 20%, vorzugsweise von gleich größer als 25%, insbesondere von größer als 27 % aufweist. . Dies ist besonders dann günstig, wenn die Faserstoffbahn direkt vom Sieb auf den Yankee-Trockenzylinder übergeben wird. Die Faserstoffbahn wird im Bereich dieser Kontaktstellen an die Oberfläche des Trockenzylinders gepresst. Die Festigkeit dieser Presszonen wird dadurch erhöht und somit auch die Festigkeit der Faserstoffbahn. Dies ermöglicht den Einsatz von kostengünstigeren Rohstoffen bei gleichbleibenden Festigkeiten. Diese Kontaktfläche kann durch abschleifen der Kröpfungen des Siebes erreicht werden. Bei Tissuebahnen mit mittleren Qualitäten kann die Kontaktfläche im Bereich von 20 bis 32% liegen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Band mit der geringeren Kompressibilität ein feines Sieb mit einer strukturierten Oberfläche. Diese weist erhabene und zurückgesetzte Zonen auf, wobei die zurückgesetzten Zonen Taschen (pockets) bilden.
Die erhabenen und zurückgesetzten Zonen sind gleichmäßig auf der Siebfläche angeordnet. Es können Ornamentstrukturen überlagert sein.
Vorzugsweise ist das Band mit der geringeren Kompressibilität ein feines Sieb, wobei der Flächenanteil der erhabenen Zonen der papierberührten Seite gleich oder größer als 20%, vorzugsweise gleich oder größer als 25%, insbesondere gleich oder größer als 27 % ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das Band mit der geringeren Kompressibilität ein feines Sieb mit einer strukturierten Oberfläche mit weniger als 77,4 Taschen (pockets) pro cm2 (500 Taschen pro inch2), vorteilhafterweise mit weniger als 38,7 Taschen (pockets) pro cm2 (250 Taschen pro inch2), besonders bevorzugt mit gleich oder weniger als 31 Taschen (pockets) pro cm2 (200 Taschen pro inch2), insbesondere mit weniger als 28 Taschen pro cm2 (180 Taschen pro inch2), vorzugsweise mit weniger als 23 Taschen pro cm2 (150 Taschen pro inch2).
Je nach Anforderung kann in einer vorteilhaften praktischen Ausführungsform, ein Band mit der geringeren Kompressibilität ein feines Sieb mit einer strukturierten Oberfläche von mehr als 23 Taschen pro cm2 (150 Taschen pro inch2), insbesondere mehr als 69,7 Taschen (pockets) pro cm2 (450 Taschen pro inch2) eingesetzt werden. Es sind auch Anwendungsfälle möglich, bei denen sehr feine strukturierte Siebe mit bis zu 154,8 Taschen (pockets) pro cm2 (1000 Taschen pro inch2).
Für die Herstellung von Toilettenpapier wird beispielsweise als Band mit der geringeren Kompressibilität ein feines Sieb mit einer strukturierten Oberfläche eingesetzt, welche bis zu 69,7 Taschen (pockets) pro cm2 (450 Taschen pro inch2), insbesondere 55,7 Taschen (pockets) pro cm2 (360 Taschen pro inch2) aufweist. Je nach Qualitätsanforderungen können hierbei die unteren Werte der Taschenanzahl zwischen 46,4 Taschen (pockets) pro cm2 (300 Taschen pro inch2) und 3,87 Taschen (pockets) pro cm2 (25 Taschen pro inch2) liegen.
Für die Herstellung von Faserstoffbahnen für Küchenrollen wird zweckmäßigerweise als Band mit der geringeren Kompressibilität ein feines Sieb mit einer strukturierten Oberfläche eingesetzt, welche weniger als 40,3 Taschen (pockets) pro cm2 (260 Taschen pro inch2) und mehr als 3,87 Taschen
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(pockets) pro cm2 (25 Taschen pro inch2) aufweist. Für eine höhere Wasseraufnahmekapazität liegt die Taschenzahl vorzugsweise zwischen 31 Taschen (pockets) pro cm2 (200Taschen pro inch2) und 23,2 Taschen (pockets) pro cm2 (150 Taschen pro inch2).
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Band mit der höheren Kompressibilität einen Kompressionsmodul (dynamic modulus for compressibility) "G" von gleich oder mehr als 0,5 N/mm2, insbesondere mehr als 2 N/mm2, vorzugsweise mehr als 4 N/mm2 auf. In einem praktischen Fall kann der Kompressionsmodul gleich oder mehr als 0,05 kN/mm2, insbesondere mehr als 1 kN/mm2, vorzugsweise mehr als 4 kN/mm2 betragen. Dieser Kompressionsmodul "G" ist ein Maß für die Rückfederungseigenschaften oder Rückstellvermögens des Bandes.
Der Kompressionsmodul entspricht dem Quotient aus der Druckspannung (N/mm2) und der relativen Dickenänderung (-) des Filzes bei einer Komprimierung. Diese Werte können mit Hilfe einer Messvorrichtung ermittelt werden. Die Messvorrichtung weist bspw. zwei gegeneinander pressbare Stempel mit jeweils einer Fläche A auf. Die Band- bzw.Filzprobe wird zwischen den Stempeln mit einer konstanten Kraft F gepresst und komprimiert. Dabei wird über ein Wegmesssystem eines Stempels die auftretende Dickenänderung delta D bestimmt. Der Kompressionsmodul errechnet sich aus G=F/A/(delta D). Mit dieser Messmethode lässt sich der Kompressionsmodul sowohl des Bandes mit hoher als auch mit niedriger Kompressibilität ermitteln.
Bei der Messung kann das Band im Neuzustand oder im eingelaufenen Zustand sein.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Band mit der höheren Kompressibilität eine dynamische Steifigkeit K* (dynamic stiffness K*) von weniger als 100000 N/mm, insbesondere weniger als 90000 N/mm und vorzugsweise von gleich oder weniger als 70000 N/mm aufweist. Die dynamische Steifigkeit K* (N/mm) ist ein Maß für die Kompressibilität, wobei die Kompressibilität die Dickenveränderung eines Bandes in mm pro Kraft (N) angibt.
Die dynamische Steifigkeit K* errechnet sich aus dem Kehrwert der Kompressibilität. Dabei ist die Kompressibilität der Quotient aus der Dickenänderung delta D und der Kraft, gemessen mit obiger Messvorrichtung.
In einer praktischen Ausführungsform bildet das permeable Stützband der ersten Presszone das Band mit der höheren Kompressibilität der zweiten Presszone und ist durch diese geführt. Diese Ausführung ermöglicht eine sichere Bahnführung, eine gute Runnability und eine kostengünstige Lösung.
In einer weiteren Ausgestaltung besitzt das permeable Stützband keine strukturierte Oberfläche und/oder ist als Filz ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Fluid, welches das Band, die Faserstoffbahn und das Stützband, zumindest auf einem Teil der Presszonenlänge L1 durchströmt, Luft und/oder Heißluft und/oder Dampf eingesetzt.
Gemäß einer praktischen Ausführungsform ist die Presszonenlänge L1 größer als die Presszonenlänge L2, insbesondere ist die Presszonenlänge L1 mehr als zehn mal so lang als die Presszonenlänge L2, vorzugsweise zwanzig mal so lang als die Presszonenlänge L2, insbesondere mehr als dreißig mal so lang
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als die Presszonenlänge L2 . Die erste Presszone hat beispielsweise in einer bevorzugten Ausführungsform eine Presszonenlänge L1 von 1200 mm.
Im ersten Pressnip wird bei kleinem Pressdruck sanft entwässert. Im zweiten Pressnip hingegen wird ein höherer Pressdruck angewendet. Diese Kombination hat neben den technologischen Vorteilen noch den Effekt, dass das Band mit der höheren Kompressibilität durch den höheren, kurzzeitigen Pressimpuls gereinigt wird. Dies ist insbesondere für einen Filz günstig.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Presszone durch ein permeables Presselement und ein permeables Gegenelement gebildet. Bevorzugt wird das permeable Presselement als Pressband und/oder als Pressschuh ausgeführt.
Das Pressband besteht aus einem zugfesten Band, vorzugsweise aus einem Siebgewebe oder Spiralsieb oder Metallsieb oder perforiertem Metallband oder einem Band aus Verbundmaterial. Zur Erzeugung des Pressdruckes wird das Pressband mit 40 kN/m bis 60 kN/m gespannt und über die Saugwalze oder gekrümmte Oberfläche geführt.
Zur Bereitstellung des Fluids ist in einer bevorzugten Ausführungsform dem Presselement eine Druckhaube zugeordnet. Das Fluid kann einen Überdruck aufweisen oder mit Umgebungsdruck bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten praktischen Ausführungsform besteht das Gegenelement aus einer Walze oder einem Kasten mit gekrümmter oder ebener Kontaktfläche.
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Vorzugsweise ist das Gegenelement der ersten Presszone besaugt. Für die Herstellung von Tissuebahnen mit mittlerer Qualität beträgt das angelegte das Vakuum im Gegenelement 0,4 bis 0,3 bar und ist somit geringer als für die Produktion von Premium-Tissue, bei dem das Vakuum im Bereich von 0,6 bis 0,5 bar liegt. Dadurch werden die Betriebskosten wesentlich geringer. Es ist dabei vorteilhaft, wenn das Fluid in der Druckhaube ohne oder nur mit sehr geringem Überdruck bereitgestellt wird. Somit kann Leckage vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die zweite Presszone aus einem Presselement und einem Gegenelement.
Das Gegenelement der zweiten Presszone wird vorzugsweise durch eine glatte und/oder harte Walze gebildet.
Die Oberfläche dieser Walze wird durch einen Walzenbezug gebildet, wobei die Dicke des Bezugs ca. 15mm beträgt. Die Oberfläche weist eine Härte von 0 bis 5 P&J, vorzugsweise von 0 bis 1 P&J auf. Die Oberfläche weist in einer weiteren Ausgestaltung Rillen auf, welche spiralförmig oder parallel in Umfangsrichtung verlaufend angeordnet sind.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Presselement der zweiten Presszone aus einer Schuhwalze, umfassend einen Pressmantel und einen Pressschuh besteht.
In einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung besteht das Presselement der zweiten Presszone aus einer weichen Walze. Die Oberfläche der Walze kann mit einer Härte von 30 bis 33 P&J ausgeführt sein. Auch diese Walze besteht vorzugsweise aus einem mit einem Walzenbezug beschichteten Walzenkern.
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Die Dicke des Walzenbezugs liegt in einem Bereich von 18 bis 25 mm, vorzugsweise von 19 bis 21 mm. Der Walzenbezug ist so gewählt, dass die Härte durch Wasseraufnahme während des Betriebs der Walze um 4 bis 5 P&J Punkte weicher wird.
Zur Gewährleistung einer guten Entwässerung weist das Presselement eine blind gebohrte und gerillte Oberfläche auf. Die Rillen können vorzugsweise spiralförmig oder parallel in Umfangsrichtung verlaufend angeordnet sein.
In einer praktischen Ausführungsform kann als Presselement der zweiten Presszone eine gebohrte Saugwalze eingesetzt werden.
Die Linienkraft der zweiten Presszone liegt vorzugsweise im Bereich von 20 kN/m bis 90 kN/m.
Die zweite Presszone weist eine Niplänge im Bereich zwischen 20 mm und 250 mm, vorzugsweise eine Länge von gleich oder größer als 40 mm auf.
In einer bevorzugten Anordnung ist das Gegenelement der zweiten Presszone dem Band mit geringerer Kompressibilität zugeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Anordnung ist das Presselement der zweiten Presszone dem Band mit höherer Kompressibilität zugeordnet.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist das Gegenelement der zweiten Presszone dem Gegenelement der ersten Presszone zur Bildung der zweiten Presszone zugeordnet. Dies ist eine besonders kostengünstige Lösung, da das Gegenelement der ersten Presszone gleichzeitig als Presselement der zweiten Presszone dient. Somit kann ein Presselement eingespart werden. Für diesen
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Fall kann das als Presselement der zweiten Presszone dienende Gegenelement der ersten Presszone zumindest im Bereich der zweiten Presszone besaugt sein.
Der zweite Aspekt der Erfindung zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, insbesondere Tissuebahn, bei dem die Faserstoffbahn zwischen einem umlaufenden permeablen Band und einem umlaufenden, permeablen Stützband liegend durch eine, eine Presszonenlänge L1 aufweisende, erste Presszone hindurchgeführt wird, wobei das Band, die Faserstoffbahn und das Stützband, zumindest auf einem Teil der Presszonenlänge L1, von einem Fluid durchströmt wird, und danach in einer, eine Presszonenlänge L2 aufweisenden, zweiten Presszone entwässert wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Faserstoffbahn zwischen zwei Bändern mit unterschiedlicher Kompressibilität durch die zweite Presszone geführt wird.
Entsprechend dem Verfahren ist es von Vorteil, wenn das Fluid zuerst das Band, danach die Faserstoffbahn und dann das Stützband durchströmt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Wasser in der Faserstoffbahn in der ersten Presszone durch mechanischen Pressdruck und/oder durch Verdrängungsentwässerung und/oder durch thermische Trocknung entwässert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Faserstoffbahn in der zweiten Presszone durch einen mechanischen Pressdruck und durch die unterstützende Wirkung des Bandes mit höherer Kompressibilität entwässert. Durch den innigen Kontakt der Faserstoffbahn mit dem Band mit höherer
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Kompressibilität können Kapillareffekte für eine bessere Entwässerung genutzt werden.
Der dritte Aspekt der Erfindung zur Lösung der Aufgabe betrifft eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Tissuebahn, umfassend die Presszonen nach dem ersten Aspekt der Erfindung, sowie eine durch ein
Presselement und einen Trockenzylinder, insbesondere Yankeezylinder, gebildete dritte Presszone, durch die die Faserstoffbahn (10) zusammen mit einer Bespannung geführt ist, wobei die Maschine weitere Vorrichtungen aufweist, die es ermöglichen, verschiedene Maschinenkonzepte, bestehend aus einer Auswahl und/oder Kombination der drei Presszonen, zu realisieren.
Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführung der Erfindung bestehen die weiteren Vorrichtungen aus einer Auswahl mindestens eines der Elemente Leitwalzen, Regelwalzen mit Bahnlaufreglern, Spannwalzen mit Spannvorrichtungen, Bandreinigungsvorrichtungen, Cantilever-Vorrichtungen. Die Tissuemaschine ist also umfangreicher ausgestattet, als es die einzelnen Sorten und Qualitäten erfordern würden. Die Stuhlung umfasst also beispielsweise Halterungen zur Befestigung der weiteren Vorrichtungen, wie beispielsweise von Walzen, die nur für die Produktion von Standard-Qualitäten notwendig sind und nicht für die Produktion von Premium-Qualitäten.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Stuhlung cantileverbar ist, das heißt die Stuhlung umfasst einen quer zur Maschine verlaufenden Cantileverträger, der bei einem Siebwechsel die führerseitige Stuhlung trägt und entlastet, damit eine neue nahtlose Bespannung in kurzer Zeit eingebaut werden kann. Diese Lösung ist insbesondere beim Einsatz eines Siebes mit strukturierter Oberfläche, wie es die Erfindung vorsieht, vorteilhaft, da diese Siebe wegen
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störender Markierung nahtlos ausgeführt sind. Ohne Cantileverung wäre der Siebwechsel sehr zeitaufwändig.
Diese weiteren Vorrichtungen ermöglichen es daher, die Maschine schnell entsprechend den Erfordernissen für die Produktion von Tissuepapieren mit Standard-Qualität (Fig 4), mittlerer Qualität (Fig 1 ) und Premium-Qualität (Fig 3) zu modifizieren.
Eine so ausgestattete Maschine versetzt den Hersteller von Tissuepapier in Lage schnell auf Veränderungen des Marktes zu reagieren. Es können somit Produkte mit passenden Preis-Qualitäts Verhältnissen hergestellt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigen
Figur 1 eine erste Ausführungsform einer Tissuemaschine mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des Details A in Figur 1
Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer Tissuemaschine für die Produktion von Tissuepapier mit Premium-Qualität.
Figur 4 eine dritte Ausführungsform einer Tissuemaschine für die Produktion von Tissuepapier mit Standard-Qualität.
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Figur 5 Darstellung eines Ausschnitts eines strukturierten Siebes
Die Figur 1 zeigt eine Tissuemaschine 1 für die Herstellung von Tissuepapier mit mittlerer Qualität und mit Premium-Qualität. Die Maschine 1 besteht aus einem Formierbereich 2, einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 und einem Trocknungsbereich 4. Die Tissuebahn 10 wird im Formierbereich 2 gebildet. Hierfür wird eine Faserstoffsuspension durch einen Stoffauflauf 5 in einen Spalt gespritzt, der durch ein permeables Band 8 und ein Außenformiersieb 7 gebildet wird. Beide Bespannungen 7,8 werden über eine Formierwalze 6 geführt und dabei wird die Fasersuspension entwässert und die Tissuepapierbahn 10 gebildet. Die Formierwalze 6 ist eine Vollmantelwalze. Die Entwässerung der Faserstoffbahn 10 findet nur durch das Außensieb statt. Das permeable Band 8 ist als Sieb mit strukturierter Oberfläche ausgeführt. Diese weist erhabene und zurückgesetzte Zonen auf, wobei die zurückgesetzten Zonen Taschen (pockets) bilden. Die erhabenen und zurückgesetzten Zonen sind gleichmäßig auf der Siebfläche angeordnet. Es können auch Ornamentstrukturen überlagert sein. Während der Bildung der Faserstoffbahn 10 im Bereich der Formierwalze 6 werden die Taschen mit Papierfasern der Faserstoffsuspension gefüllt. Es entstehen so in den Bereichen der Taschen kissenartige, voluminöse Zonen in der Tissuebahn 10. Das strukturierte Sieb 8 hat gleich oder weniger als 55,7 Taschen (pockets) pro cm2 (360 Taschen pro inch2). Das strukturierte Sieb 8 ist in diesem Beispiel ein einlagiges 4-schaftiges Sieb mit einer Kettfadendichte von 20,9 Fäden pro cm (53 Fd/inch). Die Permeabilität beträgt 700 cfm. Die Kettfäden haben einen Durchmesser von 0,30mm und die Schussfäden einen Durchmesser von 0,35 mm. Die Kontaktfläche 33 des Siebes 8 mit einer glatten Fläche, wie beispielsweise der Oberfläche des Yankee-Trockenzylinders 19 beträgt 25 %. Das Sieb 8 ist endlos ausgeführt, das heißt es besitzt keine Naht.
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Die gebildete Tissuebahn 10 wird auf dem Sieb 8 liegend durch die gesamte Tissuemaschine 1 bis zur Übergabe an die Oberfläche des Yankee- Trockenzylinders 19 transportiert.
Nach dem Formierbereich 2 wird die Tissuebahn zur ersten Presszone der Vorrichtung 3, die aus der ersten und einer zweiten Presszone besteht, geführt. In der Vorrichtung 3 wird die Tissuebahn auf einen Trockengehalt von über 35% entwässert. Die erste Presszone 15.1 wird durch eine Saugwalze 13 und durch ein permeables Presselement, einem Pressband 11 , gebildet. Die Tissuebahn 10 wird zwischen dem strukturierten Sieb 8 und einem Filz 9 liegend durch die erste Presszone 15.1 geführt. Der Pressdruck wird durch das mit 50 kN/m gespannte Pressband 11 erzeugt und beträgt, bei einem Durchmesser der Saugwalze von beispielsweise 1 ,4 m, 71 kPa. Die erste Presszone 15.1 ist so gestaltet, dass während des Pressens ein Fluid, in diesem Falle erhitzte Luft, durch die Tissuebahn 10 strömen kann. Hierfür ist eine Haube 12 zur Bereitstellung der erhitzen Luft vorgesehen. Die Haube 12 weist ein Dampfsprührohr 29 am Beginn der ersten Presszone 15.1 zur optionalen Zugabe von Dampf auf. Die Strömungsrichtung (Pfeil) für die Luft und den Dampf sehr wichtig. Die erhitzte Luft durchströmt zuerst das Pressband 11 , dann das strukturierte Sieb 8, dann die Tissuebahn 10 und danach ein permeables Stützband, einen Filz 9. Die erhitzte Luft mit dem Wasser aus der Tissuebahn 10, wird durch die Saugwalze 13 abgesaugt. Der Unterdruck liegt im Bereich von 0,3 bis 0,4 bar.
Das Stützband 9 ist als Filz mit Vector-Technologie ausgeführt. Ein Filz nach dieser Technologie umfasst ein gewobenes Grundgewebe auf das eine nicht gewobene, aus groben Filzfasern bestehenden, sogenannte Vector-Schicht, auf die zur Faserstoffbahn weisenden Seite, aufgebracht ist. Die Fasern dieser
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Schicht sind dreidimensional ausgerichtet und haben eine Feinheit größer als 67 dtex. Das heißt es werden grobe Fasern zur Herstellung dieser Schicht verwendet. Dies hat den Vorteil, dass diese Schicht des Filzes sehr offen ist und somit leicht entwässert. Die Luftdurchlässigkeit der Schicht liegt im Bereich von 80 cfm. Die Luftdurchlässigkeit des Filzes beträgt ca. 20 cfm.
Des Weiteren verleiht die dreidimensionale Anordnung der groben Fasern in der Vectorschicht dem Filz eine gute Elastizität (resilience) beim Durchgang durch den Pressnip. Dabei wird der Filz komprimiert und federt nach dem Pressnip wieder auf seine ursprüngliche Dicke zurück. Die Vectorschicht kann in einem Flächengewichtsbereich von 100 g/m2 bis 500 g/m2 liegen. Vorzugsweise wird die Vectorschicht von einem feineren Fasergelege abgedeckt, das mit der Faserstoffbahn in Kontakt kommt.
Der Filz 9 weist hohe Rückfederungseigenschaften auf. So ist der Kompressionsmodul (dynamic modulus for compressibility) "G" gleich oder größer als 0,5 N/mm2. Die dynamische Steifigkeit K* (dynamic stiffness K*) des Filzes 9 ist geringer als 100000 N/mm.
Am nicht bedeckten Teil der Saugwalze 13 ist eine Auffangwanne 14 zur Abführung des abgeschleuderten Wassers vorgesehen.
Nach der ersten Presszone 15.1 wird die entwässerte Tissuebahn 10 zur weiteren Entwässerung zwischen dem strukturierten Sieb 8 und dem Filz 9 liegend durch die zweite Presszone 15.2 geführt. Diese Presszone 15.2 wird durch zwei Walzen 16, 17 gebildet. Die untere, mit dem Filz 9 in Kontakt kommende Walze 16 ist als weiche, blind gebohrte und gerillte Walze ausgeführt. Die Oberfläche der Walze kann mit einer Härte von 30 bis 33 P&J ausgeführt sein. Diese Walze besteht vorzugsweise aus einem mit einem
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Walzenbezug beschichteten Walzenkern. Die Dicke des Walzenbezugs liegt bei 20 mm. Das Material des Walzenbezugs ist so gewählt, dass die Härte durch Wasseraufnahme während des Betriebs der Walze um 4 bis 5 P&J Punkte weicher wird. Die untere, mit dem Filz 9 in Kontakt kommende Walze 16 kann zur Steigerung der Entwässerungsleistung auch als Saugpresswalze ausgeführt sein. In diesem Fall ist die Walze 16 an ein nicht dargestelltes Unterdrucksystem angeschlossen.
Das Gegenelement 17 der zweiten Presszone wird vorzugsweise durch eine glatte und/oder harte Walze gebildet. Die Oberfläche dieser Walze wird durch einen Walzenbezug gebildet, wobei die Dicke des Bezugs ca. 15mm beträgt. Die Oberfläche weist eine Härte im Bereich von 0 bis 1 P&J auf.
Die Linienkraft der zweiten Presszone (15.2) liegt 60 kN/m. Der maximale Pressdruck liegt, je nach Ausgestaltung der Presszone (15.2) im Bereich zwischen 2 bis 3,5 MPa. Wichtige Einflussparameter sind hierbei die Weichheit der Bespannungen (8, 9) und der Walzen (16, 17, 17'), sowie deren Durchmesser.
Der maximale Pressdruck der zweiten Presszone (15.2) ist größer als der maximale Pressdruck der ersten Presszone (15.1 )
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gegenelement 17' der zweiten Presszone 15.2 mit dem Gegenelement 13 der ersten Presszone 15.1 zusammenwirkt und somit die zweite Presszone im Zusammenwirken mit dem Gegenelement 13 der ersten Presszone bildet.
In einer weiteren Ausgestaltung ist neben dem ersten und dem zweiten Pressnip 15.2, der durch das Gegenelement 17 und dem Presselement 16
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gebildet ist, zusätzlich ein dritter Pressnip vorgesehen, der durch die Walze 17' und dem Gegenelement 13 der ersten Presszone gebildet ist.
Nach der zweiten Presszone 15.2 wird die Tissuebahn 10 vom Filz 9 getrennt. Die Tissuebahn 10 läuft zusammen mit dem strukturierten Sieb 8 zu einem dritten Pressnip, der durch eine Saugwalze 18 und dem Yankee- Trockenzylinder 19 gebildet wird. In diesem Pressnip wird die Faserstoffbahn nur im Bereich der Kontaktfläche (20% bis 32%) des strukturierten Siebes (8) gegen die Oberfläche des Yankee-Trockenzylinders 19 gepresst. Die Tissuebahn wird vom Sieb 8 getrennt und an die heiße Trockenzylinderoberfläche 19 übergeben. Dort und im Bereich einer Heißlufthaube 20 findet eine weitere Trocknung statt. Schließlich wird die Tissuebahn 10 mittels Schaber 21 gekreppt und von der Trockenzylinderoberfläche 19 abgenommen. Am Trockenzylinder 19 ist eine an sich bekannte Coating-Auftragsdüse 22 zum Auftrag eines Mediums vorgesehen.
Diese Tissuemaschine 1 weist eine Cantilevervorrichtung 37 auf, die einen schnellen Bespannungswechsel ermöglicht und somit die Maschine 1 für die Produktion einer anderen Tissue-Qualität in eine andere Maschinenkonfiguration umbaubar macht.
Des Weiteren umfasst diese Maschine 1 Leitwalzen 30, 31 , 32, welche für die dargestellte Maschinenkonfiguration nicht benötigt werden, jedoch bereits für andere Konfigurationen vorgesehen sind.
Die Figur 2 zeigt die Presszone 15.2 in vergrößerter Darstellung. Der Filz 9 wird von der auf dem strukturierten Sieb liegenden Tissuebahn 10 weggeführt. Das strukturierte Sieb 8 besitzt eine geringere Kompressibilität als der Filz 9.
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Da der Filz 9 weicher als das Sieb 8 ist, entsteht auch im Bereich der Taschen des Siebes 8 ein guter Kontakt zwischen der Tissuebahn 10 und dem Filz 9. Dies begünstigt die Entwässerung, wodurch ein höherer Trockengehalt der Tissuebahn erreicht wird.
In der Figur 3 ist die zur Herstellung von Tissuebahnen mit Premium-Qualität erforderliche Maschinenkonfiguration dargestellt. Dabei wurde die in Figur 1 dargestellte Maschinenkonfiguration durch Ausbau oder Öffnen der zweiten Presszone 15.2 modifiziert. Die restlichen Maschinenelemente und Bespannungen entsprechen denen in Figur 1. Dies gilt auch für die Bezugszeichen.
Die Figur 4 zeigt eine Maschinenkonfiguration für die Herstellung von Tissuebahnen mit Standard-Qualität. Hierfür werden beide Presszonen 15.1 , 15.2 ausgebaut oder umfahren. Das strukturierte Sieb 8 aus Figur 1 und Figur 3 wurde durch einen Filz 8 ersetzt. Der einzige Pressnip wird durch die Saugpresswalze 18 und dem Trockenzylinder 19 gebildet. Diese Konfiguration benötigt am wenigsten Energie, produziert jedoch Tissuebahnen mit dem geringsten spezifischen Volumen.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines strukturierten Siebes, bei dem die Kröpfungen zur Vergrößerung der Kontaktfläche abgeschliffen (sanded) wurden. In diesem Beispiel sind die papierberührte und die gegenüberliegende Seite abgeschliffen. Zweckmäßig ist jedoch, wenn nur die papierberührte Seite abgeschliffen ist.
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Bezugszeichenliste
1 Maschine
2 Formierbereich
3 Vorrichtung
4 Trocknungsbereich
5 Stoffauflauf
6 Formierwalze
7 Außenformiersieb
8 permeables Band
9 permeables Stützband
10 Papierbahn, Faserstoffbahn, Tissuebahn
11 permeables Presselement, Pressband
12 Haube
13 Gegenelement, Saugwalze
14 Auffangwanne
15. 1 erste Presszone
15. 2 zweite Presszone
16 Presselement, Saugwalze
17 Gegenelement
17' Gegenelement
18 Saugpresswalze, Presswalze
19 Trockenzylinder, Yankee
20 Heißlufthaube
21 Schaber
22 Coating-Auftragsdüse
23 Saugelement
24. 1 Spritzrohr
24. 2 Spritzrohr
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24 .3 Spritzrohr
24 .4 Spritzrohr
25 .1 Spritzrohr
25 .2 Spritzrohr 26 Rohrsauger
27 Rohrsauger
28 Nassprägesauger
29 Dampfsprührohr
30 Leit-, Regel-, Spannwalze 31 Leit-, Regel-, Spannwalze
32 Leit-, Regel-, Spannwalze
33 Kontaktfläche
34 Schussfaden
35 Kettfaden 36 abgeschliffene Zone
37 Cantileverträger