EP4347949A1 - Verfahren und vorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung

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Publication number
EP4347949A1
EP4347949A1 EP22722488.8A EP22722488A EP4347949A1 EP 4347949 A1 EP4347949 A1 EP 4347949A1 EP 22722488 A EP22722488 A EP 22722488A EP 4347949 A1 EP4347949 A1 EP 4347949A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fibrous web
web
cooling
convection
steam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22722488.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Julia SPENGLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP4347949A1 publication Critical patent/EP4347949A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/02—Drying on cylinders
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D21F11/02—Processes for making continuous lengths of paper, or of cardboard, or of wet web for fibre board production, on paper-making machines of the Fourdrinier type
    • D21F11/04—Processes for making continuous lengths of paper, or of cardboard, or of wet web for fibre board production, on paper-making machines of the Fourdrinier type paper or board consisting on two or more layers
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    • D21F9/02—Complete machines for making continuous webs of paper of the Fourdrinier type
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    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
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    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G9/00—Other accessories for paper-making machines
    • D21G9/0009—Paper-making control systems
    • D21G9/0045—Paper-making control systems controlling the calendering or finishing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing or treating a fibrous web according to claim 1 and a corresponding device according to claim 9.
  • fibrous webs In the production of fibrous webs, a large number of quality requirements are placed on the end product. For example, paper, cardboard or packaging webs need a sufficiently good surface smoothness to ensure good printability or stable application of coatings.
  • One or more calender nips are usually used for this purpose, in which the fibrous web is smoothed using pressure and heat
  • these products also require a comparatively high level of mechanical stability in order to enable reliable processing or to allow the finished end product - e.g. to give a package the necessary strength. This strength increases with the thickness of the fibrous web.
  • European patent specification EP 2,682,520 B1 proposes cooling the fibrous web.
  • a humidifier in conjunction with a Cooling means arranged to produce moisture evaporation from the fibrous web with a latent thermal cooling effect.
  • the colder web is less easily deformed, so that it is less compressed in the calender nip.
  • Another object of the invention is to enable volume-preserving smoothing with simple and inexpensive means.
  • convection cooling is used below. In the context of this application, convection cooling is to be understood as meaning cooling by means of an air flow. Both passive cooling and active cooling are conceivable.
  • the object is achieved by a method for producing or treating a fibrous web, in particular a paper or cardboard web, which comprises the following steps: a. Drying the fibrous web in a drying section b. Subsequent cooling of at least a first side of the fibrous web by means of convection cooling, the fibrous web having a temperature of 65° C. and less, preferably 50° C. and less, after cooling on at least the first side. c. Application of steam to at least the first side of the fibrous web, in which case the temperature on the first side after the steam application is at least 70°C, preferably more than 80°C or 90°C. i.e. Treatment of the fibrous web in at least one calendering nip.
  • the fibrous web After the fibrous web has been dried in step a), the fibrous web is very hot. Temperatures of up to 120°C are possible, temperatures of 60°C and below are hardly ever measured directly after the dryer section. Values between 70°C and 110°C, in particular 80°C, 90°C or 100°C, are common.
  • the fibrous web can have a web moisture content of between 6% and 12%, in particular between 7% and 8%, when it leaves the dryer section. Due to the high web temperature, however, the web is relatively soft, so that if it were to run directly through a calendering nip, the web would be significantly compressed. Therefore, in the present method, the fibrous web is also cooled after the drying section.
  • the central idea of the present invention is a combined smoothing of temperature gradients and humidity gradients.
  • the web which is very hot and very dry after the dryer section, should be conditioned before it enters the calendering nip in such a way that the web is as cold and dry as possible on the inside, while it is at least on its first side or on both sides in the surface area is humid and warm.
  • the moist and warm surface is then sufficiently soft and deformable so that a good smoothness can easily be achieved in the calendering nip. Since the core of the web is comparatively cold, the compressibility in this area remains low, so that the thickness in the calendering nip is largely retained.
  • the moisture gradient i.e. the fact that the web is fed into the calendering nip very dry on the inside, also helps to maintain thickness.
  • the web is cooled by convection cooling, on at least a first side - preferably on both sides.
  • the web temperature is reduced by cooling with air and the web remains dry - in contrast to cooling by applying water.
  • the fibrous web is not moistened between leaving the drying section and cooling in step b).
  • the web is then subjected to steam on at least one side--in particular both sides.
  • the steam can also be a steam-air mixture.
  • the steam condenses on the cool surface of the fibrous web, both heating and moistening the surface of the web. Inside, however, the track remains relatively cool and dry.
  • a relatively low surface temperature of the fibrous web is important to enable good condensation of the steam.
  • the web is cooled to a temperature below 60°C, in particular below 55°C or below 50°C and preferably below 45°C.
  • the temperature of the surface increases again. It is advantageous here if the temperature of the fibrous web is at least 70° C., preferably more than 80° C. or 90° C., on at least the first side after it has been impinged with steam. The moisture on the surface also increases as a result. After the steam has condensed on the paper web, the moisture on the surface can be 15% or more.
  • the fibrous web is then guided into a calendering nip and treated there, in particular smoothed. As described above, the thickness of the web is largely retained during smoothing.
  • the surface temperature of the first side of the fibrous web should preferably be at least 60.degree. C., in particular at least 70.degree. C., preferably between 80.degree. C. and 90.degree.
  • the distance between the end of the steam application and the calendering nip is not more than 1 m, in particular 80 cm or less or 50 cm or less. An even shorter distance of, for example, 30 cm or less would be desirable, but is often difficult to achieve due to structural constraints.
  • the at least one calendering nip is formed from a heated roller and a counter-element, with the heated roller having a surface temperature of 220° C. or more and coming into contact with the first side of the fibrous web.
  • thermo rollers are generally heated by means of a heating fluid, specifically an oil.
  • a heating fluid specifically an oil.
  • the heating fluid of the heated roller is fed to the heated roller at a temperature of at least 240°C, preferably between 260°C and 310°C.
  • special thermal oils are required. However, these are usually difficult to handle and mostly poisonous.
  • a further advantage of the present invention is that good smoothing can be achieved through the temperature and moisture gradients in the web without requiring extremely high temperatures for the heating roller, which means that these toxic special oils can be dispensed with.
  • the effective surface temperatures that can be reached during operation with a heating fluid also depend on how much thermal energy is dissipated with the fibrous web. In general, more heat is dissipated at higher line loads in the calendering nip and at higher production speeds.
  • the heated roller has a large diameter.
  • the roller diameter can be more than 1 m, in particular also 1.50 m or 1.60 m. In most cases, surface temperatures of over 200°C, especially over 220°C, can be achieved via the heating fluid. However, it can be difficult to reach temperatures above 240°C.
  • the heated roller can be additionally heated by a heating bar, which is directed against the thermal roller from the outside and heats the roller by means of induction or a temperature-controlled air flow.
  • the roll surface can be heated stably and reliably to temperatures above 220°C, preferably in the range between 230°C and 250°C.
  • the at least one calendering nip can advantageously be operated with a line load of at most 150 N/mm, in particular less than 100 N/mm, preferably with a line load of between 10 N/mm and 40 N/mm.
  • a line load of at most 150 N/mm, in particular less than 100 N/mm, preferably with a line load of between 10 N/mm and 40 N/mm.
  • the fibrous web can be any paper or cardboard web.
  • it can be a cardboard web that is made up of 2 or more layers and has a basis weight between 100 g/m 2 and 600 g/m 2 , in particular between 150 g/m 2 and 450 g/m 2 .
  • That heavy and also thick fibrous webs lend themselves particularly well to treatment according to an aspect of the present invention. Due to the high thickness or the large mass inside the web, the coolness and the dry content are retained particularly well in these webs when the surface is heated and moistened by condensation of the steam. The moisture and temperature gradients are therefore particularly pronounced in these thick and heavy varieties.
  • the process can be carried out over a wide range of speeds. Provision can thus be made for the fibrous web to move at a speed of between 600 m/min and 1600 m/min, in particular between 800 m/min and 1400 m/min. Especially at slower speeds of 800 m/min or less, passive convection cooling can be advantageous, since the distance required for cooling due to the lower speed will not be too great. In contrast, in particular at speeds of 800 m/min and higher, the provision of an active convection cooler is advantageous in order to avoid excessively large structural sizes. For this reason, it can also be advantageous to use the installation space of the free distance in an existing passive convection cooling in order to provide an active convection cooler there, which can open up the possibility of higher operating speeds.
  • a press section is usually provided in paper or board machines before the drying section.
  • the fibrous web is dewatered by mechanical pressing.
  • the web is usually guided between two felts through one or more press nips.
  • the fibrous web runs through the press nip either only supported on a felt (“laying press”) or without any felt at all (“offset press”).
  • laying press a felt
  • offset press without any felt at all
  • At least the first side of the fibrous web is in direct contact with the smooth press roller, to which steam is later applied. It has shown, that by providing such a wet press, a volume-preserving smoothing can be achieved, since the fibrous web comes out smoother from the dryer section, and less smoothing has to be achieved in the calender.
  • the wet press often achieves only little dewatering of the web.
  • the dry content increases, for example, by less than 2 percentage points, in particular by 1 percentage point or less.
  • the fibrous web can be dewatered before the wet press by at least one, preferably two, double-felted shoe presses.
  • the wet press itself can be designed as a roller press or as a single-felted shoe press.
  • the calender has means for thickness calibration in the at least one calendering nip, in order to adapt the thickness of the fibrous web over the web width.
  • the calibration means can be a thermal calibration, for example.
  • a temperature profile is applied to a calender roll, the thermo roll or the backing roll, over its width from the outside. Points with a higher temperature expand more, which increases the radius of the roll at this point and increases the pressure in the calendering nip.
  • a pressure profile in the calendering nip can thus be set by the temperature profile, which in turn influences the thickness profile of the fibrous web. In particular, at comparatively high surface temperatures in the calender, for example 220° C. or more, it has been shown that the thermal calibration is less efficient.
  • the deflection control roll is usually not designed as a thermo roll.
  • a preferred calendering nip can then be made up of a thermo roll and a deflection-controlled roll as a counter-roll.
  • the object is achieved by a device for producing or treating a fibrous web, in particular a paper or cardboard web, the device comprising a drying section for drying the fibrous web and a calender with at least one calendering nip for treating, in particular smoothing, the fibrous web.
  • the device has a steam blower box in front of the calender in the direction of web travel for applying steam to a first side of the fibrous web, and means for convection cooling are provided between the dryer section and the steam blower box, which are suitable for at least the first side of the fibrous web to be cooled by convection to a temperature of 65°C and less, in particular to 50°C and less.
  • the means for convection cooling are implemented as passive cooling through a free section of the fibrous web, the free section being at least 5 m, preferably at least 7 m, in particular 10 m or more long.
  • the means for convection cooling include or consist of active cooling by at least one convection cooler, the convection cooler being set up to blow air onto at least the first side, in particular onto both sides of the fibrous web.
  • a certain free distance will preferably be provided before and/or after the convection cooler.
  • this can then usually be designed according to the criteria of favorable web guidance and does not have to make any significant contribution to convection cooling.
  • a more stable web run can be achieved if the web is blown with air from both sides at the same time or at a very small distance.
  • such a convection cooler is very compact.
  • a very good cooling of the web can already be achieved with an MD extension of between 1m and 2m, e.g. 1.5m.
  • the convection cooler can also have an MD extension of more than 4m, in particular up to 6m.
  • passive cooling can hardly be implemented in a sensible way, since this would require an extremely long free section.
  • one or more cooling cylinders can be provided instead of a convection cooler.
  • the fibrous web can then be passed over these cooling cylinders so that it is in contact with one or both sides of the cooled cylinder surfaces.
  • These cylinder surfaces can be cooled to temperatures below 40°C, especially below 30°C or 25°C.
  • cooling cylinders require a comparatively large amount of space and are relatively expensive. Therefore, convection cooling is preferred, especially for newly built systems.
  • a convection cooler can have means for conditioning the air.
  • the conditioning can be done by tempering, preferably by cooling the air.
  • the conditioning can also take place by humidifying and/or dehumidifying the air. Appropriate conditioning of the air blown onto the web can greatly influence the effect of the convection cooler.
  • the web can then be wound up.
  • provision can also be made for further process steps to follow after the calender.
  • one or more coating units can also be provided.
  • the at least one calendering nip to be formed from a heated roller and a counter-element, with the heated roller being able to be heated to a surface temperature of 220°C or more and being arranged in such a way that it is in contact with the first side of the fibrous web contact occurs.
  • the counter element can advantageously be formed by a deflection compensation roll. This makes it possible, for example, to profile the calendering nip.
  • the diameter of the heated roller and/or the deflection roller can be between 400 mm and 1600 mm.
  • the diameters of the two rollers can be the same. However, it can also be provided that the diameter of the deflection compensation roll deviates by a maximum of 50%, preferably a maximum of 40%, from the diameter of the heated roll. In most cases, the deflection compensation roll then has a smaller diameter than the heated roll.
  • the calendering nip can be designed as a hard nip or as a soft nip.
  • One or both rolls of the calendering nip can in particular have a hardness of 60° ShoreD to 98° ShoreD, preferably between 88 and 92° ShoreD.
  • one or both rolls of the calender can be composite rolls.
  • the calendering nip can consist of a roller nip.
  • the calendering nip can also be an extended nip, such as in a shoe calender or a belt calender.
  • a second steam blower box can also be provided for applying steam to the second side of the fibrous web.
  • this is advantageously arranged between the convection cooler and the calendering nip.
  • FIG. 1 shows a device according to one aspect of the present invention
  • FIG. 2 shows a device according to a further aspect of the present invention
  • FIG. 3 shows a convection cooler for use in a device according to a further aspect of the invention
  • FIG. 1 shows a device according to one aspect of the invention, which is suitable for carrying out a method according to the invention.
  • a drying section 10 is provided, in which a fibrous web 1, for example a paper or cardboard web 1, is dried.
  • the web 1 leaves the drying section 10 with a low residual moisture content of usually below 12%, for example 7% or 8% and a high temperature, for example between 75°C and 90°C.
  • a calender 2 is provided in FIG. 1 for further processing of the web 1 .
  • the calender 2 is shown here by way of example as a roll calender 2 which has a felt roll 4 and a counter roll 5 which together form the calendering nip 3 .
  • the felt roller 4 can have a surface temperature of 220° C. or more and is in contact with the first side 1a of the fibrous web 1 .
  • the backing roll 5 can be designed as a deflection compensation roll.
  • any other types of calenders can also be provided, for example shoe or belt calenders which have an extended calendering nip 3 .
  • a measuring device such as a scanner can usually also be provided after the calender 2 . After the calender 2, in particular after the scanner, the web 1 can then be wound up. Alternatively, however, provision can also be made for further process steps to follow after the calender 2 .
  • one or more coating units can also be provided.
  • means 6 for convection cooling of the web 1 are provided after the drying section.
  • the web 1 is guided via guide rollers 8 to a convection cooler 6 in which it can be actively cooled.
  • a convection cooler 6 in which it can be actively cooled.
  • air is blown at least on the first side 1a of the web 1, in particular on both sides of the web 1.
  • a more stable web run can be achieved if the web 1 is blown with air from both sides at the same time or at a very small distance.
  • This air can be taken directly from the environment - for example from a cooler area of the production plant such as the machine cellar - or it can be conditioned before it is applied to the fibrous web 1 .
  • cooling the air for example by means of a suitable heat exchanger, is advantageous since this can significantly improve the cooling effect of the convection cooler 6, so that after the convection cooler 6 a significantly lower web temperature can be achieved.
  • the web 1 is subjected to steam on at least the first side 1a.
  • a steam blower box 7 is provided in the device shown. The steam is intended to condense on the web 1 and both moisten and heat the region near the surface.
  • the web temperature is 50° C. or less after the means for convection cooling or before entry into the steam box. With the active convection coolers 6, the temperature can also be lowered significantly further, for example to 45°C or 40°C.
  • a second steam blower box can also be provided, which is arranged in such a way that the second side of the fibrous web is subjected to steam. After leaving the steam box 7, the web 1 has, at least on the first side 1a, the temperature and moisture gradients that are desired to achieve volume-preserving smoothing.
  • the steam blower box 7 is therefore preferably arranged very shortly in front of the calendering nip 3, so that the distance between the steam blower box 7 and the calendering nip 7 is at most 1000 mm, in particular at most 500 mm
  • FIG. 2 differs from that in FIG. 1 only in the configuration of the means for convection cooling.
  • convection cooling is realized as passive cooling through a free section of the fibrous web 1 in FIG.
  • the free section is at least 5 m, preferably at least 7 m, long.
  • the embodiment according to FIG. diverted twice, three times, four times or more by guide rollers 8, so that even with a limited structural length of the device, a sufficient free section for cooling the web 1 can be provided.
  • FIG. 3 schematically shows a section of a convection cooler 6 for actively cooling the fibrous web 1, as can be used, for example, in an embodiment according to FIG.
  • Two rows of nozzles 61 are provided, each of which blows an air stream 62 onto the fibrous web 1 .
  • the nozzles 61 in the upper row act on the first side 1a of the web 1 with an air stream 62, the nozzles 61 on the lower row act on the second side.
  • the nozzles 61 extend over the entire width of the web 1 (CD-cross direction) and are arranged one behind the other in the running direction (MD-machine direction).
  • FIG. 3 shows an example of two or three nozzles 61 per row.
  • a distance in the MD direction can advantageously be provided between the nozzles 61 of each row.
  • the distance which can correspond in particular to the MD expansion of a nozzle 61, allows the air flow 62 to be discharged without problems after it has hit the web 1. Nevertheless, such a convection cooler 6 is very compact.
  • a very good cooling of the web can already be achieved with an MD extension of between 1m and 2m, eg 1.5m. However, larger MD expansions of up to 4m, 5m or 6m are also possible.
  • An active convection cooler 6 with two rows of nozzles, as shown here, has the advantage that the web 1 is cooled from both sides, which enables faster cooling. In addition, the web run of web 1 is also stabilized. Because the first side 1a is subjected to an air flow 62, the web deviates downwards. The air currents 62 from the lower nozzles 61 counteract this and direct the web 1 back up again. By alternately pushing and lifting, the web 1 runs in a slight undulating motion, but essentially stable and straight through the convection cooler 6.
  • the air for the air streams 62 can simply be ambient air, which is usually 30° and more in the vicinity of a paper machine, and can also be quite humid. Alternatively, the air can also be conditioned and, for example, cooled to 25° or 20°C and possibly also dehumidified.

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Abstract

Verfahren sowie zugehörige Vorrichtung zur Herstellung oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, umfassend die folgenden Schritte: a) Trocknen der Faserstoffbahn in einer Trockenpartie. b) Anschließendes Kühlen zumindest einer ersten Seite der Faserstoffbahn mittels Konvektionskühlung, wobei die Faserstoffbahn nach der Kühlung auf zumindest der ersten Seite eine Temperatur von 65°C und weniger, insbesondere 50°C und weniger aufweist. c) Auftragen von Dampf auf zumindest die erste Seite der Faserstoffbahn, wobei insbesondere die Temperatur an der ersten Seite nach dem Dampfauftrag mindestens 70°C, bevorzugt mehr als 80°C oder 90°C beträgt. d) Behandlung der Faserstoffbahn in zumindest einem Kalandriernip.

Description

Verfahren und Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oder Behandlung einer Faserstoffbahn gemäß Anspruch 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß Anspruch 9.
Bei der Herstellung von Faserstoffbahnen wird an das Endprodukt eine Vielzahl von Qualitätsanforderungen gestellt. So benötigen beispielsweise Papier-, Karton- oder Verpackungsbahnen eine ausreichend gute Oberflächenglätte, und eine gute Bedruckbarkeit oder eine stabiles Aufbringen von Beschichtungen zu gewährleisten. Hierzu kommen üblicherweise ein oder mehrere Kalandernips zum Einsatz, in denen die Faserstoffbahn unter Einsatz von Druck und Wärme geglättet wird
Andererseits benötigen diese Produkte auch eine vergleichsweise hohe mechanische Stabilität um eine sichere Verarbeitung zu ermöglichen bzw. um dem fertigen Endprodukt -z.B. einer Verpackung- die nötige Festigkeit zu verleihen. Diese Festigkeit erhöht sich mit der Dicke der Faserstoffbahn.
Man erkennt, dass diese beiden Zielvorgaben insofern gegenläufig sind, dass ein Verbessern der Glätte durch stärkeres Kalandrieren mit einer Komprimierung der Bahn einhergeht, und dadurch mit einer Reduktion der Festigkeit.
Die einfachste Möglichkeit zur Erhöhung des Volumens oder der Dicke der Faserstoffbahn wäre es, mehr Faserstoffmaterial zu verwenden. Da Fasern, insbesondere Zellstofffasern, einen großen Kostenfaktor darstellen, scheidet dies meist aus ökonomischen Gründen aus.
Daher wäre es sehr vorteilhaft, eine Möglichkeit zur volumenschonenden Glättung der Faserstoffbahn zur Verfügung zu haben.
Die Europäische Patentschrift EP 2.682.520 B1 schlägt zu diesem Zweck vor, die Faserstoffbahn zu kühlen. Hierzu wird ein Befeuchtungsgerät in Verbindung mit einer Kühleinrichtung zum Erzeugen einer Feuchtigkeitsverdampfung von der Faserbahn mit einer latenten thermischen Kühlwirkung angeordnet. Die kältere Bahn ist weniger leicht verformbar, so dass sie im Kalandernip weniger stark komprimiert wird.
Nachteilig an der in EP 2.682.520 B1 beschriebenen Lösung ist jedoch, dass das Kühlen der Bahn das Glätten erschwert. Im Extremfall ist vorstellbar, dass zum Erzielen der gewünschten Glätte die Kalanderlast so erhöht werden muss, dass dadurch der durch die Kühlung gewonnene Stabilitätsvorteil ganz oder teilweise wieder verloren geht. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik so weiter zu entwickeln, dass eine einfache Glättung der Bahn bei weitgehender Schonung der Dicke möglich ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine volumenschonende Glättung mit einfachen und kostengünstigen Mitteln zu ermöglichen.
Die Aufgaben werden vollständig gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. Zur Erläuterung:
Falls nicht explizit anders beschrieben, werden im Folgenden die Begriffe .Faserstoffbahn' und .Bahn' synonym verwendet.
Im Folgenden wird der Begriff der Konvektionskühlung verwendet. Unter Konvektionskühlung soll im Rahmen dieser Anmeldung die Kühlung mittels einer Luftströmung verstanden werden. Dabei ist sowohl eine passive Kühlung als auch eine aktive Kühlung vorstellbar.
Bei der passiven Kühlung wird die Faserstoffbahn über eine gewisse Distanz frei oder gelegentlich durch Walzen gestützt durch die Umgebungsluft geführt, und dadurch gekühlt. Diese Form der Kühlung ist günstig, jedoch ist die Kühlwirkung eher gering und zum Erzielen eines ausreichenden Kühleffekts erfordert eine passive Kühlung vergleichsweise viel Platz. Bei der aktiven Kühlung wird Luft aus geeigneten Düsenvorrichtungen auf eine oder beide Seiten der Bahn geblasen. Für einen aktiven Konvektionskühler sind zwar im Vergleich zur passiven Kühlung höhere Investitionen notwendig, jedoch ist die Kühlleistung deutlich höher und präziser einstellbar und die Anlage kann deutlich kompakter gebaut werden.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, das die folgenden Schritte umfasst: a. Trocknen der Faserstoffbahn in einer Trockenpartie b. Anschließendes Kühlen zumindest einer ersten Seite der Faserstoffbahn mittels Konvektionskühlung, wobei die Faserstoffbahn nach der Kühlung auf zumindest der ersten Seite eine Temperatur von 65°C und weniger, bevorzugt 50°C und weniger aufweist. c. Aufträgen von Dampf auf zumindest die erste Seite der Faserstoffbahn, wobei insbesondere die Temperatur an der ersten Seite nach dem Dampfauftrag mindestens 70°C, bevorzugt mehr als 80°C oder 90°C beträgt. d. Behandlung der Faserstoffbahn in zumindest einem Kalandriernip.
Nach dem Trocknen der Faserstoffbahn Schritt a) ist die Faserstoffbahn sehr heiß. Temperaturen von bis zu 120°C sind möglich, Temperaturen von 60°C und weniger werden direkt nach der Trockenpartie so gut wie nicht gemessen. Häufig sind Werte zwischen 70°C und 110°C, insbesondere 80°C, 90°C oder 100°C.
Dabei kann die Faserstoffbahn beim Verlassen der Trockenpartie eine Bahnfeuchte zwischen 6% und 12 %, insbesondere zwischen 7% und 8% aufweisen. Durch die hohe Bahntemperatur ist die Bahn aber relativ weich, so dass es beim direkten Durchlaufen eines Kalandriernips zu einer deutlichen Komprimierung der Bahn kommen würde. Daher wird in dem hier vorliegenden Verfahren die Faserstoffbahn im Anschluss an die Trockenpartie ebenfalls gekühlt.
Im Unterschied zum Stand der Technik ist die zentrale Idee der vorliegenden Erfindung dabei eine kombinierte Temperaturgradienten- und Feuchtegradienten-Glättung. Die nach der Trockenpartie sehr heiße und sehr trockene Bahn soll vor dem Einlauf in der Kalandriernip derartig konditioniert werden, dass die Bahn in ihrem Inneren möglichst kalt und trocken ist, während sie an zumindest ihrer ersten Seite, bzw. an beiden Seiten im Bereich der Oberfläche feucht und warm ist.
Die feuchte und warme Oberfläche ist dann ausreichend weich und verformbar, so dass im Kalandriernip einfach eine gute Glätte erzeugt werden kann. Da die Bahn im Kern vergleichsweise kalt ist, bleibt aber die Komprimierbarkeit in diesem Bereich gering, so dass die Dicke im Kalandriernip weitgehend erhalten bleibt. Der Feuchtegradient, also die Tatsache, dass die Bahn im Inneren auch sehr trocken in den Kalandriernip geführt wird, unterstützt zum einen ebenfalls den Erhalt der Dicke. Zudem ist es natürlich auch vorteilhaft, der bereits trockenen Bahn nicht zu viel neue Feuchtigkeit wieder zuzuführen, da diese nach dem Kalandriernip wieder aufwändig aus der Bahn entfernt werden müsste.
Realisiert wird die notwendige Konditionierung der Bahn durch zwei überraschend einfache und günstige Prozessschritte.
Zuerst wird die Bahn nach der Trockenpartie mittels Konvektionskühlung gekühlt, und zwar auf zumindest einer ersten Seite -vorzugsweise auf beiden Seiten. Durch die Kühlung mit Luft wird die Bahntemperatur reduziert, und die Bahn bleibt -im Gegensatz zum Kühlen durch Wasserauftrag- trocken.
Es ist hierbei sehr vorteilhaft, wenn zwischen dem Verlassen der Trockenpartie und dem Kühlen in Schritt b) keine Befeuchtung der Faserstoffbahn erfolgt. Anschließend wird die Bahn auf zumindest einer Seite - insbesondere beiden Seiten- mit Dampf beaufschlagt. Dabei kann es sich bei dem Dampf auch um ein Dampf-Luft Gemisch handeln. Der Dampf kondensiert an der kühlen Oberfläche der Faserstoffbahn, wodurch die Bahn an der Oberfläche sowohl erwärmt, als auch befeuchtet wird. Im Inneren bleibt die Bahn aber relativ kühl und trocken.
Um eine gute Kondensation des Dampfes zu ermöglichen ist eine relativ niedrige Oberflächentemperatur der Faserstoffbahn wichtig. Je niedriger die Temperatur, desto besser, bzw. desto mehr Dampf kondensiert an der Oberfläche, und desto stärker bildet sich der Feuchte- bzw. Temperaturgradient aus. Selbst wenn die Bahn nach der Trockenpartie sehr heiß ist, ist es daher empfehlenswert, dass die Bahn, bzw. die Oberfläche nach der Konvektionskühlung zumindest auf 65°C oder weniger abgekühlt ist. In vorteilhaften Ausführungen wird die Bahn auf eine Temperatur von unter 60°C, insbesondere unter 55°C oder unter 50°C und bevorzugt unter 45°C abgekühlt.
Durch das Beaufschlagen der Bahn mit Dampf erhöht sich die Temperatur der Oberfläche wieder. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur der Faserstoffbahn an zumindest der ersten Seite nach der Beaufschlagung mit Dampf mindestens 70°C, bevorzugt mehr als 80°C oder 90°C beträgt. Auch die Feuchte an der Oberfläche steigt dadurch an. Nach der Kondensation des Dampfes an der Papierbahn kann die Feuchtigkeit oberflächlich 15 % und mehr betragen.
Mit diesem Temperaturgradienten und Feuchtigkeitsgradienten wird die Faserstoffbahn dann in einen Kalandriernip geführt und dort behandelt, insbesondere geglättet. Wie oben beschrieben bleibt die Dicke der Bahn bei der Glättung weitgehend erhalten.
Ist nur eine einseitige Glättung erwünscht ist es gegebenenfalls ausreichend, die Bahn nur auf der ersten Seite zu kühlen. Häufig wird es aber vorteilhaft sein, die Bahn von beiden Seiten zu kühlen. Insbesondere bei beidseitiger Glättung der Bahn ist es auch vorteilhaft, wenn beide Seiten der Bahn mit Dampf beaufschlagt werden. Insbesondere in diesem Fall ist auch eine beidseitige Kühlung der Bahn mittels Konvektionskühlung vorteilhaft. Da die Temperatur der Bahn nach dem Dampfauftrag langsam wieder abnimmt, und da die Feuchte sich mit der Zeit innerhalb der Bahn wieder ausgleicht, sollte der Durchgang durch den Kalandriernip nicht allzu lange nach dem Dampfauftrag erfolgen. Bevorzugt sollte die Oberflächentemperatur der ersten Seite der Faserstoffbahn bei Einlauf in den Kalandriernip mindestens 60°C, insbesondere mindestens 70°C, bevorzugt zwischen 80°C und 90°C betragen. Flierzu ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen dem Ende des Dampfauftrags und dem Kalandriernip nicht mehr als 1m beträgt, insbesondere 80 cm oder weniger bzw. 50 cm oder weniger. Eine noch kürzere Distanz von z.B. 30 cm oder weniger wäre wünschenswert, wird aber häufig aufgrund von baulichen Randbedingungen nur schwer realisierbar sein.
Insbesondere zum Erzielen eines guten Glätterfolges ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine Kalandriernip aus einer beheizten Walze und einem Gegenelement gebildet wird, wobei die beheizte Walze eine Oberflächentemperatur von 220°C oder mehr aufweist und mit der ersten Seite der Faserstoffbahn in Kontakt tritt.
Derartige beheizte Walzen („Thermowalzen“) werden in der Regel mittels eines Heizfluids, speziell eines Öls, erwärmt. Zum Erzielen der erwünschten Oberflächentemperaturen ist es dabei sinnvoll, wenn das Heizfluid der beheizten Walze mit einer Temperatur von mindestens 240°C, bevorzugt zwischen 260°C und 310°C der Heizwalze zugeführt wird. Um Temperaturen von deutlich über310°C zu realisieren sind spezielle Thermoöle notwendig. Diese sind aber in der Regel schwierig zu handhaben und meist giftig. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass durch die Temperatur- und Feuchtegradienten in der Bahn eine gute Glättung erzielt werden kann, ohne extrem hohe Temperaturen bei der Heizwalze zu benötigen, wodurch auf diese giftigen Spezialöle verzichtet werden kann. Die effektiven Oberflächentemperaturen, die sich mit einem Heizfluid, speziell mit Fluidtemperaturen bis 310°C, im Betrieb erreichen lassen, hängen auch davon ab, wie viel Wärmeenergie mit der Faserstoffbahn abgeführt wird. Dabei wird generell bei höherer Linienlast im Kalandriernip und höherer Produktionsgeschwindigkeit mehr Wärme abgeführt. Um auch bei solchen Anwendungen noch ausreichend hohe Oberflächentemperaturen an der beheizten Walze zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die beheizte Walze einen großen Durchmesser aufweist. Dabei kann der Walzendurchmesser über 1m, insbesondere auch 1,50m oder 1,60m betragen. In den meisten Fällen können über das Heizfluid Oberflächentemperaturen von über 200°C, speziell über 220°C erzielt werden. Es kann jedoch schwierig werden, Temperaturen von über 240°C zu erzielen.
Daher kann die beheizte Walze durch einen Heizbalken, der von außen gegen die Thermowalze gerichtet wird und die Walze mittels Induktion oder eines temperierten Luftstroms aufheizt, zusätzlich erwärmt werden.
Dadurch kann die Walzenoberfläche stabil und zuverlässig auf Temperaturen über 220°C, bevorzugt im Bereich zwischen 230°C und 250°C aufgeheizt werden.
Der zumindest eine Kalandriernip kann vorteilhafterweise mit einer Linienlast von maximal 150 N/mm, insbesondere weniger als 100 N/mm, bevorzugt mit einer Linienlast zwischen 10 N/mm und 40 N/mm betrieben werden. Auch hier hat sich gezeigt, dass durch die Temperatur- und Feuchtegradienten in der Bahn eine gute Glättung auch bei niedrigen Linienlasten erzielt werden kann. Durch eine Reduzierung der Linienlast werden auch die Komprimierung der Bahn und dadurch der Dickenverlust reduziert.
Bei der Faserstoffbahn kann es sich prinzipiell um eine beliebige Papier- oder Kartonbahn handeln. Insbesondere kann es sich um eine Kartonbahn handeln, die aus 2 oder mehr Lagen aufgebaut ist und die ein Flächengewicht zwischen 100 g/m2 und 600 g/m2, insbesondere zwischen 150 g/m2 und 450 g/m2 aufweist. Derartig schwere und auch dicke Faserstoffbahnen eignen sich besonders gut für eine Behandlung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Bei diesen Bahnen bleibt aufgrund der hohen Dicke bzw. der großen Masse im Inneren der Bahn besonders gut die Kühle und der Trockengehalt erhalten, wenn die Oberfläche durch Kondensation des Dampfes erwärmt und befeuchtet wird. Die Feuchte- und Temperaturgradienten sind daher bei diesen dicken bzw. schweren Sorten besonders ausgeprägt.
Das Verfahren kann in einem breiten Geschwindigkeitsbereich durchgeführt werden. So kann vorgesehen sein, dass sich die Faserstoffbahn mit einer Geschwindigkeit zwischen 600 m/min und 1600 m/min, insbesondere zwischen 800 m/min und 1400 m/min bewegt. Insbesondere bei langsameren Geschwindigkeiten von 800 m/min oder weniger, kann eine passive Konvektionskühlung vorteilhaft sein, da die aufgrund der niedrigeren Geschwindigkeit die zur Kühlung benötigte Distanz nicht allzu groß sein wird. Insbesondere bei Geschwindigkeiten von 800 m/min und höher ist dagegen das Vorsehen eines aktiven Konvektionskühlers vorteilhaft, um zu große Baugrößen zu vermeiden. Es kann aus diesem Grund auch vorteilhaft sein, bei einer bestehenden passiven Konvektionskühlung den Bauraum der freien Distanz zu verwenden, um dort einen aktiven Konvektionskühler vorzusehen, wodurch sich die Möglichkeit zu höheren Betriebsgeschwindigkeiten eröffnen kann.
Üblicherweise ist bei Papier- oder Kartonmaschinen vor der Trockenpartie eine Pressenpartie vorgesehen. In der Pressenpartie wird die Faserstoffbahn durch mechanisches Pressen entwässert. Meist wird die Bahn dabei zwischen zwei Filzen durch einen oder mehrere Pressnips geführt. Für Anwendungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest der letzte Pressnip vor der Trockenpartie als Nasspresse ausgeführt ist. Dabei läuft die Faserstoffbahn entweder nur auf einen Filz gestützt („Legepresse“), oder völlig ohne Filz („Offsetpresse“) durch den Pressnip. Somit hat im Pressnip zumindest eine Seite der Faserstoffbahn (oder beide Seiten, wie bei der Offsetpresse) direkten Kontakt mit der glatten Presswalze. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zumindest die erste Seite der Faserstoffbahn direkten Kontakt mit der glatten Presswalze hat, auf welche später Dampf aufgetragen wird. Es hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen einer solchen Nasspresse eine volumenschonendere Glättung erzielt werden kann, da dir Faserstoffbahn glatter aus der Trockenpartie herauskommt, und im Kalander weniger Glättung erzielt werden muss.
Häufig wird durch die Nasspresse nur noch eine geringe Entwässerung der Bahn erzielt. Der Trockengehalt erhöht sich beispielsweise nur um weniger als 2%-Punkte, insbesondere um 1%-Punkt oder weniger.
Um nach der Pressenpartie trotzdem eine ausreichend trockene Faserstoffbahn zu gewährleisten kann vorgesehen sein, dass die Faserstoffbahn vor der Nasspresse durch zumindest eine, bevorzugt zwei doppelt befilzte Schuhpressen entwässert wird Die Nasspresse selbst kann als Walzenpresse oder auch als einfach -befilzte Schuhpresse ausgeführt sein.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Kalander bei dem zumindest einem Kalandriernip Mittel zur Dickenkalibrierung aufweist, um die Dicke der Faserstoffbahn über die Bahnbreite anzupassen.
Bei den Kalibriermitteln kann es sich beispielsweise um eine thermische Kalibrierung handeln. Dabei wird eine Kalanderwalze, die Thermowalze oder die Gegenwalze, über ihre Breite von außen mit einem Temperaturprofil beaufschlagt. Stellen mit höherer Temperatur dehnen sich dabei stärker aus, wodurch sich der Radius der Walze an dieser Stelle etwas vergrößert, und dadurch der Druck im Kalandriernip gesteigert wird. Somit kann durch das Temperaturprofil ein Druckprofil im Kalandriernip eingestellt werden, wodurch wiederum das Dickenprofil der Faserstoffbahn beeinflusst wird. Insbesondere bei vergleichsweise hohen Oberflächentemperaturen im Kalander, beispielsweise 220°C oder mehr, hat es sich aber gezeigt, dass die thermische Kalibrierung weniger effizient ist.
Daher kann es insbesondere bei hohen Oberflächentemperaturen im Kalander vorteilhaft sein, wenn die Kalibrierung mittels einer sogenannten Biegeeinstellwalze erfolgt. Bei diesen Walzen, die von der Anmelderin unter dem Namen ,NipCo‘-Walze vertrieben werden, befinden sich im Inneren der Walze eine Reihe von Stempeln, welche den Walzenmantel gezielt verformen, und damit ein Druckprofil einstellen können.
Die Biegeeinstellwalze ist üblicherweise nicht als Thermowalze ausgeführt. Ein bevorzugter Kalandrienip kann dann aufgebaut sein aus einer Thermowalze und einer Biegeeinstellwalze als Gegenwalze.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Herstellung oder Behandlung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, wobei die Vorrichtung eine Trockenpartie zum Trocknen der Faserstoffbahn umfasst, sowie einen Kalander mit zumindest einem Kalandriernip zum Behandeln, insbesondere Glätten der Faserstoffbahn. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Vorrichtung in Bahnlaufrichtung vor dem Kalander einen Dampfblaskasten zum Aufträgen von Dampf auf eine erste Seite der Faserstoffbahn aufweist und zwischen der Trockenpartie und dem Dampfblaskasten Mittel zur Konvektionskühlung vorgesehen sind, die dazu geeignet sind, zumindest die erste Seite der Faserstoffbahn mittels Konvektion auf eine Temperatur von 65°C und weniger, insbesondere auf 50°C und weniger zu kühlen.
In vorteilhaften Ausführungen kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Konvektionskühlung als passive Kühlung durch eine freie Strecke der Faserstoffbahn realisiert sind, wobei die freie Strecke mindestens 5m, bevorzugt mindestens 7m, insbesondere 10m oder mehr lang ist.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Konvektionskühlung eine aktive Kühlung durch zumindest einen Konvektionskühler umfassen oder daraus bestehen, wobei der Konvektionskühler dazu eingerichtet ist, Luft auf zumindest die erste Seite, insbesondere auf beide Seiten der Faserstoffbahn zu blasen. Bevorzugt wird vor und/oder nach dem Konvektionskühler eine gewisse freie Strecke vorgesehen sein. Diese kann dann aber meist nach den Kriterien der günstigen Bahnführung ausgelegt sein, und muss keinen wesentlichen Beitrag zur Konvektionskühlung leisten. Auch wenn nur eine Seite der Bahn geglättet werden soll kann es vorteilhaft sein, den Konvektionskühler so zu gestalten, dass auf beide Seiten der Bahn Luft geblasen wird. Zum einen führt dies zu einer effizienteren Kühlung der Bahn. Zum anderen kann ein stabilerer Bahnlauf erzielt werden, wenn die Bahn gleichzeitig oder in sehr geringem Abstand von beiden Seiten mit Luft beblasen wird.
Zudem ist ein solcher Konvektionskühler sehr kompakt. Bereits mit einer MD Ausdehnung zwischen 1m und 2m, z.B. 1,5m kann eine sehr gute Kühlung der Bahn erzielt werden. In herausfordernden Anwendungen, z.B. bei hoher Bahngeschwindigkeit und/oder hohen Flächengewichten der Bahn, kann der Konvektionskühler aber auch eine MD Ausdehnung von über 4m, insbesondere bis zu 6m aufweisen. Bei solchen Anwendungen ist dann eine passive Kühlung kaum noch sinnvoll realisierbar, da hierzu eine extrem lange freie Strecke benötigt würde. Es ist prinzipiell auch möglich, den Kühleffekt anstatt mittels Konvektionskühlung auch mittels Kontaktkühlung zu erzielen. In diesem Fall kann beispielsweise anstatt eines Konvektionskühlers ein oder mehrere Kühlzylinder vorgesehen sein. Die Faserstoffbahn kann dann über diese Kühlzylinder geführt werden, so dass sie mit einer oder beiden Seiten in Kontakt mit den gekühlten Zylinderoberflächen steht. Diese Zylinderoberflächen können auf Temperaturen von unter 40°C, speziell unter 30°C oder 25°C gekühlt sein. Bei dieser Art der Kühlung erfolgt aber kein stofflicher Austausch und kein Durchbrechen er Luftgrenzschicht an der Faserstoffbahn. Daher ist die Effizienz einer solchen Kühlung vergleichsweise gering. Zudem benötigen Kühlzylinder einen vergleichsweise großen Bauraum und sind relativ teuer. Daher wird insbesondere bei neu gebauten Anlagen die Konvektionskühlung bevorzugt.
Allerdings kann es durchaus vorteilhaft sein -z.B. beim Umbau einer Anlage, die bereits einen Kühlzylinder umfasst - die Konvektionskühlung mit einer Kontaktkühlung zu kombinieren. Insbesondere bei einer passiven Kühlung kann vor und/oder nach einer freien Strecke eine zusätzliche Kontaktkühlung von einer oder beiden Seiten der Bahn vorgesehen sein. In bevorzugten Ausführungen kann ein Konvektionskühler Mittel zum Konditionieren der Luft aufweisen. Das Konditionieren kann dabei durch Temperieren, bevorzugt durch Kühlen der Luft erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Konditionieren auch durch Befeuchten und/oder Entfeuchten der Luft erfolgen. Durch eine geeignete Konditionierung der Luft, die auf die Bahn geblasen wird, kann die Wirkung des Konvektionskühlers stark beeinflusst werden.
In Tests der Anmelderin konnte gezeigt werden, dass bei einer Kühlung mittels Umgebungsluft mit Temperaturen zwischen 30°C und 45°C Oberflächentemperaturen zwischen 50°C und 65°C erzielt werden konnten. Wurde in denselben Versuchsanordnungen die Umgebungsluft auf Temperaturen unter 30°C - insbesondere auf 25°C und weniger - gekühlt, konnten Oberflächentemperaturen von 50°C und weniger, insbesondere 45°C und weniger nach der Kühleinrichtung erzielt werden. Auch Temperaturen von 40°C sind möglich. Üblicherweise kann nach dem Kalander noch eine Messvorrichtung wie z.B. ein Scanner vorgesehen sein. Damit ist es beispielsweise möglich, Eigenschaften der Faserstoffbahn wie die Dicke oder den Glanz zu messen. Unter Verwendung dieser Messwerte ist es dann möglich, beim aktiven Konvektionskühler die Menge und/oder die Temperatur und/oder den Feuchtegehalt der aufgebrachten Luft zu steuern oder zu regeln.
Nach dem Kalander, insbesondere nach dem Scanner kann dann die Bahn aufgewickelt werden. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass sich nach dem Kalander noch weitere Prozessschritte anschließen. Beispielsweise können noch ein oder mehrere Beschichtungsaggregate vorgesehen sein.
Häufig wird vorgesehen sein, dass der zumindest eine Kalandriernip aus einer beheizten Walze und einem Gegenelement gebildet wird, wobei die beheizte Walze auf eine Oberflächentemperatur von 220°C oder mehr erwärmt werden kann und so angeordnet ist, dass sie mit der ersten Seite der Faserstoffbahn in Kontakt tritt. Das Gegenelement kann vorteilhafterweise durch eine Biegeausgleichswalze gebildet sein. Dadurch ist beispielsweise eine Profilierung des Kalandriernips möglich.
Der Durchmesser der beheizten Walze und/oder der Biegeausgleichswalze können jeweils zwischen 400 mm und 1600mm betragen.
Die Durchmesser der beiden Walzen können gleich sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Durchmesser der Biegeausgleichswalze maximal 50%, bevorzugt maximal 40% vom Durchmesser der beheizten Walze abweicht. Meist hat die Biegeausgleichswalze dann einen kleineren Durchmesser, als die beheizte Walze.
Der Kalandriernip kann als harter Nip oder als weicher Nip ausgebildet sein. Eine oder beide Walzen des Kalandriernips können insbesondere eine Härte von 60 ° ShoreD bis 98° ShoreD , bevorzugt zwischen 88 und 92 °ShoreD aufweisen.
Eine oder beide Walzen des Kalanders können beispielsweise Kompositwalzensein.
Der Kalandriernip kann aus einem Walzennip bestehen. Alternativ kann der Kalandriernip auch ein verlängerter Nip sein, wie beispielsweise in einem Schuhkalander oder einem Bandkalander.
Es kann auch noch ein zweiter Dampfblaskasten zum Aufträgen von Dampf auf die zweite Seite der Faserstoffbahn vorgesehen sein. Dieser ist beim Einsatz eines aktiven Konvektionskühlers vorteilhafterweise zwischen dem Konvektionskühler und dem Kalandriernip angeordnet.
Wie bereits im Rahmen des Verfahrens beschrieben, ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen dem Ende des Dampfauftrag im Dampfblaskasten und/oder dem zweiten Dampfblaskasten und dem Kalandriernip nicht mehr als 1 m beträgt, insbesondere 80 cm oder weniger bzw. 50 cm oder weniger. Eine noch kürzere Distanz von z.B. 30 cm oder weniger wäre wünschenswert, wird aber häufig aufgrund von baulichen Randbedingungen nur schwer realisierbar sein. lm Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Erfindung ist dabei nicht auf die in den Figuren darstellten Ausführungen beschränkt. Die Figuren zeigen im Einzelnen: Figur 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
Figur 3 zeigt einen Konvektionskühler zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Es ist eine Trockenpartie 10 vorgesehen, in der eine Faserstoffbahn 1 , beispielsweise eine Papier oder Kartonbahn 1 getrocknet wird. Die Bahn 1 verlässt die Trockenpartie 10 mit einer niedrigen Restfeucht von üblicherweise unter 12%, z.B. 7% oder 8% und einer hohen Temperatur, beispielsweise zwischen 75°C und 90°C.
Zur weiteren Bearbeitung der Bahn 1 ist in Figur 1 ein Kalander 2 vorgesehen. Der Kalander 2 ist hier exemplarisch als Walzenkalander 2 dargestellt, der eine Fleizwalze 4 und eine Gegenwalze 5 aufweist, welche zusammen den Kalandriernip 3 ausbilden.
Die Fleizwalze 4 kann eine Oberflächentemperatur von 220° C oder mehr aufweisen, und steht mit der ersten Seite 1a der Faserstoffbahn 1 in Kontakt. Die Gegenwalze 5 kann dabei als Biegeausgleichswalze ausgeführt sein. Es können aber auch beliebige andere Kalandertypen vorgesehen sein, beispielsweise Schuh- oder Bandkalander, die einen verlängerten Kalandriernip 3 aufweisen. Üblicherweise kann nach dem Kalander 2 noch eine Messvorrichtung wie z.B. ein Scanner vorgesehen sein. Nach dem Kalander 2, insbesondere nach dem Scanner kann dann die Bahn 1 aufgewickelt werden. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass sich nach dem Kalander 2 noch weitere Prozessschritte anschließen. Beispielsweise können noch ein oder mehrere Beschichtungsaggregate vorgesehen sein. Um die gewünschte volumenschonende Glättung zu erreichen, sind nach dem Trockenpartie Mittel 6 zur Konvektionskühlung der Bahn 1 vorgesehen. In der Ausführung gemäß Figur 1 wird die Bahn 1 dazu über Leitwalzen 8 zu einem Konvektionskühler6 geführt, in dem sie aktiv gekühlt werden kann. Dazu wir zumindest auf die ersten Seite 1a der Bahn 1, insbesondere auf beide Seiten der Bahn 1 Luft geblasen. Auch wenn nur eine Seite der Bahn 1 geglättet werden soll kann es vorteilhaft sein, den Konvektionskühler 6 so zu gestalten, dass auf beide Seiten der Bahn 1 Luft geblasen wird. Zum einen führt dies zu einer effizienteren Kühlung der Bahn 1. Zum anderen kann ein stabilerer Bahnlauf erzielt werden, wenn die Bahn 1 gleichzeitig oder in sehr geringem Abstand von beiden Seiten mit Luft beblasen wird.
Diese Luft kann direkt der Umgebung entnommen sein - beispielsweise aus einem kühleren Bereich der Fertigungsanlage wie dem Maschinenkeller- oder vor dem Aufbringen auf die Faserstoffbahn 1 noch konditioniert werden. Insbesondere eine Kühlung der Luft, z.B. mittels eines geeigneten Wärmetauschers ist vorteilhaft, da hierdurch die Kühlwirkung des Konvektionskühlers 6 deutlich verbessert werden kann, so dass nach dem Konvektionskühler 6 eine wesentlich niedrigere Bahntemperatur erzielt werden kann. Im Anschluss an die Konvektionskühlung wird die Bahn 1 auf zumindest der ersten Seite 1a mit Dampf beaufschlagt. Dazu ist in der gezeigten Vorrichtung ein Dampfblaskasten 7 vorgesehen. Der Dampf soll dabei an der Bahn 1 kondensieren, und die Region nahe der Oberfläche sowohl befeuchten, als auch erwärmen. Um den Dampf möglichst gut kondensieren zu lassen ist es vorteilhaft, wenn die Bahntemperatur nach den Mitteln zur Konvektionskühlung bzw.- vor Einlauf in den Dampfblaskasten 50°C oder weniger beträgt. Mit den aktiven Konvektionskühlern 6 kann die Temperatur auch noch deutlich weiter gesenkt werden, z.B. auf 45°C oder 40°C. Wenn beide Seiten der Faserstoffbahn 1 behandelt, insbesondere geglättet werden sollen, kann auch ein zweiter Dampfblaskasten vorgesehen sein, der so angeordnet ist, dass der die zweite Seite der Faserstoffbahn mit Dampf beaufschlagt. Nach dem Verlassen des Dampfblaskastens 7 weist die Bahn 1 zumindest an der ersten Seite 1a die Temperatur- und Feuchtgradienten auf, die zum Erzielen einer volumenschonenden Glättung erwünscht sind. Da die Faserstoffbahn 1 dazu tendiert, solche Gradienten über die Zeit wieder anzugleichen, ist es vorteilhaft, die Bahn 1 möglichst schnell nach dem Dampfblaskasten 7 in den Kalandriernip 3 zu führen. Bevorzugt ist der Dampfblaskasten 7 daher sehr kurz vor dem Kalandriernip 3 angeordnet, so dass der Abstand zwischen dem Dampfblaskasten7 und dem Kalanderiernip 7 maximal 1000 mm, insbesondere maximal 500 mm beträgt
Die in Figur 2 gezeigte Ausführung unterscheidet sich von der in Figur 1 lediglich durch die Ausgestaltung der Mittel zu Konvektionskühlung. Statt einer aktiven Kühlung durch einen Konvektionskühler 6 ist in Figur 2 die Konvektionskühlung als passive Kühlung durch eine freie Strecke der Faserstoffbahn 1 realisiert sind. Um die Kühlung wobei der Bahn 1 zu verbessern ist es vorteilhaft, wenn die freie Strecke mindestens 5m, bevorzugt mindestens 7m lang ist. Um eine möglichst lange freie Strecke zu erzielen wird bei der Ausführung gemäß Figur 2 die Bahn 1 zwischen der Trockenpartie 10 und dem Dampfblaskasten 7 mehrfach -z.B. zweimal, dreimal, viermal oder mehr- durch Leitwalzen 8 umgeleitet, so dass auch bei einer begrenzten baulichen Länge der Vorrichtung eine ausreichende freie Strecke für die Kühlung der Bahn 1 zur Verfügung gestellt werden kann.
Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Konvektionskühler 6 zur aktiven Kühlung der Faserstoffbahn 1 , wie er beispielsweise in einer Ausführung gemäß Figur 1 zum Einsatz kommen kann. Dabei sind zwei Reihen von Düsen 61 vorgesehen, die jeweils einen Luftstrom 62 auf die Faserstoffbahn 1 blasen. Die Düsen 61 der oberen Reihe beaufschlagen dabei die erste Seite 1a der Bahn 1 mit einem Luftstrom 62, die Düsen 61 der unteren Reihe beaufschlagen die zweite Seite. Die Düsen 61 erstrecken sich dabei über die gesamte Breite der Bahn 1 (CD-Cross Direction) und sind in Laufrichtung (MD - Maschine Direction) hintereinander angeordnet. Figur 3 zeigt exemplarisch zwei bzw. drei Düsen 61 je Reihe. In praktischen Anwendungen können es aber auch deutlich mehr, z.B. 10, 12, 15 oder mehr Düsen pro Reihe sein, um die gewünschte Kühlung der Bahn 1 zu erreichen. Zwischen den Düsen 61 jeder Reihe kann vorteilhafterweise ein Abstand in MD Richtung vorgesehen sein. Der Abstand, der insbesondere der MD Ausdehnung einer Düse 61 entsprechen kann, erlaubt ein störungsfreies Abführen des Luftstroms 62 nach dem Auftreffen auf die Bahn 1. Trotzdem ist ein solcher Konvektionskühler 6 sehr kompakt. Bereits mit einer MD Ausdehnung zwischen 1m und 2m, z.B. 1,5m kann eine sehr gute Kühlung der Bahn erzielt werden. Es sind aber auch größere MD Ausdehnungen von bis zu 4m, 5m oder 6m möglich. Ein aktiver Konvektionskühler 6 mit zwei Düsenreihen, wie hier dargestellt, hat den Vorteil, dass die Bahn 1 von beiden Seiten gekühlt wird, was eine schnellere Kühlung ermöglicht. Zudem wird auch der Bahnlauf der Bahn 1 stabilisiert. Durch das Beaufschlagen der ersten Seite 1a mit einem Luftstrom 62 weicht die Bahn nämlich nach unten aus. Die Luftströme 62 von den untern Düsen 61 wirken dagegen, und leiten die Bahn 1 wieder nach oben zurück. Durch das abwechselnde Drücken und Heben läuft die Bahn 1 in einer leichten Wellenbewegung, aber im Wesentlichen stabil und gerade durch den Konvektionskühler 6.
Bei der Luft für die Luftströme 62 kann es sich einfach um Umgebungsluft handeln, die im Umfeld einer Papiermaschine üblicherweise 30° und mehr aufweist, und auch recht feucht ein kann. Alternativ kann die Luft auch konditioniert sein, und z.B. auf 25° oder 20°C abgekühlt und ggf. auch entfeuchtet werden.
Bezugszeichenliste
1 Faserstoffbahn
1 a erste Seite 2 Kalander
3 Kalandriernip
4 Heizwalze
5 Gegenwalze
6 Konvektionskühler 7 Dampfblaskasten
8 Leitwalze
10 Trockenpartie
61 Düse
62 Luftstrom

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Fierstellung oder Behandlung einer Faserstoffbahn (1), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn (1), umfassend die folgenden Schritte a. Trocknen der Faserstoffbahn (1) in einer Trockenpartie (10) b. Anschließendes Kühlen zumindest einer ersten Seite (1a) der Faserstoffbahn (1) mittels Konvektionskühlung, wobei die Faserstoffbahn (1) nach der Kühlung auf zumindest der ersten Seite (1a) eine Temperatur von 65°C und weniger, insbesondere 50°C und weniger aufweist. c. Aufträgen von Dampf auf zumindest die erste Seite (1a) der Faserstoffbahn (1), wobei insbesondere die Temperatur an der ersten Seite nach dem Dampfauftrag mindestens 70°C, bevorzugt mehr als 80°C oder 90°C beträgt. d. Behandlung der Faserstoffbahn (1 ) in zumindest einem Kalandriernip (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn (1) vor der Trockenpartie (10) mittels einer Nasspresse geglättet wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur der ersten Seite (1a) der Faserstoffbahn (1) bei Einlauf in den Kalandriernip (3) mindestens 60°C, bevorzugt zwischen 80°C und 90°C beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kalandriernip (3) aus einer beheizten Walze (4) und einem Gegenelement (5) gebildet wird, wobei die beheizte Walze (4) eine Oberflächentemperatur von 220°C oder mehr aufweist und mit der ersten Seite (1a) der Faserstoffbahn (1) in Kontakt tritt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizte Walze (4) mittels eines Heizfluids erwärmt wird, wobei das Heizfluid der beheizten Walze (4) mit einer Temperatur von mindestens 240°C, bevorzugt zwischen 260°C und 310°C der Heizwalze (4) zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kalandriernip (3) mit einer Linienlast von maximal 150 N/mm, vorzugsweise mit einer Linienlast zwischen 10 N/mm und 40 N/mm betrieben wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verlassen der Trockenpartie (10) und dem Kühlen in Schritt b) keine Befeuchtung der Faserstoffbahn (1) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Faserstoffbahn um eine Kartonbahn handelt, die aus 2 oder mehr Lagen aufgebaut ist und ein Flächengewicht zwischen 100 g/m2 und 600 g/m2, insbesondere zwischen 150 g/m2 und 450 g/m2 aufweist.
9. Vorrichtung zur Herstellung oder Behandlung einer Faserstoffbahn (1), insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn (1), wobei die Vorrichtung eine Trockenpartie (10) zum Trocknen der Faserstoffbahn (1) umfasst, sowie einen Kalander (2) mit zumindest einem Kalandriernip (3) zum Behandeln, insbesondere Glätten der Faserstoffbahn (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in Bahnlaufrichtung vor dem Kalander (2) einen Dampfblaskasten (7) zum Aufträgen von Dampf auf eine erste Seite (1a) der Faserstoffbahn (1) aufweist und zwischen der Trockenpartie (10) und dem Dampfblaskasten (7) Mittel zur Konvektionskühlung vorgesehen sind, die dazu geeignet ist, zumindest die erste Seite (1a) der Faserstoffbahn (1) mittels Konvektion auf eine Temperatur von 65°C und weniger, insbesondere auf 50°C und weniger zu kühlen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Konvektionskühlung als passive Kühlung durch eine freie Strecke der
Faserstoffbahn (1) realisiert sind, wobei die freie Strecke mindestens 5m, bevorzugt mindestens 7m lang ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Konvektionskühlung eine aktive Kühlung durch zumindest einen Konvektionskühler (6) umfassen oder daraus bestehen, wobei der Konvektionskühler (6) dazu eingerichtet ist, Luft (62) auf zumindest die erste Seite (1a), insbesondere auf beide Seiten der Faserstoffbahn (1) zu blasen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Konvektionskühler (6) Mittel zum Konditionieren der Luft, insbesondere zum Temperieren und/oder Be- bzw. Entfeuchten der Luft aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kalandriernip (3) aus einer beheizten Walze (4) und einem Gegenelement (5) gebildet wird, wobei die beheizte Walze (4) auf eine Oberflächentemperatur von 220°C oder mehr erwärmt werden kann und mit der ersten Seite (1a) der Faserstoffbahn (1) in Kontakt tritt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalander (2) Mittel zur Dickenkalibrierung aufweist, wobei die Mittel zur Dickenkalibrierung insbesondere mittels thermischer Kalibrierung und/oder über eine Biegeeinstellwalze realisiert sind.
15. Vorrichtung nach nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Dampfblaskasten (7) und/oder dem zweiten Dampfblaskasten und dem Kalanderiernip (3) maximal 1000 mm beträgt
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