EP4621125A1

EP4621125A1 - Pressenanordnung und verfahren zum pressen einer faserstoffbahn

Info

Publication number: EP4621125A1
Application number: EP24164058.0A
Authority: EP
Inventors: Helga KRIEGER; Timo FRICK; Martin Brunnett; Johannes Winkemann; Klaus Hermann; Klaus Meier; Delphine Delmas; Richard Horn; Robert Hilbing
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2024-03-18
Filing date: 2024-03-18
Publication date: 2025-09-24
Also published as: WO2025195813A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pressenanordnung und ein Verfahren zum Pressen einer Faserstoffbahn, umfassend eine Hauptpresse mit einem verlängerten Pressspalt, wobei der Pressspalt eine Länge von wenigstens 150 mm aufweist, wobei die Hauptpresse eine Schuhpresse ist, welche einen Pressschuh mit einer im Wesentlichen konkav gewölbten Oberfläche und einen um den Pressschuh rotierbar gelagerten Schuhpressmantel umfasst, wobei die Hauptpresse derart ausgestaltet ist, dass sich ein Linienlastverhältnis LLR von mindestens 0,56 und höchstens 1,52 ergibt, wobei das Linienlastverhältnis LLR der Quotient einer gewichteten Linienlast WLL zur Linienlast LL ist, wobei die gewichtete Linienlast WLL das Ergebnis einer Integration des mit einem Gewichtungsfaktors A gewichteten quadratischen lokalen Drucks p(x)² über die Pressspaltlänge x hinweg ist, wobei der Gewichtungsfaktor A eins durch zehn Megapascal beträgt, und wobei die Linienlast LL das Ergebnis einer Integration des lokalen Drucks p(x) über die Pressspaltlänge x hinweg ist, so dass sich für das Linienlastverhältnis LLR folgende Formel ergibt:

LLR = \frac{WLL}{LL} = \frac{\int A * p {(x)}^{2} dx}{\int p (x) dx} = \frac{\int \frac{1}{10 MPa} * p {(x)}^{2} dx}{\int p (x) dx}

wobei der Schuhpressmantel zumindest teilweise aus Polyurethan besteht, welches durch Reagieren eines Präpolymers und einer Vernetzerkomponente gebildet ist, wobei das Präpolymer ein Reaktionsprodukt von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und einer Polyolkomponente enthaltend wenigstens Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) und/oder Cs-s-Polycarbonatdiol ist, wobei die Vernetzerkomponente 1,6-Hexandiol umfasst, und wobei der Pressmantel wenigstens eine Entwässerungsrille und/oder wenigstens eine Blindbohrung aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pressenanordnung zum Pressen einer Faserstoffbahn, insbesondere Verpackungspapierbahn, umfassend eine Hauptpresse mit einem verlängerten Pressspalt, wobei der Pressspalt eine Länge von wenigstens 150 mm, vorzugsweise wenigstens 190 mm, aufweist, wobei die Hauptpresse eine Schuhpresse ist, welche einen Pressschuh mit einer im Wesentlichen konkav gewölbten Oberfläche und einen um den Pressschuh rotierbar gelagerten Schuhpressmantel umfasst. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Pressen einer Faserstoffbahn, insbesondere Verpackungspapierbahn, wie Packaging Testliner, wobei die Faserstoffbahn durch eine Hauptpresse mit einem verlängerten Pressspalt von wenigstens 150 mm Länge, vorzugsweise wenigstens 190 mm Länge, geführt wird, wobei die Hauptpresse eine Schuhpresse ist, welche einen Pressschuh mit einer im Wesentlichen konkav gewölbten Oberfläche und einen um den Pressschuh rotierbar gelagerten Schuhpressmantel umfasst.
Eine solche Pressenanordnung und ein solches Pressverfahren sind beispielsweise in der Druckschrift WO2017207475A1 beschrieben, auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird.
Maschinen zur Herstellung einer Faserstoffbahn weisen regelmäßig eine Pressenanordnung auf, in welcher die Faserstoffbahn durch mechanischen Druck entwässert bzw. entfeuchtet wird. Die Pressenanordnung ist zumeist zwischen der Formier- und der Trockenpartie angeordnet. Eine besonders effiziente Art der mechanischen Entwässerung kann über einen sogenannten verlängerten Pressspalt erzielt werden. Die Vorzüge eines verlängerten Pressspalts sind bekannt: Der Pressspalt ist flächenförmig und nicht im Wesentlichen linienförmig wie bei gewöhnlichen Walzenpressen. Dies hat zur Folge, dass der auf die zu entwässernde Faserstoffbahn auszuübende Druck im Pressspalt in Laufrichtung nicht schlagartig einsetzt, sondern von einem niedrigen Wert kontinuierlich auf einen hohen Wert gebracht werden kann. Dadurch reduziert man die Gefahr, dass die zu entwässernde Faserstoffbahn im Pressspalt verdrückt wird. So kann die Faserstoffbahn in einem verlängerten Pressspalt einerseits sehr effizient und andererseits volumenschonend entwässert werden.
Beispielsweise kann die Faserstoffbahn zusammen mit einem Filz oder zwischen zwei Filzen durch den verlängerten Pressspalt geführt werden, wobei der verlängerte Pressspalt in einer sogenannten Schuhpresse zwischen einer Schuhpresswalze und einer Gegenwalze gebildet sein kann. Anders als bei der Produktion von Tissuebahnen kommt es bei der Produktion von Papierbahnen, insbesondere Verpackungspapierbahnen, weniger auf die Dicke bzw. den sogenannten Bulk an. Deshalb und wegen des erheblich größeren Flächengewichtes bei Papierbahnen, insbesondere Verpackungspapierbahnen, kommen hier auch deutlich höhere Linienlasten in der Presse zum Einsatz, nämlich Linienlasten von mindestens 500 kN/m.
Die Themen "Energiekosten" und "CO₂-Fußabdruck" spielen für die Herstellung von Faserstoffbahnen eine immer größer werdende Rolle. Gerade der Energieverbrauch in der heute fast ausschließlich noch gasbeheizten Trockenpartie ist dabei ein wesentlicher Einflussfaktor. Um hier Energie bzw. Gas einzusparen, wäre es sehr vorteilhaft, wenn die aus der vorgelagerten Pressenanordnung kommende Faserstoffbahn bereits einen möglichst großen Trockengehalt aufweisen würde. Ein naheliegender Gedanke könnte sein, einfach die Linienlast in der Pressenanordnung zu erhöhen, um einen größeren Trockengehalt zu erzielen. Dieser Ansatz ist jedoch nur begrenzt praktikabel, da hierdurch die Gefahr besteht, dass die zu entwässernde Faserstoffbahn im Pressspalt verdrückt wird. Hinzu kommt, dass auch der Energieverbrauch in der Pressenanordnung bei gleicher Maschinengeschwindigkeit mit zunehmender Linienlast steigt, und dass mit zunehmender Linienlast die Investitionskosten steigen, da eine erheblich massivere Stuhlung nötig ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Energiekosten und/oder den CO₂-Fußabdruck für die Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Verpackungsbahn, zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung zum Gegenstand.
Konkret wird die Aufgabe dabei durch eine eingangs beschriebene, gattungsgemäße Pressenanordnung gelöst, welche sich dadurch besonders auszeichnet, dass die Hauptpresse derart ausgestaltet ist, dass sich ein Linienlastverhältnis LLR von mindestens 0,56 und höchstens 1,52 ergibt, wobei das Linienlastverhältnis LLR der Quotient einer gewichteten Linienlast WLL zur Linienlast LL ist, wobei die gewichtete Linienlast WLL das Ergebnis einer Integration des mit einem Gewichtungsfaktors A gewichteten quadratischen lokalen Drucks p(x)² über die Pressspaltlänge x hinweg ist, wobei der Gewichtungsfaktor A eins durch zehn Megapascal beträgt, und wobei die Linienlast LL das Ergebnis einer Integration des lokalen Drucks p(x) über die Pressspaltlänge x hinweg ist, so dass sich für das Linienlastverhältnis LLR folgende Formel ergibt: $LLR = \frac{WLL}{LL} = \frac{\int A * p {(x)}^{2} dx}{\int p (x) dx} = \frac{\int \frac{1}{10 MPa} * p {(x)}^{2} dx}{\int p (x) dx}$ wobei der Schuhpressmantel zumindest teilweise aus Polyurethan besteht, welches durch Reagieren eines Präpolymers und einer Vernetzerkomponente gebildet ist, wobei das Präpolymer ein Reaktionsprodukt von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und einer Polyolkomponente enthaltend wenigstens Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) und/oder Cs-s-Polycarbonatdiol ist, wobei die Vernetzerkomponente 1,6-Hexandiol umfasst, und wobei der Pressmantel wenigstens eine Entwässerungsrille und/oder wenigstens eine Blindbohrung aufweist.
Zum besseren Verständnis wird auf das Diagramm in Figur 3 verwiesen, welches rein schematisch veranschaulicht, wie sich das Linienlastverhältnis LLR einfach bestimmen und verstehen lässt. Zunächst bestimmt man hierzu das tatsächliche Druckprofil p(x), also den Verlauf des Drucks, der über die Länge x des verlängerten Pressspalts der Hauptpresse wirkt. In dem vorliegenden Beispiel weist die Hauptpresse einen verlängerten Presspalt von 260 mm auf. Ferner sei der Einfachheit halber angenommen, dass sich der lokale Druck p(x) entlang des verlängerten Pressspalts linear von 0 MPa am Anfang des verlängerten Pressspalts bei x=0 mm auf 12 MPa am Ende des verlängerten Pressspalts bei x=260 mm erhöht, so dass sich als Druckprofil p(x) eine Gerade ergibt. Die Bestimmung der lokalen Drücke, die in Summe das Druckprofil ergeben, kann beispielsweise mittels einer Druckfolie erfolgen, die in den verlängerten Pressspalt eingeführt wird, bevor Druck durch die Hauptpresse auf diese appliziert wird. Die Druckfolie misst dann, z.B. mittels des Piezo-Effekts, wo genau welcher lokale Druck im Presspalt anliegt. Der Druck in Maschinenquerrichtung ist dabei üblicher Weise konstant, so dass es nur auf das Druckprofil in Maschinenrichtung, also entlang der Länge des verlängerten Pressspalts, ankommt. Allenfalls im Seitenrandbereich mag es zu einer geringfügigen Änderung des Drucks in Maschinenquerrichtung kommen, wobei diese Effekte im Seitenrandbereich hier außer Acht gelassen werden sollen. Solche Druckfolien mit verschiedenen Auflösungen werden zum Beispiel von der Firma Fujifilm unter dem Markennamen "Prescale" kommerziell angeboten. Vorzugsweise erfolgt die Messung vor dem Anlaufen der Presse, nach der Installation eines frischen Filzes, insbesondere eines frischen und noch trockenen Filzes, welcher zum Durchführen der Faserstoffbahn durch den verlängerten Pressspalt dient. Gemessen werden sollte vorzugsweise mit der maximalen Betriebs-Linienlast der Presse.
Wenn man das Druckprofil p(x) über die Länge des verlängerten Pressspalts x integriert, so ergibt sich daraus die Linienlast LL. In den vorliegenden Beispiel gemäß Figur 3 entspricht die Linienlast LL also der dreieckigen Fläche unter der Geraden, die das Druckprofil p(x) darstellt. Sie beträgt hier 1.560 kN/m. Auf diese Weise lässt sich auch sehr einfach die Qualität der vorgenommenen Messung überprüfen, nämlich indem die durch Integration ermittelte Linienlast LL mit dem Wert verglichen wird, den man zuvor als Linienlast LL der Hauptpresse eingestellt hat. Grundsätzlich sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Linienlast LL angibt, welche Gesamtkraft die Hauptpresse pro Meter Breite in Maschinenquerrichtung bzw. orthogonal zur Bewegungsrichtung der Faserstoffbahn aufbringt.
Basierend auf dem gemessenen Druckprofil p(x) lässt sich nun einfach über die folgende Formel die Kurve des gewichteten quadratischen lokalen Drucks bestimmen: $\frac{1}{10 MPa} * p {(x)}^{2}$ . Dies ergibt die in Figur 3 dargestellte gekrümmte Kurve, welche die Gerade des Druckprofils p(x) bei 10 MPa schneidet. Die Fläche unterhalb dieser gekrümmten Kurve entspricht dabei der gewichteten Linienlast VVLL. Deutlich erkennt man in der Grafik der Figur 3, dass lokale Drücke von weniger als 10 MPa zu einer geringeren Fläche und Drücke von über 10 MPa zu einer vergrößerten Fläche gegenüber der Dreiecksfläche, welche die Linienlast LL darstellt, führen. In dem vorliegenden Beispiel beträgt die gewichtete Linienlast VVLL 1.250 kN/m. Hieraus ergibt sich ein Linienlastverhältnis LLR als Quotient aus gewichteter Linienlast VVLL zu Linienlast LL von 0,8, was im Bereich der beanspruchten Erfindung liegt, nämlich im Bereich: $0,56 \leq \frac{WLL}{LL} \leq 1,52$
In der Praxis muss die Druckprofilkurve p(x) selbstverständlich keine Gerade sein. Stattdessen gibt es eine schier unerschöpfliche Vielfallt an möglichen Druckprofilkurven p(x), selbst wenn die Linienlast LL, also die Fläche unter der Kurve gleichbleibt. Die Form der Druckprofilkurve p(x) hängt maßgeblich von dem geometrischen Design der Presselemente ab, die zwischen sich den verlängerten Pressspalt ausbilden, insbesondere von dem geometrischen Design des Pressschuhs der Schuhpresse.
Bisher wurde für die Charakterisierung des Druckverlaufs in einem verlängerten Pressspalt nur die Linienlast LL verwendet. Die Erfinder haben aber erkannt, dass dieser Parameter allein nicht ausreicht, um den Druckverlauf, und damit auch das Entwässerungsverhalten im Pressspalt genau zu charakterisieren.
Da durch die Integration eine gewisse Mittelung stattfindet, liefert beispielsweise ein konstanter Druckverlauf p=10MPa über die gesamte Länge des Pressspalts dieselbe Linienlast LL, wie ein Druckverlauf von p=0MPa in der ersten Hälfte und p=20MPa in der zweiten Hälfte der Schuhlänge. Die Wirkung diese beiden Druckverläufe auf die Entwässerung und auf die Blattstruktur ist jedoch stark unterschiedlich.
Durch die Gewichtung in der gewichteten Linieinlast VVLL wird dieser Unterschied sichtbar gemacht. So ergibt sich für den ersten Fall (p=10MPa) VVLL = LL, bzw. ein Linienlastverhältnis LLR von 1, und im zweiten Fall WLL = 1,5 LL, also ein Linienlastverhältnis LLR von 1,5.
Die Verhältniszahl erlaubt es also sehr einfach und effizient, Druckprofile mit derselben Linienlast in ihrer Wirkung voneinander zu unterscheiden, ohne detailliert den Verlauf der Druckkurve analysieren zu müssen. Generell liefern bei gleicher Linienlast Druckprofile mit starken Druckschwankungen und höheren Spitzendrücken tendenziell größere LLR-Werte als ausgeglichene Profile mit mittleren Druckwerten.
Es ist das Verdienst der Erfinder, herausgefunden zu haben, dass eine besonders effiziente Entwässerung der Faserstoffbahn erzielt werden kann, wenn das Linienlastverhältnis LLR mindestens 0,56 und höchstens 1,52 beträgt, wobei als Randbedingungen gilt, dass der Pressspalt eine Länge von wenigstens 150 mm aufweist. Eine Gegenwalze zum Pressschuh der Schuhpresse weist zudem vorzugsweise einen Durchmesser auf, welcher kleiner als 3.000 mm ist.
Das Linienlastverhältnis LLR beschreibt somit indirekt das geometrische Design der Presselemente, insbesondere eines etwaigen Pressschuhs. Da es eine unüberschaubar große Anzahl an unterschiedlichen geometrischen Designs gibt, die alle zu einem Linienlastverhältnis LLR zwischen 0,56 und 1,52 führen, ist hier die Wahl des Linienlastverhältnisses LLR angebracht, um die erfindungsgemäße Lösung zu beschreiben. Wichtig ist, dass sich für eine Pressenanordnung mit einem festgelegten Design der Presselemente das Linienlastverhältnis LLR einfach und eindeutig bestimmen lässt. Auch liegt es im Können des Fachmanns, in Kenntnis der vorliegenden Erfindung die Presselemente so auszulegen, dass sich das gewünschte Linienlastverhältnis LLR einstellt.
Wenn das Linienlastverhältnis LLR erfindungsgemäß mindestens 0,56 und höchstens 1,52 beträgt, so bedeutet dies, dass man relativ zur Linienlast der Presse einen relativ hohen Spitzendruck auf die Faserstoffbahn appliziert. Um auch hohen Spitzendrücken von über 8 MPa oder sogar über 10 MPa Stand zu halten, hat sich die Verwendung der erfindungsgemäßen Polyurethan-Zusammensetzung für den Schuhpressmantel der Hauptpresse bewährt. Diese Polyurethanmischung ist auch sehr gut geeignet, immer noch eine gute Haftung zu darin eingebetteten Verstärkungsfäden zu behalten, selbst nach vielen Wechsellastzyklen unter hohen Spitzendrücken.
Vorzugsweise umfasst die Polyolkomponente des Präpolymers Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) und Cs-s-Polycarbonatdiol mit im Wesentlichen gleichen Gewichtsanteilen. Insbesondere kann die Polyolkomponente des Präpolymers im Wesentlichen aus 50 Gew.-% Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) und aus 50 Gew.-% C_5-6-Polycarbonatdiol gebildet sein.
Um den Herstellungsprozess für das Präpolymer einfach zu halten, kann dieses aus einer Mischung von zwei Präpolymeren gebildet sein bzw. werden, wobei das erste Präpolymer ein Reaktionsprodukt von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) ist, und wobei das zweite Präpolymer ein Reaktionsprodukt von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und Cs-s-Polycarbonatdiol ist. Das erste und zweite Präpolymer sind auf dem Markt relativ gut verfügbar. Alternativ könnte aber auch das Präpolymer aus aus 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und einer Mischung von Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) und Cs-s-Polycarbonatdiol gebildet werden bzw. sein.
Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn Vernetzerkomponente neben 1,6-Hexandiol auch noch ein Polyol umfasst, wie insbesondere Polytetramethylenetherglycol (PTMEG). Zum Beispiel kann Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) in der Vernetzerkomponente im Wesentlichen in der gleichen Menge wie 1,6-Hexandiol vorliegen, vorzugsweise überwiegt jedoch der Anteil an 1,6-Hexandiol in der Vernetzerkomponente. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Vernetzerkomponente im Wesentlichen zu 75 Gew.-% aus 1,6-Hexandiol und zu 25 Gew.-% aus Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) besteht. Die Beimengung von Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) in der Vernetzerkomponente hat in Versuchen zu einer besseren Gießbarkeit des Polyurethans geführt.
Die Erfinder haben zudem herausgefunden, dass es hinsichtlich einer effizienten Entwässerung der Faserstoffbahn vorteilhaft ist, wenn die Pressenanordnung ferner eine der Hauptpresse in Laufrichtung der Faserstoffbahn, vorzugsweise unmittelbar, vorgelagerte Vorpresse umfasst. Die Vorpresse dient dabei dazu, die Faserstoffbahn bereits so weit vorzuverfestigen und zu entfeuchten, dass sie trotz eines hohen Spitzendrucks in der Hauptpresse nicht zerdrückt wird. Die erfindungsgemäße Pressenanordnung kann bei Bedarf auch noch eine oder mehrere weitere Pressen umfassen. Insbesondere kann der Vorpresse eine weitere Presse vorgelagert sein.
Insbesondere kann die Vorpresse bevorzugt ebenfalls einen verlängerten Pressspalt aufweisen, wobei die Vorpresse derart ausgestaltet ist, dass das Linienlastverhältnis LLR der Vorpresse kleiner als 0,69, vorzugsweise kleiner als 0,56 ist.
Hinsichtlich der Linienlast, mit dem die Hauptpresse betrieben werden kann, kann diese höher als 1.200 kN/m liegen und sogar auch deutlich darüber. Wie oben erwähnt, sind einer Steigerung der Linienlast jedoch praktische Grenzen gesetzt, wegen einer steigenden Gefahr der Verdrückung der Faserstoffbahn, wegen steigender Antriebsenergie und wegen seigenden Investitionskosten, insbesondere für die Auslegung einer massiveren Stuhlung.
Auch wenn der Spitzendruck aus den zuvor beschriebenen Gründen nicht beliebig groß sein kann, liegt er bevorzugt bei über 8 MPa, weiter bevorzugt bei über 10 MPa, was unter Verwendung des erfindungsgemäßen Linienlastverhältnisses LLR zu einer signifikanten Trockengehaltssteigerung führt, ohne jedoch die Faserstoffbahn unzulässig zu verdrücken.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, vorzugsweise von Packaging Testliner, umfassend eine zuvor beschriebene, erfindungsgemäße Pressenanordnung.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Pressen einer Faserstoffbahn, insbesondere Verpackungspapierbahn, wie Packaging Testliner, vorzugsweise unter Verwendung einer zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Pressenanordnung, wobei die Faserstoffbahn durch eine Hauptpresse mit einem verlängerten Pressspalt von wenigstens 150 mm Länge, vorzugsweise wenigstens 190 mm Länge, geführt wird, wobei die Hauptpresse eine Schuhpresse ist, welche einen Pressschuh mit einer im Wesentlichen konkav gewölbten Oberfläche und einen um den Pressschuh rotierbar gelagerten Schuhpressmantel (6) umfasst, wobei die Hauptpresse derart ausgestaltet ist, dass sich ein Linienlastverhältnis LLR von mindestens 0,56 und höchstens 1,52 ergibt, wobei das Linienlastverhältnis LLR der Quotient einer gewichteten Linienlast WLL zur Linienlast LL ist, wobei die gewichtete Linienlast WLL das Ergebnis einer Integration des mit einem Gewichtungsfaktors A gewichteten quadratischen lokalen Drucks p(x)² über die Pressspaltlänge x hinweg ist, wobei der Gewichtungsfaktor A eins durch zehn Megapascal beträgt, und wobei die Linienlast LL das Ergebnis einer Integration des lokalen Drucks p(x) über die Pressspaltlänge x hinweg ist, so dass sich für das Linienlastverhältnis LLR folgende Formel ergibt: $LLR = \frac{WLL}{LL} = \frac{\int A * p {(x)}^{2} dx}{\int p (x) dx} = \frac{\int \frac{1}{10 MPa} * p {(x)}^{2} dx}{\int p (x) dx}$ wobei der Schuhpressmantel zumindest teilweise aus Polyurethan besteht, welches durch Reagieren eines Präpolymers und einer Vernetzerkomponente gebildet ist, wobei das Präpolymer ein Reaktionsprodukt von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und einer Polyolkomponente enthaltend wenigstens Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) und/oder Cs-s-Polycarbonatdiol ist, wobei die Vernetzerkomponente 1,6-Hexandiol umfasst.
Die Wirk- und Vorteilsangaben, die zuvor hinsichtlich der erfindungsgemäßen Pressenanordnung angegeben wurden, gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
So wird die Faserstoffbahn vorzugsweise ferner durch eine der Hauptpresse in Laufrichtung der Faserstoffbahn, vorzugsweise unmittelbar, vorgelagerte Vorpresse geführt, wobei die Vorpresse ebenfalls einen verlängerten Pressspalt aufweisen kann, wobei die Vorpresse derart ausgestaltet sein kann, dass das Linienlastverhältnis LLR der Vorpresse kleiner als 0,69, vorzugsweise kleiner als 0,56, ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind besonders geeignet, wenn es sich bei der Faserstoffbahn um grafische Papiersorten oder um Sorten handelt, die dem Bereich Board & Packaging zuzurechnen sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn es sich bei der Faserstoffbahn um eine Verpackungspapierbahn, wie Packaging Testliner handelt. Von geringerer oder keine Bedeutung sind hingegen Tissue-Sorten.
Besonders effizient kann das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden, wenn die Faserstoffbahn zu mindestens 20 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% aus OCC-Fasern besteht. OCC ist eine im Fachkreis bekannte Abkürzung und steht für "old corrugated containers". Mit anderen Worten eignet sich die erfindungsgemäße Pressenanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut dazu, Faserstoffbahnen effizient zu entwässern, die einen erheblichen oder gar maßgeblichen Anteil an gebrauchten Fasern, also keinen Frischfasern, aufweisen. Dies hängt mit der hohen Widerstandskraft der OCC-Fasern gegen hohe Drücke zusammen. Die restlichen Fasern der zu pressenden Faserstoffbahn können zum Beispiel aus Holzstoff oder Zellstoff, wie TMP, CTMP und/oder PGW ausgewählt werden bzw. sein.
Die Pressenanordnungen gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindungen sind auch deshalb vorteilhaft, da sie bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten betrieben werden können. So sind Geschwindigkeiten von mehr als 1000 m/min, insbesondere mehr als 1200 m/min oder gar mehr als 1400 m/min möglich. Hierbei erweist sich oftmals das Vorsehen einer Vorpresse als vorteilhaft, da dadurch meist eine Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit möglich ist.
Vorzugsweise ist der Schuhpressmantel noch getempert, d.h. er hat eine Wärmebehandlung erfahren. Insbesondere kann er über einen längeren Zeitraum hinweg auf eine Temperatur zwischen 50°C und 200°C, insbesondere zwischen 100°C und 150°C ausgelagert worden sein. Das Tempern wirkt sich vorteilhaft auf das Polyurethan aus, um die hohen Spitzendrücke aushalten zu können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines mit Hilfe von schematischen Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1:: eine erfindungsgemäße Pressenanordnung, umfassend eine Hauptpresse und eine Vorpresse;
Figur 2:: eine vergrößerte und detaillierte Darstellung der Hauptpresse der in Figur 1 gezeigten Pressenanordnung,
Figur 3:: eine beispielhafte Druckkurve im verlängerten Pressspalt der Hauptpresse.

Figur 1 zeigt ganz schematisch eine erfindungsgemäße Pressenordnung, umfassend eine Hauptpresse 1 und eine in Bewegungsrichtung BR einer Faserstoffbahn 8 unmittelbar davor angeordnete Vorpresse 11. In diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl die Hauptpresse 1 als auch die Vorpresse 11 als Schuhpressen ausgebildet und weisen somit jeweils einen verlängerten Pressspalt auf. Alternativ könnte jedoch die Vorpresse 11 auch keinen verlängerten Pressspalt aufweisen und/oder die Vorpresse 11 und die Hauptpresse 1 könnten sich eine gemeinsame Zentralwalze teilen. Die Zentralwalze wäre dann ein Pressenelement, mittels welchem sowohl der verlängerte Pressspalt der Vorpresse 11 als auch der verlängerte Pressspalt der Hauptpresse 1 ausgebildet würde.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte und detaillierte Darstellung der Hauptpresse 1, auf welche es erfindungsgemäß besonders ankommt. Diese kann ausgelegt sein, um mit einer Linienlast LL von mindestens 1.200 kN/m, vorzugsweise mindestens 1.300 kN/m betrieben zu werden. Der verlängerte Pressspalt 7 der Hauptpresse 1 wird durch zwei Presselemente bereitgestellt, nämlich eine Schuhpresswalze 2 und eine Gegenwalze 3. Die Schuhpresswalze 2 umfasst einen Pressschuh 5, welcher sich an einem stehenden Joch 4 abstützt, und einen Schuhpressmantel 6, welcher rotierbar um den Pressschuh 5 angeordnet ist. Vorzugsweise wird die Faserstoffbahn 8 dabei sandwichartig zwischen zwei Pressfilzen 9 durch den verlängerten Presspalt 7 geführt. Der Pressschuh 5 weist eine im Wesentlichen konkav geformte Oberfläche auf, über welche der Schuhpressmantel 6 läuft, während der Pressschuh 5 diesen mit einer hohen Druckkraft F in Richtung auf die Gegenwalze 3 hin presst. Das geometrische Design der Presselemente, insbesondere des Pressschuhs 5, ist dabei derart ausgewählt, dass sich ein Linienlastverhältnis LLR von mindestens 0,56 und höchstens 1,52 ergibt.
Die Druckkraft F ist vorzugsweise so groß gewählt, dass der Spitzendruck, welcher auf die Faserstoffbahn 8 im verlängerten Pressspalt 7 wirkt, wenigstens 8 MPa, vorzugsweise mindestens 10 MPa, beträgt. Die Länge des verlängerten Pressspalts der Hauptpresse 1 beträgt mindestens 150 mm, vorzugsweise mindestens 190 mm.
Es hat sich bei solchen Spitzendrücken als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Schuhpressmantel 6 zumindest teilweise aus Polyurethan besteht, welches durch Reagieren eines Präpolymers und einer Vernetzerkomponente gebildet ist, wobei das Präpolymer ein Reaktionsprodukt von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und einer Polyolkomponente enthaltend wenigstens ein Polyetherpolyol und/oder wenigstens ein Polycarbonatpolyol ist, und wobei die Vernetzerkomponente ein C_2-14-Diol enthält. Beispielsweise kann der Schuhpressmantel 6 eine von der Polyurethanschicht eingebettete Verstärkungsstruktur aus Fäden aufweisen, wobei das Präpolymer der Polyurethanschicht zu 50 Gew.-% aus einer Mischung von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und C_5-6-Polycarbonatdiol und zu 50 Gew.-% aus einer Mischung von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) besteht, und wobei der Vernetzer 1,6-Hexandiol umfasst oder vorzugsweise maßgeblich daraus gebildet ist.

Versuche haben gezeigt, dass die erfindungsgemäße Polyurethanzusammensetzung besonders vorteilhaft ist im Hinblick auf ihre Widerstandskraft gegenüber hohen Spitzendrücken in der Hauptpresse der erfindungsgemäßen Pressenanordnung. Konkret wurden unterschiedliche Proben mit einer Dicke von 5mm aus reinem Polyurethan gegossen und anschließend flächig einer mit 10Hz sinusförmig dynamisch schwankenden Druckbelastung von in der Spitze 15 MPa für 4 Stunden bei 60°C ausgesetzt. Anschließend wurde gemessen, wie stark die Dicke (in %) gegenüber der Ausgangsdicke abgenommen hat. Je geringer die Abnahme ist, desto besser ist die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber Druck. Teilweise wurde derselbe Versuch mit denselben Materialien, jedoch nach einer Hydrolyse noch einmal durchgeführt, wobei für die Hydrolyse die Materialien zuvor 4 Tage lang einer Temperatur von 110°C ausgesetzt wurden. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse:

Tabelle 1

Polyurethan-Zusammensetzung		Setzung durch dynamische Kompression [%]
Präpolymer	Vernetzer	vor Hydrolyse	nach Hydrolyse
MDI & Polycarbonate	1,4-BDO	-39	-
MDI & Polycarbonate & PTMEG	MCDEA & PTMEG	-65	-
50 Gew.-%: PPDI & C_5-6-Polycarbonatdiol	50 Gew.-% PTMEG & 50 Gew.-% 1,6-Hexandiol	-8	-10
50 Gew.-%: PPDI & C_5-6-Polycarbonatdiol	25 Gew.-% PTMEG & 75 Gew.-% 1,6-Hexandiol	-8	-9
50 Gew.-%: PPDI & PTMEG	1,6-Hexandiol	-8	-5

Die ersten beiden Polyurethan-Zusammensetzungen in der Tabelle 1 beziehen sich auf Vergleichsbeispiele, die nicht zur vorliegenden Erfindung zählen. Bei diesen haben sich bereits vor der Hydrolyse Werte für die Kompaktierung oder Setzung ergeben, nämlich -39% bzw. -65%, die sehr groß waren, so dass auf eine Wiederholung des Versuchs nach einer Hydrolyse für diese beiden Polyurethan-Zusammensetzungen verzichtet wurde. Im Vergleich dazu haben sich deutlich niedrigere Werte, nämlich -8% für die Kompaktierung vor der Hydrolyse bei Polyurethan-Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung, d.h. unten in Tabelle 1, ergeben. Die Kompaktierungswerte nach einer Hydrolyse haben je nach Zusammensetzung des Vernetzers etwas variiert. In keinem einzigen Fall wurde jedoch ein Wert von -10% betragsmäßig überschritten, was die erfindungsgemäßen Polyurethan-Zusammensetzungen für die Verwendung auch bei hohen Spitzendrücken besonders geeignet macht.
Die in Figur 1 schematisch gezeigte Vorpresse 11 kann und ist vorzugsweise anders als die Hauptpresse 1 ausgebildet. Insbesondere kann sie, anders als die Hauptpresse 1, derart ausgebildet sein, dass das Linienlastverhältnis LLR der Vorpresse 11 kleiner als 0,69, vorzugsweise kleiner als 0,56, ist. Die Vorpresse 11 dient in der Pressenanordnung insbesondere dazu, die Faserstoffbahn 8 für den Durchgang durch die Hauptpresse 1 ausreichend vorzuverfestigen, damit diese trotz eines relativ hohen Spitzendrucks in der zweiten Presse 1 nicht unzulässig stark verdrückt wird.
Die Faserstoffbahn 8 dient vorzugsweise zur Herstellung einer Verpackungspapierbahn bzw. ist eine solche Verpackungspapierbahn. Ferner besteht die Faserstoffbahn vorzugsweise zu mindestens 20 Gew.-%, weiter bevorzugt zu mindestens 50 Gew.-% aus OCC-Fasern, welche sich durch eine besonders hohe Widerstandskraft auch gegen große Spitzendrücke auszeichnen.
Die erfindungsgemäße Pressenanordnung 1 könnte theoretisch auch noch mehr Pressen als nur die Vorpresse 11 und die Hauptpresse 1 aufweisen. Jedoch ist vorzugsweise die Hauptpresse 1 die letzte Presse der Pressenanordnung, d.h. die letzte Presse, bevor die Faserstoffbahn 8 an eine der Pressenanordnung nachgelagerte Trockenpartie übergeben wird.

Bezugszeichenliste

1: Hauptpresse
2: Schuhpresswalze
3: Gegenwalze
4: stehendes Joch
5: Pressschuh
6: Schuhpressmantel
7: verlängerter Pressspalt
8: Faserstoffbahn
9: Pressfilz
10: Pressenanordnung
11: Vorpresse
BR: Bewegungsrichtung
F: Druckkraft

Claims

Pressenanordnung (10) zum Pressen einer Faserstoffbahn (8), insbesondere Verpackungspapierbahn, umfassend eine Hauptpresse (1) mit einem verlängerten Pressspalt (7), wobei der Pressspalt (7) eine Länge von wenigstens 150 mm, vorzugsweise von wenigstens 190 mm, aufweist, wobei die Hauptpresse (1) eine Schuhpresse ist, welche einen Pressschuh (5) mit einer im Wesentlichen konkav gewölbten Oberfläche und einen um den Pressschuh (5) rotierbar gelagerten Schuhpressmantel (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptpresse (1) derart ausgestaltet ist, dass sich ein Linienlastverhältnis LLR von mindestens 0,56 und höchstens 1,52 ergibt,
wobei das Linienlastverhältnis LLR der Quotient einer gewichteten Linienlast WLL zur Linienlast LL ist,

wobei die gewichtete Linienlast WLL das Ergebnis einer Integration des mit einem Gewichtungsfaktors A gewichteten quadratischen lokalen Drucks p(x)² über die Pressspaltlänge x hinweg ist, wobei der Gewichtungsfaktor A eins durch zehn Megapascal beträgt, und

wobei die Linienlast LL das Ergebnis einer Integration des lokalen Drucks p(x) über die Pressspaltlänge x hinweg ist,

so dass sich für das Linienlastverhältnis LLR folgende Formel ergibt: $LLR = \frac{WLL}{LL} = \frac{\int A * p {(x)}^{2} dx}{\int p (x) dx} = \frac{\int \frac{1}{10 MPa} * p {(x)}^{2} dx}{\int p (x) dx}$

wobei der Schuhpressmantel (6) zumindest teilweise aus Polyurethan besteht, welches durch Reagieren eines Präpolymers und einer Vernetzerkomponente gebildet ist, wobei das Präpolymer ein Reaktionsprodukt von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und einer Polyolkomponente enthaltend wenigstens Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) und/oder Cs-s-Polycarbonatdiol ist, wobei die Vernetzerkomponente 1,6-Hexandiol umfasst, und wobei der Pressmantel (6) wenigstens eine Entwässerungsrille und/oder wenigstens eine Blindbohrung aufweist.
Pressenanordnung (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das die Polyolkomponente des Präpolymers Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) und C_5-6-Polycarbonatdiol mit im Wesentlichen gleichen Gewichtsanteilen umfasst.
Pressenanordnung (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolkomponente des Präpolymers im Wesentlichen aus 50 Gew.-% Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) und aus 50 Gew.-% C_5-6-Polycarbonatdiol gebildet ist.
Pressenanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
durch gekennzeichnet, dass das Präpolymer aus einer Mischung von zwei Präpolymeren gebildet ist, wobei das erste Präpolymer ein Reaktionsprodukt von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) ist, und wobei das zweite Präpolymer ein Reaktionsprodukt von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und Cs-s-Polycarbonatdiol ist.
Pressenanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
durch gekennzeichnet, dass die Vernetzerkomponente ferner ein Polyol umfasst.
Pressenanordnung (10) nach Anspruch 5,
durch gekennzeichnet, dass das Polyol der Vernetzerkomponente Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) ist.
Pressenanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
durch gekennzeichnet, dass die Pressenanordnung (10) ferner eine der Hauptpresse (1) in Laufrichtung der Faserstoffbahn (8), vorzugsweise unmittelbar, vorgelagerte Vorpresse (11) umfasst.
Pressenanordnung (10) nach Anspruch 7,
durch gekennzeichnet, dass die Vorpresse (11) ebenfalls einen verlängerten Pressspalt aufweist, wobei die Vorpresse (11) derart ausgestaltet ist, dass das Linienlastverhältnis LLR der Vorpresse kleiner als 0,69, vorzugsweise kleiner als 0,56, ist.
Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn (8), vorzugsweise von Packaging Testliner, umfassend eine Pressenanordnung (10) einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Pressen einer Faserstoffbahn (8), insbesondere Verpackungspapierbahn, wie Packaging Testliner, vorzugsweise unter Verwendung einer Pressenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Faserstoffbahn (8) durch eine Hauptpresse (1) mit einem verlängerten Pressspalt (7) von wenigstens 150 mm Länge, vorzugsweise wenigstens 190 mm Länge, geführt wird,
wobei die Hauptpresse (1) eine Schuhpresse ist, welche einen Pressschuh (5) mit einer im Wesentlichen konkav gewölbten Oberfläche und einen um den Pressschuh (5) rotierbar gelagerten Schuhpressmantel (6) umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptpresse (1) derart ausgestaltet ist, dass sich ein Linienlastverhältnis LLR von mindestens 0,56 und höchstens 1,52 ergibt,

wobei das Linienlastverhältnis LLR der Quotient einer gewichteten Linienlast WLL zur Linienlast LL ist,

wobei die gewichtete Linienlast WLL das Ergebnis einer Integration des mit einem Gewichtungsfaktors A gewichteten quadratischen lokalen Drucks p(x)² über die Pressspaltlänge x hinweg ist, wobei der Gewichtungsfaktor A eins durch zehn Megapascal beträgt, und

wobei die Linienlast LL das Ergebnis einer Integration des lokalen Drucks p(x) über die Pressspaltlänge x hinweg ist,

so dass sich für das Linienlastverhältnis LLR folgende Formel ergibt: $LLR = \frac{WLL}{LL} = \frac{\int A * p {(x)}^{2} dx}{\int p (x) dx} = \frac{\int \frac{1}{10 MPa} * p {(x)}^{2} dx}{\int p (x) dx}$

wobei der Schuhpressmantel (6) zumindest teilweise aus Polyurethan besteht, welches durch Reagieren eines Präpolymers und einer Vernetzerkomponente gebildet ist, wobei das Präpolymer ein Reaktionsprodukt von 1,4-Phenylendiisocyanat (PPDI) und einer Polyolkomponente enthaltend wenigstens Polytetramethylenetherglycol (PTMEG) und/oder Cs-s-Polycarbonatdiol ist, wobei die Vernetzerkomponente 1,6-Hexandiol umfasst, und wobei der Pressmantel (6) wenigstens eine Entwässerungsrille und/oder wenigstens eine Blindbohrung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn (8) ferner durch eine der Hauptpresse (1) in Laufrichtung der Faserstoffbahn (8), vorzugsweise unmittelbar, vorgelagerte Vorpresse (11) geführt wird.
Verfahren nach einem der Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorpresse (11) ebenfalls einen verlängerten Pressspalt aufweist, wobei die Vorpresse (11) derart ausgestaltet ist, dass das Linienlastverhältnis LLR der Vorpresse kleiner als 0,69, vorzugsweise kleiner als 0,56, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn (8) zu mindestens 20 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% aus OCC-Fasern besteht.