EP4698720A1 - Klinge und herstellungsverfahren - Google Patents

Abstract

Klinge, insbesondere Schaberklinge oder Dichtklinge zum Kontaktieren einer laufenden Oberfläche in einer Papiermaschine, wobei die Klinge eine die laufende Oberfläche berührende Watenseite, und eine davon abgewandte Halterseite aufweist, sowie eine Länge L, die sich bei bestimmungsgemäßem Einsatz der Klinge in Breitenrichtung der Papiermaschine erstreckt, wobei die Klinge eine erste Polymerkomponente umfasst, die die Watenseite der Klinge bereitstellt, sowie eine zweite Polymerkomponente, die die Halterseite bereitstellt. Zudem Herstellungsverfahren einer solchen Klinge.

Description

Klinge und Herstellungsverfahren

Die Erfindung betrifft eine Klinge, insbesondere Schaberklinge oder Dichtklinge zum Kontaktieren einer laufenden Oberfläche in einer Papiermaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Verfahren zur Herstellung solcher Klingen.

Klingen werden an verschiedenen Stellen des Papierherstellungsprozesses verwendet. Schaberklingen werden in Papiermaschinen unter anderem zur Reinigung von Walzenoberflächen eingesetzt. Dichtklingen werden eingesetzt, um vakuumbasierte Entwässerungszonen effizienter zu betreiben.

Solche Klingen können aus thermoplastischen Grundmaterialien, wie z.B. Polyethylen (PE), Polyphenylensulfon (PPSU) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyamid (u.a. PA 10.10) oder anderen geeigneten Thermoplasten, oder aus faserverstärkten Duromeren, z.B. auf Basis von vernetzten Epoxidharzsystemen, hergestellt werden. Die Herstellung von derartigen Klingen aus Thermoplasten ist per se bekannt, beispielsweise aus der W00015904 A1 sowie der Gebrauchsmusterschrift DE 203 10 750 U1.

Klingen aus thermoplastischem Grundmaterial werden unter anderem, wie in der DE 203 10 750 U1 beschrieben, mittels Extrusion hergestellt. Hierbei kann einerseits durch den Einsatz des entsprechenden Extrusionswerkzeuges (Düse) beispielsweise entweder ein Rechteckprofil oder aber auch das fertige Klingenprofil produziert werden. Eine so hergestellte Klinge, bzw. im Falle eines Rechteckprofils der Klingenrohling, weist keine Nahtstellen auf und kann als „Endlosklinge“ bezeichnet werden, die z.B. als Coil von 100lfm Länge aufgewickelt wird.

Durch tribologische Effekte kommt es durch Kontakt mit laufenden Oberflächen zu einem Verschleiß der Klinge bei ihrem Einsatz in der Papiermaschine, wodurch diese auf Grund des Verlustes der Reinigungs- bzw. Dichtwirkung in regelmäßigem Abstand ausgetauscht werden muss. In der Regel verbleiben über 80% der Restbreite einer eingesetzten Klinge, sobald diese ausgetauscht wird. Dadurch fällt eine signifikante Menge an Abfallmaterial an.

Thermoplastisches Material lässt sich zwar sehr oft durch thermische Behandlung neu formen und erneut als Werkstoff einsetzen. Jedoch kommt es bei den Recycling- Zyklen durch den Regranulier- und Extrudier-Prozess auf Grund der thermischen und mechanischen Belastung zu einem Abbau der Kunststoffmolekül-Ketten und somit zu einem Verlust der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Festigkeit des Polymermaterials. In Abhängigkeit von der meist unbekannten Anzahl von Recycling- Zyklen kann die Qualität von solchem Polymermaterial auch stark schwanken.

Für die Anwendung als Klinge in einer Papiermaschine ist jedoch eine gleichmäßige und hohe Qualität des Endprodukts, insbesondere eine hohe Festigkeit, unerlässlich.

Daher wird in der Regel bei der Schaberklingen- und Dichtleistenfertigung aus thermoplastischem Material ein hoher Anteil frisches Rohmaterial eingesetzt.

Das Restmaterial der Klinge, das wie erwähnt 80% und mehr des gesamten Klingenmaterials ausmachen kann, kann somit nicht für neue Klingen eingesetzt werden und wird heutzutage dem Abfall zugeführt.

Der Prozess des chemischen Recyclings, bei dem die vernetzten Polymere chemisch in ihre Einzelmoleküle zerlegt werden, ist zwar prinzipiell möglich, jedoch derzeit noch sehr aufwändig und erzeugt weitere Abfälle, die berücksichtigt werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Probleme des Standes der Technik zu überwinden. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, den Abfall von Polymermaterial im Lebenszyklus einer Schaber- oder Dichtklinge zu reduzieren. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, Klingen vorzuschlagen, die qualitativ keine Einschränkungen zu den bisherigen Klingen aufweisen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Klinge gemäß Anspruch 1 sowie durch Verfahren zur Herstellung einer Klinge gemäß den Ansprüchen 6 und 7 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Vorgeschlagen wird eine Klinge, insbesondere eine Schaberklinge oder Dichtklinge zum Kontaktieren einer laufenden Oberfläche in einer Papiermaschine, wobei die Klinge eine die laufende Oberfläche berührende Watenseite, und eine davon abgewandte Halterseite aufweist, sowie eine Länge L, die sich bei bestimmungsgemäßem Einsatz der Klinge in Breitenrichtung der Papiermaschine erstreckt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Klinge eine erste Polymerkomponente umfasst, die die Watenseite der Klinge bereitstellt, sowie eine zweite Polymerkomponente, die die Halterseite bereitstellt.

In besonders bevorzugten Ausführungen kann dabei vorgesehen sein, dass die erste Polymerkomponente neues Polymermaterial umfasst oder daraus besteht, während die zweite Polymerkomponente wiederverwendetes Polymermaterial umfasst oder daraus besteht.

Dabei kann das wiederverwendete Polymermaterial ganz oder teilweise ein regranuliertes Polymermaterial sein.

Alternativ oder zusätzlich kann das wiederverwendete Polymermaterial ganz oder teilweise ein rezykliertes Polymermaterial sein..

Regranuliertes Material wird im Rahmen dieser Anmeldung wie folgt definiert: Überschüssiges extrudiertes Material, welches wieder zu Granulat verarbeitet wird, um es erneut zu extrudieren. Dieses Material wurde zwar noch nicht für den ursprünglichen Einsatz verwendet, hat aber bereits durch den Extrusionsvorgang eine thermische und mechanische Vorbelastung erfahren.

Rezykliertes Material im Sinne dieser Anmeldung hingegen wurde bereits entsprechend dem Verwendungszweck eingesetzt. Denkbar ist hier zukünftig auch der Einsatz bereits verwendeter Schaberklingen, die ggf. gereinigt und granuliert werden, um das so gewonnene Rezyklat erneut zu extrudieren. Da rezykliertes Material zur erneuten Verwendung üblicherweise auch wieder granuliert wird, kann rezykliertes Material als Spezialfall von regranuliertem Material betrachtet werden.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass die hohen Ansprüche and die Güte und Gleichmäßigkeit des Polymermaterials lediglich in dem Bereich der Klingespitze („Wate“) benötigt werden, die mit der laufenden Oberfläche in Kontakt steht, um dort eine gute Reinigungs- oder Dichtwirkung zu erzielen. Der übrige der Teil der Klinge, der den weitaus größten Teil der Klinge darstellt, dient im Wesentlichen der Befestigung der Klinge. In diesem Bereich ist die Belastung des Materials deutlich geringen, als im Bereich der Wate.

Daher sind die Klingen gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung aus zwei Polymermaterialien aufgebaut. Einer ersten Polymerkomponente, die die Watenseite der Klinge zur Verfügung stellt, und bei der üblicherweise hohe Anforderungen an die Materialqualität gestellt werden. Weiterhin einer zweiten Polymerkomponente, die die Halterseite der Klinge bildet. Diese zweite Polymerkomponente muss weniger starke Anforderungen erfüllen, daher kann auch ein Material minderer Qualität verwendet werden.

Sehr attraktiv sind Ausführungen, bei denen für die beiden Polymerkomponenten derselbe Typ von Polymer verwendet wird (z.B. ein PE, PPSU, PVDF, oder Polyamid, insbesondere PA10.10), wobei die erste Polymerkomponente ganz oder großteils aus frischem Material besteht, während die zweite Polymerkomponente ganz oder großteils aus ein- oder mehrmals regranuliertem bzw. rezykliertem Material besteht. (Unter „großteils“ soll hier mindestens 80 Gew% oder mehr verstanden werden). Zwei derartige Komponenten verbinden sich sehr gut miteinander, so dass die entstehende Klinge weitgehend homogen ist. Die Watenseite und die Halterseite unterscheiden sich dabei hauptsächlich durch die Länge der Kunststoffmolekülketten.

Es ist auch möglich, die beiden Polymerkomponenten z.B. durch die Zugabe von Farbstoffen bewusst unterscheidbar auszuführen. Damit ist das Restvolumen der ersten Polymerkomponenten auch im Betrieb der Klinge optisch leicht zu erkennen. Dadurch ist für den Betreiber auch leicht abschätzbar, ob die Klinge noch gefahrlos weiterhin verwendet werden kann, oder ob das Volumen der ersten Polymerkomponente schon so weit verschlissen ist, dass ein baldiger Wechsel der Klinge notwendig wird.

Es kann insbesondere vorteilhaft sein, dass der Anteil der zweiten Polymerkomponente mehr als 50 Gew%, insbesondere mehr als Gew%, bevorzugt zwischen 70 Gew% und 90 Gew% beträgt. Durch einen hohen Anteil der zweiten Polymerkomponente an der Klinge kann ein hoher Anteil von regranuliertem bzw. rezykliertem Polymer eingesetzt werden.

Da beim Austausch der Klingen üblicherweise noch 80 Gew% oder mehr des Klingenvolumens übrig sind, kann ein sehr großer Teil der Klinge aus der zweiten Polymerkomponente gefertigt sein.

Zur Herstellung einer solchen Klinge sind verschiedene Verfahren vorstellbar.

So wird ein Verfahren zur Herstellung einer Klinge vorgeschlagen, nachdem die Herstellung der Klinge durch Koextrusion der ersten Polymerkomponente und der zweiten Polymerkomponente erfolgt.

Hierbei ist es möglich, durch den Einsatz zweier parallel geschalteter Extruder und entsprechend designter Düsen sowohl regranuliertes oder recyceltes Material als auch frisches Material einzusetzen. Von einem ersten Extruder wird dabei die erste Polymerkomponente bereitgestellt, und von einem zweiten Extruder wird die zweite Polymerkomponente bereitgestellt. Die beiden Polymerkomponenten werden dann in einer Düse zusammengeführt. Am Düsenauslass tritt dann die Klinge bzw. der Klingenrohling aus, welcher aus beiden Polymerkomponenten besteht.

In diesem Verfahren wird die neue Klinge in ihrer Gesamtheit wieder extrudiert.

In einem alternativen Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Halterseite der Klinge bereitgestellt wird, und die Watenseite der Klinge durch Extrusion der ersten Polymerkomponente an der Halterseite gebildet wird. Dabei kann es vorteilhaft sein, dass die Halterseite der Klinge durch Aufbereitung einer oder mehrerer alter Klingen erhalten wird. Zur Aufbereitung der alten Klingen kann beispielsweise die Watenseite entfernt werden. Diese kann einfach abgesägt werden. Durch die Aufbereitung kann beispielsweise eine konstante Ausgangsbreite sichergestellt werden.

Vorteilhafterweise bleiben zumindest 30%, insbesondere zumindest 50% der ursprünglichen Klingenbreite bei der Aufbereitung erhalten.

Das abgesägte Material kann, wenn gewünscht regranuliert, und als Bestandteil der zweiten Polymerkomponente in einer Klinge nach weiteren Aspekten der Erfindung verwendet werden.

Die Herstellung neuer Klingen erfolgt üblicherweise in Form einer „Endlosklinge“, die z.B. als Coil von 100lfm Länge aufgewickelt wird. Von solchen Coils werden dann die Klingen je nach benötigter Länge abgetrennt.

Mittels der Koextrusion lassen sich solche Endlosklingen problemlos herstellen.

Wird die Halterseite der Klinge durch alte Klingen bereitgestellt, so müssen für die Herstellung eines Coils eine Mehrzahl alter Klingen in Längenrichtung L nebeneinander angeordnet werden. Die Stoßnähte zwischen den alten Klingen können dabei beispielsweise mittels beheizter Walzen oder ein einem entsprechend ausgelegten Werkzeug (Düse) miteinander verschmolzen werden, so dass auch die Halterseite der Klinge kontinuierlich ohne Lücken und Stoßstellen ist.

In einer Ausführung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass bei der Extrusion der ersten Polymerkomponente die Halterseite der Klinge durch das Extrusionswerkzeug hindurch läuft. Im Gegensatz zur Koextrusion wird bei diesem Verfahren nur ein Extruder für die erste Polymerkomponente benötigt. Die zweite Polymerkomponente wird in Form einer festen alten Klinge in der Extrusionswerkzeug eingeführt. Aus dem Extrusionswerkzeug tritt dann die fertige Klinge bzw. ein Klingenrohling aus, bei dem die erste Polymerkomponente an der Halterseite angefügt ist.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die erste Polymerkomponente aus dem Extruder auf die Halterseite der Klinge extrudiert wird. In diesem Fall werden die alten Klingen nicht in das Extrusionswerkzeug eingeführt. Die erste Polymerkomponente wir außerhalb des Extrusionswerkzeugs auf die alten Klingen aufgebracht und mit diesen verbunden.

Unabhängig von der Wahl des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, wenn nach dem Extrusionvorgang eine nachgelagerte Fixierung, insbesondere in Form einer Pressung erfolgt. Dieser Pressvorgang kann beispielsweise in einer Schrittpresse oder in einem Walzenspalt erfolgen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Erfindung ist dabei nicht auf die hier gezeigten Ausführungen beschränkt. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

Figuren 1a und 1 b zeigen ein Verfahren und eine Klinge gemäß einem Aspekt der Erfindung

Figuren 2a bis 2d zeigen ein Verfahren und eine Klinge gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung.

Figur 1a zeigt die Herstellung der Klinge 5 gemäß einem Aspekt der Erfindung mittels Koextrusion der ersten Polymerkomponente 6 und der zweiten Polymerkomponente 7.

Hierbei werden zwei parallel geschaltete Extruder 1a, 1b verwendet. Durch den ersten Extruder 1a wir dabei eine erste Polymerkomponente 6 in Form von frischem Polymermaterial 6 zur Verfügung gestellt. Durch den zweiten Extruder 1 b wird eine zweite Polymerkomponente 7 in Form von regranuliertem oder rezirkuliertem Polymer 7 zur Verfügung gestellt.

Die beiden Polymerkomponenten 6, 7 werden dann in einer geeigneten Düse 4zusammengeführt. Am Düsenauslass tritt dann die Klinge 5 bzw. der Klingenrohling aus, welcher aus beiden Polymerkomponenten 6, 7 besteht.

In diesem Verfahren wird die neue Klinge 5 in ihrer Gesamtheit wieder extrudiert. Dabei weist die Klinge 5 an der Watenseite 2 eine Breite b an erster Polymerkomponente 6 auf, und an der Halterseite 3 einer Breite a der zweiten Polymerkomponente 7. Eine solche Klinge 5 ist in Abbildung 1b von der Seite gezeigt. Es kann sein, dass durch die Extrusion lediglich ein Klingenrohling 5 erzeugt wird, bei dem vor der eigentlichen Anwendung noch weitere Arbeitsschritte wie das Schleifen der Wate 2 notwendig sind. Die Figur 1 b zeigt eine Klinge 5 mit einem solchen Schliff. Sehr attraktiv sind Ausführungen, bei denen für die beiden Polymerkomponenten 6, 7 derselbe Typ von Polymer verwendet wird (z.B. ein PE, PPSU, PVDF oder Polyamid, insbesondere PA 10.10), wobei die erste Polymerkomponente 6 ganz oder großteils aus frischem Material besteht, während die zweite Polymerkomponente 7 ganz oder großteils aus ein- oder mehrmals regranuliertem bzw. rezykliertem Material besteht. (Unter „großteils“ soll hier mindestens 80 Gew% oder mehr verstanden werden). Zwei derartige Komponenten 6, 7 verbinden sich sehr gut miteinander, so dass die entstehende Klinge 5 weitgehend homogen ist. Die Watenseite 2 und die Halterseite 3 unterscheiden sich dabei hauptsächlich durch die Länge der Kunststoffmolekülketten.

Bei diesem Koextrusionsverfahren kann das Verhältnis a/b der beiden Polymerkomponenten 6,7 sehr frei gewählt werden.

Es kann insbesondere vorteilhaft sein, dass der Anteil der zweiten Polymerkomponente 7 mehr als 50 Gew%, insbesondere mehr als 60 Gew%, bevorzugt zwischen 70 Gew% und 90 Gew% beträgt. Durch einen hohen Anteil der zweiten Polymerkomponente 7 an der Klinge 5 kann ein hoher Anteil von regranuliertem bzw. rezykliertem Polymer eingesetzt werden.

Alternativ kann der Anteil der zweiten Polymerkomponenten 7 auch weniger als 50 Gew% betragen.

Die Figuren 2a bis 2d beschreiben ein alternatives Herstellungsverfahren für eine Klinge 5 gemäß weiterer Aspekte der Erfindung. Ausgangspunkt ist dabei eine gebrauchte Klinge 5a. Durch Gebrauch ist dabei die Watenseite 2 verschlissen, und die alte Klinge 5a daher nicht mehr einsetzbar. Die Halterseite 3 ist dabei aber so gut wie nicht in Mitleidenschaft gezogen (Figur 2a). Daher wird in Längenrichtung L ein Streifen der Breite b abgetrennt. Dies kann sehr einfach beispielsweise durch Absagen erfolgen. Vorteilhafterweise bleiben zumindest 30%, insbesondere zumindest 50% der ursprünglichen Klingenbreite bei der Aufbereitung erhalten.

Übrig bleibt ein Streifen der Breite a an der Halterseite 3 (Figur 2b) Dieser Streifen besteht aus einer Polymerkomponente 7, die in der neuen Klinge 5 wiederverwendet wird, wobei sie nicht erneut extrudiert wird. Stattdessen wird im nächsten Schritt (Figur 2c) mittels eines Extruders 1 eine erste Polymerkomponente 6 extrudiert und auf den restlichen Streifen aufgebracht. Auch hier ist die Verbindung der beiden Komponenten 6, 7, wieder besonders gut, wenn für die beiden Komponenten 6, 7 derselbe Typ von Polymer verwendet wird (z.B. ein PE, PPSU, PVDF oder Polyamid, insbesondere PA 10.10), wobei die erste Polymerkomponente 6 ganz oder großteils aus frischem Material besteht.

Somit entsteht auch eine Klinge 5 gemäß einem Aspekt der Erfindung (Figur 2d).

Die Herstellung neuer Klingen 5 erfolgt üblicherweise in Form einer „Endlosklinge“, die z.B. als Coil von 100lfm Länge aufgewickelt wird. Von solchen Coils werden dann die Klingen 5 je nach benötigter Länge abgetrennt.

Mittels der Koextrusion lassen sich solche Endlosklingen problemlos herstellen.

Wird die Halterseite 3 der Klinge 5 durch alte Klingen 5a bereitgestellt, so müssen für die Herstellung eines Coils eine Mehrzahl alter Klingen 5a in Längenrichtung L nebeneinander angeordnet werden. Die Stoßnähte zwischen den alten Klingen 5akönnen dabei beispielsweise mittels beheizter Walzen oder ein einem entsprechend ausgelegten Werkzeug (Düse) miteinander verschmolzen werden, so dass auch die Halterseite 3 der Klinge 5 kontinuierlich ohne Lücken und Stoßstellen ist.

Bezugszeichenliste

1 , 1a, 1 b Extruder

2 Watenseite 3 Halterseite

4 Düse, Extrusionswerkzeug

5 Klinge

5a alte Klinge

6 erste Polymerkomponente 7 zweite Polymerkomponente

L Längenrichtung b Breite der ersten Polymerkomponente a Breite der zweiten Polymerkomponente

Claims

Patentansprüche

1 . Klinge (5), insbesondere Schaberklinge (5) oder Dichtklinge (5) zum Kontaktieren einer laufenden Oberfläche in einer Papiermaschine, wobei die Klinge (5) eine die laufende Oberfläche berührende Watenseite (2) , und eine davon abgewandte Halterseite (3) aufweist, sowie eine Länge L, die sich bei bestimmungsgemäßem Einsatz der Klinge (5) in Breitenrichtung der Papiermaschine erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge (5) eine erste Polymerkomponente (6) umfasst, die die Watenseite (2) der Klinge (5) bereitstellt, sowie eine zweite Polymerkomponente (7), die die Halterseite (3) bereitstellt, wobei die erste Polymerkomponente (6) und die zweite Polymerkomponente (7) insbesondere aus demselben Typ Polymer bestehen, bevorzugt aus einem PE, PPSU, PVDF oder einem Polyamid.

2. Klinge (5) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polymerkomponente (6) neues Polymermaterial umfasst oder daraus besteht, während die zweite Polymerkomponente (7) wiederverwendetes Polymermaterial umfasst oder daraus besteht.

3. Klinge (5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wiederverwendete Polymermaterial ganz oder teilweise ein regranuliertes Polymermaterial ist.

4. Klinge (5) nach einem der Ansprüche 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass das wiederverwendete Polymermaterial ganz oder teilweise ein rezykliertes Polymermaterial ist.

5. Klinge (5) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der zweiten Polymerkomponente (7) mehr als 50 Gew%, insbesondere mehr als 60 Gew%, bevorzugt zwischen 70 Gew% und 90 Gew% beträgt.

6. Verfahren zur Herstellung einer Klinge(5) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung Klinge (5) durch Koextrusion der ersten Polymerkomponente (6) und der zweiten Polymerkomponente (7) erfolgt.

7. Verfahren zur Herstellung einer Klinge (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterseite (3) der Klinge (5) bereitgestellt wird, und die Watenseite (2) der Klinge (5) durch Extrusion der ersten Polymerkomponente (6) an der Halterseite (3) gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterseite (3) der Klinge (5) durch Aufbereitung einer oder mehrerer alter Klingen (5a) erhalten wird, wobei bei der Aufbereitung der alten Klingen (5a) insbesondere die Watenseite (2) entfernt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Extrusion der ersten Polymerkomponente (3) die Halterseite (3) der Klinge (5) durch das Extrusionswerkzeug (4) hindurch läuft.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Polymerkomponente (6) aus dem Extruder (1 , 1a, 1b) auf die Halterseite (3) der Klinge (5) extrudiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Extrusionsvorgang eine nachgelagerte Fixierung, insbesondere in Form einer Pressung erfolgt.