WO2023052021A1 - Verfahren und maschine zur herstellung einer faserstoffbahn in einer papiermaschine - Google Patents

Verfahren und maschine zur herstellung einer faserstoffbahn in einer papiermaschine Download PDF

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WO2023052021A1
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fiber bundles
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fiber
machine
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Tobias HENLE
Alexander GLONING
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Voith Patent Gmbh
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F9/00—Complete machines for making continuous webs of paper
    • 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
    • D21F5/001—Drying webs by radiant heating
    • D21F5/002—Drying webs by radiant heating from infrared-emitting elements
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F7/00—Other details of machines for making continuous webs of paper
    • D21F7/008—Steam showers

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fibrous web comprising the following steps: a) low-water processing of cellulose-containing fibers into individual fibers and/or fiber bundles; b) Forming of the individual fibers and/or fiber bundles in an air stream to form a flat fiber fabric by a dry forming process; c) moistening of the individual fibers and/or fiber bundles with a fluid, in particular with water; d) solidification of the planar fiber structure by applying pressure in a press nip.
  • the invention also relates to a machine for producing a fibrous web.
  • Document WO2019/137667 A1 describes a method and a device for producing a fiber mat.
  • the fiber mat is produced in a drying process.
  • a press nip through which the fiber mat is only briefly guided, is provided to solidify the fiber mat.
  • the press gap is formed by supporting elements.
  • the support elements can be heated directly or indirectly.
  • the known devices are not suitable for high machine speeds and high mechanical strength of the fibrous web.
  • the object of the invention is therefore to specify a device and a method for producing a fibrous web at a high production rate and at the same time with good mechanical strength and quality.
  • the object is solved by features of claim 1.
  • a method for producing a fibrous web is proposed, which comprises the following steps: a) low-water processing of cellulose-containing fibers into individual fibers and/or fiber bundles; b) Forming of the individual fibers and/or fiber bundles in an air stream to form a flat fiber fabric by a dry forming process; c) moistening of the individual fibers and/or fiber bundles with a fluid, in particular with water; d) solidification of the planar fiber structure by applying pressure in a press nip.
  • the individual fibers and/or the fiber bundles are subjected to a heating step e) preceding the solidification step, in order to increase the temperature of the individual fibers and/or the fiber bundles in the solidification step.
  • This solution offers the advantage of gently increasing the temperature of the individual fibers and/or the fiber bundles before they solidify. If necessary, heat can also be supplied in the consolidation gap without impairing the quality of the fibrous web. As a result, the machine speed can be further increased without burning or scorching the fibers of the fibrous web. In addition, the effect of the temperature increase and the pressing pressure in the compacting press gap can be decoupled. This enables a further positive influence on the quality of the fibrous web.
  • the heating step e) can advantageously be carried out by infrared heating elements and/or by a steam blower box and/or by hot air and/or by heated contact surfaces, such as a rotating screen or a roller.
  • a steam blower box and/or by hot air and/or by heated contact surfaces, such as a rotating screen or a roller.
  • the steam condensate can also partially or completely replace the fluid for moistening the fibrous structure. If a roller, in particular a heated roller, is used, it preferably does not exert any pressure on the fiber structure.
  • infrared heating elements are used in heating step e), they advantageously do not exert any pressure on the fibers and/or the fiber structure and, more advantageously, no direct air streams are directed at the freshly deposited fibers that have not yet been solidified, which, among other things, could otherwise lead to the fibers being blown away fibers can lead.
  • the infrared heating elements are electrically heated or supplied.
  • the electrical heating of the infrared heating elements enables improved regulation of the temperature in the fibers and/or fiber fabrics and further reduces the risk of ignition of any dry fibers that may have been thrown up.
  • the heating step e) is advantageously carried out in the range of greater than or equal to 30°C, preferably greater than or equal to 45°C, and less than or equal to 100°C, preferably less than or equal to 95°C. This has a particularly advantageous effect on a moistening step c), since the applied medium here adheres or remains adhered particularly well to the deposited fibers and the fiber structure is given increased strength.
  • the heating step e) can be carried out by the preheated fluid in the moistening step c). For gentle heating, this can be done in addition to other heating steps.
  • the heating step e) is carried out by introducing steam before or during the forming step b), in particular in the air/fiber/fiber bundle flow.
  • the steam condensate that occurs can also partially or completely replace the fluid for moistening the fiber structure.
  • the humidity in the air-fiber/fiber bundle flow is increased and electrostatic charging is counteracted. This improves the formation of the fiber structure.
  • a machine for producing a fibrous web in particular for carrying out the method described, with a) a device for the low-water processing of cellulose-containing fibers into individual fibers and/or fiber bundles; b) a dry forming unit for forming the individual fibers and/or fiber bundles in an air stream to form a flat fiber fabric; c) a moistener for moistening the individual fibers and/or fiber bundles with a fluid, in particular with water; d) a press nip for solidifying the planar fiber structure by applying pressure;
  • the machine according to the invention is characterized in that the machine is provided with a heating device upstream of the press nip for increasing the temperature of the individual fibers and/or the fiber bundles in the press nip.
  • the heating device comprises infrared heating elements and/or a steam box and/or hot air and/or heated contact surfaces, such as a rotating screen or a roller.
  • the heating device is in operative connection with the humidifier for heating the fluid.
  • the heating device can be a heat exchanger, for example.
  • the individual fibers and/or fiber bundles or the fiber structure can also be heated in that the heating device is in operative connection with the device for low-water processing and/or with the dry forming unit. This means that a heat flow is generated, which heats up the individual fibers and/or fiber bundles or the fiber layer.
  • the invention also expressly extends to those embodiments which are not given by combinations of features from explicit back references of the claims, with which the disclosed features of the invention - insofar as this is technically meaningful - can be combined with one another as desired.
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of a machine 1 according to the invention in a schematic representation.
  • the individual fibers and/or fiber bundles 6 are formed, for example, from fibrous recycling material or from fluff pulp or from fresh fiber pulp by defibration machines in an air stream, these are fed in the air stream to a distribution channel 7 of the machine 1 and evenly transversely to the direction of travel 15 of the Machine 1 distributed.
  • the individual fibers and/or fiber bundles 6 sink down in the air flow in the distribution channel 7 onto a rotating screen 13 and form a fiber structure 12 .
  • This forming step 2 in the dry forming device 2 is followed by a heating step 3.
  • This example shows a heating device 8 which is designed as an infrared radiator.
  • the formed fiber fabric is heated. This is followed by a moistening step 4, in which the fiber structure is moistened with a moistening device 9, which is designed as a nozzle for applying water.
  • a moistening device 9 which is designed as a nozzle for applying water.
  • the fiber structure 12 is guided through a press nip 5, which is formed by two press rollers 10, 11.
  • the thickness of the fiber structure 12 is greatly reduced by the strengthening step 5 .
  • One of the press rollers 10, 11 can have a structured surface for producing a structured fibrous web 14.

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  • Paper (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn (14), umfassend folgende Schritte: a) Wasserarme Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und/oder Faserbündel (6); b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel (6) im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege (12) durch ein Trockenformierungsverfahren; c) Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel (6) durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser; d) Verfestigen des flächigen Fasergeleges (12) durch Anwenden von Druck in einem Pressspalt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Einzelfasern und/oder die Faserbündel (6) einem dem Verfestigungsschritt vorgelagerten Heizschritt e), zur Erhöhung der Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel (6) im Verfestigungsschritt, unterzogen werden.

Description

Voith Patent GmbH
Verfahren und Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn in einer Papiermaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn umfassend folgende Schritte: a) Wasserarme Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und/oder Faserbündel; b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege durch ein Trockenformierungsverfahren; c) Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser; d) Verfestigen des flächigen Fasergeleges durch Anwenden von Druck in einem Pressspalt.
Die Erfindung betrifft auch eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn.
Vorrichtungen und Verfahren dieser Art sind bekannt. Das Dokument WO2019/ 137667 Al beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Fasermatte. Die Fasermatte wird in einem Trockenlegungsverfahren hergestellt. Am Ende der wasserarmen Formierung der Fasern ist ein Pressspalt, durch den die Fasermatte nur kurzzeitig geführt ist, zur Verfestigung der Fasermatte vorgesehen. Der Pressspalt wird durch Stützelemente gebildet. Zur Erwärmung der Fasermatte können die Stützelemente direkt oder indirekt beheizt sein.
Die bekannten Vorrichtungen sind für hohe Maschinengeschwindigkeiten und hoher mechanischer Festigkeit der Faserstoffbahn nicht geeignet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn bei hoher Produktionsrate und gleichzeitig guter mechanischer Festigkeiten und Qualität anzugeben. Die Aufgabe wird durch Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn vorgeschlagen, das folgende Schritte umfasst: a) Wasserarme Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und/oder Faserbündel; b) Formieren der Einzelfasern und/oder Faserbündel im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege durch ein Trockenformierungsverfahren; c) Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser; d) Verfestigen des flächigen Fasergeleges durch Anwenden von Druck in einem Pressspalt. e) Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einzelfasern und/oder die Faserbündel einem dem Verfestigungsschritt vorgelagerten Heizschritt e), zur Erhöhung der Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel im Verfestigungsschritt, unterzogen werden.
Diese Lösung bietet den Vorteil, die Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel schonend vor dem Verfestigen zu erhöhen. Falls notwendig kann im Verfestigungsspalt ebenfalls noch Wärme zugeführt werden, ohne die Qualität der Faserstoffbahn zu beeinträchtigen. Dadurch kann die Maschinengeschwindigkeit weiter erhöht werden, ohne die Fasern der Faserstoffbahn zu verbrennen oder anzusengen. Zudem kann die Wirkung der Temperaturerhöhung und des Pressdruckes im Verfestigungspressspalt entkoppelt werden. Dies ermöglicht eine weitere positive Einflussnahme auf die Qualität der Faserstoffbahn.
Der Heizschritt e) kann vorteilhaft durch Infrarot Heizelemente und/oder durch einen Dampfblaskasten und/oder durch Heißluft und/oder durch beheizte Kontaktflächen, wie beispielsweise einem umlaufenden Sieb oder einer Walze, ausgeführt werden. Für den Fall, dass Dampf verwendet wird, kann das Dampfkondensat auch teilweise oder vollständig das Fluid zum Befeuchten des Fasergeleges ersetzen. Wird eine Walze, insbesondere eine beheizte Walze verwendet, übt diese vorzugsweise keinen Druck auf das Fasergelege aus. Werden Infrarot-Heizelemente im Heizschritt e) eingesetzt, üben diese vorteilhafterweise keinen Druck auf die Fasern und/oder das Fasergelege aus und weiter vorteilhaft werden keine direkten Luftströme auf die noch nicht verfestigten, frisch abgelegten Fasern gerichtet, was unter anderem ansonsten zu einem Wegwehen der Fasern führen kann.
In einer möglichen weiteren Ausführungsform sind die Infrarot Heizelemente elektrisch beheizt bzw. versorgt. Die elektrische Beheizung der Infrarot Heizelemente ermöglicht eine verbesserte Regelung der Temperatur in den Fasern und / oder Fasergelegen und weiter reduziert sich die Gefahr für ein Entzündung von möglicherweise aufgewirbelten trockenen Fasern.
Der Heizschritt e) wird vorteilhafterweise im Bereich von größer gleich 30°C, vorzugsweise größer gleich 45°C, und kleiner gleich 100°C, vorzugweise kleiner gleich 95°C ausgeführt. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft auf einen Befeuchtungsschritt c) aus, da das aufgebrachte Medium hier besonders gut auf den abgelegten Fasern anhaftet oder angehaftet bleibt und dem Fasergelege eine erhöhte Festigkeit gegeben wird.
In einer möglichen Ausführung kann der Heizschritt e) durch das vorgewärmte Fluid im Befeuchtungsschritt c) ausgeführt sein. Für eine schonende Erwärmung kann dies zusätzlich zu anderen Heizschritten erfolgen.
Ferner ist es auch möglich, wenn der Heizschritt e) durch Einbringen von Dampf vor oder während des Formierungsschrittes b), insbesondere in den Luft-Faser-/ Faserbündelstrom, ausgeführt wird. Für diesen Fall kann das anfallende Dampfkondensat auch teilweise oder vollständig das Fluid zum Befeuchten des Fasergeleges ersetzen. Gleichzeitig wird die Luftfeuchtigkeit im Luft-Faser-/ Faserbündelstrom erhöht und der elektrostatischen Aufladung entgegengewirkt. Dies verbessert die Formation des Fasergeleges. Die Aufgabe wird auch durch eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens, gelöst, mit a) einer Vorrichtung zur wasserarmen Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und / oder Faserbündel; b) einer Trockenformiereinheit zum Formieren der Einzelfasern und / oder Faserbündel im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege; c) einem Befeuchter zum Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser; d) einem Pressspalt zum Verfestigen des flächigen Fasergeleges durch Anwenden von Druck;
Die erfindungsgemäße Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Maschine einer dem Presspalt vorgelagerten Heizvorrichtung, zur Erhöhung der Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel im Pressspalt, vorgesehen ist.
In einer vorteilhaften Ausführung umfasst die Heizvorrichtung Infrarot Heizelemente und/oder einen Dampfblaskasten und/oder Heißluft und/oder beheizte Kontaktflächen, wie beispielsweise einem umlaufenden Sieb oder einer Walze.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Heizvorrichtung mit dem Befeuchter zur Erwärmung des Fluids in Wirkverbindung steht. Bei der Heizvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Wärmetauscher handeln.
Die Einzelfasern und/oder Faserbündel, beziehungsweise das Fasergelege können auch dadurch erwärmt werden, dass die Heizvorrichtung mit der Vorrichtung zur wasserarmen Aufbereitung und/oder mit der Trockenformiereinheit in Wirkverbindung steht. Das bedeutet, dass ein Wärmestrom erzeugt wird, der die Einzelfasern und/oder Faserbündel, beziehungsweise das Fasergelege erwärmen. Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung - soweit dies technisch sinnvoll ist - beliebig miteinander kombiniert sein können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Die Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschine 1 in schematischer Darstellung. Nach einer wasserarmen Aufbereitung, in der die Einzelfasern und/oder Faserbündel 6 zum Beispiel aus faserhaltigen Recyclingware oder aus Fluffzellstoff oder aus Frischfaserzellstoff durch Zerfaserungsmaschinen im Luftstrom gebildet werden, werden diese im Luftstrom einem Verteilkanal 7 der Maschine 1 zugeführt und gleichmäßig quer zur Laufrichtung 15 der Maschine 1 verteilt. Die Einzelfasern und/oder Faserbündel 6 sinken im Luftstrom im Verteilkanal 7 nach unten auf ein umlaufendes Sieb 13 und bilden ein Fasergelege 12 aus. Auf diesen Formierungsschritt 2 in der Trockenformiereinrichtung 2 folgt ein Heizschritt 3. In diesem Beispiel ist eine Heizvorrichtung 8 gezeigt, die als Infrarot-Strahler ausgeführt ist. Das gebildete Fasergelege wird erwärmt. Anschließend folgt ein Befeuchtungsschritt 4, in dem mit einer Befeuchtungseinrichtung 9, die als Düse zum Aufträgen von Wasser ausgebildet ist, wodurch das Fasergelege befeuchtet wird. Im nachfolgenden Verfestigungsschritt 5 wird das Fasergelege 12 durch einen Pressspalt 5 geführt, der durch zwei Presswalzen 10, 11 gebildet ist. Durch den Verfestigungsschritt 5 wird die Dicke des Fasergeleges 12 stark reduziert. Eine der Presswalzen 10, 11 kann eine strukturierte Oberfläche zur Erzeugung einer strukturierten Faserstoffbahn 14 aufweisen. Bezugszeichenliste
Maschine
Formierungsschritt, Trockenformiereinrichtung
Heizschritt
Befeuchtungsschritt
Verfestigungsschritt, Pressspalt
Einzelfasern, Faserbündel
Verteilkanal
Heizvorrichtung
Befeuchtungseinrichtung
Presswalze
Presswalze
Fasergelege
Sieb
Faserstoffbahn
Laufrichtung

Claims

7 Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn (14) umfassend folgende Schritte: a) Wasserarme Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und/oder Faserbündel (6); b) Formieren der Einzelfasern und / oder Faserbündel (6) im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege (12) durch ein Trockenformierungsverfahren; c) Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel (6) durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser; d) Verfestigen des flächigen Fasergeleges (12) durch Anwenden von Druck in einem Pressspalt; dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfasern und/oder die Faserbündel (6) einem dem Verfestigungsschritt vorgelagerten Heizschritt e), zur Erhöhung der Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel (6) im Verfestigungsschritt, unterzogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschritt e) durch Infrarot Heizelemente, vorzugsweise elektrisch beheizte Infrarot Heizelemente, und/oder durch beheizte Kontaktflächen, wie beispielsweise einem umlaufenden Sieb oder einer Walze, ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschritt e) durch das vorgewärmte Fluid im Befeuchtungsschritt c) ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschritt e) durch Einbringen von Dampf vor oder während des Formierungsschrittes b) ausgeführt wird. 8
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschritt e) im Bereich von größer gleich 30°C, vorzugsweise größer gleich 45°C, und kleiner gleich 100°C, vorzugweise kleiner gleich 95°C ausgeführt wird.
6. Maschine (1) zur Herstellung einer Faserstoffbahn (14), insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit a) einer Vorrichtung zur wasserarmen Aufbereitung von zellstoffhaltigen Fasern zu Einzelfasern und / oder Faserbündel (6) ; b) einer Trockenformiereinheit (2) zum Formieren der Einzelfasern und / oder Faserbündel (6) im Luftstrom zu einem flächigen Fasergelege (12); c) einem Befeuchter (9) zum Befeuchten der Einzelfasern und/oder Faserbündel (6) durch ein Fluid, insbesondere durch Wasser; d)einem Pressspalt (5) zum Verfestigen des flächigen Fasergeleges (12) durch Anwenden von Druck; dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine einer dem Presspalt (5) vorgelagerten Heizvorrichtung (8), zur Erhöhung der Temperatur der Einzelfasern und/oder der Faserbündel (6) im Pressspalt (5), vorgesehen ist.
7. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (8) Infrarot Heizelemente, vorzugsweise elektrisch beheizte Infrarot Heizelemente, und/oder beheizte Kontaktflächen, wie beispielsweise einem umlaufenden Sieb oder einer Walze, umfasst;
8. Maschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (8) mit dem Befeuchter (9) zur Erwärmung des Fluids in Wirkverbindung steht.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (8) mit der Vorrichtung zur wasserarmen Aufbereitung und/oder mit der Trockenformiereinheit (2) in Wirkverbindung steht.
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