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Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Herstellung einer gestauchten oder ungestauchten Sackpapierbahn, die einen Stoffauflauf, eine Siebpartie, eine Pressenpartie, eine Trockenpartie und eine Aufrolleinheit aufweist.
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Sackpapier, auch Sackkraftpapier genannt, wird aus Zellstofffasern hergestellt, überwiegend aus Langfaserzellstoff, da dieser eine hohe Festigkeit und eine hohe Porosität des Papiers ergibt. Aus Sackpapier werden Säcke z. B. für die Verpackung von Zement oder anderen pulverförmigen Produkten hergestellt. Wichtige Eigenschaften des Sackpapiers sind hohe Festigkeit bei ausreichender Dehnung, hohe Porosität und ausreichende Steifigkeit. Diese Eigenschaften sind nicht nur wegen der Belastung der Säcke beim Transport notwendig, sondern auch wegen der beim Befüllen der Säcke. Dies soll möglichst schnell geschehen und dazu ist nicht nur eine hohe Festigkeit und Dehnfähigkeit erforderlich, sondern auch eine hohe Porosität beziehungsweise Luftdurchlässigkeit. So kann viel Luft beim Befüllen aus dem leeren Sack durch das Sackpapier entweichen. Andernfalls würde der Sack platzen oder es würde viel Staub durch das Abströmen der Luft durch die Befüllöffnung entweichen. In zunehmendem Maße soll zusätzlich noch eine Seite der Papierbahn, die spätere Außenseite des Sackes, immer besser bedruckbar sein, was eine höhere Glätte voraussetzt.
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Bekannte Maschinen zur Herstellung von Sackpapier haben einen Stoffauflauf der die Fasersuspension gleichmäßig über der Breite verteilt und zwar auf oder zwischen die Siebe in der Siebpartie. In der Siebpartie wird durch Entwässern der Suspension auf einem Formiersieb oder zwischen zwei Formiersieben wird das Blatt bzw. die Bahn gebildet. Bei der Herstellung von mehrlagigem Papier weist die Papiermaschine mehrere Siebpartien mit jeweils zugeordneten Stoffaufläufen auf, die jeweils eine Lage als separate Bahn bilden. Nach der Blattbildung in der Siebpartie wird die Bahn in einer Pressenpartie mit mehreren Pressnips so weit entwässert, dass ein Trockengehalt von etwa 40% erreicht wird. Bei mehrlagigem Papier werden die einzelnen Bahnen aus den Siebpartien übereinander zusammengeführt und in der Pressenpartie miteinander zu einer mehrlagigen Papierbahn vergautscht. Mehrere, meistens drei Pressnips sind hintereinander notwendig, um eine ausreichende Entwässerungsleistung für einen hohen Trockengehalt zu erbringen. Ein zu geringer Trockengehalt nach der Presse würde zu erhöhten Trocknungsenergiekosten und zu einem schlechten Bahnlauf mit vielen Abrissen in der Trockenpartie führen. In den bekannten Maschinen ist die Pressenpartie als sogenannte Zentralwalzenpresse ausgeführt, bei der zwei der drei Pressnips mit einer gemeinsamen Zentralwalze gebildet werden. Nach der Pressenpartie folgt die Trockenpartie, in der die Papierbahn über beheizte Zylinder geführt und so getrocknet wird.
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Innerhalb oder am Ende der Trockenpartie befindet sich bei Maschinen zur Herstellung von gestauchtem Sackpapier eine Staucheinrichtung. Eine bekannte Staucheinrichtung ist beispielsweise die sogenannte Clupak-Vorrichtung. Hierbei wird die Papierbahn zusammen mit einem dickeren elastischen Band über einen Trockenzylinder oder eine andere Walze geführt. An mindestens einer Stelle am Umfang des Trockenzylinders werden Papierbahn und Band durch einen Spalt geführt, der durch eine Anpresswalze oder ein Anpresselement gebildet wird und der enger ist als die Dicke des elastischen Bandes. Das elastische Band und mit ihm die Papierbahn werden dadurch in Laufrichtung gestaucht. Die Abdeckung durch das Band verhindert, dass die Bahn sichtbar gekreppt wird. Die Stauchung erhöht die spätere Dehnbarkeit des Sackpapiers.
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Sackpapier, das auf diesen bekannten Maschinen hergestellt wird, hat keine ausreichende Glätte für eine verbesserte Bedruckbarkeit. Eine Erhöhung der Glätte mit einem konventionellen Glättwerk, bei dem der oder die Glättnips aus im Wesentlichen zylindrischen Walzen gebildet werden, führt dazu, dass die Bahn so stark verdichtet wird, dass die Porosität auf zu niedrige Werte reduziert wird. In
DE 10 2008 043 727 A1 ist deshalb ein Verfahren beschrieben, bei dem nach der Trockenpartie ein Schuhglättwerk, auch Breitnipkalander genannt, eingesetzt wird. Das Schuhglättwerk enthält einen Glättnip, der von einer beheizbaren, im Wesentlichen zylindrischen Gegenwalze und einer Schuhglättwalze gebildet wird. Die Schuhglättwalze hat einen flexiblen Mantel, der über einen sich auf einem feststehenden Joch abstützenden, hydraulisch angepressten Schuh geführt wird. Dadurch wird ein längerer Glättnip mit reduziertem Druck im Vergleich zum konventionellen Glättwerk erzeugt. Die Porosität des so hergestellten Sackpapiers ist allerdings trotzdem deutlich niedriger als die von Sackpapier, das auf einer Maschine ganz ohne Glättwerk hergestellt wurde. Das führt dazu, dass die Befülleigenschaften des Sackes gegenüber der herkömmlichen Qualität trotzdem verschlechtert werden. Bei bekannten Maschinen wird deshalb immer ein Kompromiss zwischen verbesserter Bedruckbarkeit und guten Befülleigenschaften erforderlich sein.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Maschine zur Herstellung von Sackpapier so weiter zu entwickeln, das eine verbesserte Bedruckbarkeit des Sackpapiers erzielt wird, ohne dass dabei die Gebrauchs- oder Befülleigenschaften verschlechtert werden. Insbesondere soll die Glätte der Sackpapierbahn erhöht werden, ohne dass die Porosität zu stark reduziert wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Pressenpartie aus nur einem einzigen Pressnip besteht, der als Schuhpressnip ausgeführt ist, welcher von einer Gegenwalze und einer Schuhpresswalze gebildet wird, und dass das Glättwerk nur einen einzigen Glättnip enthält. Dadurch dass die Papierbahn in der Pressenpartie nur durch einen einzigen Pressnip geführt wird, wird sie bei der Entwässerung nicht mehr so stark verdichtet. Und da die nasse Papierbahn in der Presse viel kompressibler ist als die getrocknete Papierbahn nach der Trockenpartie kann somit mehr Volumen und Porosität gewonnen werden, als durch die Verdichtung in dem einzigen Glättnip des Glättwerks, das sich an die Trockenpartie anschließt, wieder reduziert wird. Insgesamt kann damit die Porosität des Sackpapiers auf hohem Niveau gehalten werden und trotzdem die Glätte der Oberfläche signifikant verbessert werden. Gemessen wird die Porosität zum Beispiel als Gurley-Wert (ISO 5636-5, TAPPI T460). Dabei wird die Zeit gemessen, die bei vorgegebenem Druck benötigt wird, um ein Luftvolumen von 100 ml durchs Papier zu drücken. Je kleiner der Wert ist, umso poröser und luftdurchlässiger ist das Papier. Mit der erfindungsgemäßen Maschine werden Gurley-Werte im hergestellten Sackpapier von kleiner als 7 s/100 ml insbesondere kleiner oder gleich 5 s/100 ml oder sogar kleiner oder gleich 3 s/100 ml erreicht.
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Durch die Ausgestaltung des Pressnips als Schuhpressnip kann ein hoher Trockengehalt sogar bis zu 45% und mehr erreicht werden, ohne dass wie bisher mehrere Pressnips dafür nötig sind. Die Gegenwalze hat einen zylindrischen Mantel und die Schuhpresswalze hat einen flexiblen Mantel, der über einen sich auf einem feststehenden Joch abstützenden, hydraulisch angepressten Pressschuh geführt wird. Dadurch können längere Pressnips als mit einem Walzennip erzeugt werden, was zu der Erhöhung des Trockengehaltes nach der Pressenpartie führt. Ein weiterer Vorteil der Pressenpartie mit nur noch einem einzigen Pressnip ist, dass die Papierbahn nicht mehr zwischen den verschiedenen Pressnips, die mehrere Antriebsgruppen bilden, übergeben werden muss, und dadurch auch weniger an Dehnfähigkeit verliert. Das wirkt sich zusätzlich positiv auf die Gebrauchs- und Befülleigenschaften der Säcke aus.
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Die Pressenpartie mit nur einem Pressnip führt außerdem zu einem geringeren Energiebedarf für den Antrieb der Maschine und zu geringeren Wartungs- und Instandhaltungskosten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der einzige Pressnip der als Schuhpressnip ausgeführt ist, doppelt befilzt. Dadurch wird zum einen die Entwässerungsleistung und damit der Trockengehalt der Papierbahn weiter erhöht, da Wasser aus der Papierbahn über Ober- und Unterseite in die jeweiligen Pressfilze ausgepresst werden kann. Und zum anderen muss die Papierbahn nicht mehr von einer glatten Presswalze oder einem glatten wasserundurchlässigen Pressband, an dem sie haftet, abgezogen werden, was ihre verbleibende Dehnfähigkeit zusätzlich erhöht. Durch den höheren Trockengehalt kann der Zug, d. h. die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Pressenpartie und Trockenpartie, reduziert werden, was ebenfalls die Dehnfähigkeit in Laufrichtung und die Festigkeit quer zur Laufrichtung in der Papierbahn erhöht.
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Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn die Länge des Schuhpressnips in Bahnlaufrichtung mindestens 220 mm bevorzugt mindestens 270 mm beträgt. Bei einer hohen Länge steigt die Verweilzeit im Pressnip, wodurch die Entwässerung verbessert wird.
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Die erfindungsgemäße Maschine kann weiterhin dadurch verbessert werden, dass das Glättwerk als Schuhglättwerk mit einem verlängerten Glättnip ausgeführt ist, der von einer beheizbaren Glättwalze und einer Schuhglättwalze gebildet wird. Die Glättwalze hat einen zylindrischen Mantel, während die Schuhpresswalze einen flexiblen Mantel hat, der über einen sich auf einem feststehenden Joch abstützenden, hydraulisch angepressten Schuh geführt wird. Der verlängerte Glättnip führt zu einer schonenderen Glättung und damit zu weniger Verdichtung.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die beheizbare Glättwalze die untere Walze im Glättwerk sein. Dadurch kommt die Unterseite der Papierbahn, die meist bereits aus der Siebpartie heraus die glattere Seite ist, in Kontakt mit der beheizbaren Glättwalze, welche eine stärkere Glättwirkung als die Schuhglättwalze hat.
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Weiterhin kann in der erfindungsgemäßen Maschine eine Staucheinrichtung innerhalb der Trockenpartie vorhanden sein, in der die Papierbahn bei einem Trockengehalt zwischen 60% und 80% entgegen der Laufrichtung gestaucht wird. Dadurch wird die Dehnfähigkeit der Papierbahn gemessen als Bruchdehnung um 5–15% erhöht.
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Es ist darüber hinaus günstig, in der Siebpartie eine Siebschüttelvorrichtung vorzusehen, die ein Formiersieb im Wesentlichen quer zur Laufrichtung hinundherbewegt. Dadurch wird die Festigkeit der Papierbahn bereits bei der Blattbildung erhöht, was das Risiko einer geringeren Festigkeitsausbildung in der Pressenpartie durch die reduzierte Verdichtung kompensieren kann.
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Der Papiermaschine im Prozessablauf vorangeschaltet ist eine Stoffaufbereitung, in der die Fasersuspension in verschiedenen Apparaten behandelt wird, bevor sie dann über die Maschinenbütte als Zwischenspeicherung dem Stoffauflauf zugeführt wird. Eine Art von Apparaten zur genannten Behandlung sind Refiner. In diesen wird die Fasersuspension im engen Spalt zwischen zwei Scheiben, die sich relativ zueinander drehen, hindurchgeführt. Die Scheiben sind mit Oberflächenstrukturen versehen, die Rippen oder Kanten aufweisen. Ziel der Behandlung ist es, durch die Scherbelastung im Spalt die Fasern zum Beispiel zu kürzen oder ihre Oberfläche zu fibrillieren. Durch diese Behandlung der Fasern können die Papiereigenschaften wie zum Beispiel Festigkeit, Dehnfähigkeit oder Porosität der später gebildeten Bahn und auch die Entwässerungseigenschaften bei der Herstellung derselben gezielt beeinflusst werden.
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Eine Verbesserung der Papiereigenschaften kann weiterhin dadurch erreicht werden, wenn in einer der erfindungsgemäßen Maschine zugehörigen Stoffaufbereitung Hochkonsistenz-Refiner vorhanden sind, die den Papierstoff behandeln und zwar bei einer Feststoffkonzentration in der behandelten Suspension zwischen 25 und 40%. Auch dadurch wird die Festigkeit der später gebildeten Papierbahn erhöht. Nach dem Durchlaufen der Hochkonsistenz-Refiner kann die Stoffsuspension in Niedrigkonsistenz-Refinern bei einer Feststoffkonzentration zwischen 3 und 5% behandelt werden, bevor sie dann der Maschinenbütte zugeführt wird, aus der die Maschine versorgt wird. Ein Nachteil der Refiner-Behandlung, nämlich dass dadurch auch die Porosität der hergestellten Papierbahn verringert wird, wird vermieden durch die Pressenpartie mit nur einem einzigen Pressnip, die eine geringere Verdichtung verursacht als an herkömmlichen Papiermaschinen.
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Ebenso kann es von Vorteil sein, wenn mindestens ein Stoffauflauf der erfindungsgemäßen Maschine mit Mitteln zur Verdünnungswasserregelung ausgerüstet ist, wie sie zum Beispiel aus
EP 1236828 A1 bekannt sind. Bei dieser Ausgestaltung des Stoffauflaufs wird die Möglichkeit geschaffen, den Durchsatz, die Feststoffdichte und somit das Flächengewicht und die Faserorientierung sektional über der Breite in Zonen regeln zu können. Bei der Verdünnungswasserregelung wird das Querprofil des Flächengewichts der Papierbahn dadurch geregelt, dass an zu schweren Stellen im oder vor dem Stoffauflauf mehr Wasser in die entsprechende Zone zugeführt wird und somit die Stoffdichte in der Suspension in dieser Zone reduziert wird. Bei zu leichten Stellen ist es umgekehrt. Durch das somit verbesserte Flächengewichtsquerprofil der Papierbahn wird eine gleichmäßigere Porosität, Festigkeit und Dehnfähigkeit des Sackpapiers erreicht über der Breite der Papierbahn.
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Nachfolgend werden anhand von einem Ausführungsbeispiel vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Dabei zeigt die 1 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine.
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In 1 wird eine Maschine zur Herstellung einlagigen Sackpapiers gezeigt. Über den Stoffauflauf (1) wird die Stoffsuspension gleichmäßig über der Breite auf dem Formiersieb verteilt. Die Siebpartie (2) ist hier als Langsiebpartie ausgeführt, d. h. die Suspension wird nur über ein Formiersieb zur Unterseite hin entwässert. Alternativ wäre auch ein Doppelsiebformer möglich, bei dem die Suspension zwischen zwei Formiersieb aufgebracht wird und zu beiden Seiten (Ober- und Unterseite) hin entwässert wird. Die gezeigte Siebpartie ist mit einer Siebschüttelvorrichtung (8) ausgestattet, welche das Sieb in Querrichtung schnell hinundher bewegt. Dadurch wird die Faserausrichtung und die Blattbildung positiv beeinflusst und eine höhere Festigkeit in der Papierbahn erreicht Die Pressenpartie (3) hat nur einen einzigen Schuhpressnip, der von einer Gegenwalze und einer Schuhpresswalze (9) gebildet wird. In der dargestellten Ausführung ist die Schuhpresswalze (9) oben und die Gegenwalze unten. Der Schuhpressnip ist doppelt befilzt mit einem endlos umlaufenden Oberfilz und einem endlos umlaufenden Unterfilz. Die Papierbahn wird durch eine Saugwalze vom Formiersieb abgenommen und auf den Oberfilz übertragen. Ebenso wird die Bahn nach der Pressenpartie durch eine Saugwalze, vom Unterfilz auf das Trockensieb der ersten Trockengruppe übertragen. Diese Ausführung der Pressenpartie gewährleistet eine optimale Entwässerungsleistung und eine gute Bahnführung mit geringem Abrissrisiko bei möglichst geringer Verdichtung der Sackpapierbahn, was die bevorzugten Papiereigenschaften ergibt.
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Die Trockenpartie (4A und 4B) besteht aus mehreren Trockengruppe, wobei die vorderen Trockengruppen in der beispielhaften Maschine einreihig und die weiter hinten angeordneten Trockengruppe zweireihig ausgeführt sind. Eine Trockengruppe ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Zylinder und Walzen darin eine Antriebsgruppe bilden. Einreihige Trockengruppen bestehen aus einer Reihe beheizbarer Zylinder und einer Reihe Umlenkwalzen, die mit Vakuum beaufschlagbar sein können, wobei die Bahn zusammen mit einem endlos umlaufenden Trockensieb im Wechsel über die Zylinder und die Umlenkwalzen geführt wird. Zweireihige Trockengruppen weisen eine oberen und eine untere Reihe von beheizbaren Zylindern auf, über die die Bahn im Wechsel geführt wird. Ein oberes Trockensieb umschlingt nacheinander die Zylinder der oberen Reihe und ein unteres Trockensieb umschlingt nacheinander die Zylinder der unteren Reihe.
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Innerhalb der Trockenpartie (4A und 4B ist in der dargestellten Ausführungsform eine Staucheinrichtung (5) vorgesehen. Sie ist als sogenannte Clupak-Einheit mit einem elastischen Band (10) ausgeführt ist. Nach der Trockenpartie folgt ein Glättwerk (6) mit einem Schuhglättnip, der von einer beheizbaren Glättwalze in unterer Position und einer Schuhglättwalze (11) in oberer Position gebildet wird. Das Glättwerk sorgt für die verbesserte Bedruckbarkeit, in dem es die Glätte besonders der Unterseite erhöht. Die Sackpapierbahn (12) wird dann in der abschließenden Aufrolleinheit (7) aufgewickelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stoffauflauf
- 2
- Siebpartie
- 3
- Pressenpartie mit Schuhpressnip
- 4A
- Teil der Trockenpartie
- 4B
- Weiterer Teil der Trockenpartie
- 5
- Staucheinrichtung
- 6
- Glättwerk mit Schuhglättnip
- 7
- Aufrolleinheit
- 8
- Siebschüttelvorrichtung
- 9
- Schuhpresswalze
- 10
- elastisches Band
- 11
- Schuhglättwalze
- 12
- Sackpapierbahn
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008043727 A1 [0005]
- EP 1236828 A1 [0018]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO 5636-5, TAPPI T460 [0007]
