DE102012217858A1

DE102012217858A1 - Trockenpartie und Verfahren zum Trocknen einer Bahn aus Fasermaterial sowie Maschine mit einer solchen Trockenpartie

Info

Publication number: DE102012217858A1
Application number: DE102012217858.9A
Authority: DE
Inventors: Manfred Huber; Joachim Uhl; Lutz Kühne; Michael Boschert
Original assignee: Papierfabrik August Koehler SE
Current assignee: HEAT TECHNOLOGIES, INC., ATLANTA, US
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-06-12
Also published as: US9851146B2; BR112015007052B1; CN104797755B; US20150247669A1; WO2014048431A3; RU2015115671A; EP2900867A2; CN104797755A; BR112015007052A2; WO2014048431A2; RU2639108C2; WO2014048431A9

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trockenpartie zum Trocknen einer Bahn (10) aus Fasermaterial, insbesondere von Papier, Karton, Tissue/Hygienepapier, aufweisend wenigstens ein Trocknungsaggregat (11) zur Verringerung des Feuchtegehaltes der Bahn (10) durch Konvektionstrocknung, wobei das Trocknungsaggregat (11) wenigstens eine Düse (12) zur Beaufschlagung der Bahn (10) mit einem Trocknungsfluid aufweist, wenigstens eine Abführeinrichtung (13) für die bei der Konvektionstrocknung entstehende feuchte Luft und Transportmittel, um die Bahn (10) relativ zum Trocknungsaggregat (11) zu bewegen, wobei das Trocknungsaggregat (11) wenigstens einen Ultraschallgenerator (15) aufweist, der zur Schwingungsanregung des Trocknungsfluids derart im Bereich der Düse (12) angeordnet ist, dass die Verringerung des Feuchtegehaltes über die gesamte Bahndicke durch Ultraschall unterstützbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trockenpartie zum Trocknen einer Bahn aus Fasermaterial mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Eine derartige Trockenpartie ist beispielsweise aus DE 199 44 266 A1 bekannt. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Trocknen einer Bahn aus Fasermaterial sowie auf eine Maschine mit einer Trockenpartie.
Die Trockenpartie einer Papiermaschine ist zwischen der Pressenpartie, die die Materialbahn auf mechanische Weise entwässert, und einem Rollapparat angeordnet, der die getrocknete Bahn aufrollt. Die Trockenpartie hat die Aufgabe, die in der Bahn nach der mechanischen Entwässerung verbliebene Feuchtigkeit thermisch bis auf den gewünschten Endfeuchtegehalt zu entfernen. Hierzu kommen herkömmlicherweise dampfbeheizte Zylinder zum Einsatz, über die die Materialbahn geführt wird. Bei diesen auf dem Prinzip der Kontakttrocknung basierenden Trockenpartien wird die für die Entfernung der Feuchtigkeit benötigte Wärme durch die Trockenzylinder in die Materialbahn eingebracht. DE 199 44 266 beschreibt ferner den Einsatz von Trocknungs- oder Düsenhauben, die entlang der Laufrichtung der Materialbahn in der Trockenpartie angeordnet sind. Derartige Hauben dienen dazu, die Materialbahn mit einem heißen Fluid zu beaufschlagen und funktionieren nach dem Prinzip der Konvektionstrocknung.
Einen erheblichen Kostenfaktor bei der Papierherstellung bildet der Energieeinsatz, der für die Trocknung der Papierbahn aufgewendet werden muss. Der Trockengehalt liegt üblicherweise in einem Bereich von 45% bis 98%. Dieser Kostenfaktor fällt in absehbarer Zukunft umso schwerer ins Gewicht, wenn man bedenkt, dass aufgrund allgemein steigender Energiepreise die Energieeinsparung eine zentrale Herausforderung für die Papierindustrie bildet. Hinzu kommt, dass die Trockenpartie einer Papiermaschine den größten Platzbedarf der gesamten Papiermaschine benötigt. Insofern bildet die Trockenpartie nicht nur mit Blick auf den Energiebedarf, sondern auch mit Blick auf den Platzbedarf eine limitierende Größe.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Trockenpartie zum Trocknen einer Bahn aus Fasermaterial, insbesondere aus Papier, Karton, Tissue/Hygienepapier, anzugeben, die hinsichtlich der Energieeffizienz verbessert ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Verfahren zum Trocknen einer Bahn aus Fasermaterial sowie eine Maschine mit einer solchen Trockenpartie anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Trockenpartie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Im Hinblick auf das Verfahren wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 13 und im Hinblick auf die Maschine durch den Gegenstand des Anspruchs 11 gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Trockenpartie zum Trocknen einer Bahn aus Fasermaterial, insbesondere aus Papier, Karton, Tissue/Hygienepapier vorgeschlagen, die wenigstens ein Trocknungsaggregat zur Verringerung des Feuchtegehaltes der Bahn durch Konvektionstrocknung aufweist. Das Trocknungsaggregat weist wenigstens eine Düse zur Beaufschlagung der Bahn mit einem Trocknungsfluid auf. Die Trockenpartie weist ferner eine Abführeinrichtung für die bei der Konvektionstrocknung entstehende feuchte Luft sowie ein Transportmittel auf, um die Bahn relativ zum Trocknungsaggregat zu bewegen. Das Trocknungsaggregat weist wenigstens einen Ultraschallgenerator auf, der zur Schwingungsanregung des Trocknungsfluids derart im Bereich der Düse angeordnet ist, dass die Verringerung des Feuchtegehaltes für die gesamte Bahndicke durch Ultaschall unterstützbar ist. Vorzugsweise ist die Trockenpartie für eine Maschine zur Herstellung einer Bahn aus Fasermaterial vorgesehen.
Mit der Erfindung ist eine signifikante Steigerung der Trocknungseffizienz, d. h. des Energieeinsatzes je entfernter Gewichtseinheit Wasser, gegenüber dem Stand der Technik möglich. Die Erfindung verfügt daher über ein bedeutendes wirtschaftliches Potential, das mit steigenden Energiepreisen entsprechend an Gewicht gewinnt. Neben dem Vorteil des geringen Energieverbrauchs bei Einsatz der erfindungsgemäßen Trockenpartie werden die branchentypisch hohen Investitionskosten verringert, da durch die Erfindung ein geringerer maschinenbaulicher Aufwand für die Herstellung der Trockenpartie bzw. die Papiermaschine mit einer derartigen Trockenpartie erforderlich ist. Wenn die Trockenpartie einer bestehenden Anlage erfindungsgemäß für die ultraschallgestützte Trocknung nachgerüstet wird, besteht aufgrund des geringen Platzbedarfs der Erfindung zudem der Vorteil, dass bei einer vorgegebenen Anlagengröße eine Steigerung der Gesamttrocknungsleistung herbeigeführt wird und hierdurch eine Steigerung der Maschinenleistung erzielt werden kann.
Die Verbesserung der Trocknungsleistung wird durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Ultraschallgenerator erreicht, der dazu dient, das aus der Düse des Trocknungsaggregats austretende Trocknungsfluid in Schwingungen zu versetzen. Die akustischen Schwingungen des Trocknungsfluids verhindern oder reduzieren die Bildung eines Luftpolsters auf der zu trocknenden Bahn, das den Konvektionsstrom behindern würde. Somit trifft eine größere Fluidmenge direkt auf die Bahn auf. Die erfindungsgemäße Trockenpartie ist so ausgestaltet, dass diese nicht nur eine Entfeuchtung der Bahnoberfläche ermöglicht. Vielmehr ist die erfindugsgemäße Trockenpartie so ausgelegt, dass der Feuchtegehalt über die gesamte Bahndicke auf den gewünschten Endfeuchtegehalt gebracht werden kann, wobei die Verringerung des Feuchtegehaltes durch Ultraschall unterstützbar ist. Die erfindungsgemäße Trockenpartie erlaubt also eine Durchtrocknung der gesamten Bahn in Dickenrichtung mit der unterstützung von Ultraschall.
Man geht dabei davon aus – ohne sich auf dieses Wirkungsprinzip festzulegen –, dass es sich bei der Beaufschlagung der Bahn mit Ultraschall um einen Doppeleffekt handelt. Zum einen wird, wie bereits erwähnt, das feuchtegesättigte Luftpolster über der Bahn durch die akustische Anregung des Trocknungsfluids so gestört, dass ungesättigte Luft bzw. allgemein ungesättigtes Trocknungsfluid nachziehen kann. Damit kann insgesamt mehr Wasser aus der Bahn entweichen. Hinzu kommt möglicherweise ein zweiter Effekt, der darauf beruht, dass die Ultraschallschwingungen in das Bahnmaterial eingetragen werden und die Faserstruktur der Bahn anregen. Man nimmt an, dass dadurch zusätzlich das im Bahnmaterial enthaltene Wasser mechanisch ausgetrieben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass zum Trocknen der Bahn aus Fasermaterial, insbesondere von Papier, Karton, Tissue/Hygienepapier, die Bahn durch die Trockenpartie bewegt und zumindest teilweise konvektiv getrocknet wird, wobei der Feuchtegehalt der Bahn verringert wird. Die Bahn wird während des Trocknungsvorganges mit Ultraschallwellen derart beaufschlagt, dass die Verringerung des Feuchtegehaltes über die gesamte Bahndicke durch Ultraschall unterstützt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also, wie bei der erfindungsgemäßen Trockenpartie, der Konvektionsstrom akustisch angeregt, wodurch sich ein auf der Bahn bildendes Polster mit gesättigter Luft gestört und der Konvektionsstrom im Wesentlichen ungehindert auf die Bahn auftreffen kann. Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Feuchtegehalt über die gesamte Bahndicke verringert, wobei die Verringerung ultraschallgestützt erfolgt. Bei dem Verfahren findet also nicht nur eine Oberflächentrocknung, sondern eine Durchtrocknung der gesamten Bahn statt. In diesem Zusammenhang wird auf die Erläuterungen zur erfindungsgemäßen Trockenpartie verwiesen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trockenpartie sind ein oder mehrere ultraschallunterstützte Trocknungsaggregate und weitere Trocknungsaggregate kombiniert. Die weiteren Trocknungsaggregate können beispielsweise wenigstens ein Trockenzylinder und/oder wenigstens eine Einrichtung zur Infrarottrocknung und/oder wenigstens eine Lufthaube sein. Dies bedeutet allgemein, dass die ultraschallunterstützten Trocknungsaggregate mit Aggregaten kombiniert werden können, die auf dem Prinzip der Kontakttrocknung und/oder der Konvektionstrocknung und/oder der Infrarottrocknung beruhen. Dadurch wird eine Steigerung der Trockenleistung herkömmlicher Trocknungsaggregate erreicht, was sowohl im Rahmen der Nachrüstung einer bestehenden Anlage, als auch im Rahmen einer Neumontage erfolgen kann.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass ausschließlich Ultraschall-unterstützte Trocknungsaggregate vorgesehen sind. Diese können einseitig und/oder beidseitig und/oder wechselseitig entlang der zu trocknenden Bahn angeordnet sein, wobei die Bahn durch Bahnstabilisierungs- bzw. Bahnführungshilfen in an sich bekannter Weise stabilisiert ist. Das bedeutet, dass im Rahmen dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform es im Extremfall auch möglich ist, die gesamte Trockenpartie nach dem Prinzip der Ultraschall-gestützten Konvektionstrocknung aufzubauen.
Zweckmäßigerweise weisen die Transportmittel Führungen für die Bahn auf, insbesondere Leitwalzen, wobei ein oder mehrere Ultraschall-unterstützte Trocknungsaggregate im freien Zug zwischen den Führungen angeordnet sind. Die Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate sind also flexibel einsetzbar und müssen nicht zwingend mit anderen – an sich bekannten – Trocknungsaggregaten kombiniert werden. Dadurch werden die Gestaltungsmöglichkeiten der einzelnen Baugruppen der Trocknungspartie erweitert.
Die Transportmittel weisen vorzugsweise einen kontinuierlich bewegbaren Träger für die Bahn auf, wobei ein oder mehrere Ultraschall-unterstützte Trocknungsaggregate im Bereich des Trägers angeordnet sind. Der Träger kann beispielsweise ein Förderband, ein Siebgurt oder ein Drahtgewebe sein. Andere Träger sind möglich. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate weitgehend positionsungebunden sind und deshalb Anlagenelementen, wie beispielsweise dem kontinuierlich bewegbaren Träger für die Bahn, zugeordnet werden können. Dabei können die Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate auf der Trägerseite und/oder der freien Bahnseite angeordnet sein. Die Trocknungsaggregate können einseitig und/oder beidseitig und/oder wechselseitig angeordnet sein.
Eine Vortrocknung und/oder Nachtrocknung der Bahn vor dem Durchlaufen an sich bekannter Trocknungsaggregate kann dadurch erreicht werden, dass ein oder mehrere Ultraschall-unterstützte Trocknungsaggregate im freien Zug vor und/oder nach weiteren Aggregaten, insbesondere Trocknungsaggregaten, wie einem Trockenzylinder und/oder einer Einrichtung zur Infrarottrocknung und/oder einer Lufthaube, angeordnet sind.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate einseitig und/oder beidseitig in Gegenüberstellung und/oder beidseitig alternierend, bezogen auf die Bahn, angeordnet. Die einseitige Anordnung kann bei der Verwendung leistungsstarker Ultraschall-unterstützter Trocknungsaggregate ausreichend sein, um eine Durchtrocknung der Bahn über die gesamte Bahndicke ermöglichen. Die beidseitige Anordnung der Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate in Gegenüberstellung und/oder wechselseitig alternierend führt dazu, dass die Bahn von beiden Seiten mit Ultraschall-angeregtem Trocknungsfluid beaufschlagt werden kann, wodurch die Durchtrocknung der Bahn von beiden Seiten besonders gleichmäßig erfolgt. Dabei ist der Einsatz vergleichsweise leistungsschwächerer Trocknungsaggregate möglich, aber nicht zwingend.
Ein weiteres Beispiel für die positionsflexible Einsetzbarkeit der Trocknungsaggregate besteht darin, dass ein oder mehrere Ultraschall-unterstützte Trocknungsaggregate entlang des gesamten oder eines Teils des Umschlingungsbereichs der Bahn wenigstens einer Walze und/oder wenigstens eines Zylinders angeordnet sind. Zweckmäßigerweise umfasst der Zylinder einen Trockenzylinder mit einer Lufthaube, die den Umschlingungsbereich des Trockenzylinders zumindest teilweise, insbesondere vollständig, umgibt.
Die Trockenpartie kann eine Regelung aufweisen, die derart eingestellt ist, dass der Endfeuchtegehalt der Bahn maximal 15%, vorzugsweise maximal 10% beträgt. Der Begriff „Durchtrocknung” bezieht sich auf den Endfeuchtegehalt, der sich über die gesamte Bahndicke einstellt.
Nach dem nebengeordneten Anspruch 11 ist die Trockenpartie Teil einer Maschine zur Herstellung einer Bahn aus Fasermaterial, aufweisend unter anderem eine Einrichtung zur mechanischen Entwässerung der Bahn, insbesondere eine Pressenpartie, wobei die Trockenpartie der Einrichtung zur mechanischen Entwässerung in Transportrichtung der Bahn nachgeordnet ist. Dabei kann der Trockenpartie eine Leimpresse und/oder ein Streichwerk und/oder ein Glättwerk und/oder eine Einrichtung zur Aufrollung der Bahn nachgeordnet sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Fasermaterial ein Nassfestmittel, insbesondere ein Melaminharz oder ein Harnstoffformaldehydharz oder ein Epichlorhydrinharz aufweist. Derartige Materialien bedürfen zum Zwecke der Kondensation des Nassfestharzes einer Übertrocknung, also einer weitgehenden Entfernung des Wassers. Hierfür ist eine ausreichend hohe Bahntemperatur bei der Trocknung erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem der Feuchtegehalt über die gesamte Bahndicke durch Ultraschall-gestützte Konvektionstrocknung verringert wird, ist deshalb in Zusammenhang mit der Verwendung von Nassfestmitteln besonders attraktiv, weil die Absenkung des Wassergehalts der Bahn unter das Niveau der fertigen Papierbahn einen besonders hohen Energieeinsatz gerade bei der Entfernung des Restwassers bei niedrigen Feuchtegehalten erfordert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Trocknung von Bahnen mit einem Fasermaterial, das ein Nassfestmittel aufweist, beschränkt, sondern bietet hier lediglich besondere Vorteile.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Trockenpartie nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
2 eine Seitenansicht eines Trockenzylinders, der mit Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregaten kombiniert ist;
3 eine Seitenansicht eines Trockenzylinders mit Lufthaube, in der mehrere Ultraschall-unterstützte Trocknungsaggregate integriert sind;
s4 eine Seitenansicht eines Trockenzylinders mit Lufthaube, bei dem im freien Zug vor der Lufthaube zusätzliche Ultraschall-unterstützte Trocknungsaggregate angeordnet sind;
5 den Trockenzylinder gemäß 4, der zusätzlich mit Einrichtungen zur Infrarottrocknung ausgerüstet ist, wobei die Einrichtungen zur Infrarottrocknung einseitig angeordnet sind;
6 den Trockenzylinder gemäß 5, wobei die Einrichtungen zur Infrarottrocknung ebenso wie die Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate beidseitig angeordnet sind, und
7 einen vereinfachten Querschnitt durch ein Ultraschall-unterstütztes Trocknungsaggregat.
1 zeigt eine Trockenpartie 20 nach einem erfindungsgemäßen Beispiel, die Teil einer Papiermaschine ist. Die Trockenpartie 20 kann auch Teil einer Maschine zur Herstellung von Tissue- oder Hygienepapierbahnen oder Teil einer Maschine zur Herstellung von Kartonbahnen sein.
Die Trockenpartie 20 ist zwischen einer Pressenpartie und einem Rollapparat angeordnet. Die Papiermaschine kann mit oder ohne Glättwerk(e) und/oder mit/ohne Leim- oder Filmpresse und/oder Online-Streichaggregat ausgerüstet sein. Die vorstehend genannten Baugruppen können der Trockenpartie in Laufrichtung der Bahn nachgeordnet sein. Die Trockenpartie 20 zeichnet sich durch Ultraschall-unterstützte Trocknungsaggregate 11 aus, mit deren Hilfe der Feuchtegehalt der Bahn zusammen mit den weiteren Trocknungsaggregaten der Trockenpartie auf den gewünschten Endfeuchtegehalt gebracht wird.
Aufgabe der Trockenpartie 20 ist es, die von der Pressenpartie übernommene Papierbahn auf den gewünschten Endfeuchtegehalt zu bringen. Der Endfeuchtegehalt kann in einem Bereich von ca. 2 bis 15%, insbesondere in einem Bereich von ca. 2 bis 10%, insbesondere ca. 2 bis 8%, insbesondere ca. 2 bis 6%, insbesondere ca. 2 bis 4%, liegen. Generell kommen für die Trocknung die Kontakttrocknung, die Konvektionstrocknung und die Infrarottrocknung in Frage, wobei bei der Trockenpartie 20 gemäß 1 die Konvektionstrocknung durch die Anregung des Trocknungsfluids mit einer Ultraschallfrequenz intensiviert wird. Mit anderen Worten wird das Trocknungsfluid, beispielsweise Heißluft oder Heißdampf, in Ultraschallfrequenz auf die aus der Pressenpartie austretende, nasse Papierbahn aufgedüst.
Ein Beispiel für ein hierfür eingesetztes Ultraschall-unterstütztes Trocknungsaggregat 11 ist in 7 schematisch dargestellt. Das Trocknungsaggregat 11 weist eine Düse 12 auf, die auf die Oberfläche der Papierbahn 10 gerichtet ist, so dass der aus der Düse 12 austretende Trocknungsfluidstrom auf der Bahn 10 auftrifft. Die Düse 12 erstreckt sich quer zur Bahnlängsrichtung. Die Breite der Düse 12 entspricht im Wesentlichen der Breite der zu trocknenden Bahn, so dass der gewünschte Endfeuchtegehalt über die gesamte Bahnbreite einstellbar ist. Die Düse 12 kann als Schlitzdüse ausgebildet sein, wobei sich der Schlitz quer zur Bahnlängsrichtung erstreckt. Die Düse 12 kann als Lochplatte mit einer oder mehreren Lochreihen ausgebildet sein, die sich jeweils quer zur Bahnlängsrichtung erstrecken. Die Düse 12 ist mit einer Fluidzufuhr 21 verbunden, durch die das Trocknungsfluid der Düse 12 zuführbar ist. Der Fluidstrom ist in 7 mit den Pfeilen F bezeichnet.
Das Trocknungsaggregat 11 weist eine Abführeinrichtung 13 auf, durch die die bei der Trocknung entstehende feuchte Luft abgeführt wird. Der Luftstrom ist mit den Pfeilen L bezeichnet. Im einfachsten Fall ist die Abführeinrichtung 13 als Lochplatte oder als Schlitzplatte ausgebildet, deren Öffnungen sich jeweils quer zur Längsrichtung der Bahn erstrecken. Eine gesonderte Anordnung der Abführeinrichtung separat vom Trocknungsaggregat 11 ist möglich.
Ein besonderes Merkmal des Trocknungsaggregats 11 ist der Ultraschallgenerator 15, der dazu dient, das aus der Düse 12 austretende Trocknungsfluid mit einer Ultraschallfrequenz zu beaufschlagen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 sind dazu die Düsenwände als Ultraschallgenerator 15 ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Ultraschallgenerator 15 in die Düse 12 integriert, so dass das durch die Düse 12 strömende Trocknungsfluid am Ultraschallgenerator 15 vorbeistreicht und in Ultraschallschwingungen versetzt wird.
Die Trocknungsleistung des Trocknungsaggregats 11 ist so angepasst, dass eine Papierbahn mit einer üblichen Bahndicke über die gesamte Bahndicke entfeuchtet werden kann, so dass der gewünschte Endfeuchtegehalt einstellbar ist. Es geht also nicht nur darum, die der Düse 12 zugewandte Oberseite der Bahn 10 Ultraschall-gestützt zu trocknen. Vielmehr hat das Trocknungsaggregat 11 die Funktion, die Verringerung der Feuchte über die gesamte Bahndicke zu erreichen, so dass der Vorteil des verringerten Energieeinsatzes zum Tragen kommt.
Es wird davon ausgegangen, dass eine Amplitude der Ultraschallwellen an der Oberfläche der Bahn 10 im Bereich von ca. 120 dB bis ca. 190 dB, insbesondere im Bereich von ca. 140 dB bis ca. 190 dB, insbesondere im Bereich von ca. 160 dB bis ca. 190 dB, insbesondere im Bereich von 160 dB bis ca. 185 dB, wirksam ist. Der hierfür erforderliche Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Düse 12 und der Oberfläche der Bahn 10 wird vom Fachmann eingestellt. Der Abstand zwischen der Austrittsöffnung 22 der Düse 12 und der düsenseitigen Bahnoberfläche kann auch anhand der Wellenlänge bestimmt werden, wobei der Abstand etwa (λ) (n/4) entspricht, wobei

λ: Wellenlänge der Ultraschallschwingung und
n: ±0,5 einer ungeraden ganzen Zahl

Für die Einstellung des Abstandes zwischen der Austrittsöffnung 22 und der Bahnoberfläche kann eine Einstellfläche vorgesehen sein, die gegenüber der Austrittsöffnung 22 angeordnet ist. Die Einstellfläche (nicht dargestellt) führt die zu trocknende Bahn im gewünschten Abstand von der Austrittsöffnung 22. Die Einstellfläche kann beispielsweise eine flache Platte sein, wobei die Bahn mittels eines Trägergurtes über die Fläche geführt wird. Alternativ kann die Einstellfläche durch eine oder mehrere Walzen gebildet sein, auf der die Bahn direkt geführt ist, oder durch einen Trägergurt, der die Bahn (ohne Einstellplatte) abstützt. Andere Ausführungsformen der Einstellfläche sind möglich. Zur Einstellung des Abstandes zwischen der Austrittsöffnung 22 und der Bahnoberfläche können zusätzlich oder alternativ andere Einstellmechanismen vorgesehen sein, beispielsweise ein Stellmittel zur Änderung der Lageposition der Austrittsöffnung 22 relativ zur Bahnoberfläche.
Nachfolgend werden unter Bezug auf die 1 bis 6 verschiedene Möglichkeiten beschrieben, wie die Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate 11 in Bezug auf herkömmliche Trocknungsaggregate positioniert sein können. Allgemein können die Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate in Kombination mit herkömmlichen Trocknungsaggregaten, die auf dem Prinzip der Kontakttrocknung und/oder der Konvektionstrocknung und/oder der Infrarottrocknung basieren, eingesetzt werden. Die Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate 11 können an Stelle von, vor, hinter oder zwischen in der Trockenpartie üblichen oder möglichen Trocknungsaggregaten angeordnet sein. Die vorstehend genannten Positionsangaben beziehen sich auf die Laufrichtung der Bahn. Die Trocknungsaggregate, die mit den Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregaten 11 kombiniert werden, können mit unterschiedlichen Wärmeträgern beheizte Zylinder (beispielsweise Wasser, Dampf, Thermoöl), Infrarot-Trockner oder Lufthauben sein.
Wie in 1 gezeigt, können die Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate der Zylinderbaugruppe einer doppelreihigen Trockenpartie 20' zugeordnet sein. Es ist auch möglich, wie weiter in 1 gezeigt, die Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate in eine Baugruppe einer einreihigen Trockenpartie mit oben angeordneten Vakuumwalzen (sh. Bezugszeichen 20'') oder unten angeordneten Vakuum-Walzen (sh. Bezugszeichen 20''') zu integrieren. Die Trocknungsaggregate 11 können den Vakuum-Walzen und/oder den Trockenzylindern zugeordnet sein. Durch die Kombination der Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate 11 mit den Vakuum-Walzen 23 wird eine besonders effektive Ausnutzung des Bauraums der Trockenpartie erreicht.
Folgende Positionen der Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate 11 in der Trockenpartie 20 sind möglich, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt ist.
Wie in den 1 und 4 dargestellt, können die Trocknungsaggregate 11 im freien Zug zwischen zwei Bahnführungshilfen, wie z. B. Papierleitwalzen bzw. allgemein im freien Zug zwischen Führungen 14a angeordnet sein. Die Trocknungsaggregate 11 können einseitig und/oder beidseitig und/oder wechselseitig, wie in 4 dargestellt, jeweils bezogen auf die Bahn 10 angeordnet sein. Eine weitere Anordnungsmöglichkeit der Trocknungsaggregate besteht darin, wie in den 1 und 2 offenbart, die Trocknungsaggregate 11 im Umschlingungsbereich 19 von Zylindern, wie beispielsweise Trockenzylindern 16, Vakuumzylindern 23 oder Papierleitwalzen, anzubringen. Die Trocknungsaggregate können über den gesamten Umschlingungsbereich 19 oder teilweise über den Umschlingungsbereich 19 angeordnet sein (sh. auch 4, 5). Die Trockungsaggregate 11 können sich durchgehend entlang des Zylinderumfangs erstrecken oder auf dem Zylinderumfang verteilt angeordnet sein
Es ist möglich, zwischen den Trocknungsaggregaten 11 und der Bahn 10 eine Trägerbahn, wie ein Trockensieb oder ein Trockenfilz zu führen, ohne dass dabei die Wirkungsweise der Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate 11 signifikant beeinträchtigt wird. In 1 ist das Trocknungssieb mit dem Bezugszeichen 14b bezeichnet (allgemein Träger). Wie in 3 dargestellt, kann der Trockenzylinder 16 zusätzlich durch eine Hochleistungshaube bzw. allgemein eine Lufthaube 18, umgeben sein (sh. auch 4, 5 und 6). Die Trocknungsaggregate 11 sind in die Lufthaube integriert. Eine weitere Kombinationsmöglichkeit ist in den 5, 6 dargestellt. Demnach können die Trocknungsaggregate 11 mit Einrichtungen zur Infrarottrocknung 17 kombiniert sein, wobei die Einrichtungen 17 einseitig (5) oder beidseitig (17) angeordnet sein können. Entsprechend können die Ultraschall-unterstützten Trocknungsaggregate 11 ebenfalls einseitig (5) oder beidseitig (6) angeordnet sein. Es versteht sich, dass die Trocknungsaggregate 11 auf derselben Seite wie die Einrichtungen 17 angeordnet sein können (5). In beiden Beispielen gemäß 5, 6 sind die Trocknungsaggregate 11 im freien Zug vor und/oder nach den Einrichtungen zur Infrarottrocknung 17 angeordnet.
Ein weiteres Beispiel für die Anordnung der Trocknungsaggregate 11 besteht darin, diese in dem Bereich zu montieren, in dem die Bahn 10 auf einem Träger 14a, 14b geführt wird. Der Träger kann beispielsweise ein Förderband, ein Fördergurt, ein Siebgurt, ein Drahtgewebe, Papierleitwalzen, Vakuumwalzen usw. sein.
Zusammengefasst kann also wenigstens ein Trocknungsaggregat, insbesondere mehrere Trocknungsaggregate, mit beheizten Trockenzylindern 16 und/oder mit Infrarottrocknern 17 und/oder mit Lufthauben 18 kombiniert sein. Es ist auch möglich, ausschließlich Ultraschall-unterstützte Trocknungsaggregate 11 vorzusehen, d. h. ohne zusätzliche herkömmliche Trocknungsaggregate.
Die absolute Anzahl der jeweils erforderlichen Trocknungsaggregate 11 in der Trockenpartie richtet sich nach der je Zeiteinheit zu entfernenden Wassermenge und ist eine Funktion von Flächengewicht, Bahngeschwindigkeit, Bahnbreite, Bahnfeuchte bei Eintritt in die Trockenpartie und Endfeuchte der Bahn. Dementsprechend wählt der Fachmann die jeweils erforderliche Anzahl der Trocknungsaggregate nach den jeweiligen Gegebenheiten aus.
Die vorstehend genannten Anordnungsmöglichkeiten der Trocknungsaggregate gemäß den 1 bis 6 können miteinander kombiniert werden.
Die vorstehend beschriebenen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Trockenpartie werden auch im Zusammenhang mit dem Trocknungsverfahren offenbart, das unter Verwendung der jeweiligen Ausführungsbeispiele durchführbar ist. Im Rahmen des Verfahrens wird die Ultraschall-gestützte Konvektionstrocknung so durchgeführt, dass eine Verringerung des Feuchtegehalts über die gesamte Bahndicke erfolgt. Dabei kann der Ultraschall-angeregte Konvektionsstrom einseitig und/oder beidseitig und/oder wechselseitig auf die Bahn 10 aufgebracht werden. In Fällen, in denen eine Übertrocknung der Bahn, also eine Absenkung des Wassergehaltes der Bahn unter das Niveau der fertigen Papierbahn erforderlich ist, kommt der Vorteil der Energieeinsparung besonders zum Tragen.
Die Entfernung des Restwassers bei niedrigen Feuchtegehalten erfolgt dabei im hinteren Bereich der Trockenpartie. Die Übertrocknung wird z. B. zum Zwecke der Kondensation eines Nassfestharzes eingesetzt.
Bezugszeichenliste

10: Bahn
11: Trocknungsaggregat
12: Düse
13: Abführeinrichtung
14a: Führungen
14b: Träger
15: Ultraschallgenerator
16: Trockenzylinder
17: Einrichtung zur Infrarottrocknung
18: Lufthaube
19: Umschlingungsbereich
20: Trockenpartie
20', 20'', 20''': Baugruppen der Trockenpartie
21: Fluidzufuhr
22: Austrittsöffnung
23: Vakuumwalzen
F: Fluid
L: Luft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19944266 A1 [0001]
DE 19944266 [0002]

Claims

Trockenpartie zum Trocknen einer Bahn (10) aus Fasermaterial, insbesondere von Papier, Karton, Tissue/Hygienepapier aufweisend – wenigstens ein Trocknungsaggregat (11) zur Verringerung des Feuchtegehaltes der Bahn (10) durch Konvektionstrocknung, wobei das Trocknungsaggregat (11) wenigstens eine Düse (12) zur Beaufschlagung der Bahn (10) mit einem Trocknungsfluid aufweist, – wenigstens eine Abführeinrichtung (13) für die bei der Konvektionstrocknung entstehende feuchte Luft und – Transportmittel, um die Bahn (10) relativ zum Trocknungsaggregat (11) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknungsaggregat (11) wenigstens einen Ultraschallgenerator (15) aufweist, der zur Schwingungsanregung des Trocknungsfluids derart im Bereich der Düse (12) angeordnet ist, dass die Verringerung des Feuchtegehaltes über die gesamte Bahndicke durch Ultraschall unterstützbar ist.
Trockenpartie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere ultraschallunterstützte Trocknungsaggregate (11) und weitere Trocknungsaggregate (16, 17, 18), insbesondere wenigstens ein Trockenzylinder (16) und/oder wenigstens eine Einrichtung zur Infrarottrocknung (17) und/oder wenigstens einer Lufthaube (18), kombiniert sind.
Trockenpartie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich ultraschallunterstützte Trocknungsaggregate (11) vorgesehen sind.
Trockenpartie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportmittel Führungen (14a) für die Bahn, insbesondere Leitwalzen, aufweisen, wobei ein oder mehrere ultraschallunterstützte Trocknungsaggregate (11) im freien Zug zwischen den Führungen (14) angeordnet sind.
Trockenpartie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportmittel einen kontinuierlich bewegbaren Träger (14b) für die Bahn (10), insbesondere ein Förderband, einen Siebgurt oder ein Drahtgewebe aufweist, wobei ein oder mehrere ultraschallunterstützte Trocknungsaggregate (11) im Bereich des Trägers (14b) angeordnet sind.
Trockenpartie nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere ultraschallunterstützte Trocknungsaggregate (11) im freien Zug vor und/oder nach weiteren Aggregaten, insbesondere Trocknungsaggregaten wie einem Trockenzylinder (16) und/oder einer Einrichtung zur Infrarottrocknung (17) und/oder einer Lufthaube (18) angeordnet sind.
Trockenpartie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraschallunterstützten Trocknungsaggregate (11) einseitig und/oder beidseitig in Gegenüberstellung und/oder beidseitig alternierend bezogen auf die Bahn (10) angeordnet sind.
Trockenpartie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens eine Walze und/oder wenigstens einen Zylinder, die jeweils einen Umschlingungsbereich (19) der Bahn (11) bilden, wobei ein oder mehrere ultraschallunterstützte Trocknungsaggregate (11) entlang des gesamten oder eines Teils des Umschlingungsbereichs (19) angeordnet sind.
Trockenpartie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zylinder einen Trockenzylinder (16) mit einer Lufthaube (18) umfasst, die den Umschlingungsbereich (19) des Trockenzylinders (16) zumindest teilweise, insbesondere vollständig, umgibt.
Trockenpartie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Regelung, die derart eingestellt ist, dass der Endfeuchtegehalt der Bahn (10) maximal 15%, vorzugsweise maximal 10% beträgt.
Maschine zur Herstellung einer Bahn aus Fasermaterial aufweisend eine Einrichtung zur mechanischen Entwässerung der Bahn, insbesondere eine Pressenpartie, und eine Trockenpartie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die der Einrichtung zur mechanischen Entwässerung in Transportrichtung der Bahn (10) nachgeordnet ist.
Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockenpartie eine Leimpresse und/oder ein Streichwerk und/oder ein Glättwerk und/oder eine Einrichtung zur Aufrollung der Bahn nachgeordnet sind.
Verfahren zum Trocknen einer Bahn (10) aus Fasermaterial, insbesondere von Papier, Karton, Tissue/Hygienepapier, bei dem die Bahn (10) durch eine Trockenpartie bewegt und konvektiv getrocknet wird, wobei der Feuchtegehalt der Bahn (10) verringert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn (10) während des Trocknungsvorganges mit Ultraschallwellen derart beaufschlagt wird, dass die Verringerung des Feuchtegehalts über die gesamte Bahndicke durch Ultraschall unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial ein Nassfestmittel, insbesondere ein Melaminharz oder ein Harnstoffformaldehydharz oder ein Epichlorhydrinharz aufweist.