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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer
Faserbahn in einem Online-Trockenbereich
einer Papier- oder Kartonproduktionslinie in einem auf dieselbe
folgenden Bahnübertragungsbereich,
und weiter in einer auf den Trockenbereich folgenden Online-Fertigbearbeitungsvorrichtung
wie zum Beispiel einem Kalander oder einer Streicheinrichtung. Der
Kalander kann zum Beispiel ein Metallbandkalander, ein Kalander
mit langem Walzenspalt, ein Mehrwalzenspaltkalander, ein Weichkalander
oder ein Maschinenkalander sein.
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Bei
modernen Papiermaschinenkonzepten sind der Trockenbereich und die
Fertigbearbeitungsbehandlung, wie zum Beispiel Kalandrierung, getrennte
Unterprozesse, zwischen denen die Papierbahn oftmals als ein offener
Zug übertragen
wird, wobei die Oberfläche
der Bahn der Umgebung ausgesetzt ist. Als Ergebnis des offenen Zuges
verdampft insbesondere dann, wenn die Bahn nach der Trocknung zu
dem Kalander oder einer anderen Fertigbearbeitungsvorrichtung übertragen
wird, eine bedeutende Menge an Feuchtigkeit von der Bahn und die Bahn
kühlt ab.
Bei Berücksichtigung
des Prozesses als Ganzes ist es nicht wünschenswert, wenn die Verdampfung
zwischen dem Trockner und dem Kalander erfolgt, da die Faserbahn
feucht und warm sein sollte, wenn sie kalandriert wird. Als Ergebnis der
Verdampfung kühlt
die Bahn dramatisch ab und somit müssen zum Beispiel Onlinekalander
so bemessen sein, dass ihre Kapazität für die Behandlung der teilweise
abgekühlten
Bahn ausreichen wird. Verdampfung ist auch eine Belastung für die Klimatisierung
der Fabrikhalle und ist außerdem
unwirtschaftlich.
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Auf
Grund der Verdampfung und auch zwecks Wiederbefeuchtung einer sogenannten übertrockneten
Bahn wird oftmals bei Papier-/Kartonproduktionslinien der Wasserauftrag
verwendet, wobei er gewöhnlich
zwischen dem Trockenbereich und der Kalandrierung angeordnet ist.
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Beim
Verfahren des Auftragens wird oftmals feiner Wassernebel oder -dampf
verwendet. Durch Übertrocknung
und Wiederbefeuchtung wird auf eine bessere Steuerung des Feuchtigkeitsprofils
der Papierbahn sowie eine stabilere Papierstruktur abgezielt.
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Bei
aktuellen Prozessen, bei denen Papier übertrocknet und dann befeuchtet
wird, ist der spezifische Energieverbrauch und somit die Kosten
pro produzierter Tonne größer als
bei Prozessen, bei denen keine Übertrocknung
ausgeführt
wird. Einer der bedeutendsten Gegenstände des Energieverbrauchs bei
der Papierherstellung ist in der Tat Trocknen durch Verdampfung.
Es ist offensichtlich, dass ein Verfahren, bei dem die Bahn zuerst
auf eine Feuchtigkeit von etwa 2–4% auf dem Trockenbereich
getrocknet wird, dann auf eine Feuchtigkeit von etwa 8–10% befeuchtet
wird, und bei dem die Bahn schließlich auf dem Kalander auf
eine Endfeuchtigkeit von etwa 5% trocknet, als Ganzes vom Blickpunkt
des Energieverbrauches her gesehen nachteilig ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung
eines Verfahrens, mittels welchem unter Anderem der Energieverbrauch
auf der Produktionslinie verringert werden kann, und wobei das Verfahren
auch eine Verkürzung der
Trocknergruppe und eine Senkung der Kosten auf Grund der sich daraus
ergebenden Raumeinsparung ermöglicht.
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Um
die Aufgabe der Erfindung zu lösen,
ist das Verfahren gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren die behandelte Faserbahn
so angeordnet ist, dass sie sich zwischen dem Trockenbereich und
der Fertigbearbeitungsvorrichtung unter Bedingungen bewegt, die
in Bezug auf Temperatur und Feuchtigkeit gesteuert werden, wobei
mittels der Bedingungen die Verdampfung von Wasser und Wärme von
der Faserbahn eingestellt wird, und dass die Faserbahn in dem Trockenbereich
so getrocknet wird, dass sie einen größeren Feuchtigkeitsgehalt als
normalerweise nach dem Trockenbereich beibehält, und dass die endgültige Trocknung
mittels einer Fertigbearbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.
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Bei
dem Verfahren gemäß der Erfindung werden
das Wasser und die Wärmeenergie
in der Faserbahn mit dem Ziel der Verhinderung oder Minimierung
der Übertragung
von Wärme
und Feuchtigkeit von der Bahn in dem Bereich zwischen dem Trockenbereich
und dem Kalander verwendet. Die behandelte Faserbahn ist so angeordnet,
dass sie sich zwischen dem Trockenbereich und dem Kalander von der
Fabrikhallenluft getrennt und in Bezug auf Temperatur und Feuchtigkeit
unter gesteuerten Bedingungen bewegt, wobei dadurch die Verdampfung
von Wasser und Wärme
von der Faserbahn reguliert wird. In Übereinstimmung mit der Erfindung
wird die Faserbahn in dem Trockenbereich so getrocknet, dass sie
einen größeren Feuchtigkeitsgehalt
als normalerweise beibehält
und die endgültige
Trocknung wird mittels des Kalanders ausgeführt. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
sind Trocknung und Kalandrierung in Bezug auf Temperatur- und Feuchtigkeitssteuerung
integriert und so angeordnet, dass der Trockenbereich nur die erforderliche
Menge trocknet, und dass bei der Übertragung der Bahn von dem
Trockenbereich zu dem Kalander die Verdampfung von Wasser und die
Wärme so
eingestellt werden, dass die Bahn bei der Ankunft am Kalander genügend feucht
sein wird, und dass ein Teil der Endtrocknung auf dem Kalander erfolgt.
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Die
Erfindung ist nachfolgend an Hand eines Beispiels unter Bezugnahme
auf die dazugehörige Zeichnung
genauer beschrieben, wobei:
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1 schematisch
eine Anordnung zur Ausführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung
darstellt, und
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2 schematisch
eine weitere Möglichkeit zur
Ausführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung darstellt.
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1 stellt
schematisch einen Teil einer Online-Produktionslinie dar, wobei mit dem
Bezugszeichen 1 eine als ein Metallbandkalander ausgeführte Fertigbearbeitungsvorrichtung
bezeichnet ist und mit dem Bezugszeichen 3 das Endteil
des Trockenbereiches bezeichnet ist. Mit dem Bezugszeichen 2 ist
ein geschlossener Raum bezeichnet, durch den eine Bahn unter Bedingungen
in den Bereich zwischen dem Trockenbereich und dem Kalander 1 geführt werden
kann, die in Bezug auf Temperatur und Feuchtigkeit gesteuert werden.
Der geschlossene Raum kann sich über
den gesamten Bereich zwischen dem Endteil des Trockenbereiches und
dem Kalander oder nur über
einen Teil des Bereiches erstrecken.
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Die
Fertigbearbeitungsvorrichtung kann auch zum Beispiel als ein Kalander
mit langem Walzenspalt, ein Mehrfachwalzenspaltkalander, ein Weichkalander
oder ein Maschinenkalander ausgeführt sein. Die Fertigbearbeitungsvorrichtung
kann auch eine Streicheinrichtung wie zum Beispiel eine Trockenstreicheinrichtung
sein.
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Bei
dem Verfahren gemäß der Erfindung werden
das Wasser und die Wärmeenergie,
die in der Faserbahn enthalten sind, verwendet, indem die Verdampfung
des Wassers und der Wärme
in dem Papier nach dem Trockenbereich 3 so begrenzt wird, dass
die Notwendigkeit zum Erwärmen
und Befeuchten der Faserbahn gemäß den Anforderungen
des Kalanders 1 verringert wird. Da die Papierbahn in Verbindung
mit oder nach der Kalandrierung auf jeden Fall trocken und kühl sein
wird, ist es vorteilhaft, diesen Trocknungsprozess zu verwenden.
Dementsprechend werden bei dem Verfahren in Bezug auf die Erfindung der
Betrieb des Trockenbereiches 3, die Bahnübertragung 2 und
der Kalander 1 so koordiniert, dass ein Teil der Trocknungsfunktion
des Trockenbereiches dem Kalander zugeordnet wird, wobei bei dem
Verfahren als Ganzes die Verwendung von Wärme und Wasser so wirtschaftlich
wie möglich
ist.
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Unter
Bezugnahme auf 1 kann die oben erwähnte Wärme- und
Feuchtigkeitssteuerung der Bahn gemäß der Erfindung durch die Regulierung der Übertragung
von Wasser und Wärmeenergie
zwischen der Faserbahn und der Umgebung zwischen dem letzten Trockenzylinder 3 und
dem Kalander 1 erfolgen. Gemäß der Erfindung können diese Übertragungsphänomene reguliert
werden, indem die Faserbahn so angeordnet wird, dass sie sich zwischen dem
Trockenbereich und dem Kalander unter Bedingungen bewegt, die in
Bezug auf Temperatur und Feuchtigkeit gesteuert werden. Wenn es
wünschenswert
ist, Verdampfung oder Abkühlung
zu verhindern, werden die Umgebungsfeuchtigkeit (relative Feuchtigkeit
von Luft, oder Dampfdruck) und die Temperatur auf der Außenfläche der
Bahn oder in ihrer unmittelbaren Nähe auf ein Gleichgewicht eingestellt,
welches annähernd
der Feuchtigkeit und Temperatur der Faserbahn entspricht. Das heißt, dass
keine bedeutenden Temperatur- oder Feuchtigkeitsunterschiede zwischen
der Bahn und ihrer Umgebung entstehen, und somit keine Übertragungsströme von Feuchtigkeit
oder Temperatur ausgebildet werden.
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Es
ist auch möglich,
sofern es wünschenswert
und zweckmäßig ist,
die Bedingungen in unmittelbarer Nähe der Bahn so einzustellen,
dass ein Wärme-
oder Feuchtigkeitsstrom von gewünschter Größe zwischen
der Bahn und ihrer unmittelbaren Umgebung erreicht wird. So kann
zum Beispiel ein Wärmestrom
in der Richtung der Bahn (zusätzliche Erwärmung) durch
die Anhebung der Umgebungstemperatur auf ein Niveau veranlasst werden,
welches höher
als die Temperatur der Bahn ist. Es ist auch möglich, einen Feuchtigkeitsstrom
in die Richtung der Bahn (zusätzliche
Befeuchtung) durch die Erhöhung
der Umgebungsfeuchtigkeit auf ein Niveau zu veranlassen, welches
höher als
der Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt der Bahn ist. Es ist offensichtlich
möglich,
entsprechende, jedoch umgekehrte Übertragungsphänomene durch
die Umkehrung entsprechender Feuchtigkeits- und Temperaturunterschiede
zwischen der Bahn und der Umgebung zu veranlassen.
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Die
oben beschriebenen Lösungen
gemäß der Erfindung
zur Steuerung der Temperatur und Feuchtigkeit der Bahn können zum
Beispiel verwirklicht werden, indem die Bahn so angeordnet ist,
dass sie sich durch eine ortsfeste Tunnel- oder Haubenkonstruktion
bewegt. Die Wände
der Tunnel- oder Haubenkonstruktion schließen in sich einen Raum ein,
dessen Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen so eingestellt sind,
dass sie für
den Prozess vorteilhaft sind. Die Wandkonstruktion verhindert Temperatur-
und Feuchtigkeitsverluste und der Raum ist gegen die Luft in der
Fabrikhalle genügend
abgedichtet und davon getrennt.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Ausführung
der Erfindung besteht darin, den Weg der Bahn zwischen zwei sich
bewegenden Tragkonstruktionen anzuordnen, wobei die Tragkonstruktionen
die Übertragungen
von Wasser und Wärme
in die unmittelbare Umgebung auf gewünschte Art und Weise regulieren. Die
praktischste Lösung
besteht im Unterstützen
des Weges der Bahn mittels sich entweder auf einer oder auf beiden
Seiten drehenden Sieb- oder Bandschleifen. Die Siebe oder Bänder können entweder
undurchlässig
oder bis zu einem gewissen Umfang durchlässig sein (Feuchtigkeitsübertragungssteuerung)
und können,
wenn notwendig, beheizt/gekühlt (Temperatursteuerung)
sein, wenn dies für
das Ganze notwendig sein sollte.
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Eine
dritte mögliche
Lösung
besteht im Prinzip für
die Steuerung der Temperatur und Feuchtigkeit der Faserbahn in der
Steuerung der Strom- und Wärmeübertragungsgrenzschicht.
Durch den Austausch der Luft in der Grenzschicht, die normalerweise
durch Verwirbelung der Fabrikluft mit gesteuerter feuchtigkeits-
und/oder temperaturgeregelter Luft vermischt wird, verändert sich
die Temperatur und Feuchtigkeit der Bahn durch zwischen der Bahn
und ihrer unmittelbaren Umgebung wirkende Übertragungsphänomene.
So kann zum Beispiel zur Steuerung der Feuchtigkeit der Bahn feuchte
Luft oder mit Wasserdampf gesättigte
Luft zu der Grenzschicht der sich bewegenden Faserbahn geblasen
werden. Das Eindringen von Luft in die Grenzschicht kann durch das
Abschaben der vorangegangenen Grenzschicht sichergestellt werden.
In 2 ist schematisch eine Lösung dieser Art dargestellt,
bei der die frühere Grenzschicht 6 mit
einer Schaberklinge 4 entfernt und die die neue Grenzschicht 7 ausbildende
Luft durch Blaseinrichtungen 5 auf die Oberfläche der Bahn
W geblasen wird.
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Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
kann die Übertragung
von Feuchtigkeit und Wärme
zwischen der Bahn und ihrer Umgebung sowohl in Maschinenrichtung
als auch insbesondere in der Querrichtung reguliert werden, wenn
gewünscht. Weiterhin
kann die Übertragung
von Feuchtigkeit und Wärme
zusätzlich
zu dem Zug zwischen dem Trockenbereich und der Fertigbearbeitungsvorrichtung auch
an Punkten zwischen unterschiedlichen Teilen der Fertigbearbeitungsvorrichtung
reguliert werden, wie zum Beispiel an einem Punkt zwischen den unterschiedlichen
Walzenspalten eines Weichkalanders, zwischen den unterschiedlichen
Walzenbaugruppen in einem Mehrwalzenspaltkalander, oder an entsprechenden
Punkten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das Papier nicht in dem Trockenbereich auf ein Niveau
getrocknet, welches niedriger (etwa 5%) als der Feuchtigkeitsgehalt
bei der endgültigen
Verwendung des Papiers ist, wobei die endgültige Trocknung auf dieses
Feuchtigkeitsniveau in dem Kalander erfolgen wird.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
ist auf Papier- und Kartonproduktionslinien anwendbar, wobei die
Weiterverarbeitung, die Wärme
oder Feuchtigkeit erfordert, wie zum Beispiel Kalandrierung, online
in der Linie angeordnet ist. Das Verfahren ist insbesondere gut
für Metallbandkalander
und Kalander mit langem Walzenspalt geeignet, bei denen die Kalandrierungswirkung
bedeutend mehr auf der Weichmachungswirkung der Temperatur auf die
Faserbahn als bei herkömmlichen
Kalandern basiert.
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Die
Erfindung ist auch auf einen Prozess anwendbar, bei dem die Bahn
mit einer anderen Vorrichtung anstatt des Kalanders behandelt wird,
wobei die Steuerung der Temperatur und der Feuchtigkeit der Bahn
wesentlich ist. Solche Vorrichtungen können eine Streicheinrichtung,
insbesondere eine Trockenstreicheinrichtung sein, und die Fixierpresse
für das
darin enthaltene Streichmittel sein, d. h. die Leimpresse.
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Von
den Vorteilen des Verfahrens gemäß der Erfindung
in Bezug auf aktuelle Prozesse können
zuerst beträchtliche
Energieeinsparungen erwähnt
werden. Da durch das Verfahren die in der Bahn enthaltene Feuchtigkeit
aufrechterhalten wird, ist keine separate Wasser- /Weichmacheranwendung oder Wiederbefeuchtung
erforderlich, was bedeutet, dass in der gesamten Linie weniger Ausrüstung benötigt wird,
und der Betriebswirkungsgrad verbessert wird, da die zweite Verdampfungsstufe
ausgelassen wird. Da die Verdampfung von Wasser von der Bahn bedeutend
verringert wird, bleibt die Temperatur der Bahn höher, und
somit muss nicht so viel Energie auf dem Kalander auf dieselbe zugeführt werden.
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Als
ein weiterer Vorteil kann die Tatsache erwähnt werden, dass das Wasser/der
Weichmacher besser in der Struktur des Papiers verteilt wird, und die
Steuerung der Feuchtigkeit leichter zu arrangieren ist, wenn die
Verdampfung über
die gesamte Übertragung
gesteuert wird. Die Verteilung der Feuchtigkeit in der Dicke kann
zum Beispiel durch die Steuerung des Betriebes des Trockenzylinders
oder dadurch erfolgen, dass die Verdampfung so reguliert wird, dass
sie während
der Bahnübertragung
selbst erfolgt.
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Zusammenfassung
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Verfahren zur Behandlung einer Faserbahn
in dem Trockenbereich einer Papier-/Kartonmaschine und in einer
danach angeordneten Fertigbearbeitungsvorrichtung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer Faserbahn,
die in dem Trockenbereich einer Papier-/Kartonmaschine auf einen
bestimmten Feuchtigkeitsgehalt getrocknet wurde, in einer auf den
Trockenbereich (3) folgenden Fertigbearbeitungsvorrichtung
(1). Bei dem Verfahren wird das in der Faserbahn enthaltene
Wasser so verwendet, dass die behandelte Faserbahn so angeordnet wird,
dass sie sich zwischen dem Trockenbereich und der Fertigbearbeitungsvorrichtung
unter Bedingungen (2) bewegt, die in Bezug auf Temperatur
und Feuchtigkeit gesteuert werden, mittels welcher die Verdampfung
von Wasser von der Faserbahn reguliert wird. Die Faserbahn wird
in dem Trockenbereich so getrocknet, dass sie einen größeren Feuchtigkeitsgehalt
als normalerweise nach dem Trockenbereich (3) beibehält, und
die endgültige
Trocknung wird mittels einer Fertigbearbeitungsvorrichtung (1) ausgeführt.