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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Papiermaschinen und Verfahren zur
Herstellung von Papier und betrifft insbesondere Maschinen und Verfahren zur
Herstellung von strukturiertem weichem Papier wie z. B. Tissue.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine
Papiermaschine zur Herstellung von Tissuepapier wird im
US-Patent Nr. 5,393,384 offenbart,
siehe insbesondere
6. Die darin dargestellte Papiermaschine
weist ein wasserundurchlässiges Band
auf, das in einer Schleife durch einen verbreiterten Pressnip läuft, der
von einer Schuhpresswalze und einer Gegenwalze gebildet wird. Ein
Pressfilz wird direkt zu dem Pressnip befördert, wo er mit dem undurchlässigen Band
und der Papierbahn zusammengebracht wird. Die Papierbahn wird von
einem Formiergewebe auf das undurchlässige Band übertragen, das die Papierbahn
auf seiner Unterseite bis zu dem Pressnip und von dort zu dem Trockenzylinder
tragen soll. Das undurchlässige
Band trägt
somit die Papierbahn eine relativ weite Strecke, nachdem die Papierbahn
von dem Formiergewebe auf das undurchlässige Band übertragen worden ist. Es besteht daher
die Gefahr, dass die Papierbahn nicht über die gesamte Strecke ausreichend
fest haftet und deshalb von dem undurchlässigen Band gelöst wird.
Gemäß der Patentbeschreibung
ist die Adhäsionskraft
zwischen dem undurchlässigen
Band und der Papierbahn größer als
diejenige zwischen dem Pressfilz und der Papierbahn. Das undurchlässige Band,
von dem hier die Rede ist, ist nicht kompressibel und weist eine
glatte, bahntragende Oberfläche
auf.
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Es
ist generell bekannt, dass ein solches glattes, undurchlässiges Band
auf seiner glatten, bahntragenden Oberfläche einen Film aus Flüssigkeit
ausbildet, wenn Band, Pressfilz und Papierbahn zusammen durch einen
Pressnip geführt
werden, und dass daher nach dem Pressnip, wenn der Pressfilz und
das undurchlässige
Band auseinander laufen, die Papierbahn an dem undurchlässigen Band anstatt
an dem Pressfilz haftet, der keine glatte Oberfläche aufweist. Dieser Umstand
wird auch im
US-Patent Nr. 4,483,745 genutzt.
Da jedoch sowohl das undurchlässige
Band als auch der Trockenzylinder in der Papiermaschine gemäß
US-Patent Nr. 5,393,384 glatte
Oberflächen
aufweisen, mit denen die Papierbahn in Berührung treten soll, besteht
ein beträchtliches
Risiko, dass die Papierbahn, nachdem sie den Nip an dem Trockenzylinder
passiert hat, weiter an der glatten Oberfläche des undurchlässigen Bandes
haftet, anstatt wie gewünscht
auf die glatte Oberfläche
des Trockenzylinders übertragen
zu werden. Wahrscheinlich würde
nicht einmal das Auftragen großer
Mengen von Bindemittel auf der umhüllenden Oberfläche des
Trockenzylinders die Haftung der Papierbahn an dem Trockenzylinder
gewährleisten.
Das
US-Patent Nr. 5,393,384 erwähnt nichts
von einer Strukturierung der Papierbahn vor dem Trockenzylinder.
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Die
DE-195 48 747 offenbart
eine Papiermaschine zur Herstellung von Krepp-Tissuepapier, die mit
einer Presse versehen ist, welche eine Schuhpresswalze, eine Gegenwalze
und eine Saugwalze umfasst, wobei die Gegenwalze mit der Saugwalze einen
ersten Pressnip bildet und mit der Schuhpresswalze einen zweiten,
verbreiterten Pressnip bildet. Ein Filz verläuft zusammen mit der Papierbahn
durch die beiden Pressnips und trägt dann die Papierbahn mit
sich zu einem Yankee-Trockner,
auf den die Papierbahn übertragen
wird, wenn der Filz und die Papierbahn um eine Transferwalze verlaufen,
die mit dem Yankee-Trockner einen nicht komprimierenden Nip bildet.
Vor und nach dem ersten Pressnip sind Saugzonen vorgesehen, wobei
die Saugzone vor dem Pressnip sich innerhalb der Saugwalze befindet, während die
Saugzone nach dem Pressnip in einer Nebenschleife liegt, in welcher
der Filz allein läuft
und am Eingang zu dem zweiten Pressnip wieder mit der Papierbahn
zusammenkommt. Ein Nachteil bei einer solchen Papiermaschine besteht
darin, dass die Papierbahn erneuter Befeuchtung durch den nassen Filz
ausgesetzt wird, bevor sie den Yankee-Trockner erreicht. Die Papiermaschine
weist kein undurchlässiges
Band auf, und die Patentbeschreibung erwähnt auch nichts von einer Strukturierung
der Papierbahn.
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Das
US-Patent Nr. 5,298,124 offenbart
ein kompressibles Transferband zur Verwendung in einer Papier- oder
Kartonmaschine zur Eliminierung von offenen Zügen in der Papierbahn und zum
leichten Ablösen
der Papierbahn, so dass sie auf ein Gewebe oder Band übertragen
werden kann. Das Transferband trägt
die Papierbahn durch die Presspartie, die einen oder mehrere Pressnips
umfasst, und weiter zu der Trockenpartie, die eine Vielzahl von Trockenzylindern
und ein Band umfasst, das in einer Schleife um eine Transferwalze
verläuft,
die mit dem Transferband einen Nip bildet. Jede Presse ist auch mit
einem Filz versehen, der durch ihren Pressnip verläuft und
die Papierbahn zwischen sich und dem Transferband umschließt. Das
undurchlässige
Transferband ist auch so gestaltet, dass ein in einem Pressnip zwischen
dem Transferband und der Papierbahn ausgebildeter Flüssigkeitsfilm
abreißt, wenn
nach dem Pressnip der Druck auf dem Transferband nachlässt, so
dass seine Ablösungseigenschaften
sich erhöhen
und die Papierbahn somit leichter auf ein Gewebe oder ein anderes
Band übertragen
werden kann, das in einer Schleife läuft. In der Patentbeschreibung
wird weder vorgeschlagen noch angedeutet, dass ermöglicht werden
soll, dass das Transferband die Papierbahn zu einem Trockenzylinder
in einer Tissue-Maschine trägt.
Von einer Strukturierung der Papierbahn ist ebenfalls nicht die
Rede.
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Das
US-Patent Nr. 5,298,124 bietet
eine ausgezeichnete Beschreibung der Aufgaben, die ein Transferband,
das mit einem Pressfilz zusammenwirkt, auf zufriedenstellende Weise
durchführen
sollte, und auch der Eigenschaften und der Gestaltung solcher Transferbänder, die
dann in den Patentbeschreibungen der
US-Patente
Nr. 4,483,745 ,
4,976,821 ,
4,500,588 ,
5,002,638, 4,529,643 sowie
CA-A 1,188,556 offenbart
wurden. Gemäß dem
US-Patent Nr. 5,298,124 sind
die entscheidenden Aufgaben für
ein Transferband, das zum Zusammenwirken mit einem Pressfilz bestimmt
ist, a) die Papierbahn von dem Pressfilz zu entfernen, ohne Instabilitätsprobleme
zu verursachen; b) in einem oder mehreren Pressnips mit dem Pressfilz
zusammenzuwirken, um eine optimale Entwässerung und hohe Qualität der Papierbahhn
zu gewährleisten,
und c) die Papierbahn in einem geschlossenen Zug von einer Presse
in der Presspartie auf ein die Papierbahn aufnehmendes Gewebe oder
Band in der folgenden Presse oder den folgenden Pressen der Presspartie oder
auf ein Abnahmegewebe in der Trockenpartie zu übertragen.
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Wie
bereits erwähnt,
weist das im
US-Patent Nr. 5,298,124 offenbarte
Transferband für
die Presspartie einer Papiermaschine eine bahnberührende Oberfläche auf,
die für
Wasser und Luft im Wesentlichen undurchlässig ist und eine auf Druck
reagierende Mikrotopografie aufweist. Unter dem Einfluss von Druck
in einem Pressnip in der Presspartie wird das Transferband komprimiert,
so dass die Mikrorauheit der Oberfläche verringert wird, wobei
die Oberfläche weitaus
glatter wird und die Ausbildung eines dünnen, kontinuierlichen Wasserfilms
darauf ermöglicht.
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Papiermaschinen
zum Herstellen von weichem Papier mit hoher Dickgriffigkeit sind
aus einer Vielzahl von Patentbeschreibungen bekannt. Im Allgemeinen
wird ein Prägegewebe
oder Filz verwendet, das zusammen mit der ausgebildeten Papierbahn
durch einen Pressnip verläuft,
in dem die Papierbahn in das Prägegewebe
gepresst wird und so auf einer Seite ein Strukturmuster annimmt.
Papiermaschinen mit solchen Strukturierungsgeweben und Pressnips
werden in den
US-Patenten Nr.
3,301,746 ,
3,537,954 ,
4,309,246 ,
4,533,437 ,
5,569,358 ,
5,591,305 und
WO 91/16493 offenbart. Der Nachteil bei
den in diesen Veröffentlichungen
offenbarten Papiermaschinen ist, dass die Entwässerung in dem Pressnip relativ
gering ist und der Trockengehalt der Papierbahn beim Übertragen
des Papiers auf den Trockenzylinder daher niedrig ist. Die Produktionsrate
der Papiermaschine ist somit relativ niedrig.
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Das
US-Patent Nr. 4,849,054 offenbart
eine Maschine zur Herstellung einer Prägegewebebahn mit hoher Dickgriffigkeit
ohne Verwendung eines Pressnips. Eine Walze, z. B. eine Transferwalze
oder eine Filztragewalze, bildet einen Nip mit einem Prägegewebe
an einem Transferpunkt für
die Bahn, an dem das Prägegewebe
um ein Saugrohr mit einer dem Transferpunkt zugewandten Schlitzöffnung verläuft. Der
Nip ist so breit, dass die Bahn beim Hindurchlaufen nicht komprimiert
wird. Die Saugwirkung aus dem Saugrohr durch den schmalen Schlitz
reicht aus, um zu gewährleisten,
dass die Bahn nicht nur auf das Prägeband übertragen wird, sondern auch entsprechend
der Oberfläche
des Prägebandes,
die der Bahn zugewandt ist, geformt wird, wobei dieses Band ein
dreidimensionales Muster aufweist. Vor dem Transferpunkt ist die
Geschwindigkeit der Gewebebahn größer als diejenige des Prägegewebes. Die
Walze, welche die Bahn zu dem nicht komprimierenden Nip trägt, hat
eine glatte Oberfläche,
und es ist generell bekannt, dass in der Praxis beträchtliche Probleme
auftreten, wenn eine Gewebebahn von einer glatten Oberfläche auf
ein Gewebe übertragen wird,
wobei die Gewebebahn auf einen Trockengehalt von 30–50% vorgepresst
worden ist.
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Das
US-Patent Nr. 5,411,636 offenbart
die Herstellung von weichem Papier, wobei die Papierbahn auf einem
Formiergewebe geformt wird, in einem Doppelfilz-Pressnip vorgepresst
wird und auf ein grobmaschiges Gewebe übertragen wird. Wenn die Papierbahn
von dem grobmaschigen Gewebe getragen wird, wird sie in einer Saugzone
einem Vakuum ausgesetzt, so dass die Papierbahn in die Öffnungen
und Vertiefungen in dem Gewebe gesaugt wird und dadurch eine erhöhte Dicke
und somit erhöhte
Dickgriffigkeit annimmt. Sodann trägt das grobmaschige Gewebe
die Papierbahn zu dem Trockenzylinder. Der Doppelfilz-Pressnip gewährleistet,
dass der Trockengehalt der Papierbahn relativ niedrig ist, d. h.
25–30%.
Da in dem Nip an dem Trockenzylinder keine Entwässerung durchgeführt werden
kann, ist der Trockengehalt der Papierbahn beim Transfer auf den
Trockenzylinder entsprechend niedrig. Außerdem ist es äußerst schwierig,
die Papierbahn von dem Filz auf das grobmaschige Gewebe zu übertragen.
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Dementsprechend
würde eine
verbesserte Papiermaschine und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von strukturiertem weichem Papier die Herstellung einer strukturierten
faserhaltigen Bahn mit hoher Dickgriffigkeit und hohem Trockengehalt vor
dem Trockenzylinder ermöglichen,
um das Erzielen einer hohen Produktionsrate zu vertretbaren Kosten
zu ermöglichen.
Weiterhin wäre
es wünschenswert,
die strukturierte faserhaltige Bahn auf zuverlässige Weise auf den Trockenzylinder
zu übertragen, obwohl
die faserhaltige Bahn von einem undurchlässigen strukturbildenden Band
zu dem Trockenzylinder getragen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Papiermaschine gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass
- a) das im
Wesentlichen undurchlässige
Band ein strukturbildendes Band mit einer rückseitigen Lage und einer bahnberührenden
Lage ist, die eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten Vertiefungen
mit dazwischen angeordneten Oberflächenbereichen aufweist, um
in der faserhaltigen Bahn während
ihres Durchlaufs durch den Pressnip ein äquivalentes Reliefmuster auszubilden;
- b) das im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende Band
dazu ausgestaltet ist, von der Presse zu dem Trockenzylinder zu
laufen, um die strukturierte faserhaltige Bahn zu dem Transfernip
zu tragen;
- c) der Pressnip dazu angeordnet ist, in einer Richtung weg von
dem undurchlässigen
strukturbildenden Band zu laufen, und zwar an einem Punkt unmittelbar
nach dem Pressnip und bevor ein in dem Pressnip auf dem im Wesentlichen
undurchlässigen
strukturbildenden Band ausgebildeter Wasserfilm abreißt; und
- d) eine Vorrichtung zum Auftragen von Bindemittel vor dem Transfernip
dazu angeordnet ist, eine kontinuierliche Bindemittelschicht auf
die umgebende Oberfläche
des Trockenzylinders und/oder die strukturierte faserhaltige Bahn
aufzutragen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist gekennzeichnet durch
- a) Strukturieren der
faserhaltigen Bahn vermittels des im Wesentlichen undurchlässigen Bandes, das
ein strukturbildendes Band ist, welches einen Träger und eine bahnberührende Lage
aufweist, die eine Vielzahl gleichmäßig verteilter Vertiefungen
mit dazwischen angeordneten Oberflächenbereichen aufweist, um
in der faserhaltigen Bahn während
ihres Durchlaufs durch den Pressnip ein äquivalentes Muster auszubilden;
- b) Lauf des im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden Bandes
von der Presse zu dem Trockenzylinder, um die strukturierte faserhaltige Bahn
zu dem Transfernip zu tragen;
- c) Lauf des Pressfilzes in einer Richtung weg von dem undurchlässigen strukturbildenden
Band an einem Punkt unmittelbar nach dem Pressnip und bevor ein
in dem Pressnip auf dem im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden Band ausgebildeter
Wasserfilm abreißt;
und
- d) Auftragen einer kontinuierlichen Schicht von Bindemittel
auf der umgebenden Oberfläche
des Trockenzylinders und/oder auf der strukturierten faserhaltigen
Bahn mit Hilfe einer Vorrichtung zum Auftragen von Bindemittel an
einem Punkt vor dem Transfernip.
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Erfindungsgemäß ist überraschenderweise festgestellt
worden, dass Undurchlässigkeit
oder wesentliche Undurchlässigkeit
eine äußerst günstige Eigenschaft
eines in der Papiermaschine gemäß der Erfindung
enthaltenen strukturbildenden Bandes ist, wenn das undurchlässige strukturbildende
Band auch dazu verwendet wird, eine gepresste Papierbahn zu dem
Transfernip an einem Yankee-Trockner in der Trockenpartie der Papiermaschine
zu transportieren. Die Eigenschaft ermöglicht es, dass Dampf, der
durch Erwärmung
des Yankee-Trockenzylinders in den Vertiefungen oder Grübchen in
dem Strukturmuster durch das in den Grübchen oder Vertiefungen vorhandene
Wasser entsteht, mit Druck beaufschlagt wird, wodurch die infolge
der Presswirkung in der Presspartie ebenfalls in den Grübchen oder
Vertiefungen vorhandenen Papierfasern gepresst werden, so dass diese
in dem Nip des Yankee-Trockners in die Grübchen oder Vertiefungen gepresst
werden, während
gleichzeitig die zwischen den erhobenen Teilen des Strukturmusters
und dem Yankee-Trockner vorhandenen Teile der faserhaltigen Papierbahn dünner werden.
Somit wird die gewünschte
Strukturierungswirkung und hohe Dickgriffigkeit der Papierbahn erzielt.
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Die
Strukturierungswirkung und die Produktivität können erhöht werden, wenn dem strukturbildenden
Band oder einer Lage des strukturbildenden Bandes, die für die Berührung mit
der Papierbahn bestimmt ist, auch das Merkmal reversibler Kompressibilität verliehen
wird, so dass das strukturbildende Band in dem Transfernip an dem
Yankee-Trockner komprimiert wird. Wenn das strukturbildende Band dann
den Transfernip verlässt
und wieder seinen unkomprimierten Zustand annimmt, wird ein Vakuum erzeugt,
das zur Bildung von Dampf beiträgt,
wodurch wiederum die Trennung des strukturbildenden Bandes und der
Papierbahn nach dem Transfernip und auch ein schnelleres Trocknen
der Papierbahn auf dem Yankee-Trockner,
d. h. eine höhere
Papierproduktionskapazität,
ermöglicht
werden. Die Wirkung der Ausbildung eines Vakuums erhöht sich,
je schneller das Band seinen unkomprimierten Zustand wieder annimmt,
d. h. je elastischer die reversible Kompressibilität ist.
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Die
Strukturierungswirkung des strukturbildenden Bandes, das in der
Papiermaschine gemäß der Erfindung
enthalten ist, wird natürlich
unter Berücksichtigung
des gewünschten
Strukturmusters in dem herzustellenden Papier gewählt. Das
Strukturmuster ist über
das strukturbildende Band gleichmäßig; oder, wenn das Strukturmuster
in der Papierbahn ein besonders auffälliges Zusatzmuster aufweisen soll,
z. B. ein Bild, Erkennungssymbol usw., weist sie ein regelmäßiges Grundmuster
von Vertiefungen oder Grübchen
und erhobenen Abschnitten auf, das mit dem Zusatzmuster überlagert
ist. "Gleichmäßig" bedeutet nicht unbedingt,
dass das Muster in allen Richtungen des strukturbildenden Bandes
gleichmäßig auftritt.
Wenn das Papier beispielsweise weiches Papier ist, das gekreppt
werden soll, erzeugt ein engeres, dominantes Muster in Querrichtung
(quer zur Maschinenlaufrichtung) verglichen mit einem längsgerichteten
Muster aus Vertiefungen und Grübchen eine
erhöhte
Kreppwirkung. Somit kann das Muster verwendet werden, um die Eigenschaften
des Papiers in einer gewünschten
Richtung zu verändern.
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Unter
Berücksichtigung
des Materials in dem strukturbildenden Band oder seiner Oberflächenlage, die
mit der Papierbahn in Berührung
treten soll, kann das Strukturmuster auf irgendeine an sich bekannte Weise
erzielt werden, beispielsweise Ätzen,
Kalandrieren, Laserbearbeitung oder Prägen.
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Die
Dichte des Strukturmusters kann auch dazu verwendet werden, die
Wirkung des Trocknen der Papierbahn auf dem Yankee-Trockner zu beeinflussen.
Weniger Berührungspunkte
zwischen dem Yankee-Trockner und der Papierbahn führen dementsprechend
zu einer verringerten Trockenwirkung durch den Yankee-Trockner,
jedoch zu einer erhöhten
Trockenwirkung durch die Heißluftabdeckung
um den Yankee-Trockner auf die flauschigeren Teile der Papierbahn,
die zwischen den dünneren
Berührungspunkten
angeordnet sind.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ausführlicher
beschrieben.
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1 zeigt
eine Papiermaschine gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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2 zeigt
eine Papiermaschine gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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3 zeigt
eine Papiermaschine gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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4 zeigt
eine Papiermaschine gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung.
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5 zeigt
eine Papiermaschine gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der Erfindung.
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6 zeigt
perspektivisch einen Teil eines im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden Bandes,
das aus einer rückseitigen
Lage in Form einer dichten Polymerlage und einer bahnberührenden Lage
in Form eines polymerbeschichteten Gewebes besteht.
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7 zeigt
von oben einen Teil eines im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden
Bandes, das aus einer rückseitigen
Lage in Form eines Trägers
und einer bahnberührenden
Lage aufgebaut ist, die durch den Träger gestützt wird, in Form einer elastischen,
kompressiblen Polymerlage, die mit Längsrillen versehen ist.
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8 zeigt
einen Schnitt durch das strukturbildende Band gemäß 7.
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9 zeigt
von oben einen Teil eines im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden
Bandes vom selben Typ wie dasjenige gemäß 7, jedoch
mit einander diagonal schneidenden Rillen versehen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen
vollständiger
beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt sind. Diese Erfindung kann jedoch auf viele verschiedene
Arten ausgeführt
sein und sollte nicht als auf die vorliegend dargelegten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt
werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen vorgelegt, damit
die Offenbarung gründlich
und vollständig
ist und den Umfang der Erfindung dem Fachmann voll vermittelt. Gleiche Ziffern
beziehen sich durchgängig
auf gleiche Elemente.
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1–3 zeigen
schematisch Teile von Papiermaschinen zur Herstellung einer strukturierten Bahn 1 aus
weichem Papier wie z. B. Tissue und anderen Papierprodukten mit
niedriger Dichte. Jede der Papiermaschinen umfasst eine Nasspartie 2,
eine Presspartie 3 und eine Trockenpartie 4.
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Die
Nasspartie 2 weist einen Stoffauflauf 7, eine
Formierwalze 8, einen endlosen, tragenden, inneren Bezug 9 und
einen endlosen, abdeckenden, äußeren Bezug 10 auf,
der aus einem Formiergewebe besteht. Der innere und der äußere Bezug 9, 10 laufen,
jeder in seiner eigenen Schleife, um eine Vielzahl von Führungswalzen 11 bzw. 12.
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Die
Trockenpartie 4 weist einen Trockenzylinder 5 auf,
der mit einer Abdeckung 30 abgedeckt ist. Der Trockenzylinder
ist zweckmäßigerweise
ein Yankee-Trockner. An der Auslassseite der Trockenpartie ist ein
Kreppschaber zum Kreppen der faserhaltigen Bahn 1 von dem
Yankee-Trockner
angeordnet. Eine Auftragvorrichtung 31 ist ebenfalls vorgesehen,
um ein geeignetes Bindemittel unmittelbar vor dem Transfernip auf
die umgebende Oberfläche
des Yankee-Trockners 5 aufzutragen.
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Die
Presspartie 3 weist eine Schuhpresse mit einer Schuhpresswalze 14 und
einer Gegenwalze 19 auf, wobei diese Walzen 14 und 19 miteinander
einen verbreiterten Pressnip ausbilden. Die Presspartie weist auch
einen endlosen Pressfilz 15, der in einer Schleife um Führungswalzen 6 läuft, und
ein endloses, im Wesentlichen undurchlässiges Band 16 auf, das
erfindungsgemäß ein strukturbildendes
Band ist. Das im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende Band 16 läuft in einer
Schleife um die Gegenwalze 19, eine Transferwalze 17 und
eine Vielzahl von Führungswalzen 18.
Die Transferwalze 17 bildet mit dem Yankee-Trockner 5 einen
Transfernip mit niedriger linearer Belastung, d. h. ca. 30 bis 60
kN (Kilonewton), durch den somit das im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende
Band 16 verläuft.
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In
den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen
weist die Presspartie 3 auch eine Walzenpresse auf, die
durch eine Saugpresswalze 13 und die Gegenwalze 19 ausgebildet
ist, um einen Pressnip zu bilden, durch den das im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende
Band 16 und der Pressfilz 15 zusammen mit der
faserhaltigen Bahn 1 verlaufen. Nach diesem ersten Pressnip
wird der Pressfilz 15 von der faserhaltigen Bahn 1 und
dem im Wesentlichen undurchlässigen
strukturbildenden Band 16 weg in einer Nebenschleife um
die Saugpresswalze 13 und zwei Führungswalzen 32 geleitet. Unmittelbar
vor dem verbreiterten Pressnip kommt der Pressfilz 15 wieder
mit der faserhaltigen Bahn und dem im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden
Band 16 zusammen. Falls gewünscht, können innerhalb dieser Nebenschleife
des Pressfilzes 15 Saugvorrichtungen angeordnet sein, um
die Kapazität
des Pressfilzes zur Aufnahme von Wasser am Eingang zu dem verbreiterten
Pressnip zu erhöhen.
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In
den in 1 und 3 dargestellten Ausführungsformen
ist der innere Bezug 9 der Nasspartie 2 ein Filz,
der zu der Presspartie 3 geführt wird, um auch als Pressfilz 15 verwendet
zu werden, und der somit in einer Schleife zu der Formierwalze 8 zurückläuft.
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In
der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der innere Bezug 9 der
Nasspartie 2 ein Formiergewebe, wobei der Pressfilz um
eine Abnahmewalze 20 läuft,
die in der Nähe
der Schleife des Gewebes 9 angeordnet ist, so dass Pressfilz 15 und
Gewebe 9 in Berührung
miteinander laufen, um die faserhaltige Bahn von dem Gewebe 9 auf
den Pressfilz 15 zu übertragen.
Die Abnahmewalze 20 kann mit einem Saugschuh (nicht dargestellt)
versehen sein. Alternativ kann die Abnahmewalze mit Saugschuh durch
einen Abnahme-Saugkasten ersetzt werden.
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4 zeigt
schematisch Teile einer Papiermaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung. Sie ist der in 1 dargestellten ähnlich,
nur dass der Pressfilz 15 nicht in einer Nebenschleife
zwischen den beiden Pressnips geführt wird, sondern stattdessen
mit der Gegenwalze 19 mitgeführt wird, so dass die faserhaltige
Bahn 1 zwischen dem im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden
Band 16 und dem Pressfilz 15 eingeschlossen gehalten
wird. Diese Ausführungsform
kann verwendet werden, wenn geringes Risiko einer erneuten Befeuchtung
der faserhaltigen Bahn besteht.
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5 zeigt
schematisch Teile einer Papiermaschine gemäß wiederum einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung zum Herstellen einer strukturierten Bahn aus weichem
Papier wie z. B. Tissue oder anderen Hygienepapierprodukten. Die
Papiermschine umfasst eine Nasspartie 2, eine Presspartie 3 und
eine Trockenpartie 4. Die Nasspartie 2 weist einen
Stoffauflauf 7, eine Formierwalze 8, einen endlosen,
tragenden, inneren Bezug 9 und einen endlosen, abdeckenden, äußeren Bezug 10 auf,
der durch ein Formiergewebe gebildet wird. Der innere und der äußere Bezug 9 und 10 laufen
in einzelnen Schleifen um eine Vielzahl von Führungswalzen 11 bzw. 12. Die
Trockenpartie 4 weist einen Trockenzylinder 5 auf,
der mit einer Abdeckung 30 abgedeckt ist. Der Trockenzylinder
ist zweckmäßigerweise
ein Yankee-Trockner.
An der Auslassseite der Trockenpartie ist ein Kreppschaber 21 zum
Kreppen der faserhaltigen Bahn von dem Yankee-Trockner 5 vorgesehen. Es
ist auch eine Auftragvorrichtung 31 vorgesehen, um unmittelbar
vor dem Transfernip ein geeignetes Bindemittel auf die umhüllende Oberfläche des
Yankee-Trockners 5 aufzutragen. Die Presspartie 3 weist eine
Schuhpresse mit einer Schuhpresswalze 14 und einer Gegenwalze 19 auf,
wobei diese Walzen 14 und 19 miteinander einen
verbreiterten Pressnip bilden. Die Presspartie weist auch einen
endlosen Pressfilz 15, der in einer Schleife um Führungswalzen 6 läuft, und
ein endloses, im Wesentlichen undurchlässiges Band 16 auf,
das erfindungsgemäß ein strukturbildendes
Band ist. Das im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende Band 16 läuft in einer Schleife
um die Gegenwalze 19, eine Transferwalze 17 und
eine Vielzahl Führungswalzen 18.
Die Transferwalze 17 bildet mit dem Yankee-Trockner 5 einen Transfernip
mit niedriger linearer Belastung, durch den somit das im Wesentlichen
undurchlässige
strukturbildende Band 16 verläuft. In dieser Ausführungsform
wird das im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende Band 16 auch
als der innere Bezug 9 in der Nasspartie 2 verwendet,
wobei seine Schleife zu der Formierwalze 8 erweitert ist.
Das im Wesentlichen undurchlässige
strukturbildende Band 16 läuft somit in einer Schleife
zwischen der Nasspartie 2 und der Trockenpartie, um die
Transferwalze 17, die Führungswalzen 18 und 11 sowie
die Formierwalze 8. Das im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende
Band trägt
die faserhaltige Bahn an seiner Unterseite von der Formierwalze
zu dem Trockenzylinder.
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In
den in 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen
ist die Gegenwalze 19 eine glatte Walze und ist in einer
Schleife des im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden Bandes 16 angeordnet.
In einer alternativen Ausführungsform
(nicht dargestellt) der Presspartie gemäß 3 und 5 sind
die Positionen der Walzen 14 und 19 umgekehrt, d.
h. die Schuhpresswalze 14 ist in der Schleife des im Wesentlichen
undurchlässigen
strukturbildenden Bandes 16 angeordnet, und die Gegenwalze
befindet sich in der Schleife des Pressfilzes 15. In einer
solchen Ausgestaltung kann die Gegenwalze eine Saugwalze, eine gerillte
Walze oder eine blindgebohrte Walze sein.
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Das
in den obigen Ausführungsformen
der Papiermaschine gemäß der Erfindung
verwendete, im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende Band
umfasst eine rückseitige
Lage 33 und eine bahnberührende Lage 34, die
eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten
Vertiefungen 35 mit dazwischen gelegenen flachen oder gewölbten Oberflächenbereichen 36 aufweist,
siehe 6 bis 9. Gemäß der in 6 dargestellten
ersten Ausführungsform
besteht das im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende Band 16 aus
einer dichten Lage 33, welche die rückseitige Lage ausbildet, und
einem Gewebe, das die bahnberührende
Lage 34 ausbildet. Das Gewebe 34 ist mit einem
Polymer beschichtet, das die Fäden
des Gewebes umschließt,
ohne die Struktur des Gewebes zu verändern, die aus Vertiefungen
und zwischen den Vertiefungen gelegenen gewölbten oder konvexen Oberflächenbereichen 36 ausgebildet
ist. Die Vertiefungen 35 und Oberflächenbereiche 36 wiederum
werden durch die Fäden des
Gewebes ausgebildet, die sich in Maschinenlaufrichtung (wie durch
den Pfeil angezeigt) und quer dazu erstrecken. Die Vertiefungen 35 sind
durch die dichte rückseitige
Lage 33 abgedichtet, die durch Beschichtungspolymer an
der Oberfläche
des Gewebes ausgebildet ist, die nicht mit der Bahn in Berührung gelangt.
Die gewölbten
Oberflächenbereiche 36 umfassen
sowohl längliche,
wölbungsförmige Rippen 36a der
längs laufenden
Gewebefäden
als auch Erhebungen 36b der quer laufenden Fäden, wobei
die Erhebungen in der Strukturierungsphase kleine, schalenförmige Grübchen in
der faserhaltigen Bahn erzeugen. In der in 6 dargestellten
Ausführungsform
weist das im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende Band
100 Erhebungen 36b pro cm2 auf.
Generell kann es 25 bis 150 Erhebungen/cm2, bevorzugt
50 bis 100 Erhebungen/cm2 aufweisen. Diese
Struktur aus Vertiefungen, Rippen und Erhebungen erzeugt ein entsprechendes
Strukturmuster in der faserhaltigen Bahn, wenn sie zusammen mit dem
strukturbildenden Band 16 und dem Pressfilz 15 durch
den verbreiterten Pressnip läuft.
Die Polymerbeschichtung auf dem Gewebe gewährleistet, dass die faserhaltige
Bahn zuverlässig
an dem im Wesentlichen undurchlässigen
strukturbildenden Band haftet, während
es aus dem verbreiterten Pressnip herausläuft. Dies gewährleistet,
dass die faserhaltige Bahn mit dem im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden
Band 16 und nicht mit dem Pressfilz 15 mitgeführt wird.
Die Struktur der bahnberührenden
Schicht des undurchlässigen
strukturbildenden Bandes, d. h. des polymerbeschichteten Gewebes 34,
in Kombination mit der umgebenden Oberfläche des Trockenzylinders 5,
der mit einer kontinuierlichen Bindemittelschicht beschichtet ist,
gewährleistet
ebenfalls, dass die faserhaltige Bahn sicher auf den Trockenzylinder 5 übertragen
wird, wenn sie durch den Transfernip und aus ihm heraus verläuft.
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Was
generell als grobes, einlagiges Gewebe bezeichnet wird und 100 Erhebungen/m2 aufweist, kann in der oben beschriebenen
ersten Ausführungsform
des im Wesentlichen undurchlässigen
strukturbildenden Bandes verwendet werden. Die rückseitige Lage, die im Wesentlichen
undurchlässig
ist, kann aus einem geeigneten Polymerharzmaterial bestehen, z.
B. den Polymeren, die unten für
die Polymerschicht in der zweiten Ausführungsform des im Wesentlichen
undurchlässigen
strukturbildenden Bandes beschrieben werden. Das Polymer zum Beschichten
der Gewebefäden
kann in gleicher Weise gewählt
sein.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
besteht das im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende Band 16 aus
einem Träger 33,
der die rückseitige
Lage 33 bildet, und einer Polymerlage 34 auf seiner
bahnberührenden
Seite mit einer Härte
von 50 bis 97 Shore A, wobei die Polymerbeschichtung im unkomprimierten
Zustand einen Grad an Rauheit von Rz = 2
bis 80 μm
aufweist, gemessen gemäß ISO 4287,
Teil I, und bei Anwendung einer linearen Belastung von 20 bis 200
kN/m in dem im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden Band
auf einen geringeren Grad an Rauheit von Rz =
0 bis 20 μm
kompressibel ist, und auch die Fähigkeit
hat, zu seinem unkomprimierten Grad an Rauheit zurückgeführt zu werden,
wenn der auf das im Wesentlichen undurchlässige Band ausgeübte Druck
nachlässt.
Spezifischer ist der Rz-Wert die Zehnpunkthöhe, die
in der ISO-Norm als der durchschnittliche Abstand zwischen den fünf höchsten Spitzen
und den fünf
tiefsten Tälern
in der Referenzlänge
bestimmt ist, gemessen von einer Linie parallel zu der Mittellinie
und ohne Kreuzung des Oberflächenprofils.
Das im Wesentlichen undurchlässige
strukturbildende Band weist bevorzugt eine Luftdurchlässigkeit
von weniger als 6 m3/m2/Minute
auf, gemessen nach dem Verfahren, das in "Standard Test Method for Air Permeability
of Textile Fabrics, ASTM D 737-75, American Society of Testing and
Materials" beschrieben
ist.
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Das
im Wesentlichen undurchlässige
strukturbildende Band 16 ist somit unter dem Einfluss der in
dem verbreiterten Pressnip herrschenden Druckkräfte kompressibel. Das im Wesentlichen
undurchlässige
strukturbildende Band 16 nimmt daher vor und nach dem verbreiterten
Pressnip einen unkomprimierten Zustand an, wobei die Oberfläche, die
der faserhaltigen Bahn zugewandte bahntragende Oberfläche, in
dem unkomprimierten Zustand des im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden
Bandes einen hohen Grad an Rauheit aufweist und in dem komprimierten
Zustand des im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden Bandes
einen niedrigeren Grad an Rauheit aufweist, so dass die bahntragende
Oberfläche
in dem komprimierten Zustand des im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden
Bandes ausreichend glatt ist, damit ein kontinuierlicher Flüssigkeitsfilm
auf der bahntragenden Oberfläche
ausgebildet wird, wenn das im Wesentlichen undurchlässige strukturbildende
Band zusammen mit Pressfilz 15 und faserhaltiger Bahn 1 durch den
verbreiterten Pressnip verläuft,
und so dass die bahntragende Oberfläche im unkomprimierten Zustand
des im Wesentlichen undurchlässigen
strukturbildenden Bandes ausreichend rau ist, um zu ermöglichen,
dass der kontinuierliche Flüssigkeitsfilm
abreißt,
nachdem die Dicke des im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden Bandes
sich erhöht hat.
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Die
kompressible Polymerlage 34 ist mit der Vielzahl gleichmäßig verteilter
Vertiefungen 35 versehen, um einen großen Anteil, nämlich von
20% bis zu 50%, der bahnberührenden
Oberfläche
aufzunehmen. Die Vertiefungen können
auf vielerlei Weise ausgebildet werden, um die gewünschte Wirkung
der Strukturierung eines Reliefmusters in der faserhaltigen Bahn
zu erzielen, damit ihre Dickgriffigkeit erhöht wird. Die Vertiefungen können aus
kontinuierlichen Rillen in der Polymerschicht 33 bestehen,
siehe 7, die sich in Maschinenlaufrichtung erstrecken. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
erstrecken sich die Rillen diagonal von einem Rand zum anderen,
wobei sie zu der Maschinenlaufrichtung einen Winkel von 10° bis 80° bilden.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
siehe 8, bestehen die Vertiefungen aus einander diagonal
schneidenden Rillen, die sich in einer Gruppe von dem ersten Rand
zu dem zweiten Rand und in einer zweiten Gruppe von dem zweiten
Rand zu dem ersten Rand erstrecken, wobei die einander schneidenden
Rillen einen Winkel ⎕ von 10° bis 170° bilden. Die Rillen können in den
verschiedenen Ausführungsformen
gerade sein, wie dargestellt, oder wellenförmig oder dergleichen, z. B.
sinusförmig
oder gezackt. Der Abstand a zwischen
zwei in gleicher Richtung verlaufenden Rillen 35 kann innerhalb
des Intervalls von 1 bis 3 mm liegen. Die Breite b der Rille liegt innerhalb des Intervalls
von 0,5 bis 1,0 mm und ihre Tiefe c innerhalb des Intervalls von
0,1 bis 1,0 mm.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform (nicht
dargestellt) umfassen die Vertiefungen Mulden mit denselben oder ähnlichen
Formen. Die Form dieser Mulden kann kreisförmig, elliptisch oder polygonförmig sein,
z. B. dreieckig, rechteckig oder sechseckig, wobei das größte Maß innerhalb
des Intervalls von 0,5 bis 3,0 mm und die Tiefe innerhalb des Intervalls
von 0,5 bis 1,0 mm liegt.
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Alle
oder einige Vertiefungen, einzeln oder in Gruppen, können durch
Mulden mit speziellen Symbolformen gebildet sein, z. B. Zahlen,
Buchstaben, Marken oder Firmensymbole, die sich in regelmäßigen Intervallen
innerhalb einer Längeneinheit
des Bandes wiederholen.
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Das
im Wesentlichen undurchlässige
strukturbildende Band gemäß der zweiten
Ausführungsform
kann entsprechend den Anweisungen aufgebaut sein, die im in der
Einleitung erörterten
US-Patent Nr. 5,298,124 beschrieben
sind. Die Polymerbeschichtung
34 umfasst eine Polymerzusammensetzung
wie z. B. Polymeracrylharz, Polyurethan-Polymerharz und Polyurethan-/Polycarbonatharz-Zusammensetzung.
Die Polymerbeschichtung enthält
auch Partikel eines Füllstoffes,
die eine andere Härte
als das Polymermaterial aufweisen und aus Kaolin, Ton, Polymermaterial
oder Metall, bevorzugt Edelstahl, bestehen können. Der Träger, der
die rückseitige Lage
33 bildet,
umfasst alle Arten von Grundelementen, die auf irgendeine Weise
endlos gestaltet werden können.
Der Begriff deckt auch Grundelemente ab, die mit Nähten versehen
sind. Der Träger
kann beispielsweise aus einem einlagigen oder mehrlagigen Gewebe
bestehen, das aus Monofilamenten wie z. B. Polyester, Polyamid und
dergleichen hergestellt ist. Das Grundelement kann sogar aus einer
durch Bindemittel zusammengehaltenen faserhaltigen Bahn (Vlies),
kombinierten gewundenen Garnen, Polymerfolie/-film, Kettenwirkware
oder dergleichen bestehen. Der Träger kann auf der Rückseite
mit einem Polymermaterial desselben Typs beschichtet sein, wie er
für die
Polymerlage
34 verwendet wird.
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Es
ist überraschend,
dass ein Transferband wie im
US-Patent
Nr. 5,298,124 beschrieben, das zum Pressen in einer Presspartie
bestimmt ist und zum Übertragen
einer Papierbahn von der Presspartie auf ein Trockengewebe verwendbar
ist, mit großem
Vorteil zum Strukturieren und Übertragen
einer weichen Papierbahn von einem Schuhpressnip direkt auf einen
Yankee-Trockner
oder einen anderen Trockenzylinder verwendet werden kann. Wie bekannt, sind
die Bedingungen an einem Yankee-Trockner vollkommen anders als diejenigen
in einem herkömmlichen
Pressnip. Bei einem Yankee-Trockner erfolgt kein Pressen des weichen
Papiers zur direkten Entwässerung.
Vielmehr ist es eine Frage des Stützens des weichen Papiers zu
der umgebenden Oberfläche
des Yankee-Trockners, so dass die Fasern des weichen Papiers wirksam
an der Oberfläche des
Yankee-Trockners haften, wodurch eine gute Wärmeübertragung auf die Papierbahn
erzielt wird. Dies ist genau die Wirkung, die mit dem Transferband erzielt
wird, das in einer Ausführungsform
der Papiermaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung enthalten ist, kann jedoch mit einem Pressfilz wie dem
in der
DE-195 48 747 beschriebenen
nicht erzielt werden, da das Papier nach dem letzten Pressnip in
der Presspartie einer erneuten Befeuchtung ausgesetzt wird, was
eine zufriedenstellende Haftung verhindert. Aus dem oben genannten
Grund kann es kann auch nicht, oder nur zu einem geringen Grad,
mit einem Transferband wie dem im
US-Patent
Nr. 5,393,384 beschriebenen erzielt werden. Die Kompressibilität des in
der Papiermaschine gemäß der Erfindung
verwendeten Transferbandes führt
zu niedrigerem spezifischem Druck am Adhäsionspunkt, was wiederum eine
erhöhte
Betriebsgeschwindigkeit, d. h. eine höhere Produktionsrate bietet.
Diese Eigenschaft führt auch
zu erhöhtem
Verdampfen von Wasser von der nassen Papierbahn, d. h. schnellerem
Trocknen der weichen Papierbahn auf dem Yankee-Trockner, was ebenfalls
zu höheren
Produktionsraten beiträgt.
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Die
Papiermaschine gemäß der Erfindung, deren
Pressnips einen einzelnen Filz aufweisen, erzeugt eine strukturierte
faserhaltige Bahn mit einem hohen Trockengehalt vor der Trockenpartie,
nämlich bis
zu 55%, was mit dem Trockengehalt von bis zu 45% verglichen werden
sollte, der mit heute in der Praxis eingesetzten Papiermaschinen
erzielt wird. Diese Verbesserung kann dazu genutzt werden, entweder
die Papiermaschine mit höherer
Produktionsrate zu betreiben oder den Energieverbrauch in der Trockenpartie
zu reduzieren. Es ist dann auch möglich, den Durchmesser des
Trockenzylinders zu reduzieren.
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Bei
den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen kann, falls gewünscht, in
der Schleife des im Wesentlichen undurchlässigen strukturbildenden Bandes 16 unmittelbar
vor der Transferwalze 17 eine Führungswalze angeordnet sein.
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Bei
den dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen wird ein Transferelement
verwendet, das durch die Transferwalze 17 ausgebildet ist.
Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
(nicht dargestellt) wird die Transferwalze durch das im Wesentlichen
undurchlässige
strukturbildende Band selbst ersetzt, das um einen vorgegebenen
Teil des Trockenzylinders laufen gelassen wird, z. B. innerhalb
eines Zentriwinkels von 30° bis
60°, um
mit dem Trockenzylinder einen verbreiterten Transfernip zu bilden.
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Zwar
weisen alle oben beschriebenen Ausführungsformen der Papiermaschine
Presspartien mit einer Schuhpresse auf, die Erfindung ist jedoch auch
dann anwendbar, wenn die Presspartie keine Schuhpresse aufweist
und stattdessen wenigstens eine Presse mit zwei Presswalzen aufweist,
von denen die Presswalze, um die der Pressfilz läuft, eine Saugwalze, eine gerillte
Walze oder eine blindgebohrte Walze ist.
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Dem
Fachmann auf dem Gebiet, auf das diese Erfindung sich bezieht, werden
zahlreiche Abwandlungen und andere Ausführungsformen der Erfindung
einfallen, welche die Vorteile der in den vorangegangenen Beschreibungen
und den zugehörigen
Zeichnungen dargestellten Lehren aufweisen. Daher sollte es sich
verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten, spezifischen
Ausführungsformen
beschränkt
ist und dass Abwandlungen und andere Ausführungsformen innerhalb des
Umfangs der beigefügten
Ansprüche
eingeschlossen sein sollen. Vorliegend werden zwar spezifische Begriffe
benutzt, diese werden jedoch lediglich in allgemeinem und beschreibendem
Sinn und nicht zum Zweck der Einschränkung verwendet.