EP1382742B1 - Vorrichtung und Verfahren zum Imprägnieren einer Papier-oder Kartonbahn - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Imprägnieren einer Papier-oder Kartonbahn Download PDF

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EP1382742B1
EP1382742B1 EP03015423A EP03015423A EP1382742B1 EP 1382742 B1 EP1382742 B1 EP 1382742B1 EP 03015423 A EP03015423 A EP 03015423A EP 03015423 A EP03015423 A EP 03015423A EP 1382742 B1 EP1382742 B1 EP 1382742B1
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EP
European Patent Office
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web
nip
broad
paper
application
Prior art date
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EP03015423A
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EP1382742A3 (de
EP1382742A2 (de
Inventor
Rüdiger Dr. Kurtz
Alfred Dr. Bubik
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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Publication date
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Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP1382742A2 publication Critical patent/EP1382742A2/de
Publication of EP1382742A3 publication Critical patent/EP1382742A3/de
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/006—Calenders; Smoothing apparatus with extended nips
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G9/00—Other accessories for paper-making machines
    • D21G9/009—Apparatus for glaze-coating paper webs
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D21H23/52—Addition to the formed paper by contacting paper with a device carrying the material
    • D21H23/56—Rolls

Definitions

  • the invention relates to a device for impregnating a paper or board web having a basis weight over 40 g / m 2 , with a web running path, in which a device for applying an impregnating agent, such as a starch solution, so-called starch glue, or other commonly used in paper finishing order means arranged is, wherein in the web running path in front of the applicator a Breitnipkalander is arranged, which has a formed by a circumferential jacket and a cooperating counter-pressure element wide nip through which the web running path is guided.
  • an impregnating agent such as a starch solution, so-called starch glue, or other commonly used in paper finishing order means arranged
  • the invention relates to a method for impregnating a paper or board web with an impregnating agent, such as a starch solution, so-called starch glue, or other customary in the paper finishing applicator, wherein the impregnating agent is completely or partially pressed into the web.
  • an impregnating agent such as a starch solution, so-called starch glue, or other customary in the paper finishing applicator
  • Paper or board webs are predominantly made of cellulose fiber. They therefore have a polar, strong hydrophilic character, so are easily wetted and swellable by water.
  • some paper or board grades are "glued", ie by adding a liquid impregnating agent, such as starch glue, also called “glue” for short, or others the paper finishing customary application agent, at least partially hydrophobic.
  • a liquid impregnating agent such as starch glue, also called “glue” for short, or others the paper finishing customary application agent, at least partially hydrophobic.
  • the impregnation also has the advantage that the strength of the web is increased.
  • WO-A-02/29159 discloses a method and apparatus for treating a web of material with a nip calender.
  • the Breitnipkalander is formed by a circumferential jacket and a cooperating counter-pressure element.
  • the counter-pressure element is designed as a heatable counter roll, the surface temperature should be between 120 and 350 ° C.
  • the extended nip calender can be used for drying the material web, as a precalender before a coating device or as a final calender behind a coating device.
  • WO-A-03/050352 A1 describes a method for treating a material web, wherein the material web is first passed through a machine calender and from there into a precoating device. Thereafter, the web is passed through a Breitnipkalander, in order subsequently to obtain at least one further coating in a coating installation. Finally, the web is again passed through a calender.
  • the invention has for its object to improve the impregnation of the paper or board web without having to accept a larger volume loss in purchasing.
  • the Breitnipkalander has the advantage that an elastic compression can be achieved, ie it comes with relatively small compressive stresses. The registered in the broad nip forces are distributed over a relatively large area, so that there is a volume-saving effect.
  • the shell of the Breitnipkalanders should have a certain flexibility, so that it can adapt to the shape of the counter-pressure element, such as a counter-roller.
  • This compliance has another advantage. It leads to the fact that the web is not squeezed in the nip. Even locally, no structures are destroyed. In broad nip the web is compressed evenly, ie also flake areas are not overpressed, but similarly compressed with adjacent areas where no such fiber collections have formed. Since the web is uniformly compacted everywhere, the same capillary action results everywhere, ie the impregnating agent is uniformly absorbed over the entire surface of the web.
  • the web comes out of the wide nip and runs directly into the application facility. In between, it can indeed be redirected and possibly also spread out. However, a processing in the sense of an impact on the web or its structure does not take place.
  • This approach has the advantage that the compaction, even if it is temporary, is still present when the web enters the applicator. There, the web can then be soaked with impregnating agent, whereby the job can of course still be supported by a certain pressure from the outside.
  • the broad nip has a heating device.
  • the heater has two advantages. On the one hand, the surface properties of the web are improved. On the other hand, the penetration of the liquid impregnating agent into the web is promoted by an elevated temperature of the web. The capillary action is improved.
  • the heating device is formed by the counter-pressure element. This is a relatively easy way to enter the required heat energy in the broad nip, more precisely, to transfer to the web.
  • the heating device has a surface which delimits the web running path in the nip, whose temperature can be set to 200 ° C. or more. If the web is heated in the nip with such a high temperature, then it has in the following Application device still a temperature which is high enough to support the penetration of the impregnating agent in the web. The temperature of the web in the applicator will usually be below 100 ° C, so that there is no risk that the impregnating liquid begins to boil.
  • the applicator is formed as a film press.
  • the use of a film press over a size press has the advantage that you can drive at higher speeds.
  • the film press also referred to as "Speed Sizer”
  • the film press is provided with a film of liquid impregnant and transfers this film in a nip on the paper or board web.
  • the film press thus causes a contour application of the liquid impregnating agent on the surface of the paper or board web. This results in a particularly advantageous interaction with the broad nip, where a contour smoothing, so a similar processing takes place. In the broad nip a uniform density of the web is produced, whereas the generation of a uniform thickness is of minor importance.
  • the application device is followed by a drying area, wherein the temperature in the nip is higher than the temperature in the drying area.
  • the temperature in the drying zone should be lower than the plasticizing temperature of the fibers of the web. The surface of the web is thus no longer significantly changed in the drying area.
  • the temperature in the nip is adjustable at least to the plasticizing temperature of the fibers of the paper or board web.
  • the surface of the web can be closed in the nip. The closing creates a smooth surface of the web without preventing penetration of the saturant liquid.
  • the impregnating agent can still penetrate into the interior of the web due to the capillary action. This is especially true if the impregnating agent is supported by a printing effect from the outside, for example by the film press or a size press.
  • no smoothing device is preferably arranged between the application device and a downstream take-up device.
  • Smoothing means here are to be understood as meaning both a smoothing work with two hard rolls and another two-roll or multi-roll machine in which at least one roll has an elastic or flexible surface.
  • the object is achieved in a method of the type mentioned above in that the web is applied before the order of the impregnating agent in a nip with pressure, which is formed by a circumferential jacket and a cooperating counter-pressure element and an elastic compression of the paper or board web causes.
  • the web is slightly compressed, compressed so that it shows an excellent capillary action when applying the impregnating agent.
  • the web then sucks fully with the saturant, whereby the application and penetration of impregnant can of course be enhanced by external pressures such as may be applied by cooperating rollers.
  • external pressures such as may be applied by cooperating rollers.
  • such pressures can be kept much lower, so that the volume loss of the web during application of the impregnating agent can be kept smaller.
  • This volume loss can be kept extremely small. Due to the large loading surface of the web in the nip, it is possible to adjust the compression of the web very accurately. The Compressive stresses that act on the web in the nip can be kept relatively small.
  • the web is heated in the nip.
  • the heating has, as stated above, two advantages.
  • a warmer web has improved capillary action, i. the liquid impregnating agent can be absorbed more easily and thus penetrate into the interior of the web.
  • the web in the nip is smoothed to some extent, so that the impregnating agent can be applied to a smoother surface, which in turn improves the uniformity of the job.
  • the impregnating agent is applied in the contour application.
  • a film press can be used. Since a contour smoothing takes place in the nip, the contour application of the impregnating agent of the preceding treatment of the web adapts in a favorable manner.
  • Fig. 1 shows schematically a paper machine 100 with a wire section 1, a press section 2, a drying section 3, which is divided into two parts 3a, 3b and between the two parts 3a, 3b of the dryer section an applicator 4 for an impregnating agent, such as a starch solution , a so-called starch glue, or other customary in the paper finishing order means, eg an aqueous pigment dispersion, with an upstream Breitnipkalander 5.
  • a winding device 6 is arranged, in which a paper or board web 7 is wound into a winding roll 8. It should be noted that between the applicator 4 and the winding device 6 no more smoothing device is arranged, i. the web 7 is already provided in the Breitnipkalander 5 and the subsequent applicator with such a surface smoothness that further smoothing is not required.
  • the web 7 is passed through the nip calender 5 and then through the applicator 4. Thereafter, it is dried in the second section 3b of the dryer section, where further drying cylinders 13 are provided, which are also heated in order to evaporate liquid from the web 7.
  • FIG. 2 now shows an enlarged section of the paper machine with the applicator 4 and the broad nip calender 5.
  • the broad nip calender 5 is formed by a heated mating roll 14 provided with heating channels 15 through which a hot liquid or other heating medium can be passed to heat the mating roll 14.
  • the counter-roller 14 is heated so that its surface 16 assumes a temperature of at least 200 ° C.
  • the temperature of the surface 16 should be so high that the web fibers are plasticized at least in the region of their surface.
  • the counter-roller 14 forms a broad nip 17 together with a peripheral jacket 18 which rests under the action of a pressure shoe 19 on the surface 16 of the counter-roller 14 and the counter-roller 14 wraps over part of its circumference.
  • the jacket 18 is not directly on the surface 16 of the backing roll 14, but with the interposition of the web 7.
  • the pressure shoe 19 has a pressure surface 20, the curvature of the curvature of the surface 16 of the backing roll 14 is adjusted.
  • the pressure surface 20 is lubricated, for example, hydrostatic or hydrodynamic.
  • the pressure shoe 19 can be acted upon by a piston-cylinder device 21 with a force, so that in the broad nip 17, a certain compressive stress can be generated.
  • the compressive stress in the extended nip 17 is relatively small compared to a compressive stress that would prevail under otherwise unchanged force conditions in a nip between two rollers.
  • the jacket 18 may, as shown, be relatively stiff and rotate in the manner of a roll shell. Here he is supported by rollers 22. But the jacket 18 may also be made relatively thin, so that it rotates in the manner of a band. In both cases, he should still be somewhat forgiving.
  • the broad nip 17 has a relatively large length in the running direction of the web 7. This is preferably between 50 and 700 mm. It is therefore possible to adjust the compressive stresses in the extended nip 17 relatively sensitively.
  • the web 7 is fed via guide rollers 23, 24 of the applicator 4, which is formed in the present case as a film press or "Speed Sizer".
  • the application device 4 has two rollers 25, 26 which rotate in the direction of the arrows 27, 28 and are pressed against one another in the direction of the arrows 29, 30 and form a nip 31. Through the nip the web 7 is guided. It is subjected to a certain pressure there.
  • Each roller 25, 26 is provided with an impregnating agent dispenser 32, 33 which applies an impregnating agent film 34, 35 on the surface of the rollers 25, 26.
  • the impregnating agent film 34, 35 is adjusted so that the impregnating agent can be almost completely absorbed by the web 7.
  • the web 7 is slightly compressed. However, this compaction does not take place with the aim of producing a uniform thickness over the width of the web 7. Rather, the pressurization of the web 7 in the nip 17 is such that one generates a uniform density. The pressurization is limited so far that flake areas are not crushed. Local thickening of the web 7 thus remain. This is apparent from Fig. 3, where the web 7 is partially shown in cross section. There are elevations 36 recognizable, which alternate with valleys 37. The smoothing in the broad nip 17 is thus a contour smoothing.
  • the compaction in the extended nip 17 is adjusted so that the web 7 unfolds in the nip 31 of the applicator 4 an increased capillary action.
  • the impregnating agent from the impregnating agent films 34, 35 is therefore not only introduced into the web 7 by the pressure 29, 30. Rather, the impregnating agent is supported by the fact that the impregnating agent is absorbed by the capillary action of the web 7. This makes it much faster and deeper into the web 7 penetrate or penetrate, as it would be possible only with the help of pressurization.
  • thicker webs 7, ie webs with larger basis weights, of for example 90 g / m 2 or more, can be impregnated completely with impregnating agent, without having to accept a greater volume loss.
  • a certain volume loss in the nip 17 is unavoidable. However, this volume loss is relatively low due to the relatively low compressive stresses in the extended nip 17.
  • the capillary effect can still be supported by the heating of the web 7 by means of the counter-roller 14.
  • the capillary action improves with the increase in temperature.
  • the temperature of the web 7 in the nip 31 of the applicator 4 remains below 100 ° C in order to prevent boiling of the liquid impregnating agent.
  • the temperature of the backing roll 14 is preferably adjusted so that the fibers of the web 7 are plasticized in the extended nip 17.
  • the fibers are so reshaped that they can no longer stand up. This improves the ability of the web 7 to receive impregnant in the nip 31 because the web can then abut the rolls 25, 26 "more fully".
  • Trained as a film press applicator 4 causes a contour application of the impregnating agent on the surface of the web 7, which can also be seen from Fig. 3.
  • a layer 38 which should symbolize the applied impregnating agent. It can be seen that this layer 38 has substantially the same thickness throughout.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Imprägnieren einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Flächengewicht über 40 g/m2, mit einem Bahnlaufpfad, in dem eine Einrichtung zum Auftragen eines Imprägniermittels, wie einer Stärkelösung, sogenanntem Stärkeleim, oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel angeordnet ist, wobei im Bahnlaufpfad vor der Auftragseinrichtung ein Breitnipkalander angeordnet ist, der einen durch einen umlaufenden Mantel und ein damit zusammenwirkendes Gegendruckelement gebildeten Breitnip aufweist, durch den der Bahnlaufpfad geführt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Imprägnieren einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Imprägniermittel, wie einer Stärkelösung, sogenanntem Stärkeleim, oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel, wobei das Imprägniermittel ganz oder teilweise in die Bahn hineingedrückt wird.
  • Papier- oder Kartonbahnen sind überwiegend aus Zellulosefaser gebildet. Sie weisen daher einen polaren, stark hydrophilen Charakter auf, sind also durch Wasser leicht benetz- und quellbar. Um das unkontrollierte Eindringen von Wasser oder anderen polaren Flüssigkeitten in die offenporige Faserstruktur zu verhindern oder zu begrenzen, werden manche Papier- oder Kartonsorten "geleimt", also durch Zugabe eines flüssigen Imprägniermittels, wie Stärkeleim, auch kurz "Leim" genannt, oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel, zumindest partiell hydrophobiert. Das Imprägnieren hat darüber hinaus den Vorteil, daß die Festigkeit der Bahn erhöht wird.
  • Beim Imprägnieren mittels Leim oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel möchte man erreichen, daß der Leim die Bahn möglichst vollständig durchdringt, so daß die Bahn vollständig "gefüllt" ist. Dies ist bei dünneren Papieren mit einem Flächengewicht von bis zu 80 g/m2 in der Regel relativ einfach dadurch möglich, daß man die Bahn durch eine sogenannte Leimpresse mit einer Leim- oder Stärkeflotte laufen läßt und sie nach Durchtränkung im Preßnip zusammendrückt und dadurch den Leim in die Bahn hineindrückt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Bahn eine sogenannte Filmpresse durchlaufen zu lassen. Durch die in dem Nip wirkenden Druckspannungen dringt der Leim dann in die Bahn. Bei dickeren Papier- oder Kartonbahnen mit einem Flächengewicht von 90 g/m2 oder mehr führt diese Vorgehensweise bei ansonsten unveränderten Bedingungen aber dazu, daß der Leim, insbesondere beim Filmpressen, nur in bestimmte Oberflächenbereiche hineingedrückt wird, die Bahn also nicht vollständig durchdringt. Eine derartige Bahn, die nicht vollständig durchdrungen ist, hat gegenüber einer vollständig beaufschlagten Bahn beispielsweise verminderte Festigkeitseigenschaften.
  • Man könnte zwar theoretisch den Druck im Nip erhöhen, um den Leim auch in tiefere Bereiche der Bahn hineinzudrücken. Ein höherer Druck hat aber den Nachteil, daß er mit einem Volumenverlust der Bahn verbunden ist. Dies wiederum führt zu einer geringeren Dicke der Bahn und damit einhergehend zu einer Schwächung oder Verminderung der Festigkeit. Um diesen Nachteil auszugleichen, wäre es erforderlich, mehr Material zu verwenden, was wiederum zu einem höheren Flächengewicht der Kartonbahn führt. Bei Kartonbahnen möchte man einerseits eine hohe Festigkeit und andererseits ein möglichst geringes Flächengewicht erreichen.
  • WO-A-02/29159 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln einer Materialbahn mit einem Breitnipkalander. Der Breitnipkalander wird durch einen umlaufenden Mantel und ein damit zusammenwirkendes Gegendruckelement gebildet. Das Gegendruckelement ist als beheizbare Gegenwalze ausgeführt, wobei die Oberflächentemperatur zwischen 120 und 350°C betragen soll. Der Breitnipkalander kann dabei zum Trocknen der Materialbahn, als Vorkalander vor einer Beschichtungsvorrichtung oder als abschließender Kalander hinter einer Beschichtungsvorrichtung eingesetzt werden.
  • WO-A-03/050352 A1 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung einer Materialbahn, wobei die Materialbahn zuerst durch einen Maschinenkalander geführt wird und von dort in eine Vorbeschichtungsvorrichtung gelangt. Danach wird die Materialbahn durch einen Breitnipkalander geführt, um anschließend in einer Beschichtungsanlage mindestens eine weitere Beschichtung zu erhalten. Zum Abschluß wird die Materialbahn nochmals durch einen Kalander geleitet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Imprägnieren der Papier- oder Kartonbahn zu verbessern, ohne einen größeren Volumenverlust in Kauf nehmen zu müssen.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Breitnipkalander eine elastische Kompression der Papier- oder Kartonbahn bewirkt, wobei die Papier- oder Kartonbahn eine elastische Kompression auch noch beim Eintreten in die Auftragseinrichtung aufweist.
  • Man geht davon aus, daß die Bahn im Breitnip etwas komprimiert wird. Wenn die Bahn komprimiert ist und dann in die Auftragseinrichtung eingeführt wird, "saugt" sie sich sozusagen mit Imprägniermittel voll. Man führt dies darauf zurück, daß durch das Zusammendrücken der Fasern die Kapillarwirkung erhöht wird, so daß der Transport des flüssig aufgetragenen Imprägniermittels in die Bahn hinein verbessert wird. Der Breitnipkalander hat den Vorteil, daß eine elastische Kompression erreichbar ist, d.h. man kommt mit relativ kleinen Druckspannungen aus. Die in den Breitnip eingetragenen Kräfte verteilen sich auf eine relativ große Fläche, so daß sich eine volumenschonende Wirkung ergibt. Der Mantel des Breitnipkalanders sollte eine gewisse Nachgiebigkeit aufweisen, damit er sich der Form des Gegendruckelements, beispielsweise einer Gegenwalze, anpassen kann. Diese Nachgiebigkeit hat einen weiteren Vorteil. Sie führt nämlich dazu, daß die Bahn im Breitnip nicht gequetscht wird. Auch lokal werden also keine Strukturen zerstört. Im Breitnip wird die Bahn gleichmäßig verdichtet, d.h. auch Flockenbereiche werden nicht überpreßt, sondern gleichartig mit benachbarten Bereichen verdichtet, an denen sich keine derartigen Faseransammlungen gebildet haben. Da die Bahn überall gleichmäßig verdichtet wird, ergibt sich auch überall die gleiche Kapillarwirkung, d.h. das Imprägniermittel wird über die gesamte Fläche der Bahn gleichmäßig aufgesaugt. Damit ergibt sich eine höhere Steifigkeit der Bahn, eine höhere Festigkeit, z.B. Reißfestigkeit, ein verbesserter Berstdruck und ein günstiger Gleitwinkel bei Kartonbahnen, d.h. die Oberflächenrauhigkeit ist groß genug, daß aufeinander stehende Kartons nicht rutschen. Diese Vorteile werden ansonsten nur mit mehr Masse erreicht, d.h. einem höheren Flächengewicht, was wiederum erhöhte Kosten mit sich bringt.
  • Vorzugsweise ist zwischen dem Breitnip und der Auftragseinrichtung, abgesehen von möglicherweise vorhandenen Leiteinrichtungen, keine weitere Bearbeitungseinrichtung angeordnet. Die Bahn kommt also aus dem Breitnip heraus und läuft unmittelbar in die Auftragseinrichtung hinein. Dazwischen kann sie zwar umgelenkt und gegebenenfalls auch ausgebreitet werden. Eine Bearbeitung im Sinne einer Einwirkung auf die Bahn oder ihr Gefüge erfolgt jedoch nicht. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die Verdichtung, auch wenn sie nur vorübergehend ist, noch vorhanden ist, wenn die Bahn in die Auftragseinrichtung einläuft. Dort kann sich die Bahn dann mit Imprägniermittel vollsaugen, wobei der Auftrag natürlich nach wie vor noch durch eine gewisse Druckgebung von außen unterstützt werden kann.
  • Vorzugsweise weist der Breitnip eine Heizeinrichtung auf. Die Heizeinrichtung hat zwei Vorteile. Zum einen werden die Oberflächeneigenschaften der Bahn verbessert. Zum anderen wird das Eindringen des flüssigen Imprägniermittels in die Bahn durch eine erhöhte Temperatur der Bahn unterstützt. Die Kapillarwirkung wird verbessert.
  • Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung durch das Gegendruckelement gebildet. Dies ist eine relativ einfache Möglichkeit, die benötigte Wärmeenergie in den Breitnip einzutragen, genauer gesagt, auf die Bahn zu übertragen.
  • Hierbei ist bevorzugt, daß die Heizeinrichtung eine den Bahnlaufpfad im Breitnip begrenzende Oberfläche aufweist, deren Temperatur auf 200°C oder mehr einstellbar ist. Wenn die Bahn im Breitnip mit einer derartig hohen Temperatur beheizt wird, dann hat sie in der nachfolgenden Auftragseinrichtung noch eine Temperatur, die hoch genug ist, um das Eindringen des Imprägniermittels in die Bahn zu unterstützen. Die Temperatur der Bahn in der Auftragseinrichtung wird dabei in der Regel unter 100°C liegen, so daß nicht die Gefahr besteht, daß die Imprägniermittel-Flüssigkeit zu sieden beginnt.
  • Vorzugsweise ist die Auftragseinrichtung als Filmpresse ausgebildet. Die Verwendung einer Filmpresse gegenüber einer Leimpresse hat den Vorteil, daß man höhere Geschwindigkeiten fahren kann. Die Filmpresse, die auch als "Speed Sizer" bezeichnet wird, wird mit einem Film des flüssigen Imprägniermittels versehen und überträgt diesen Film in einem Nip auf die Papier- oder Kartonbahn. Die Filmpresse bewirkt also einen Konturauftrag des flüssigen Imprägniermittels auf die Oberfläche der Papier- oder Kartonbahn. Dies ergibt ein besonders vorteilhaftes Zusammenwirken mit dem Breitnip, wo ein Konturglätten, also eine gleichartige Bearbeitung, erfolgt. Im Breitnip wird eine gleichmäßige Dichte der Bahn erzeugt, wohingegen die Erzeugung einer gleichmä-ßigen Dicke von untergeordneter Bedeutung ist.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Auftragseinrichtung ein Trocknungsbereich nachgeschaltet ist, wobei die Temperatur im Breitnip höher als die Temperatur im Trocknungsbereich ist. Insbesondere sollte die Temperatur im Trocknungsbereich geringer sein als die Plastifizierungstemperatur der Fasern der Bahn. Die Oberfläche der Bahn wird also im Trocknungsbereich nicht mehr nennenswert verändert.
  • Bevorzugterweise ist die Temperatur im Breitnip zumindest auf die Plastifizierungstemperatur der Fasern der Papier- oder Kartonbahn einstellbar. Dies bedeutet, daß die Oberfläche der Bahn im Breitnip geschlossen werden kann. Das Schließen schafft eine glatte Oberfläche der Bahn, ohne das Eindringen der Imprägniermittel-Flüssigkeit zu verhindern. Das Imprägniermittel kann aufgrund der Kapillarwirkung nach wie vor bis in das Innere der Bahn vordringen. Dies gilt vor allem dann, wenn der Imprägniermittelauftrag durch eine Druckwirkung von außen, beispielsweise durch die Filmpresse oder eine Leimpresse, unterstützt wird.
  • Durch die höhere Temperatur im Breitnip, bei der die Fasern der Bahn zumindest an der Oberfläche plastifiziert werden, wird erreicht, daß die Fasern sich nach dem Verlassen des Breitnips nicht mehr aufstellen können. Es gibt also eine insgesamt glattere Oberfläche, auf die das Imprägniermittel dementsprechend auch gleichmäßiger aufgetragen werden kann.
  • Bevorzugterweise ist zwischen der Auftragseinrichtung und einer nachgeschalteten Aufwickeleinrichtung aus den genannten Gründen keine Glätteinrichtung angeordnet. Unter Glätteinrichtung soll hierbei sowohl ein Glättwerk mit zwei harten Walzen als auch eine andere Zwei- oder Mehr-Walzenmaschine verstanden werden, bei der mindestens eine Walze eine elastische oder nachgiebige Oberfläche aufweist. Durch die Verwendung des Breitnipkalanders bekommt die Papier- oder Kartonbahn bereits eine so glatte Oberfläche, daß ein nachfolgendes Glätten vielfach nicht mehr erforderlich ist.
  • Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß Papiere und Kartons aus Holzschliff (stone groundwood), Holzstoff (mechanical pulp) und TMP (thermomechanical pulp) in der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Breitnipsatinage, Leimauftrag, Trocknen) beim Fertigtrocknen regelrecht "aufgehen". Mit anderen Worten, diese Papiere bzw. Kartons gewinnen, während die einmal erzielte Oberflächenglätte erhalten bleibt, hinter der Auftragseinrichtung sogar noch an Dicke und Volumen.
  • Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Bahn vor dem Auftrag des Imprägniermittels in einem Breitnip mit Druck beaufschlagt wird, der durch einen umlaufenden Mantel und ein damit zusammenwirkendes Gegendruckelement gebildet ist und eine elastische Kompression der Papier- oder Kartonbahn bewirkt.
  • Im Breitnip wird die Bahn etwas komprimiert, und zwar so verdichtet, daß sie beim Auftragen des Imprägniermittels eine hervorragende Kapillarwirkung zeigt. Die Bahn saugt sich dann voll mit dem Imprägniermittel, wobei der Auftrag und die Penetration von Imprägniermittel natürlich durch äußere Drücke verstärkt werden kann, wie sie durch zusammenwirkende Walzen aufgebracht werden können. Allerdings können derartige Drücke weitaus niedriger gehalten werden, so daß der Volumenverlust der Bahn beim Auftrag des Imprägniermittels kleiner gehalten werden kann. Durch die Behandlung im Breitnip nimmt man zwar einen gewissen Volumenverlust in Kauf. Dieser Volumenverlust kann jedoch außerordentlich klein gehalten werden. Durch die große Beaufschlagungsfläche der Bahn im Breitnip ist es möglich, die Kompression der Bahn sehr genau einzustellen. Die Druckspannungen, die im Breitnip auf die Bahn wirken, können relativ klein gehalten werden.
  • Vorzugsweise wird die Bahn im Breitnip beheizt. Das Beheizen hat, wie oben ausgeführt, zwei Vorteile. Eine wärmere Bahn hat eine verbesserte Kapillarwirkung, d.h. das flüssige Imprägniermittel kann leichter aufgesaugt werden und damit in das Innere der Bahn vordringen. Zum anderen wird die Bahn im Breitnip in gewissem Umfang geglättet, so daß das Imprägniermittel auf eine glattere Oberfläche aufgetragen werden kann, was wiederum die Gleichmäßigkeit des Auftrags verbessert.
  • Vorzugsweise wird das Imprägniermittel im Konturauftrag aufgetragen. Hierfür läßt sich beispielsweise eine Filmpresse verwenden. Da im Breitnip eine Konturglättung erfolgt, paßt sich der Konturauftrag des Imprägniermittels der vorangehenden Behandlung der Bahn in günstiger Weise an.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Papiermaschine,
    Fig. 2
    einen vergrößerten Ausschnitt mit einem Breitnipkalander und einer Filmpresse und
    Fig. 3
    eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus einer Kartonbahn.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Papiermaschine 100 mit einer Siebpartie 1, einer Pressenpartie 2, einer Trokkenpartie 3, die in zwei Teile 3a, 3b aufgeteilt ist und zwischen den beiden Teilen 3a, 3b der Trockenpartie eine Auftragseinrichtung 4 für ein Imprägniermittel, wie eine Stärkelösung, ein sogenannter Stärkeleim, oder sonstige in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel, z.B. eine wäßrige Pigmentdispersion, mit einem vorgeschalteten Breitnipkalander 5. Hinter dem zweiten Teil der Trockenpartie 3b ist eine Wickeleinrichtung 6 angeordnet, in der eine Papier- oder Kartonbahn 7 zu einer Wickelrolle 8 aufgewickelt wird. Es ist zu beachten, daß zwischen der Auftragseinrichtung 4 und der Wickeleinrichtung 6 keine Glätteinrichtung mehr angeordnet ist, d.h. die Bahn 7 wird bereits in dem Breitnipkalander 5 und der darauf folgenden Auftragseinrichtung mit einer solchen Oberflächenglätte versehen, daß eine weitere Glättung nicht erforderlich ist.
  • Die Arbeitsweise der Papiermaschine ist an sich bekannt und soll deswegen nur kurz erläutert werden. In der Siebpartie 1 wird flüssige Pulpe mit einem Feststoffgehalt in der Größenordnung von 1 % auf ein Sieb 9 aufgetragen. Die Flüssigkeit fließt durch das Sieb 9 ab, so daß die Bahn mit einem Feststoffgehalt von etwa 20% in die Pressenpartie 2 einlaufen kann. Dort sind verschiedene Pressennips ausgebildet, die die Papier- oder Kartonbahn zusammen mit einer Filzbahn 11 durchläuft. In den Pressennips 10 wird weiteres Wasser aus der Bahn 7 herausgedrückt und in die Filzbahnen 11 überführt. Nach dem Durchlaufen der Pressenpartie 2 kommt die Bahn 7 in die Trockenpartie 3a, wo sie über eine Vielzahl von Trockenzylindern 12 geführt wird. Die Trockenzylinder 12 sind beheizt, vorzugsweise mit Dampf. Damit wird weitere Feuchtigkeit aus der Bahn 7 verdampft. Nach dem ersten Teil 3a der Trockenpartie wird die Bahn 7 durch den Breitnipkalander 5 und danach durch die Auftragseinrichtung 4 geleitet. Danach wird sie im zweiten Abschnitt 3b der Trockenpartie getrocknet, wo weitere Trockenzylinder 13 vorgesehen sind, die ebenfalls beheizt sind, um Flüssigkeit aus der Bahn 7 zu verdampfen.
  • Fig. 2 zeigt nun einen vergrößerten Ausschnitt der Papiermaschine mit der Auftragseinrichtung 4 und dem Breitnipkalander 5.
  • Der Breitnipkalander 5 ist gebildet durch eine beheizte Gegenwalze 14, die mit Heizkanälen 15 versehen ist, durch die eine heiße Flüssigkeit oder ein anderes Heizmedium geleitet werden kann, um die Gegenwalze 14 zu beheizen. Die Gegenwalze 14 wird so beheizt, daß ihre Oberfläche 16 eine Temperatur von mindestens 200°C annimmt. Die Temperatur der Oberfläche 16 sollte so groß sein, daß die Bahnfasern zumindest im Bereich ihrer Oberfläche plastifiziert werden.
  • Die Gegenwalze 14 bildet einen Breitnip 17 zusammen mit einem umlaufenden Mantel 18, der unter der Wirkung eines Anpreßschuhs 19 an der Oberfläche 16 der Gegenwalze 14 anliegt und die Gegenwalze 14 über einen Teil ihres Umfangs umschlingt. Der Mantel 18 liegt nicht direkt an der Oberfläche 16 der Gegenwalze 14 an, sondern unter Zwischenlage der Bahn 7. Der Anpreßschuh 19 weist eine Anpreßfläche 20 auf, deren Krümmung der Krümmung der Oberfläche 16 der Gegenwalze 14 angepaßt ist. In nicht näher dargestellter, aber an sich bekannter Weise ist die Anpreßfläche 20 geschmiert, beispielsweise hydrostatisch oder hydrodynamisch. Der Anpreßschuh 19 kann über eine Kolben-Zylinder-Einrichtung 21 mit einer Kraft beaufschlagt werden, so daß im Breitnip 17 eine gewisse Druckspannung erzeugt werden kann. Die Druckspannung im Breitnip 17 ist allerdings relativ klein verglichen mit einer Druckspannung, die bei ansonsten unveränderten Kraftverhältnissen in einem Nip zwischen zwei Walzen herrschen würde.
  • Der Mantel 18 kann, wie dargestellt, relativ steif sein und nach Art einer Walzenschale umlaufen. Hierbei wird er durch Rollen 22 gestützt. Der Mantel 18 kann aber auch relativ dünn ausgebildet sein, so daß er nach Art eines Bandes umläuft. In beiden Fällen sollte er dennoch etwas nachgiebig sein.
  • Der Breitnip 17 weist in Laufrichtung der Bahn 7 eine relativ große Länge auf. Diese beträgt vorzugsweise zwischen 50 und 700 mm. Man ist daher in der Lage, die Druckspannungen im Breitnip 17 relativ feinfühlig einzustellen.
  • Die Bahn 7 wird über Leitwalzen 23, 24 der Auftragseinrichtung 4 zugeführt, die im vorliegenden Fall als Filmpresse oder "Speed Sizer" ausgebildet ist.
  • Die Auftragseinrichtung 4 weist zwei Walzen 25, 26 auf, die in Richtung der Pfeile 27, 28 rotieren und in Richtung der Pfeile 29, 30 gegeneinandergedrückt werden und einen Nip 31 bilden. Durch den Nip ist die Bahn 7 geführt. Sie wird dort mit einem gewissen Druck beaufschlagt.
  • Jede Walze 25, 26 ist mit einem Imprägniermittelspender 32, 33 versehen, der einen Imprägniermittelfilm 34, 35 auf der Oberfläche der Walzen 25, 26 aufträgt. Der Imprägniermittelfilm 34, 35 ist so eingestellt, daß das Imprägniermittel praktisch vollständig von der Bahn 7 aufgenommen werden kann.
  • Im Breitnip 17 wird die Bahn 7 etwas verdichtet. Diese Verdichtung erfolgt allerdings nicht mit dem Ziel, über die Breite der Bahn 7 eine gleichmäßige Dicke zu erzeugen. Vielmehr ist die Druckbeaufschlagung der Bahn 7 im Breitnip 17 so, daß man eine gleichmäßige Dichte erzeugt. Die Druckbeaufschlagung wird dabei so weit begrenzt, daß Flockenbereiche nicht zerquetscht werden. Lokale Verdickungen der Bahn 7 bleiben also erhalten. Dies geht aus Fig. 3 hervor, wo die Bahn 7 ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt ist. Es sind Erhebungen 36 erkennbar, die sich mit Tälern 37 abwechseln. Die Glättung im Breitnip 17 ist also eine Konturglättung.
  • Die Verdichtung im Breitnip 17 wird so eingestellt, daß die Bahn 7 im Nip 31 der Auftragseinrichtung 4 eine verstärkte Kapillarwirkung entfaltet. Das Imprägniermittel aus den Imprägniermittelfilmen 34, 35 wird also nicht nur durch den Druck 29, 30 in die Bahn 7 eingetragen. Der Imprägniermitteleintrag wird vielmehr dadurch unterstützt, daß das Imprägniermittel durch die Kapillarwirkung der Bahn 7 aufgesaugt wird. Dadurch kann es wesentlich schneller und tiefer in die Bahn 7 eindringen oder penetrieren, als es lediglich mit Hilfe der Druckbeaufschlagung möglich wäre. Durch die verbesserte Durchdringung der Bahn 7 mit Imprägniermittel kann man dickere Bahnen 7, also Bahnen mit größeren Flächengewichten, von beispielsweise 90 g/m2 oder mehr vollständig mit Imprägniermittel durchtränken, ohne daß man einen größeren Volumenverlust in Kauf nehmen müßte. Ein gewisser Volumenverlust im Breitnip 17 ist zwar unvermeidbar. Dieser Volumenverlust ist aber aufgrund der relativ geringen Druckspannungen im Breitnip 17 relativ gering.
  • Zusätzlich kann die Kapillarwirkung noch durch die Beheizung der Bahn 7 mit Hilfe der Gegenwalze 14 unterstützt werden. In gewissen Grenzen verbessert sich die Kapillarwirkung mit der Erhöhung der Temperatur. Allerdings wird man dafür sorgen, daß die Temperatur der Bahn 7 im Nip 31 der Auftragseinrichtung 4 unter 100°C bleibt, um ein Sieden des flüssigen Imprägniermittels zu verhindern.
  • Die Temperatur der Gegenwalze 14 wird vorzugsweise so eingestellt, daß die Fasern der Bahn 7 im Breitnip 17 plastifiziert werden. Die Fasern werden also so umgeformt, daß sie sich gar nicht mehr aufstellen können. Dies verbessert die Fähigkeit der Bahn 7, im Nip 31 Imprägniermittel aufzunehmen, weil die Bahn dann "vollflächiger" an den Walzen 25, 26 anliegen kann.
  • Die als Filmpresse ausgebildete Auftragseinrichtung 4 bewirkt einen Konturauftrag des Imprägniermittels auf der Oberfläche der Bahn 7, was ebenfalls aus Fig. 3 zu erkennen ist. Dort ist schematisch eine Schicht 38 dargestellt, die das aufgetragene Imprägniermittel symbolisieren soll. Es ist erkennbar, daß diese Schicht 38 überall im wesentlichen die gleiche Dicke aufweist.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Imprägnieren einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Flächengewicht über 40 g/m2, mit einem Bahnlaufpfad, in dem eine Einrichtung zum Auftragen eines Imprägniermittels, wie einer Stärkelösung, sogenanntem Stärkeleim, oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel angeordnet ist, wobei im Bahnlaufpfad vor der Auftragseinrichtung (4) ein Breitnipkalander (5) angeordnet ist, der einen durch einen umlaufenden Mantel (18) und ein damit zusammenwirkendes Gegendrukkelement (14) gebildeten Breitnip (17) aufweist, durch den der Bahnlaufpfad geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Breitnipkalander (5) eine elastische Kompression der Papier- oder Kartonbahn bewirkt, wobei der Breitnipkalander und die Auftragseinrichtung so angeordnet sind, daß die Papier- oder Kartonbahn eine elastische Kompression auch noch beim Eintreten in die Auftragseinrichtung (4) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Breitnip (17) und der Auftragseinrichtung (4), abgesehen von möglicherweise vorhandenen Leiteinrichtungen (23, 24), keine weitere Bearbeitungseinrichtung angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Breitnip (17) eine Heizeinrichtung (14) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung durch das Gegendruckelement (14) gebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (14) eine den Bahnlaufpfad im Breitnip (17) begrenzende Oberfläche aufweist, deren Temperatur auf 200°C oder mehr einstellbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragseinrichtung (4) als Filmpresse ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftragseinrichtung (4) ein Trocknungsbereich (36) nachgeschaltet ist, wobei die Temperatur im Breitnip (17) höher als die Temperatur im Trocknungsbereich ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Breitnip (17) zumindest auf die Plastifizierungstemperatur der Fasern der Papier- oder Kartonbahn (7) einstellbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Auftragseinrichtung (4) und einer nachgeschalteten Aufwickeleinrichtung (6) keine Glätteinrichtung angeordnet ist.
  10. Verfahren zum Imprägnieren einer Papier- oder Kartonbahn mit einem Imprägniermittel, wie einer Stärkelösung, sogenanntem Stärkeleim, oder sonstiger in der Papierveredelung gebräuchlicher Auftragsmittel, wobei das Imprägniermittel ganz oder teilweise in die Bahn hineingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn vor dem Auftrag des Imprägniermittels in einem Breitnip mit Druck beaufschlagt wird, der durch einen umlaufenden Mantel und ein damit zusammenwirkendes Gegendruckelement gebildet ist und eine elastische Kompression der Papier- oder Kartonbahn bewirkt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn im Breitnip beheizt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel im Konturauftrag aufgetragen wird.
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