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Die Erfindung betrifft eine Pressenpartie zur Entwässerung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn, in einer Maschine zur Herstellung derselben, in der nur ein einziger Pressnip vorgesehen ist, wobei der Pressnip gebildet ist von einer Schuhpresswalze und einer Gegenwalze, und die Schuhpresswalze einen umlaufenden flexiblen Mantel und ein Presselement aufweist, welches von innen an den Mantel anpressbar ist und damit den Mantel gegen die Gegenwalze drücken kann, und wobei die Faserstoffbahn zusammen mit wenigstens einem ersten Filz durch den Pressnip geführt werden kann.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn mit Hilfe einer solchen Pressenpartie.
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Die Faserstoffbahn wird zusammen mit einem Filz oder zwischen zwei Filzen, die für sich gesehen endlos umlaufend sind, durch den Nip geführt. Durch die Presskraft, mit der die Schuhpresswalze und die Gegenwalze aneinander gedrückt werden, wird Wasser aus der Faserstoffbahn in den Filz gedrückt und somit die Faserstoffbahn entwässert.
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Bekannt ist eine solche Pressenpartie zum Beispiel aus der Druckschrift
EP 1072721 A1 , welche eine Pressenpartie mit nur einem einzigen Schuhpressnip beschreibt. Der Schuhpressnip weist eine gegenüber einfachen Walzenpressnips verlängerte Presszone auf. Die Niplänge ist gleichbedeutend mit der Länge der Presszone, die durch das Presselement, den sogenannten Schuh vorgegeben wird. Dabei ergibt sich für die Faserstoffbahn beim Durchlaufen der Presse eine höhere Verweilzeit im Nip, also in der Presszone. Und somit kann mehr Wasser ausgepresst werden.
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Für holzfreie Papiere aus Zellstoff, welcher leicht entwässerbar ist, werden solche Pressenpartien bei Maschinen mit mittlerer Produktionsgeschwindigkeit erfolgreich eingesetzt. Ein Beispiel dafür sind Maschinen zur Herstellung von Kopierpapier oder Schreibpapier. Bei anderen Papiersorten aus nicht so leicht zu entwässernden Faserstoffen erreichen Pressenpartien mit nur einem einzigen Pressnip nach dem Stand der Technik allerdings keine ausreichende Entwässerung und können deshalb nicht eingesetzt werden. Ein zu geringer Trockengehalt nach Presse führt zu schlechtem Bahnlauf und häufigen Abrissen. Für solche Papiersorten werden Pressenpartien mit mehreren Pressnips und dementsprechend mehreren Press- und Gegenwalzen eingesetzt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pressenpartie mit nur einem einzigen Pressnip so weiterzuentwickeln, dass sie für die Entwässerung von Faserstoffbahnen aus schwieriger zu entwässerndem Faserstoff eingesetzt werden kann und dabei ein ausreichender Trockengehalt erzielt wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstoffbahn mit einer solchen Pressenpartie bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Filz der beanspruchten Pressenpartie eine Grundstruktur umfasst, die wenigstens eine Lage aus ausschließlich gezwirnten Monofilament-Fäden und wenigstens eine nicht-gewebte Lage bestehend aus einer Schar von Fäden aufweist, wobei die Fäden der einen Lage im Wesentlichen in Bahnlaufrichtung ausgerichtet ist. Der erste Filz kann dabei ein Oberfilz oder ein Unterfilz in der Pressenpartie sein. Aufgrund von Technikumsversuchen wurde erkannt, dass die Entwässerungsleistung des einen Pressnips deutlich verbessert werden kann, wenn ein gezielt daraufhin optimierter Filz, wie oben beschrieben, verwendet wird. Die Grundstruktur mit einer Lage aus Monofilament-Fäden bietet weniger innere Oberfläche und die nicht-gewebte Lage weist keine Kreuzungspunkte mit Quer- oder Diagonalfäden auf, so dass insgesamt weniger Feinstoffe oder Schmutzpartikel sich ablagern und der Filz weniger verschmutzt als bei Filzen mit einer Grundstruktur aus Lagen mit Multifilament-Fäden oder aus gewebten Lagen. Da schwieriger zu entwässernde Faserstoffe, wie zum Beispiel stark ausgemahlene Zellstoffe oder Holzstoffe oder altpapierhaltige Stoffe, eine große Menge an Feinstoffen oder Schmutzpartikeln enthalten, werden diese von der Faserstoffbahn bei der Entwässerung in den Filz gespült. Wenn sie sich dort nicht ablagern können, behält der Filz seine guten Entwässerungseigenschaften bei und es wird ein hoher Trockengehalt erreicht.
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Dieser Filz wird im Schuhpressnip im Gegensatz zu Filzen mit einer Grundstruktur aus gewebten Lagen auch weniger kompaktiert und behält deshalb im Nip seine für die Entwässerung wichtige Durchlässigkeit bei, was besonders bei Schuhpressnips aufgrund der längeren Verweilzeit und der hohen Last in der Presszone wichtig ist. Zusätzlich behält er über eine längere Laufzeit, d. h. auch bei zahlreichen Umläufen, die notwendige Durchlässigkeit und muss nicht so schnell gewechselt werden. Die Technikumsversuche haben auch gezeigt, dass andere Filze bei solch einer Anwendung sehr schnell, zum Teil innerhalb von wenigen Stunden, so stark verschmutzen, dass die Entwässerungsleistung in nicht tolerierbarer Weise abfällt. Bei manchen Filzen erreicht die Pressenpartie von Anfang an keine zufriedenstellende Entwässerung.
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Die Grundstruktur eines Filzes dient dazu, die Zugfestigkeit in Bahnlaufrichtung und in Querrichtung zu gewährleisten. Sie besteht aus gezwirnten Fäden, die entweder zu einer gewebten Lage verarbeitet werden oder zu einer nicht-gewebten sogenannten Gelege-Lage verarbeitet werden. Die Grundstruktur kann mehrere Lagen aufweisen. Die Fäden bestehen aus mehreren einzelnen Garnfäden, die miteinander verzwirnt sind. Die einzelnen Garnfäden können Monofilamente sein, also jeweils ein einzelner kompakter Garnfaden, oder Multifilamente, also aus vielen einzelnen sehr feinen Filamentfasern gezwirnt oder gesponnenen sein. Die Monofilamente haben bevorzugt einen Durchmesser von 0,1 bis 0,5 mm. Mit Monofilament-Fäden ist gemeint, wenn alle Garnfäden Monofilamente sind. Mit Multifilament-Fäden ist gemeint, dass einer oder mehrere Garnfäden Mulitfilamente oder ein wiederum in sich aus einzelnen Fasern gezwirnter Garnfaden sind. Um die gewünschte Zugfestigkeit zu erreichen, ist es bei sogenannten Gelege-Lagen wichtig, dass zumindest eine Lage so angeordnet ist, dass die Fäden nicht mehr als 10°, bevorzugt nicht mehr als 5° von der Bahnlaufrichtung abweichen.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Pressenpartie ist, dass gegenüber der sonst für schwieriger entwässerbare Faserstoffbahnen notwendigen Mehrnip-Pressenpartie Antriebsenergie in der Presse eingespart werden kann. Weiterhin fallen in einer Einnip-Presse weniger Filz-, Betriebs- und Instandhaltungskosten an.
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Von Vorteil ist es, wenn auch ein zweiter Filz, und damit alle Filze der Einnip-Pressenpartie, eine Grundstruktur umfasst, die wenigstens eine Lage aus ausschließlich gezwirnten Monofilament-Fäden und wenigstens eine nicht-gewebte Lage bestehend aus einer Schar von Fäden aufweist, wobei die Fäden der einen Lage im Wesentlichen in Bahnlaufrichtung ausgerichtet sind. Auch hier sollte die Abweichung zur Bahnlaufrichtung höchstens 10°, bevorzugt höchsten 5° betragen. Durch den ersten und den zweiten so ausgebildeten Filz wird die Entwässerungsleistung der Pressenpartie in beide Richtungen nach oben und nach unten verbessert.
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Die Entwässerungsleistung wird auch verbessert, wenn der erste und/oder ein zweiter Filz eine Grundstruktur mit wenigsten drei Lagen aufweist. Dadurch kann der Filz stabiler gemacht werden.
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Die Verschmutzungsneigung des Filzes wird weiter reduziert und damit die Entwässerung zusätzlich verbessert, wenn der erste und/oder der zweite Filz eine Grundstruktur aufweist, in der alle Lagen ausschließlich aus gezwirnten Monofilament-Fäden bestehen. Dadurch wird die innere Oberfläche, die Partikel anlagern könnte, weiter verringert.
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Ebenso positiv wirkt es sich aus, wenn der erste und/oder der zweite Filz eine Grundstruktur aufweist, in der alle Lagen nicht-gewebt sind. Dadurch wird der Filz mit einer erheblichen Kompaktionsresistenz ausgestattet.
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Auf die Grundstruktur eines Filzes werden eine oder mehrere Vlieslagen aus verfilzten und vernadelten Fasern aufgebracht, um eine gleichmäßigere Druckverteilung im Nip zu erreichen und um keine Markierung des Grundgewebes in der Faserstoffbahn zu erzeugen. Es können auch gezielt Teile der Vlieslagen in die Grundstruktur integriert sein und sich zwischen den Lagen oder sogar innerhalb der Lagen zwischen den Fäden befinden. Dadurch kann die Porosität der Grundstruktur gezielt verändert oder eingestellt werden. Die Vlieslagen unterscheiden sich durch die Feinheit der zur Herstellung verwendeten Fasern. Die gängige Einheit zur Angabe der Faserfeinheit ist die Angabe des Fasergewichts pro Länge in dtex nach der Norm ISO 1144. 1 dtex entspricht 1 Gramm pro 10000 m.
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Vorteilhaft ist es, wenn der erste und/oder der zweite Filz eine Grobvliesschicht aufweist, welche aus groben Fasern aufgebaut ist, die eine Faserfeinheit zwischen 67 und 200 dtex haben. Dadurch wird schon eine gewisse Druckverteilung im Filz erreicht, ohne dass eine zu starke Filterung und Zurückhaltung von Feinstoffen und Schmutzpartikeln erfolgt. Das Grobvlies kann dabei in die Grundstruktur Integriert sein, so dass zu große Zwischenräume in der Grundstruktur ausgefüllt werden oder es ist als Zwischenlage zwischen zwei Lagen der Grundstruktur angeordnet, so dass auch hier schon eine Druckverteilung erfolgt. Die Grobvliesschicht kann allerdings auch auf die Grundstruktur aufgelegt sein, bevorzugt auf der Seite die der Faserstoffbahn zugewandt ist, oder sie umschließt sogar die Grundstruktur oder einzelne Lagen der Grundstruktur, so dass diese im Grobvlies eingebettet sind. Der Effekt ist besonders positiv, wenn die Grobvliesschicht aus einer oder mehreren Lagen besteht, wobei jede Lage ein Flächengewicht von mindestens 100 g/m2, bevorzugt von mindestens 150 g/m2 hat. Das Gewicht der gesamten Grobvliesschicht liegt bevorzugt zwischen 100 g/m2 und 600 g/m2.
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Um eine möglichst gleichmäßige Entwässerung und Druckverteilung zu bekommen, sollte die Grobvliesschicht als ganzes keine bevorzugte Ausrichtung haben. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Grobvlies aus einer oder mehreren Lage besteht, die als Wirrvlies ausgeführt sind. Ein Wirrvlies ist eine Vlieslage, in der die Fasern keine bevorzugte Ausrichtung haben also in alle Richtungen durcheinander liegen. Andererseits kann die Grobvliesschicht auch aus mindestens zwei Lagen bestehen, die zwar für sich eine Vorzugsrichtung der Fasern haben, die aber so übereinander gelegt werden, dass die Vorzugsrichtungen um mindestens 5°, bevorzugt um mindestens 20° voneinander abweichen. Bei mehr als zwei Lagen ist es insbesondere von Vorteil, wenn die jeweils benachbarten Lagen um mindestens 5°, bevorzugt um mindestens 20° voneinander abweichen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste und/oder der zweite Filz eine oder mehrere Vliesschichten aufweist, die auf der der Faserstoffbahn zugewandten Seite der Grundstruktur angeordnet sind und die aus Fasern mit einer Faserfeinheit von 22 bis 67 dtex bestehen. Insbesondere in Kombination mit einer Grobvliesschicht kann die Entwässerung dadurch weiter verbessert werden. Erst wenn die Druckverteilung möglichst gleichmäßig über der Fläche erfolgt, kann die Faserstoffbahn gut entwässert werden. Eine zu grobe und nur punktuelle Druckausübung führt nicht nur zu Markierungen, sondern auch zu einer nur mäßigen Entwässerung.
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Um eine gute Fixierung der Vliesschichten oder der Grobvliesschicht auf der Grundstruktur zu erreichen, können diese Schichten neben Polyamidfasern auch Schmelzfasern enthalten. Schmelzfasern sind teilweise oder ganz aus Polymer, welches eine niedrigere Erweichungs- oder Schmelztemperatur hat. Sie können auch als sogenannte BiCo- oder Bi-Komponenten-Fasern ausgebildet sein, wobei dann der Kern aus Polyamid und der Mantel aus dem niedriger schmelzenden Polymer gebildet ist. Bevorzugt liegt die Erweichungs- oder Schmelztemperatur der Schmelzfaser zwischen 90 und 140°C. Beim Thermofixieren der Filze wird diese Temperatur erreicht, so dass die Schmelzfasern weich werden und als Kleber wirken.
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Ein Filz, so wie er bisher beschrieben ist, würde zu Beginn, wenn er neu in die Maschine eingebaut ist, noch keine gute Entwässerung liefern. Das wäre erst nach einiger Zeit der Fall, wenn die obersten Vliesschichten so komprimiert sind, dass die Druckverteilung auf die Faserstoffbahn sehr gleichmäßig wird. Um diesen Nachteil zu Beginn nach einem Filzwechsel zu vermeiden, kann der erste und/oder der zweite Filz eine Feinvliesschicht auf der der Faserstoffbahn zugewandten Filzoberfläche haben, die aus Fasern mit einer Faserfeinheit von höchstens 11 dtex besteht. Diese Feinvliesschicht kann recht dünn, beispielsweise weniger als 100 g/m2, bevorzugt weniger als 50 g/m2 sein und kann während der ersten Zeit im Betrieb abgerieben oder durch Hochdruck-Reinigungsspritzrohre abgetragen werden. Sie ist nur während der recht kurzen Zeit des Einlaufens notwendig.
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Durch die geeignete Kombination von Grobvliesschicht, Vliesschicht und dünner Feinvliesschicht kann der Filz in der erfindungsgemäßen Pressenpartie noch besser an die speziellen Bedingungen angepasst werden, so dass er ein gutes Anlaufverhalten, eine gute Entwässerung auch bei schwer entwässerbaren Faserstoffen und ein gutes Langzeitverhalten auch bei hoher Feinstoff- und Schmutzpartikelfracht aufweist.
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Die Aufgabe wird für das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erfindungsgemäße Pressenpartie nach einem der Ansprüche 1 bis 14 eingesetzt wird, wobei der Faserstoff, der zur Herstellung der Faserstoffbahn verwendet wird, zu mindestens 60%, bevorzugt zu mindestens 80% aus Altpapier gewonnen wurde. Bei einem solchen Faserstoff mit hoher Schmutzfracht wirken sich die Vorteile der Erfindung besonders stark aus. Der Faserstoff kann dabei direkt aus recyceltem Altpapier bestehen, das heißt ohne Deinking also ohne Druckfarbentfernung hergestellt, oder aus einem gereinigten Altpapier, das eine Deinking-Anlage mit Flotation oder Waschstufe durchlaufen hat.
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Besonders vorteilhaft wirkt sich der Einsatz der erfindungsgemäßen Presse bei der Herstellung von Zeitungsdruckpapier mit einem Flächengewicht von 30 bis 52 g/m2 oder bei Verpackungspapier mit einem Flächengewicht von 70 bis 120 g/m2 aus. Für diese Papiere werden bisher Pressenpartien mit zwei, drei oder sogar vier Pressnips benötigt.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Sie zeigen
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in 1 Schematischer Querschnitt eines möglichen Filzes; wie er in einer erfindungsgemäßen Pressenpartie eingesetzt werden könnte
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in 2a, 2b, 2c Schematische Querschnitte von Monofilament-Fäden mit 9, 4 bzw. 6 Garnfäden
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in 3a Monofilament
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in 3b Multifilament
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in 3c Multifilament-Faden aus sechs Garnfäden, wovon einer ein Multifilament ist
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in 4 Ausführung einer erfindungsgemäßen Pressenpartie Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben.
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1 zeigt den Aufbau eines möglichen Filzes 5.1 im Querschnitt. Die Grundstruktur 12 besteht hier aus zwei Lagen 12.1 und 12.2, wovon bei einer, nämlich bei der Lage 12.1, die Fäden in Bahnlaufrichtung 1a ausgerichtet sind und wobei in diesem Fall beide Lagen aus Monofilament-Fäden (20 und 20.1) bestehen. Die Grobvliesschicht 13 ist zwischen den Grundstruktur-Lagen als Zwischenschicht angeordnet. Dabei kann die Grobvliesschicht 13 aus einer oder aus mehreren Lagen aufgebaut sein. Insgesamt ist das Gewicht der Grobvliesschicht 13 zwischen 100 g/m2 und 600 g/m2. Auf der der Faserstoffbahn zugewandten Seite befinden sich zwei weitere Vliesschichten 14, 15 und eine Feinvliesschicht 16. Auf der Laufseite des Filzes ist eine Vliesschicht 17 aufgebracht. Durch diese Kombination wird eine sehr gute Entwässerung über die gesamte Laufzeit des Filzes erreicht. In den Vliesschichten 14, 15, 17 und/oder in der Grobvliesschicht 13 können sogenannte Schmelzfasern enthalten sein, die dazu dienen die Vliesschichten bei der Herstellung des Filzes auf der Grundstruktur zu fixieren.
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Die Monofilament-Fäden können aus unterschiedlich vielen einzelnen Garnfäden, die miteinander verzwirnt werden, hergestellt sein. In 2a ist ein Monofilament-Faden 20.2 dargestellt mit 9 Garnfäden, in 2b ein Monofilament-Faden 20.3 mit 4 Garnfäden und in 2c ein Monofilament-Faden 20.4 mit 6 Garnfäden. Alle Garnfäden sind Monofilamente 21.1, 21.2, 21.3.
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3a zeigt beispielhaft ein Monofilament 21.4 wie es als Garnfaden verwendet werden kann. 3b zeigt im Vergleich dazu ein Multifilament 22.1, welches aus zahlreichen feinen Einzelfasern verzwirnt oder gesponnen ist.
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In 4 ist eine mögliche Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Pressenpartie 10 gezeigt. Die Schuhpresswalze 2 bildet mit der Gegenwalze 3 den Pressnip, indem das Presselement 4, der sogenannte Schuh, von innen an den Mantel 7 gedrückt wird und damit den Mantel mit der Gegenwalze 3 in Kontakt bringt. Der Oberfilz 5 läuft um die Saugwalze 8 und transportiert die Faserstoffbahn 1, die aus einer Blattbildungseinheit kommt, zum Pressnip, welchen die Faserstoffbahn 1 im Sandwich zwischen Unterfliz 6 und Oberfilz 5 durchläuft. Danach werden die Filze 5, 6 auf der Saugwalze 9 getrennt und die Faserstoffbahn 1 läuft mit dem Unterfilz 6 weiter. Die Faserstoffbahn 1 wird danach zu einer nicht dargestellten Trockenpartie weitergeführt. Beide Filze 5, 6 laufen endlos um, was ebenfalls nicht dargestellt ist. Der erste Filz kann der Oberfilz 5 oder der Unterfilz 6 sein.
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In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung kann die Schuhpresswalze auch als untere Walze und die Gegenwalze als obere Walze angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Faserstoffbahn
- 1a
- Bahnlaufrichtung
- 2
- Schuhpresswalze
- 3
- Gegenwalze
- 4
- Presselement
- 5, 5.1, 6
- Filz
- 7
- Mantel
- 8, 9
- Saugwalzen
- 10
- Pressenpartie
- 11
- der Faserstoffbahn zugewandte Filzoberfläche
- 12
- Grundstruktur 1
- 12.1, 12.2
- Lagen der Grundstruktur
- 13
- Grobvlies
- 14, 15, 17
- Vliesschichten
- 16
- Feinvliesschicht
- 20, 20.1, 20.2, 20.3, 20.4
- Monofilament-Faden
- 21.1, 21.2, 21.2, 21.3, 21.4, 21.5
- Monofilament
- 22.1, 22.2
- Multifilament
- 23
- Multifilament-Faden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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