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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausbilden von einer gewellten Papierbahn aus einer Rohpapierbahn. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden von einer gewellten Papierbahn aus einer Rohpapierbahn.
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Stand der Technik
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Bei der Herstellung von Wellpappe wird mindestens eine gewellte Papierbahn mit einer Deck- und Rücklage zusammengefügt. Herkömmlicherweise wird die gewellte Papierbahn durch plastische Umformung einer ebenen Papierbahn mittels eines Formwalzenpaares erzeugt. Wellpappe wird überwiegend aus altstoffbasierten Rohpapieren hergestellt, die eine begrenzte Dehnfähigkeit aufweisen. Daher kann das Rohmaterial, d.h. die ebene Papierbahn, bei der Umformung nicht wesentlich gedehnt werden. Da die gestreckte Länge einer Welle größer als die Wellenlänge ist, ist die Zuführgeschwindigkeit des Rohmaterials größer als die Tangentialgeschwindigkeit der Formwalzen am Umformort. Somit muss kontinuierlich Material durch den sich schließenden Spalt zwischen den Formwalzen nachfließen. Dabei wird das Rohmaterial wechselnder Biege- und Schub- sowie Zugbeanspruchung ausgesetzt, was zu einer bleibenden Verringerung der Tragfähigkeit der auszubildenden Wellpappe führt. Unter Umständen können die Beanspruchungen so hoch werden, dass das Rohmaterial versagt und nicht zu Wellpappe weiterverarbeitet werden kann, ohne entsprechende Parameter zu verändern. Dem Einziehen des Rohmaterials in den sich schließenden Spalt zwischen den Formwalzen wirken Reibkräften zwischen Walzenoberfläche und Material entgegen. Dies begrenzt die Verarbeitung von Materialien mit geringem Querschnitt bzw. Grammatur oder geringer Zugfestigkeit. Eine Verarbeitung von Materialien mit hohem Reibbeiwerten und geringer Zugfestigkeit ist beim herkömmlichen Umformprozess kaum realisierbar. Bei zu geringer Schubfestigkeit versagen Materialien partiell innerlich durch Delamination. Beispielhaft seien hier hochgefüllte, keramische Spezialpapiere für technische Anwendungen genannt.
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Zur Verbesserung des plastischen Umformvermögen des Rohmaterials erfolgt vor der Umformung eine Konditionierung des Rohmaterials mit Wasser und Wärme. Durch eine Durchfeuchtung des Rohmaterials und durch Wärmeeinsatz wird das plastische Umformvermögen des Papierfasergeleges deutlich erhöht. Die Befeuchtung erfolgt durch Besprühen der Oberfläche mit Wasser oder Bedampfung und die Erwärmung durch beheizte Formwalzen und Vorwärmhauben.
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Die zum Verbessern des plastischen Umformvermögens eingesetzte Erwärmung und Befeuchtung sowie die anschließende Trocknung der gewellten Papierbahn ist sehr energieintensiv. Im Gegensatz dazu besteht die anhaltende Forderung den Energieverbrauch und die damit verbundenen CO2-Emmissionen bei der Papierproduktion und Papierweiterverarbeitung zu reduzieren.
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Von der Erfindung zu lösende technische Aufgabe
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Ausbilden von einer gewellten Papierbahn aus einer Rohpapierbahn bereitzustellen, mit der eine Tragfähigkeit der gewellten Papierbahn verbessert werden kann sowie ein verringerter Energieverbrauch und entsprechend verringerte CO2-Emmissionen erreicht werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zum Ausbilden von einer gewellten Papierbahn aus einer Rohpapierbahn gelöst, die die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 aufweist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausbilden von einer gewellten Papierbahn aus einer Rohpapierbahn ist Gegenstand des Anspruchs 14. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausbilden von einer gewellten Papierbahn aus einer Rohpapierbahn hat eine Anfangsformeinrichtung, die eine Anfangsformwalze mit einer profilierten Außenumfangsfläche umfasst, die eine Anfangswellenstruktur aufweist, die eine Wellenhöhe hat, die kleiner als eine Wellenhöhe der auszubildenden gewellten Papierbahn ist. Die Anfangsformeinrichtung ist eingerichtet, die Rohpapierbahn mit der Anfangswellenstruktur vorzuformen. Des Weiteren hat die Vorrichtung eine Endformeinrichtung, die eine Endformwalze mit einer profilierten Außenumfangsfläche umfasst, die eine Endwellenstruktur aufweist, die der Wellenstruktur der herzustellenden gewellten Papierbahn entspricht, und eingerichtet ist, die vorgeformte Rohpapierbahn mit der Endwellenstruktur umzuformen. Des Weiteren hat die Vorrichtung eine Wellenausbildungseinrichtung, die zwischen der Anfangsformeinrichtung und der Endformeinrichtung angeordnet und eingerichtet ist, eine Umformung der Wellenstruktur der vorgeformten Rohpapierbahn von der Anfangswellenstruktur zu der Endwellenstruktur entlang einer Maschinenrichtung zu leiten.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erfolgt das Umformen des Rohpapiers mehrschrittig über mehrere Formwalzenpaare. Dabei steigt in der Maschinenrichtung die Höhe der gebildeten Welle der Wellenstruktur. Folglich können die Biege- und Schub- sowie Zugbeanspruchungen, denen das Rohmaterial ausgesetzt wird, erheblich verringert werden, wodurch eine Verringerung der Tragfähigkeit der auszubildenden Wellpappe und partielles Versagen auf Mesostrukturebene verhindert werden kann.
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Eine gestreckte Länge der Anfangswellenstruktur der Anfangsformwalzen kann gleich einer gestreckten Länge der Endwellenstruktur der Endformwalze sein.
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Folglich steigt in der Maschinenrichtung die Höhe der gebildeten Welle bei gleichbleibender gestreckter Länge der Wellenstruktur. Folglich können die Biege- und Schub- sowie Zugbeanspruchungen, denen das Rohmaterial ausgesetzt wird, weiter verringert werden, was zu einer verbesserten Tragfähigkeit der auszubildenden Wellpappe führen kann.
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Die Wellenausbildungseinrichtung kann durch ein erstes Flächenbauteil und ein zweites Flächenbauteil mit jeweils einer Formfläche ausgebildet sein. Die Formflächen des ersten Flächenbauteils und des zweiten Flächenbauteils können einander zugewandt angeordnet sein. Die Wellenausbildungseinrichtung kann derart eingerichtet sein, dass die Hochpunkte der Wellenberge der vorgeformten Rohpapierbahn mit der Formfläche des ersten Flächenbauteils in Kontakt kommen, und die Tiefpunkte der Wellentäler der vorgeformten Rohpapierbahn mit der Formfläche des zweiten Flächenbauteils in Kontakt kommen.
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Dadurch erfolgt ein großer Teil der Umformung ohne Einwirkung von Formwalzen, wodurch die im Rohmaterial auftretenden Biege- und Schub- sowie Zugbeanspruchungen weiter reduziert werden können. Gleichzeitig kann die Umformung der vorgeformten Rohpapierbahn durch die Formflächen sicher geführt werden.
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Zwischen den Formflächen kann ein Hohlraum ausgebildet sein, der eine Höhe aufweist, die einem Abstand der beiden Formflächen senkrecht zu der Maschinenrichtung entspricht. Der Hohlraum kann sich in der Maschinenrichtung erstrecken und eingerichtet sein, die vorgeformte Rohpapierbahn in der Maschinenrichtung zu leiten.
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Eine Höhe des Hohlraums an einem Ende in der Maschinenrichtung auf der Seite der Anfangsformeinrichtung kann einer doppelten Wellenhöhe der Anfangswellenstruktur entsprechen. Eine Höhe des Hohlraums an einem Ende in der Maschinenrichtung auf der Seite der Endformeinrichtung kann einer doppelten Wellenhöhe der Endwellenstruktur entsprechen. Die Höhe des Hohlraums in der Maschinenrichtung kann von dem Ende auf der Seite der Anfangsformeinrichtung zu dem Ende auf der Seite der Endformeinrichtung konstant zunehmen.
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Die Anfangsformeinrichtung kann eine Antriebseinrichtung umfassen, die eingerichtet ist, um die Anfangsformwalze in der Umfangsrichtung zu drehen. Die Endformeinrichtung kann eine Antriebseinrichtung umfassen, die eingerichtet ist, um die Endformwalze in der Umfangsrichtung zu drehen. Die Vorrichtung kann des Weiteren eine Steuerungseinrichtung aufweisen, die die Antriebseinrichtungen steuert. Die Steuerungseinrichtung kann eingerichtet sein, in einem Normalbetrieb die Antriebseinrichtungen derart zu steuern, dass eine Zeitspanne, in der die Anfangsformwalze von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht, gleich einer Zeitspanne ist, in der die Endformwalze von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht.
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Die Steuerungseinrichtung kann eingerichtet sein, in einem Anfahrbetrieb die Antriebseinrichtungen derart zu steuern, dass eine Zeitspanne, in der die Anfangsformwalze von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht, kleiner oder größer als eine Zeitspanne ist, in der die Endformwalze von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht.
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Die Wellenausbildungseinrichtung kann des Weiteren eine Zwischenformeinrichtung aufweisen, die eine Zwischenformwalze mit einer profilierten Außenumfangsfläche umfasst, die eine Zwischenwellenstruktur aufweist, die eine Wellenhöhe hat, die kleiner als die Wellenhöhe der Endwellenstruktur und größer als die Wellenhöhe der Anfangswellenstruktur ist.
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Das erste Flächenbauteil und das zweite Flächenbauteil der Wellenausbildungseinrichtung kann segmentweise zwischen der Anfangsformeinrichtung, der Zwischenformeinrichtung und der Endformeinrichtung vorgesehen sein.
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Die Wellenausbildungseinrichtung kann des Weiteren eine Befeuchtungseinrichtung und/oder eine Heizeinrichtung aufweist, die eingerichtet ist/sind, Abschnitte der vorgeformten Rohpapierbahn, die die Hochpunkte der Wellenberge umfassen, und Abschnitte der vorgeformten Rohpapierbahn, die die Tiefpunkte der Wellenberge umfassen, in dem Hohlraum zu befeuchten und/oder zu beheizen.
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Mindestens eine der Anfangsformeinrichtung und der Zwischenformeinrichtung kann des Weiteren eine Heizeinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, die auszubildende Wellenstruktur lokal über die Formwalze zu beheizen.
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Durch das lokale Konditionieren kann eine erhebliche Einsparung von Primärenergie erreicht werden.
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Die Anfangsformeinrichtung kann ein Anfangsformwalzenpaar aufweisen, wobei die Anfangsformwalze eine der beiden Formwalzen des Anfangsformwalzenpaars ist. Die Endformeinrichtung kann ein Endformwalzenpaar aufweisen, wobei die Endformwalze eine der beiden Formwalzen des Endformwalzenpaars ist.
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Die Form der auszubildenden Wellenstruktur kann eine sinusähnliche Wellenform, ein V-Profil, ein Trapezprofil oder Kombinationen dieser sein.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausbilden von einer gewellten Papierbahn aus einer Rohpapierbahn umfasst einen Anfangsformschritt, bei dem die Rohpapierbahn mit einer Anfangswellenstruktur vorgeformt wird, die eine Wellenhöhe hat, die kleiner als die Wellenhöhe der auszubildenden gewellten Papierbahn ist, einen Endformschritt, bei dem die vorgeformte Rohpapierbahn mit einer Endwellenstruktur umgeformt wird, die der Wellenstruktur der herzustellenden gewellten Papierbahn entspricht, und einen zwischen dem Anfangsformschritt und dem Endformschritt durchgeführten Wellenausbildungsschritt, bei dem eine Ausformung der Wellenstruktur in der vorgeformten Rohpapierbahn von der Anfangswellenstruktur zu der Endwellenstruktur in einer Maschinenrichtung geleitet wird.
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Die Ausbildung der gewellten Papierbahn aus einer Rohpapierbahn kann in einer Vorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltung erfolgen.
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Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung einer Ausführungsform und den angefügten Zeichnungen ersichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung zum Ausbilden von einer gewellten Papierbahn aus einer Rohpapierbahn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist ein Schaubild zur Erläuterung der Begriffe „Wellenhöhe“, „Wellenlänge“ und „gestreckte Länge“.
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Beschreibung von mindestens einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer Vorrichtung zum Ausbilden von einer gewellten Papierbahn WP aus einer Rohpapierbahn P gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Die Vorrichtung umfasst eine Anfangsformeinrichtung 100, eine Wellenausbildungseinrichtung 200, eine Endformeinrichtung 300 und eine Steuerungseinrichtung (in den Figuren nicht gezeigt).
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In der vorliegenden Ausführungsform hat die Wellenstruktur der auszubildenden gewellten Papierbahn die Form einer sinusähnlichen Welle (auch Rundriffelform genannt). Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht begrenzt. Mit der Vorrichtung kann auch eine Wellenstruktur mit einer beliebigen anderen Form ausgebildet werden, wie beispielsweise ein V-Profil, ein Trapezprofil oder Kombinationen dieser.
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Die Wellenstruktur der auszubildenden gewellten Papierbahn hat eine Wellenhöhe Ae, die auch als Amplitude Ae bezeichnet werden kann, eine Wellenlänge Le und eine gestreckte Länge Be, die auch als Bogenlänge Be bezeichnet werden kann. Die Wellenhöhe Ae beschreibt die Höhe einer maximalen Erhebung, auch Wellenberg genannt, beziehungsweise die Tiefe einer maximalen Vertiefung, auch Wellental genannt, jeweils auf eine neutrale Ausgangslage bezogen, die auch als Nulllinie bezeichnet werden kann. Die gestreckte Länge Be beschreibt die Länge eines Wegs entlang der Wellenstruktur von einem Punkt auf einem Wellenberg zu einem entsprechenden Punkt auf einem unmittelbar benachbarten Wellenberg, das heißt zu einem Punkt, der eine Wellenlänge Le entfernt ist. Die oben beschriebenen Begriffe bezüglich der Wellenstruktur sind in 2 beispielhaft für eine Sinuswelle veranschaulicht.
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Die Anfangsformeinrichtung 100 weist eine Anfangsformwalze 110 auf, die eine profilierte Außenumfangsfläche hat. Genauer gesagt weist die profilierte Außenumfangsfläche eine Anfangswellenstruktur 111 auf, die eine Form hat, die der Form der Wellenstruktur der auszubildenden gewellten Papierbahn entspricht, jedoch eine Wellenhöhe Aa hat, die kleiner als die Wellenhöhe Ae der auszubildenden gewellten Papierbahn WP ist. Wie in 2 veranschaulicht ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Anfangswellenstruktur 111 eine Sinuswelle mit der Wellenhöhe Aa.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist die Anfangsformeinrichtung 100 ein Anfangsformwalzenpaar auf, wobei die oben beschriebene Anfangsformwalze 110 eine der beiden Formwalzen ist. Die andere Formwalze ist eine Formwalze mit einer profilierten Außenumfangsfläche, die eine Wellenstruktur hat, die zu der Anfangswellenstruktur 111 der Anfangsformwalze 110 passt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Außenumfangsfläche der anderen Formwalze auch mit der Anfangswellenstruktur 111 versehen. Die beiden Formwalzen des Anfangsformwalzenpaars sind derart angeordnet, dass die profilierten Außenumfangsflächen ineinander eingreifen. Die Achsen der beiden Formwalzen sind parallel und in einem Abstand zueinander angeordnet, sodass ein Wellenberg der profilierten Außenumfangsfläche der einen Formwalze in ein Wellental der anderen Formwalze eingreift. Durch einen entsprechend gewählten Abstand zwischen den Achsen der Formwalzen, kann ein Spalt, der zwischen den Außenumfangsflächen der beiden Formwalzen ausgebildet wird, eingestellt werden.
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Die Rohpapierbahn P wird in dem zwischen den Außenumfangsflächen der beiden Formwalzen ausgebildeten Spalt eingelegt und so mit der Anfangswellenstruktur 111 vorgeformt. Durch eine entsprechende Drehung der Anfangsformwalze 110 um die Achse der Anfangsformwalze 110 wird die Rohpapierbahn P in eine Maschinenrichtung M gefördert, die sich im Wesentlichen tangential zu den Formwalzen erstreckt, und kontinuierlich mit der Anfangswellenstruktur 111 vorgeformt. Die andere Formwalze des Anfangsformwalzenpaars kämmt mit der Anfangsformwalze 110.
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Die Endformeinrichtung 300 weist eine Endformwalze 310 auf, die eine profilierte Außenumfangsfläche hat. Genauer gesagt weist die profilierte Außenumfangsfläche eine Endwellenstruktur 311 auf, die der Wellenstruktur der auszubildenden gewellten Papierbahn entspricht. Insbesondere entspricht die Wellenhöhe der Endwellenstruktur 311 der Wellenhöhe Ae der auszubildenden gewellten Papierbahn WP. Wie in 2 veranschaulicht ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Endwellenstruktur 311 eine Sinuswelle mit der Wellenhöhe Ae.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist die Endformeinrichtung 300 ein Endformwalzenpaar auf, wobei die oben beschriebene Endformwalze 310 eine der beiden Formwalzen ist. Die andere Formwalze ist eine Formwalze mit einer profilierten Außenumfangsfläche, die eine Wellenstruktur hat, die zu der Endwellenstruktur 311 der Endformwalze 310 passt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Außenumfangsfläche der anderen Formwalze auch mit der Endwellenstruktur 311 versehen. Die beiden Formwalzen des Endformwalzenpaars sind derart angeordnet, dass die profilierten Außenumfangsflächen ineinander eingreifen. Die Achsen der beiden Formwalzen sind parallel und in einem Abstand zueinander angeordnet, sodass ein Wellenberg der profilierten Außenumfangsfläche der einen Formwalze in ein Wellental der anderen Formwalze eingreift. Durch einen entsprechend gewählten Abstand zwischen den Achsen der Formwalzen, kann ein Spalt, der zwischen den Außenumfangsflächen der beiden Formwalzen ausgebildet wird, eingestellt werden. Zudem sind die Achsen der Formwalzen der Endformeinrichtung 300 parallel zu den Achsen der Formwalzen der Anfangsformeinrichtung 100 angeordnet.
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Die Endformeinrichtung 300 ist in der Maschinenrichtung M stromabwärts der Anfangsformeinrichtung 100 angeordnet. Die in der Anfangsformeinrichtung 100 vorgeformte Rohpapierbahn P wird in dem zwischen den Außenumfangsflächen der beiden Formwalzen der Endformeinrichtung 300 ausgebildeten Spalt eingelegt und so mit der Endwellenstruktur 111 umgeformt. Die Umformung erfolgt derart, dass ein Wellenberg bzw. Wellental der vorgeformten Rohpapierbahn P zu einem Wellenberg bzw. Wellental der gewellten Papierbahn WP umgeformt wird. Durch eine entsprechende Drehung der Endformwalze 310 wird die vorgeformte Rohpapierbahn P in der Maschinenrichtung M gefördert und kontinuierlich mit der Endwellenstruktur 311 umgeformt. Die andere Formwalze des Endformwalzenpaars kämmt mit der Endformwalze 110.
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Wie in 2 veranschaulicht ist, sind die Wellenstrukturen der profilierten Außenumfangsflächen der Anfangsformwalze 110 und der Endformwalze derart ausgebildet, dass eine gestreckte Länge (Bogenlänge) Ba der Anfangswellenstruktur 111 der Anfangsformwalze 110 gleich einer gestreckten Länge (Bogenlänge) Be der Endwellenstruktur 311 der Endformwalze 310 ist.
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Die Wellenausbildungseinrichtung 200 ist entlang der Maschinenrichtung M zwischen der Anfangsformeinrichtung 110 und der Endformeinrichtung 310 angeordnet. Die Wellenausbildungseinrichtung 200 dient dazu, eine Umformung der Wellenstruktur der vorgeformten Rohpapierbahn P von der Anfangswellenstruktur 111 zu der Endwellenstruktur 311 entlang der Maschinenrichtung M zu leiten. Das heißt, durch die Wellenausbildungseinrichtung 200 wird eine Umformung der vorgeformten Rohpapierbahn P zu der auszubildenden gewellten Papierbahn WP unterstützt.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist die Wellenausbildungseinrichtung 200 durch ein erstes Flächenbauteil 210 und ein zweites Flächenbauteil 220 ausgebildet. Das erste und zweite Flächenbauteil 210, 220 erstreckt sich entlang der Maschinenrichtung und parallel zu den Achsen der Formwalzen der Anfangsformeinrichtung 110 und der Endformeinrichtung 310. Dadurch bilden das erste und zweite Flächenbauteil 210, 220 jeweils eine Formfläche 211, 221 aus, die der vorgeformten Rohpapierbahn P zugewandt ist. Das heißt, die Formflächen 211, 221 des ersten Flächenbauteils 210 und des zweiten Flächenbauteils 220 sind einander zugewandt angeordnet.
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Zwischen den Formflächen 211, 221 ist ein Hohlraum ausgebildet, der eine Höhe H aufweist. Die Höhe H entspricht einem Abstand der beiden Formflächen 211, 221 senkrecht zu der Maschinenrichtung M. Der Hohlraum erstreck sich in der Maschinenrichtung M und nimmt die vorgeformte Rohpapierbahn P auf, die aus dem Spalt zwischen den Formwalzen der Anfangsformeinrichtung 100 tritt, und leitet die vorgeformte Rohpapierbahn P in die Maschinenrichtung M. Der Hohlraum kann auch als Transportschacht für die vorgeformte Rohpapierbahn P bezeichnet werden.
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Die Höhe H des Hohlraums verändert sich entlang der Maschinenrichtung M. Insbesondere entspricht die Höhe H an einem Ende in der Maschinenrichtung M auf der Seite der Anfangsformeinrichtung 100 im Wesentlichen der doppelten Wellenhöhe Aa der Anfangswellenstruktur 111. Die Höhe H des Hohlraums an einem Ende in der Maschinenrichtung M auf der Seite der Endformeinrichtung 300 entspricht im Wesentlichen der doppelten Wellenhöhe Ae der Endwellenstruktur. Von dem Ende auf der Seite der Anfangsformeinrichtung 100 zu dem Ende auf der Seite der Endformeinrichtung 300 nimmt die Höhe H des Hohlraums in der Maschinenrichtung M gleichbleibend zu.
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Durch diese Ausgestaltung der Wellenausbildungseinrichtung 200 und insbesondere durch die Höhe H des Hohlraums zwischen den Formflächen 211, 221, kommen die Hochpunkte der Wellenberge der vorgeformten Rohpapierbahn P mit der Formfläche 211 des ersten Flächenbauteils 210 und die Tiefpunkte der Wellentäler der vorgeformten Rohpapierbahn P mit der Formfläche 221 des zweiten Flächenbauteils 220 in Kontakt. Durch ein geeignetes Einstellen der Drehgeschwindigkeiten der Formwalzen der Anfangsformeinrichtung 100 und der Endformeinrichtung 300 bleiben die Hochpunkte der Wellenberge und die Tiefpunkte der Wellentäler der sich in Maschinenrichtung bewegenden vorgeformten Rohpapierbahn P mit den Formflächen 211, 221 in Kontakt. Das heißt, die Wellenhöhe A der vorgeformten Rohpapierbahn P steigt entsprechend der halben Höhe H des Hohlraums von der Anfangsformeinrichtung 100 zu der Endformeinrichtung 300, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird.
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Die Formflächen 211, 221 können durch Stege ausgebildet werden, die sich im Wesentlichen entlang der Maschinenrichtung erstrecken. In diesem Fall können die Formwalzen mit Umfangsnuten versehen sein, in die die Stege der Formflächen 211, 221 einlaufen können.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Wellenausbildungseinrichtung 200 des Weiteren eine Zwischenformeinrichtung 230. Im Wesentlichen ist die Zwischenformeinrichtung 230 ähnlich wie die Anfangsformeinrichtung 100 bzw. Endformeinrichtung 300 ausgebildet. Die Zwischenformeinrichtung 230 umfasst eine Zwischenformwalze 230 mit einer profilierten Außenumfangsfläche, die eine Zwischenwellenstruktur 231 aufweist. Die Wellenhöhe Hz der Zwischenwellenstruktur 231 ist kleiner als die Wellenhöhe He der Endwellenstruktur 311 und größer als die Wellenhöhe Ha der Anfangswellenstruktur 111. Die Zwischenwellenstruktur 231 ist derart ausgebildet, dass eine gestreckte Länge (Bogenlänge) Bz der Zwischenwellenstruktur 231 gleich der gestreckten Länge (Bogenlänge) Ba der Anfangswellenstruktur 111 der Anfangsformwalze 110 und gleich der gestreckten Länge (Bogenlänge) Be der Endwellenstruktur 311 der Endformwalze 310 ist.
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Die Zwischenformeinrichtung 230 kann an einer beliebigen Stelle entlang der Maschinenrichtung M zwischen der Anfangsformeinrichtung 100 und der Endformeinrichtung 300 angeordnet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Zwischenformeinrichtung 230 in der Mitte zwischen der Anfangsformeinrichtung 100 und der Endformeinrichtung 300 angeordnet. Es können auch je nach Bedarf mehrere Zwischenformeinrichtungen 230 entlang der Maschinenrichtung zwischen der Anfangsformeinrichtung 100 und der Endformeinrichtung 300 angeordnet werden.
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Die Wellenhöhe Hz der Zwischenformeinrichtung 230 entspricht im Wesentlichen der halben Höhe H des Hohlraums zwischen den Formflächen 211, 221 an der Stelle in der Maschinenrichtung M, an der die Zwischenformeinrichtung zwischen der Anfangsformeinrichtung 100 und der Endformeinrichtung 300 angeordnet ist.
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Das erste Flächenbauteil 210 mit der Formfläche 211 und das zweite Flächenbauteil 220 mit der Formfläche 221 können segmentweise zwischen den Formwalzen der Anfangsformeinrichtung 100, der Zwischenformeinrichtung 230 und der Endformeinrichtung 300 vorgesehen sein.
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Die Anfangsformeinrichtung 100 und/oder die Zwischenformeinrichtung 230 kann mit einer Heizeinrichtung ausgestattet sein, um die Papierbahn beim Umformen zu beheizen und dadurch das plastische Umformvermögen der Rohpapierbahn P zu verbessern. Die Heizeinrichtung beheizt die Außenumfangsfläche der Formwalzen, die mit der Papierbahn P in Kontakt kommt. Die Außenumfangsfläche der Formwalzen kann im Flankenbereich der Wellenstruktur ohne nennenswerte Krümmung mit Vertiefungen versehen sein. Diese Vertiefungen können beispielsweise ca. 100 µm tief sein. Dadurch wird ein Kontakt der Außenumfangsfläche der Formwalze mit der Papierbahn im Flankenbereich verhindert. Folglich werden nur die Bereiche der Papierbahn P mit großer Krümmung und entsprechend hoher plastischer Umformung durch die Heizeinrichtung beheizt. Durch diese zielgerichtete lokale Beheizung der Papierbahn P kann Energie eingespart werden.
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Die Wellenausbildungseinrichtung 200 kann eine Befeuchtungseinrichtung aufweisen. Insbesondere können die Bereiche der Papierbahn P mit großer Krümmung, d.h. die Abschnitte der vorgeformten Rohpapierbahn P, die die Hochpunkte der Wellenberge umfassen, und Abschnitte der vorgeformten Rohpapierbahn (P), die die Tiefpunkte der Wellenberge umfassen, in dem Hohlraum durch die Befeuchtungseinrichtung befeuchtet werden. Dadurch wird eine Verbesserung des plastischen Umformvermögens des Rohmaterials erreicht. Beispielsweise können Wellenberge und Wellentäler durch Schlitze, die im ersten Flächenbauteil 210 mit der Formfläche 211 und im zweiten Flächenbauteil 220 mit der Formfläche 221 vorgesehen sein können, mit Wasser besprüht werden. Des Weiteren können das erste und zweite Flächenbauteil 210, 220 beheizt werden, wodurch die Abschnitte der vorgeformten Rohpapierbahn P, die mit den Formflächen 211, 221 des ersten und zweiten Flächenbauteils 210, 220 in Kontakt kommen, in dem Hohlraum erwärmt werden.
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Die Anfangsformeinrichtung 100 umfasst eine Antriebseinrichtung, die die Anfangsformwalze 110 in der Umfangsrichtung drehen kann. Die Antriebseinrichtung wird durch die Steuerungseinrichtung gesteuert, um eine Zeitspanne T einzustellen, in der die Anfangsformwalze 110 von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht.
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Die Zwischenformeinrichtung 230 umfasst eine Antriebseinrichtung, die die Zwischenformwalze 230 in der Umfangsrichtung drehen kann. Die Antriebseinrichtung wird durch die Steuerungseinrichtung gesteuert, um eine Zeitspanne T einzustellen, in der die Zwischenformwalze 230 von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht.
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Die Endformeinrichtung 300 umfasst eine Antriebseinrichtung, die die Endformwalze 310 in der Umfangsrichtung drehen kann. Die Antriebseinrichtung wird durch die Steuerungseinrichtung gesteuert, um eine Zeitspanne T einzustellen, in der die Endformwalze 310 von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht.
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Nachfolgend wird ein Betrieb der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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In einem Anfangsformschritt wird die Rohpapierbahn P, die von einer vorgelagerten Abrolleinrichtung zugeführt wird, in der Anfangsformeinrichtung 100 mit der Anfangswellenstruktur 111 vorgeformt. Durch die sich drehende Anfangsformwalze 110 der Anfangsformeinrichtung 100 wird die Rohpapierbahn P durch den Spalt zwischen den Wellenbergen und Wellentälern des Formwalzenpaars der Anfangsformeinrichtung 100 geführt, wodurch die Rohpapierbahn P mit der Anfangswellenstruktur 111 vorgeformt, die eine Wellenhöhe Ha hat, die kleiner als die Wellenhöhe He der auszubildenden gewellten Papierbahn WP ist.
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Die Rohpapierbahn P wird mit einer Vorschubgeschwindigkeit V0 in der Maschinenrichtung M der Anfangsformeinrichtung 100 zugeführt. Die vorgeformte Rohpapierbahn P verlässt die Anfangsformeinrichtung 100 und wird unmittelbar dem zwischen dem ersten und zweiten Flächenbauteil 210, 220 ausgebildeten Hohlraum der Wellenausbildungseinrichtung 200 zugeführt. Da die Höhe des Hohlraums H an der Anfangsformeinrichtung 100 im Wesentlichen der doppelten Wellenhöhe Ha der Anfangswellenstruktur 111 entspricht, kommen die Wellenberge und Wellentäler der vorgeformten Rohpapierbahn mit den Formflächen 211, 221 des ersten und zweiten Flächenbauteils 210, 220 in Kontakt und gleiten entlang der Formflächen 211, 221 entlang der Maschinenrichtung M.
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In einem Endformschritt wird die vorgeformte Rohpapierbahn P, die der Endformeinrichtung 300 aus dem Hohlraum der Wellenausbildungseinrichtung 200 zugeführt wird, mit der Endwellenstruktur 311 umgeformt. Durch die sich drehende Endformwalze 310 der Endformeinrichtung 300 wird die Rohpapierbahn P durch den Spalt zwischen den Wellenbergen und Wellentälern des Formwalzenpaars der Endformeinrichtung 300 geführt, wodurch die vorgeformte Rohpapierbahn P mit der Endwellenstruktur 311 umgeformt wird, die der Wellenstruktur der herzustellenden gewellten Papierbahn WP entspricht.
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Die mit der Endwellenstruktur 311 umgeformte Papierbahn P verlässt die Endformeinrichtung 300 als die gewellte Papierbahn WP mit einer Vorschubgeschwindigkeit V1 in der Maschinenrichtung M. Die gewellte Papierbahn WP kann nachfolgend einer zentralen Form-, Klebe- und Fügewalze zugeführt werden, um die gewellte Papierbahn WP zur Wellpappe weiter zu verarbeiten.
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Zwischen dem Anfangsformschritt und dem Endformschritt erfolgt in der Wellenausbildungseinrichtung 200 ein Wellenausbildungsschritt, bei dem eine Ausformung der Wellenstruktur in der vorgeformten Rohpapierbahn P von der Anfangswellenstruktur 111 zu der Endwellenstruktur 311 in der Maschinenrichtung M geleitet wird.
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In der Wellenausbildungseinrichtung 200 wird die Wellenhöhe der vorgeformten Rohpapierbahn P von der Wellenhöhe Ha der Anfangswellenstruktur 111 zu der Wellenhöhe He der Endwellenstruktur 311 erhöht. Insbesondere bleiben die in der vorgeformten Rohpapierbahn P ausgebildeten Hochpunkte der Wellenberge bzw. Tiefpunkte der Wellentäler mit den Formflächen 211, 221 des ersten und zweiten Flächenbauteils 210, 220 in Kontakt. Die Wellenhöhe der vorgeformten Rohpapierbahn P steigt entsprechend mit der in der Maschinenrichtung M ansteigenden Höhe H des Hohlraums der Wellenausbildungseinrichtung 200.
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Die Erhöhung der Wellenhöhe der vorgeformten Rohpapierbahn P in der Wellenausbildungseinrichtung 200 wird durch eine entsprechende Steuerung der Drehgeschwindigkeiten der Anfangsformwalze 110 und der Endformwalze 310 erreicht.
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In einem Normalbetrieb, d.h. ein Betrieb, in dem die Rohpapierbahn P kontinuierlich zu der gewellten Papierbahn WP ausgebildet wird, steuert die Steuerungseinrichtung die Antriebseinrichtungen der Anfangsformwalze 110 und der Endformwalze 310 derart, dass eine Zeitspanne T, in der die Anfangsformwalze 110 von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht, gleich einer Zeitspanne T ist, in der die Endformwalze 310 von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht. D.h. die Zeitspanne T, in der die Anfangsformwalze 110 die vorgeformte Rohpapierbahn P um eine Wellenlänge La der Anfangswellenstruktur 111 in die Maschinenrichtung M schiebt, entspricht der Zeitspanne T, in der die Endformwalze 310 die umgeformte Papierbahn, die der gewellten Papierbahn WP entspricht, um eine Wellenlänge Le der Endwellenstruktur 311 in die Maschinenrichtung M schiebt.
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Folglich dreht die Endformwalze 310 mit einer geringeren Geschwindigkeit bezüglich der Außenumfangsfläche als die Anfangsformwalze 110. Durch diesen Geschwindigkeitsunterschied wird die vorgeformte Rohpapierbahn P in dem Hohlraum der Wellenausbildungseinrichtung 200 zwischen der Anfangsformeinrichtung 100 und der Endformeinrichtung 300 derart aufgeschoben, dass die Wellenberge bzw. Wellentäler der vorgeformten Rohpapierbahn P mit den Formflächen 211, 221 der Wellenausbildungseinrichtung 200 in Kontakt bleiben und die Wellenhöhe der vorgeformten Rohpapierbahn entsprechend der Höhe des Hohlraums in der Maschinenrichtung zunimmt.
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Durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Anfangsformwalze 110 und der Endformwalze 310 ist die Vorschubgeschwindigkeit V0 der zugeführten Rohpapierbahn V0 größer als die Vorschubgeschwindigkeit V1, mit der die ausgebildete gewellte Papierbahn WP die Endformeinrichtung 300 verlässt.
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Um die Ausbildung von der vorgeformten Rohpapierbahn P zu der gewellten Papierbahn WP in der Wellenausbildungseinrichtung 200 weiter zu unterstützen, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Zwischenformeinrichtung mit der Zwischenformwalze 230 vorgesehen. Die Steuerungseinrichtung steuert die Antriebseinrichtungen der Zwischenformwalze 230 derart, dass eine Zeitspanne T, in der die Zwischenformwalze 110 von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht, gleich einer Zeitspanne T ist, in der die Anfangsformwalze 110 und die Endformwalze 310 von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht. D.h. die Zeitspanne T, in der die Zwischenformwalze 230 die vorgeformte Rohpapierbahn P um eine Wellenlänge Lz der Zwischenwellenstruktur 231 in die Maschinenrichtung M schiebt, entspricht der Zeitspanne T, in der die Anfangsformwalze 110 bzw. die Endformwalze 310 die Papierbahn, um die Wellenlänge La der Anfangswellenstruktur 111 bzw. die Wellenlänge Le der Endwellenstruktur 311 in die Maschinenrichtung M schiebt.
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Das Umformen der Rohpapierbahn P erfolgt somit mehrschrittig über mehrere Formwalzenpaare. Dabei steigt in der Maschinenrichtung von Form- zu Formwalzenpaar die Höhe der ausgebildeten Wellenstruktur bei gleichbleibender gestreckter Länge der ausgebildeten Wellenstruktur. Dabei ist die Frequenz, mit der die Formwalzen von Wellenberg zu Wellenberg drehen, bei allen Formwalzen gleich. Der Transport der vorgeformten Rohpapierbahn P zwischen den Formwalzenpaaren erfolgt innerhalb des Hohlraums der Wellenausbildungseinrichtung 200, wobei die Höhe H des Hohlraums kontinuierlich mit der Höhe der gebildeten Wellenstruktur der vorgeformten Rohpapierbahn P steigt.
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Eine Befeuchtung der Wellenberge bzw. Wellentäler kann beim Transport im Hohlraum der Wellenausbildungseinrichtung 200 zwischen den Formwalzen oder zu Beginn des Prozesses per Druckverfahren realisiert werden (Befeuchtungsmuster). Eine lokale Erwärmung ist im Hohlraum der Wellenausbildungseinrichtung oder wie oben beschrieben über die Formwalzen möglich. Dabei sind die Wellenflanken an den Formwalzen durch die ausgebildeten Vertiefungen isoliert, um eine Wärmeübertragung an die nur gering zu verformenden, späteren Stege der gewellten Papierbahn WP zu minimieren. Eine lokale Erwärmung und Durchfeuchtung können somit erzielt werden.
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Beim neuartigen Konditionierungsprozess des Wellenstoffes findet nur eine partielle Erwärmung und Befeuchtung der Rohpapierbahn statt, wodurch Energie eingespart werden kann.
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Zudem werden durch den Umformungsprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform nur die für die Ausformung der gewellten Papierbahn WP erforderlichen Bereich plastisch umgeformt, wodurch eine vergleichbare Struktursteifigkeit bei verringertem Materialeinsatz realisiert werden kann
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Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht das nur lokale Umformen der Wellenberge und Welltäler. Dies wiederum eröffnet die Option eines nur lokalen Erwärmens und Befeuchtens des Rohmaterials.
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Durch das lokale Konditionieren und dem gutschonenden Verarbeitungsprozess mit reduzierter Schub- und Zugbeanspruchung kann eine erhebliche Einsparung von Primärenergie, die Option eines reduzierten Materialeinsatzes bei vergleichbaren mechanischen Produkteigenschaften sowie ein größeres Verarbeitungsfenster von Wellenstoffen und eine höherer mögliche Maschinenausbringung erreicht werden.
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Zur Einrichtung der Vorrichtung, beispielsweise wenn eine neue Rohpapierbahn von einer Abrolleinrichtung der Vorrichtung zugeführt werden soll, kann die Steuerungseinrichtung in einem Anfahrbetrieb die Antriebseinrichtungen der Formwalzen derart steuern, dass eine Zeitspanne Ta, in der die Anfangsformwalze 110 von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht, kleiner oder größer als eine Zeitspanne Te ist, in der die Endformwalze 310 von einem bestimmten Punkt eines Wellenbergs zum entsprechenden Punkt eines nächsten Wellenbergs dreht. Dadurch kann bei dem Anfahrbetrieb der Vorrichtung eine optimale Befüllung des Hohlraums eingestellt und gewährleistet werden.
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Abwandlungen der Ausführungsform
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen können zweckmäßig abgewandelt oder kombiniert werden.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die auszubildende Wellenstruktur eine Sinuswellenform. Die Wellenstruktur kann jedoch auch eine beliebige andere Wellenstruktur sein, wie zum Beispiel ein Wellenprofil, ein V-Profil, ein Trapezprofil oder Kombinationen derer.
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Sollen beispielsweise unsymmetrischen Trapezprofile realisiert werden, können die beiden Formwalzen der Formwalzenpaare nicht dieselbe Profilstruktur aufweisen.
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Die obige Beschreibung ist nicht erschöpfend und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannte(n) Ausführungsform(en) beschränkt. Der Fachmann wird erkennen, dass innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung verschiedene Abwandlungen und Kombinationen der in der/den obigen Ausführungsform(en) enthaltenen Merkmale möglich sind. Daher sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche bestimmt werden.