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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Papierbahn,
bei dem man die Papierbahn übertrocknet,
rückbefeuchtet
und durch einen Kalander führt.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung die Behandlung von SC-Papier im off-line-Prozeß.
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Bei
der Herstellung einer Papierbahn aus SC- Papier wird die Papierbahn
am Ende der Papiermaschine in der Trockenpartie getrocknet. Hierbei wird
die mittlere Feuchte auf einen vorbestimmten Wert eingestellt. Es
zeigt sich allerdings, daß sich "Feuchtigkeitsnester" in der Größenordnung
von wenigen Quadratzentimetern bilden und zwar in und zwischen den
Fasern der Bahn. Dies führt
zu "Flecken" mit hohem Feuchtegehalt
neben Bereichen mit geringerer Feuchte. Besonders nachteilig wirken
sich diese feuchte Flecken im Zusammenhang mit einer Satinage aus,
bei der nach Einwirkung von höherem Druck
und höherer
Temperatur ein sogenanntes "Cockling" entstehen kann.
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Um
dieses Problem zu beseitigen, ist es bekannt, die Papierbahn zu übertrocknen. Übertrocknen
bedeutet hierbei, den Feuchtegehalt der Papierbahn auf einen Wert
zu verringern, der unterhalb eines Wertes liegt, der für die Satinage
der Papierbahn in einem Kalander erforderlich ist. Die Papierbahn weist
dann eine Feuchte vo beispielsweise 2 % auf. Die so übertrocknete
Papierbahn wird rückbefeuchtet,
so daß sie
die Feuchte erhält,
die für
die Satinage erforderlich ist. Die rückbefeuchtete Papierbahn kann dann
entweder on-line satiniert oder aufgewickelt und später abgewickelt
und off-line satiniert werden. Die Rückbefeuchtung kann noch in
der Papiermaschine erfolgen, also nach der Trockenpartie und, falls
vorhanden, vor der Aufwicklung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ergebnis der Behandlung
der Papierbahn im Kalander zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß man
die Papierbahn nach dem Übertrocknen
in einem übertrockneten
Zustand aufwickelt und für
eine vorbestimmte Ruhezeit lagert.
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Man
wickelt also das Papier in einem sehr trockenen Zustand auf. Die
Rückfeuchtung
auf die für die
Behandlung der Papierbahn im Kalander notwendige Feuchte erfolgt
dann erst nach dem erneuten Abwickeln der Papierbahn und vor dem
Durchlaufen des Kalanders. Man nimmt an, daß sich durch das Übertrocknen
der Papierbahn die Feuchtigkeitsnester nicht vollkommen beseitigen
lassen. Durch die Ruhezeit der übertrocknet
aufgewickelten Papierbahn läßt sich
dann aber ein Feuchtigkeitsausgleich durchführen. Die Ruhezeit muß dabei
nicht übermäßig groß sein.
Ein Feuchtigkeitsausgleich muß nämlich nicht
durch den gesamten Radius des Tambours erfolgen. Ein Ausgleich zwischen
benachbarten Papierbahnlagen auf dem Tambour reicht aus. Auch in Längen- und
Breitenrichtung der Bahn, bezogen auf den Tambour also in axialer
Richtung und in Umfangsrichtung, kann ein Feuchteausgleich stattfinden.
Dieser Ausgleich beginnt aber bereits während des Wickelns, so daß für den Ausgleich
die Zeit ausreicht, die man zum Aufwickeln der übertrockneten Papierbahn, dem
Transport des Tambours von der Aufwickelposition zu einer Abwickelposition
und dem Abwickeln benötigt.
Diese Zeit, insbesondere der Transport, benötigt in der Regel mindestens
einige Minuten. In dieser Zeit ist der gewünschte Feuchteausgleich in
der übertrockneten
Bahn soweit erfolgt, daß man
eine sehr gleichmäßige Feuchte
erreichen kann. Als zusätzlicher
Vorteil ergibt sich, daß der
zu transportierende Tambour unveränderte Bedingungen ansonsten
vorausgesetzt – aufgrund
der verringerten Feuchtigkeit ein etwas verringertes Gewicht hat,
was sich positiv auf den Transport auswirken kann.
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Vorzugsweise
trocknet man die Papierbahn vor dem Aufwickeln auf eine Feuchte
von maximal 4 %. In vielen Fällen
wird man die Feuchte sogar noch weiter absenken. Eine derartige Übertrocknung
hat sich bewährt,
um die Feuchtigkeitsnester soweit auszutrocknen, daß sie nicht
mehr stören.
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Vorzugsweise
rückbefeuchtet
man die Papierbahn vor dem ersten Nip des Kalanders auf eine Feuchte
von mindestens 7 %, insbesondere im Bereich von 8 bis 12 %.
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Vorzugsweise
sieht man eine Einwirkzeit im Bereich von 0,1 bis 1 s, insbesondere
im Bereich von 0,3 bis 0,6 s, zwischen dem Rückbefeuchten und dem Durchlaufen
des ersten Nip vor. Die übertrocknete
Papierbahn wird also erst relativ kurz vor dem Eintreten in den
ersten Nip des Kalanders befeuchtet. Dies hat zur Folge, daß die Feuchtigkeit
beim Durchlaufen des ersten Nips noch nicht sehr weit in die Mitte
der Papierbahn vorgedrungen ist. Es ergibt sich also ein Feuchtegradient.
Die Papierbahn ist an ihrer Oberseite oder ihren Oberseiten feuchter
als in ihrer Mitte. Dementsprechend verhält sich die Mitte der Papierbahn
weitgehend elastisch, während
die Oberflächenschichten
plastisch eingeebnet werden können.
Dementsprechend ist der Dickenverlust beim Durchlaufen des Kalanders
geringer.
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Vorzugsweise
nimmt man beim Rückfeuchten
eine Querprofilregelung der Feuchte oder entsprechender korrelierender
Eigenschaften der Papierbahn vor. Dies ist eine weitere Maßnahme,
um die Feuchteverteilung in der Papierbahn zu vergleichmäßigen.
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Bevorzugterweise
nimmt man die Rückbefeuchtung
mit einem Düsenauftragswerk
unter Verwendung von gasbetriebenen Zerstäuberdüsen vor. Mit einem Düsenauftragswerk
bekommt man genügend
Feuchtigkeit auf die Papierbahn, so daß man in relativ kurzer Zeit
die erforderliche Feuchtesteigerung erzielen kann.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß man
als Antriebsgas für
die Zerstäuberdüsen Dampf
verwendet. Der Dampf vermittelt der Flüssigkeit, die man zum Befeuchten
verwendet, nicht nur die gewünschte
kinetische Energie, die die Feuchtigkeit zum Zerstäuben und
zum Transport auf die Oberfläche
der Papierbahn benötigt.
Zusätzlich
wird die Feuchtigkeit auch erwärmt,
so daß man
eine bessere Penetration der Feuchtigkeit in die Oberfläche der
Papierbahn erreichen kann. Darüber
hinaus gelangt mit dem kondensierenden Dampf zusätzliche Feuchtigkeit auf die
Papierbahn. Auch wird der Papierbahn thermische Energie zugeführt, was
das Satinageresultat auf der Basis des "Temperature/Moisture-Gradient-Verfahrens" verbessert.
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Alternativ
dazu kann man als Antriebsgas für die
Zerstäuberdüse Luft
verwenden. Dies ist vor allem unter kostenmäßigen Gesichtspunkten günstig.
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Bevorzugterweise
befeuchtet man Oberseite und Unterseite der Papierbahn. Mit einem
zweiseitigen Auftragen von Feuchtigkeit läßt sich eine Feuchtesteigerung
noch schneller erreichen.
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Auch
ist von Vorteil, wenn man die Papierbahn vor dem Aufwickeln in einer
ersten Stufe in den Bereich der Gleichgewichtsstufe rückfeuchtet
und nach dem Abwickeln in einer zweiten Stufe weiter rückfeuchtet.
Die Gleichgewichtsfeuchte liegt beispielsweise bei 5 % bis 6 %,
reicht aber für
die Satinage in der Regel nicht aus. Damit läßt sich der Feuchteauftrag,
den man zur kompletten Rückbefeuchtung
benötigt,
noch genauer steuern.
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Es
steht mehr Zeit zur Verfügung,
so daß die Feuchtesteigerung
im gewünschten
Maße vorgenommen
werden kann.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß man
die Papierbahn in der ersten Stufe auf das Niveau der Gleichgewichtsfeuchte
ihrer Umgebung rückfeuchtet.
Eine derartige Feuchte liegt in der Größenordnung von 5 bis 6 %. Man
schafft also eine Bedingung, bei der zwischen der Feuchte der aufgewickelten
Papierbahn, also der Feuchte des Tambours, und der Umgebung ein
Feuchtegleichgewicht, so daß weder Feuchtigkeit
aus dem Tambour in die Umgebung entweicht noch eine Einwirkung der
Feuchte aus der Umgebung auf den Tambour erfolgt.
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Vorzugsweise
verwendet man einen Kalander mit mehreren Walzenstapeln und nimmt
eine Rückfeuchtung
auch zwischen zwei Walzenstapeln vor. Auch damit läßt sich
eine ausreichende Rückfeuchtung
erzielen.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der man die Papierbahn vor
dem Aufwickeln mit mindestens einer der folgenden Baugruppen behandelt:
- – einreihige
Trockengruppe in der Trockenpartie
- – mindestens
eine Hochvakuumbox in der Trockenpartie
- – einen
Verdünnungswasserstoffauflauf
- – einen
Gapformer
- – mindestens
eine Schuhpresse mit mindestens einem Dampfblaskasten.
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Mit
diesen Baugruppen lassen sich die Querprofile der Papierbahn, insbesondere
das Feuchteprofil, aber auch das Dicken- und Flächenmassenprofil, in einem
hohen Maß vergleichmäßigen, so
daß man
eine sehr gute Qualität
erhält.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
der Vorgehensweise beim Behandeln einer Papierbahn und
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2 eine
abgewandelte Ausführungsform.
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Eine
Papierbahn 1 wird in einer Papiermaschine 2 hergestellt
und in der Trockenpartie 3 der Papiermaschine 2 getrocknet.
Die Papierbahn 1 verläßt die Trockenpartie
an einem Ausgang 4 mit einer Feuchte von maximal 4 %, vorzugsweise
sogar mit einer noch geringeren Feuchte von nur 2 bis 3 %. Sie ist
also übertrocknet.
Eine derart geringe Feuchte reicht nicht aus, um die Papierbahn 2 in
einem Kalander 5, der getrennt von der Papiermaschine 2,
also off-line, aufgestellt ist, zu glätten.
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Die
so übertrocknete
Papierbahn 1 wird in einer Aufwicklung 6 auf eine
nur schematisch dargestellten Tambour 7 aufgewickelt. Auf
dem Tambour 7 befindet sich also die übertrocknete Papierbahn 1 mit der
beschriebenen geringen Feuchte. Es ist also praktisch auszuschließen, daß die Papierbahn 1 während der
Zeit, in der sie auf den Tambour 7 aufgewickelt ist, Feuchtigkeit
an die Umgebung abgibt.
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Darüber hinaus
hat das Übertrocknen
die Wirkung, daß auch
Feuchtigkeitsnester, die sich üblicherweise
in der Papierbahn einbilden und eine Größe von wenigen Quadratzentimetern
haben, ausgetrocknet werden. Auch wenn sie dadurch nicht vollständig verschwinden,
ergibt sich doch eine sehr weitgehende Vergleichmäßigung der
Feuchtigkeit über
die Fläche
der Papierbahn 1. Diese Vergleichmäßigung wird noch dadurch verbessert,
daß die
Papierbahn 1 in dem sehr trockenen Zustand auf den Tambour 7 aufgewickelt
wird. Eine längere
Verweilzeit auf dem Tambour ist dabei in der Regel nicht erforderlich.
Die Vergleichmäßigung,
d.h. der Feuchtigkeitsübertrag
von einer Lage der Papierbahn 1 zu einer benachbarten Lage
auf dem Tambour 7 beginnt bereits während des Aufwickelns, sobald
Papierbahnlagen aneinander anliegen. Der Feuchtigkeitsausgleich
kann sich fortsetzen, bis diese Lagen beim Abwickeln wieder voneinander
abgehoben werden. Dementsprechend reicht in der Regel die Zeit,
die beim Aufwickeln und beim Abwickeln zur Verfügung steht zuzüglich der
Zeit, die man benötigt,
um den Tambour 7 von der dargestellten Aufwicklung 6 zu
einer Abwicklung 8 zu transportieren, aus, um den gewünschten
Feuchteausgleich zu bewirken.
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Der
Transport des Tambours 7 von der Aufwicklung 6 zu
Abwicklung 8 ist schematisch durch einen Pfeil 9 dargestellt.
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Die
Ruhezeit, in der die Papierbahn 1 auf dem Tambour 7 aufgewickelt
ist, kann natürlich
auch länger
sein, ohne daß dies
negative Auswirkungen hätte.
Sie liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 30 Minuten.
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In
der Abwicklung 8 wird die Papierbahn 1 von dem
Tambour 7 abgewickelt und in einer Befeuchtungseinrichtung 10 rückbefeuchtet,
d.h. man erhöht
die Feuchte der Papierbahn 1 auf mindestens 7 %, vorzugsweise
8 bis 12 %. Eine derartige Feuchte ist günstig, um die Papierbahn 1 im
Kalander 5 zu satinieren.
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Zweckmäßigerweise
weist die Befeuchtungseinrichtung zwei Düsenfeuchter 11, 12 auf,
die auf beiden Seiten der Papierbahn 1 angeordnet sind. Die
beiden Düsenfeuchter 11, 12 sind
in einer Entfernung vor dem ersten Nip 13 des Kalanders 5 angeordnet,
die so bemessen ist, daß die
Papierbahn 1 etwa 0,1 bis 1 s, vorzugsweise 0,3 bis 0,6
s benötigt, um
die Strecke zwischen der Befeuchtungseinrichtung 10 und
dem ersten Nip 13 des Kalanders 5 zurückzulegen.
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Die
Düsenfeuchter 11, 12 arbeiten
mit Zerstäuberdüsen, bei
denen die Flüssigkeit,
die auf die Papierbahn 1 aufgetragen wird, mit Hilfe von
einem unter Druck stehenden Gas zerstäubt wird. Als Flüssigkeit
wird vorzugsweise Wasser verwendet. Als "Treibgas" kann man Wasserdampf verwenden. Wasserdampf
hat den Vorteil, daß er
das Wasser in den Düsenfeuchtern 11, 12 nicht
nur mit einem relativ hohen Druck zerstäuben kann. Gleichzeitig trägt der Dampf
eine gewisse Wärme
in die dabei entstehenden Flüssigkeitströpfchen ein,
so daß die
Flüssigkeit besser
in die Papierbahn 1 eindringen kann. Darüber hinaus
wird mit dem Dampf natürlich
zusätzliche Feuchtigkeit
auf die Oberflächen
der Papierbahn 1 aufgetragen. Auch die Papierbahn 1 wird
erwärmt,
so daß sich
neben einem Temperaturgradienten auch ein Feuchtegradient ergibt.
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Alternativ
zu Dampf läßt sich
auch Luft als Antriebsgas verwenden.
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Da
im Prinzip nur die Oberfläche
der Papierbahn 1 befeuchtet wird, ergibt sich ein Feuchtegradient
in der Papierbahn 1. Die Mitte der Papierbahn 1 (in
z-Richtung) bleibt also trockener, wird in den Nips des Kalanders 5 also
nicht so stark verdichtet. Die Satinage im Kalander 5 kann
also volumenschonend erfolgen.
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Mit
Hilfe einer Sensoreinrichtung 14 wird die Feuchte (oder
andere korrelierende Papiereigenschaften) ermittelt und an die Befeuchtungseinrichtung 10 zurückgemeldet.
Man kann also beim Rückfeuchten
eine automatische Querprofilierung der Feuchte vornehmen.
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Gestrichelt
eingezeichnet sind zwei zusätzliche
Düsenfeuchter 15, 16 am
Ausgang 4 der Trockenpartie 3. Mit Hilfe dieser
Düsenfeuchter 15, 16 kann
man eine zweistufige Rückfeuchtung
vornehmen. Am Ausgang 4 der Trockenpartie 3 wird
die Papierbahn 1 zunächst
auf die Feuchte der jeweiligen Umgebungsbedingung angehoben. Dies
sind in der Regel 5 bis 6 %. Eine derartige Feuchte reicht noch nicht
aus, um zu einem zufriedenstellenden Satinageergebnis im Kalander 5 zu
führen.
Auch nach erfolgter Rückfeuchtung
in der ersten Stufe durch Düsenfeuchter 15, 16 kann
also keine feuchte Abgabe vom Tambour 7 an die Umgebung
erfolgen. Die zweite Befeuchtungseinrichtung 10 kann dann
mit einem geringeren Feuchteauftrag arbeiten und man kann dennoch
dafür sorgen,
daß die
Papierbahn 1 beim Erreichen des ersten Nips 13 des
Kalanders 5 die für die
Satinage notwendige Feuchte aufweist.
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2 zeigt
eine alternative Ausgestaltung, bei der der Kalander 5 aus
zwei Walzenstapeln 5a, 5b besteht. Gleiche Teile
sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet.
Zusätzlich
sind zwischen den beiden Walzenstapeln 5a, 5b noch weitere
Feuchter 17, 18 angeordnet, die zur Rückfeuchtung
verwendet werden.
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In
beiden Fällen
können
im Kalander 5 bzw. in den Walzenstapeln 5a, 5b weitere
Befeuchtungseinrichtungen 19, 20 vorgesehen sein,
um die Feuchte während
des Satinierens in einem vorgegebenen Bereich zu halten.
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Die
beschriebene Vorgehensweise ist insbesondere in Verbindung mit mindestens
einer einreihigen Trockengruppe in der Trockenpartie 3 und
evtl. Hochvakuumboxen in der Trockenpartie 3 interessant.
Weiterhin ist es günstig,
einen Verdünnungswasserstoffauflauf
in der Papiermaschine 2 zu verwenden, gegebenenfalls auch
einen Gapformer und mindestens eine Schuhpresse mit mindestens einem Dampfblaskasten.
Durch die genannten Elemente, die einzeln oder in Kombination eingesetzt
werden können,
sind die Querprofile, insbesondere das Feuchteprofil, aber auch
das Dicke- und Flächenmasseprofil
auf einem höheren
Qualitätsniveau.
Dies vermindert Probleme, die bei der Aufwicklung der übertrockneten
Papierbahn 1 auf den Tambour 7 entstehen könnten.
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Durch
die geringere Feuchte der Papierbahn 1 (im Vergleich zum
gängigen
off-line-Prozeß)
wird eine Faltenbildung am gewickelten Tambour 7 insbesondere
in den oberen Schichten verhindert. Diese Faltenbildung entsteht
durch Schrumpfvorgänge
der Papierbahn 1 beim natürlichen Feuchteausgleich entsprechend
den Umgebungsbedingungen.
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Da
die Papierbahn 1 mit einer relativ geringen Feuchte von
2 bis 4 %, nach einer ersten Stufe der Rückfeuchtung auch 5 bis 6 %,
aufgewickelt und erst nach dem Abwickeln wieder auf eine erhöhte Feuchte
auf 8 bis 12 % gebracht wird, können
derartige Probleme nicht auftreten.