DE20023913U1

DE20023913U1 - Vorrichtung zum ein- oder beidseitigem Auftragen

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Publication number: DE20023913U1
Application number: DE20023913U
Authority: DE
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2010-07-08

Abstract

Vorrichtung zum ein- oder beidseitigen Auftragen von flüssigen bis pastösen Medium, vorzugsweise Stärke, auf eine laufende Oberfläche innerhalb einer Papiermaschine, wobei die laufende Oberfläche bei direktem Auftrag, die Oberfläche einer Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, vorzugsweise Wellpappe ist und bei indirektem Auftrag die Oberfläche eines Übertragungselementes mit welchem das Auftragsmedium an die Oberfläche der Materialbahn übertragbar ist, mit
– wenigstens einer Auftragseinrichtung (5, 5a)
– wenigstens einem flexiblen Endlosband (6), welches mit seiner Außenseite die Materialbahn (B) stützt und mit seiner Innenseite über Umlenkwalzen (8) läuft,
– einem Press-Schuh (14), der mit dem Endlosband einen Press-Nip (N) bildet
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Stützwalze (7) und eine im Abstand zu dieser angeordnete Stützwalze (15) das Endlosband (6) ebenfalls tragen, wobei die Stützwalze (15) mit dem an der Außenseite des Endlosbandes (6) angeordneten und vom Ort des ersten Auftrages mittels der Auftragseinrichtung (5, 5a) beabstandeten...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Gattungsgemäße Vorrichtungen werden im Rahmen von sogenannten Streichanlagen eingesetzt, um eine laufende Materialbahn, die beispielsweise aus Papier oder Karton besteht, ein- oder beidseitig mit einer oder mehreren Schichten des Auftragsmediums, beispielsweise Farbe, Stärke oder Imprägnierflüssigkeit zu versehen.
Beim sogenannten direkten Auftrag wird das flüssige oder pastöse Medium von einer Auftragseinrichtung direkt auf die Oberfläche der laufenden Materialbahn aufgetragen, die während des Auftrages auf einer umlaufenden Gegenfläche, wie eine Gegenwalze oder einem umlaufenden Band gestützt wird.
Beim indirekten Auftrag des Mediums wird das flüssige oder pastöse Medium hingegen zunächst auf eine Trägerfläche, z.B. die Oberfläche einer als Auftragswalze dienenden Walze oder auf die Oberfläche einer Seite eines flexiblen Bandes aufgebracht, um von dort auf die Materialbahn übertragen zu werden.
Zumeist erfolgt dieses indirekte Auftragen mittels einer sogenannten Filmpresse. Das sind zwei, miteinander einen Nip bildende Walzen, die das Medium nacheinander oder simultan auf beide Seiten der Materialbahn – oder auch nur auf eine Seite der Bahn – übertragen.
Auf die US 5,683,509 wird hierbei verwiesen. Bei dieser Lösung bildet ein flexibles Endlosband mit einer Auftragswalze einen Press-Spalt (Press-Nip), den die Bahn durchläuft. Im Inneren des Endlosbandes ist ein Press-Schuh angeordnet, der hierbei zu einer Verlängerung des Nips führt und das mit demselben Aggregat aufgebrachte Auftragsmedium in die Bahn einpresst. Dadurch soll das Auftragsergebnis, insbesondere durch Vermeidung von Filmsplitting, verbessert werden.
Film- oder auch Leimpressen sind bereits seit Jahren im Einsatz, haben aber einige signifikante Nachteile, die bei den heutigen modernen, schnelllaufenden Maschinen und in Abhängigkeit von der Art der Faserstoffbahn und des Auftragsmediums nicht immer ausreichende Auftragsqualität erbringen.
In zunehmendem Maße sinkt die Rohstoffqualität des Papieres oder des Kartons. Außerdem besteht immer stärker die Forderung nach geringer werdender flächenbezogener Masse (auch Flächengewicht genannt, nachfolgend aber mit FbM bezeichnet). Diese niedrige Rohstoffqualität und geringere FbM führen dazu, dass die Bahnfestigkeit nach dem Filmpressenauftrag nur sehr gering ist, so dass es im freien Zug der Bahn nach dem Auftrag immer wieder zu Abrissen der Bahn kommt. Das bedeutet enorme Produktionsausfälle und damit verursachte hohe Kosten.
Filmpressen (auch als Speedsizer, Speedcoater, Optisizer, metering sizepress bezeichnet) verursachen häufig Nipabplattungen und Verdrückungen im Nip.
Diese Effekte wirken sich vor allem bei der Karton-, insbesondere bei der Wellpappe-Produktion negativ aus.
Dem Bahnabriss wird in der Praxis, insbesondere bei der Kartonproduktion, entgegengewirkt, indem vermehrt modifizierte Stärken mit niedriger Viskosität und hohem Feststoffgehalt als Auftragsmedium zum Einsatz kommen.
Die niedrige Viskosität soll einerseits eine gute Penetration, der hohe Feststoffgehalt soll andererseits eine niedrige Rückbefeuchtung bewirken und damit einen nur geringen Festigkeitsabfall nach der Filmpresse ermöglichen.
Aber auch diese Maßnahmen führen nicht immer zu zufriedenstellenden Ergebnissen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der eine tiefe Penetration des stärkehaltigen Auftragsmediums in die Materialbahn und unabhängig von der flächenbezogenen Masse (FbM), bei Verbesserung der Ausnutzung der Stärkeeigenschaften möglich ist und mit der darüber hinaus Bahnabrisse nach dem Auftragen weitestgehend vermieden werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfinder haben erkannt, dass die bisher verwendeten, in Viskosität und Feststoffgehalt modifizierten, Stärken nur eine unwesentliche Steigerung der Festigkeit der beschichteten bzw. imprägnierten Materialbahn, im Vergleich zu nativen Stärken, bewirken.
Dadurch, dass die Materialbahn erst nach dem Beschichten einem Press-Nip zugeführt wird und diesen dann erst durchläuft und außerdem die nasse, beschichtete bzw. imprägnierte, oder geleimte Bahn erst danach getrocknet wird und darüber hinaus nach dem Nip ein wesentliches Teilstück (das kann idealerweise bis zum ersten Trockenzylinder der nachfolgenden Trockenpartie erfolgen) ohne freien Zug gestützt wird, ist die Stärkeausbeute des Auftragsmediums deutlich höher. Auch bei hoher FbM kann dadurch eine vollständige Penetration bis zur "Blattmitte" erzielt werden, wodurch die Festigkeit der Bahn erhöht wird.
Als weiterer Vorteil kommt hinzu, dass es nunmehr möglich ist, auch native Stärken trotz der starken Rückbefeuchtung einzusetzen. Verdrückungen insbesondere bei der Wellpapierproduktion werden zuverlässig vermieden. Außerdem führen diese erfindungsgemäßen Maßnahmen zu weit weniger Bahnabrissen nach dem Auftragsvorgang.
Eine besonders vorteilhafte Lösung der Erfindung besteht darin, die Stützung der feuchten Bahn mittels wenigstens eines flexiblen Bands vorzunehmen. Die Stützfläche ein- oder beidseitig der Bahn kann dabei beliebig verlängert werden.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden.
Es zeigen:
1: ein erstes Beispiel der erfindungsgemäßen Lösung in einer schematisch dargestellten Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
2: ein zweites Beispiel der erfindungsgemäßen Lösung
In dem, in 1 gewählten Beispiel ist eine Papierbahn B dargestellt, die bereits mit einem Trockengehalt von ca. 85 bis 95% von einem letzten Trockenzylinder 2 der Vortrockengruppe 3 einer Papierherstellungsmaschine auf eine erste Auftragswalze 4 aufläuft. Dieser Auftragswalze 4 ist eine Auftragseinrichtung 5 zugeordnet, mit der die Bahn B auf ihrer Oberseite B_o beschichtet wird. Als Auftragseinrichtungen kommen alle bekannten Einrichtungen, wie ein Short Dwell Time Applicator (SDTA) oder LDTA (für Long Dwell-Time), Freistrahldüsenauftragswerke oder eine Vorhangsbeschichtungsdüse in Betracht. Mit diesem ein- oder beidseitigem Auftrag wird eine Vorpenetration des aufzubringenden Mediums erreicht.
Zur Stützung der Bahn B wird ein Transferband, das ist ein flexibles Endlosband 6 aus einem Kunststoff oder Gummi, um eine weitere Walze 16, eine Stütz- oder Gegenwalze 7 sowie um mehrere Leit- bzw. Umlenkwalzen 8 geführt.
Eine Spannwalze S_W, die auf dem Papiermaschinenboden PM_B gelagert ist, wirkt von außen auf das Band 6 ein und spannt es dadurch.
Im vorgesehenen Beispiel soll ein beidseitiger Auftrag vorgenommen werden. Deshalb ist eine weitere Auftragseinrichtung 5a der Stützwalze 7 zugeordnet. Das Auftragsmedium wird danach vom Endlosband 6 auf die Unterseite Bu der Bahn B übertragen, sobald das Band 6 mit der Bahn B in Kontakt tritt. Der Auftrag mit den Einrichtungen 5 und 5a kann dabei simultan oder auch nacheinander, zeitversetzt erfolgen. Soll nur ein einseitiger Auftrag auf die Bahnober- oder Bahnunterseite erfolgen, kann eine der nicht benutzten Auftragseinrichtungen abgeschwenkt werden. Wie aus der 1 zu entnehmen ist, bilden hier die Walzen 4 und 7 keinen Press- Nip miteinander. Das ist hier so gewollt, damit keine Verdrückungen der Bahn auftreten und es nicht zum Abriss kommt.
In der, in 1 gezeigten Ausführungsform ist deshalb eine lange Vorpenetrationsstrecke P_s, die weit mehr als 100 mm lang sein sollte, vorhanden und somit eine gute Penetration infolge der verlängerten Einwirkdauer mittels Kapillarwirkung gegeben. Diese lange Strecke ist besonders vorteilhaft zur Erzielung der gewünschten Durchpenetration.
Die 2, die im Wesentlichen dieselben Bezugszeichen für dieselben Teile wie 1 aufweist, ist eine weitere Variante der Ausführung dargestellt. Anstelle des Vorhandenseins der Walze 4, ist hierbei nur die Auftragseinrichtung 5 angeordnet, mit der ein direktes Auftragen auf die Bahnoberseite B_o erfolgt.
Denkbar, aber nicht dargestellt, ist auch das Anordnen eines weiteren Endlosbandes anstelle der Walze 4, mit dem eine Stützung der Bahn B und wiederum am selbigen Aggregat ein indirektes Auftragen auf die Materialbahn vorgenommen werden kann.
Nach Passieren der Penetrationsstrecke P_s läuft die Bahn B gemeinsam mit dem als Auftrags- und Stützband verwendbaren Band 6 durch eine Presszone 9.
Die Presszone kann auf verschiedene Arten realisiert sein.
Um die Zielsetzung, die in einer langen Verweilzeit und der Vermeidung von Verdrückungen besteht, sowie auch variable Liniendrücke über die ganze Breite der Bahn B einstellen zu können, bietet sich hier der Einsatz einer an sich bekannten Schuhpresse an.
In der Presszone 9 kann die vorpenetrierte Stärke sozusagen "nachpenetrieren" und sich dadurch fest in der Bahn B verankern.
Eine weitere Möglichkeit der Realisierung der Presszone kann in der Verwendung eines weiteren flexiblen Endlosbandes 10, welches über Leitwalzen 11, 12, 13 läuft, bestehen.
Das Band 10 sollte dabei mit seiner Innenfläche über eine Gleitfläche eines Press-Schuhes 14 laufen, wobei die Gleitfläche mit einer Walze 15 einen Press-Nip N bildet. Dieser Press-Schuh 14 ist nur vereinfacht dargestellt und kann sich über einen weiten Bereich des Bandes 10 erstrecken.
Die Presszone kann aber auch aus den zwei, einen Press-Nip N bildenden Walzen 15 und 16 bestehen, wobei die Walze 16 in der 1 und 2 strichpunktiert dargestellt ist und eine sogenannte, aus der Pressenpartie bekannte Flexonipwalze verkörpert. Diese Ausführung ist aus der DE 19820516 bereits bekannt, bei der allerdings keine Aussagen zur Stützung der Bahn nach dem Einpressen des Auftrages entnehmbar sind.
Die Walze 15 ist gleichzeitig eine jener Walzen, um die das Endlosband 6 läuft und die besagte Gegenfläche zur Walze 16 und/oder dem als Press-, Stütz-, und ggf. als Auftragsband 10 fungierenden Band bildet.
Das Endlosband 10 sowie das Endlosband 6 bieten jeweils eine Stützfläche zwischen sich für die nach dem Nip N durchpenetrierte Bahn B. Die Stützfläche S_F reicht im Wesentlichen bis zum ersten Trockenzylinder 18 der folgenden Trockenpartie, beispielsweise der Nachtrockenpartie 19 der Papiermaschine oder bei nicht in den Figuren dargestellter Pressenpartie bis zum ersten Trockenzylinder der Vortrockenpartie der Papierherstellungsmaschine.
Das Endlosband 10 kann, wie in der 2 in gestrichelten Linien gezeigt, seine Stützfläche S_F, beispielsweise durch Verstellung der Leitwalze 13, und/oder das Band 6 auch seine Stützfläche durch Verstellen der oberen Leitwalze 8 auf ein gewünschtes Maß hinaus verlängern. Bei verlängerter Stützfläche kann wie ebenfalls in 2 zu sehen ist, ein Blas- oder Saugkasten 20 oder eine sonstige Überführhilfe das Überführen der Bahn bzw. eines Überführstreifens zum Trockenzylinder 18 sicherstellen.
In die 1 ist zusätzlich in gepunkteter Linie die Möglichkeit der Stützung der Bahn B in Richtung des Auftragsortes eingezeichnet. Dazu kann das Band 10 (oder auch ein gesondertes Band 10a) um die Walze 4 oder um eine adäquat angeordnete Leitwalze umgelenkt werden. Dabei kann das Band auch zusätzlich von der Walze 11 gestützt werden.
Denkbar, aber in den Figuren nicht gesondert dargestellt, ist auch das Anordnen eines weiteren Endlosbandes 10a anstelle der Walze 4, mit dem die besagte Stützung der Bahn B und auch das indirekte Auftragen an derselben Position wie bei der Walze 4 mit demselben Aggregat auf die Materialbahn vorgenommen werden kann.
Die Bänder 6 und 10 sind mit einem Antrieb ausgerüstet, im Beispiel sind dazu die Walzen 4, 7, 15 angetrieben. Im Band 6 befindet sich dieser Antrieb am Nip N, um hierdurch für einen ausreichenden Zug der Bahn zu sorgen.
Außerdem sind Spanneinrichtungen (z. B. Spannwalze 21) und Zugregler für die Bänder, sowie die Verstellmöglichkeit, wie mit Doppelpfeil an den Leitwalzen dargestellt ist, vorhanden.
Um die Bahn B einwandfrei in die Trockenpartie 19 überführen zu können, ist nach der Presszone 9 bzw. nach dem Endlosband 10 eine Saugwalze 22 mit oder ohne Foil 23 vorgesehen. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Bahn seillos zu überführen.
Der Vollständigkeit halber soll noch erwähnt sein, dass zum sicheren Überführen der Bahn B vor dem Auflaufen des Bandes 6 auf die Auftragswalze 4 auch noch ein oder mehrere Spritzrohre (nicht dargestellt in der Zeichnung) angebracht sind, die gezielt Flüssigkeit auf das Band oder die Bahn B aufbringen, um eine Haftung des Überführ-Streifens bzw. der ganzen Bahn zu gewährleisten.
Um ein Abheben der Bahn an der Presswalze 16 zu vermeiden, können zusätzliche Stützbänder, sogenannte Fibronbänder oder andere bekannte Überführungshilfen eingesetzt werden.
Der in der 1 und 2 gezeigte Abschnitt einer Papiermaschine entspricht im Wesentlichen einer "geschlossenen Überführung" in die Trockenpartie.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung kann auch schon in der Pressenpartie der Papiermaschine zur Anwendung kommen.
Hier erfolgt der Auftrag von Stärke nur einseitig auf das Transferband 6, ebenfalls noch vordem Nip N.
Im Pressnip wird dann der aufgetragene Film vom Band in die noch nasse Bahn gedrückt.
Das Presswasser aus der Bahn wandert gleichzeitig in den gegenüberliegenden Filz. Nach erfolgter Teiltrocknung in einer nachfolgenden Trockengruppe kann dann die zweite Seite wie eben dargelegt, geleimt werden. An dieser Stelle kann aber auch ein zweiseitiger Auftrag auf die Bahn erfolgen.
Ebenso ist es denkbar, dass in der Trockenpartie anstelle der in 1 gezeigten Walzen 4 und 7 diese räumlich noch weiter auseinander liegen und jeweils nur ein einseitiger Auftrag erfolgt.
Darüber hinaus ist es denkbar, auch dem Endlosband 10 eine weitere Auftragseinrichtung 5c zuzuordnen, mit der ein doppelter Auftrag auf die obere Bahnseite Bo möglich ist. Das kann mit und ohne Zwischentrocknung erfolgen.
Auch ist es möglich, weitere Stützbänder 10a...10n, bzw. 6a...6n auf einer oder beiden Seiten der Bahn vorzusehen, denen jeweils wieder gleichartige oder verschieden voneinander wirkende Auftragseinrichtungen 5a...5n zugeordnet sind. Der Vorteil derartiger Anordnungen liegt darin, dass pro Auftragsaggregat nur eine Teilmenge an Stärke aufgetragen wird. Damit verringert sich die Rückbefeuchtung der Bahn unmittelbar nach jedem Auftragen. Die Bahn verliert nicht an Festigkeit, wodurch die Runability gesteigert wird.
Insgesamt wurde in Versuchen festgestellt, dass der Festigkeitsgewinn der Papier- und Kartonbahn nicht wie bisher nur ca. 20 N/% Stärke, sondern 40 N/% Stärke beträgt.
Dadurch kann die Stärkemenge bei gleicher Qualität um 30% reduziert werden oder aber bei gleicher Menge an Stärke die Qualität entsprechend gesteigert werden.
Das ist besonders wichtig bei den derzeit sinkenden Rohstoffqualitäten.
Außerdem lassen sich nunmehr auch native Stärken einsetzen.
Hervorzuheben ist, dass nach dem Pressnip nur noch sehr wenige Pressnipbedingte Abrisse der Bahn zu verzeichnen sind, zumal dadurch Produktionsausfälle (das sind ca. 15 bis 20 min pro Ausfall) eingespart werden können.

Claims

Vorrichtung zum ein- oder beidseitigen Auftragen von flüssigen bis pastösen Medium, vorzugsweise Stärke, auf eine laufende Oberfläche innerhalb einer Papiermaschine, wobei die laufende Oberfläche bei direktem Auftrag, die Oberfläche einer Materialbahn, insbesondere aus Papier oder Karton, vorzugsweise Wellpappe ist und bei indirektem Auftrag die Oberfläche eines Übertragungselementes mit welchem das Auftragsmedium an die Oberfläche der Materialbahn übertragbar ist, mit – wenigstens einer Auftragseinrichtung (5, 5a) – wenigstens einem flexiblen Endlosband (6), welches mit seiner Außenseite die Materialbahn (B) stützt und mit seiner Innenseite über Umlenkwalzen (8) läuft, – einem Press-Schuh (14), der mit dem Endlosband einen Press-Nip (N) bildet dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützwalze (7) und eine im Abstand zu dieser angeordnete Stützwalze (15) das Endlosband (6) ebenfalls tragen, wobei die Stützwalze (15) mit dem an der Außenseite des Endlosbandes (6) angeordneten und vom Ort des ersten Auftrages mittels der Auftragseinrichtung (5, 5a) beabstandeten Press-Schuh (14) den Press-Nip (N) bildet, den die Materialbahn (B) erst nach dem Auftragen mit der wenigstens einen Auftragseinrichtung (5, 5a) durchläuft und das Endlosband (6) derart ausgebildet ist, dass es die Materialbahn im Wesentlichen ohne freien Zug stützt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung (5a) zum Auftragen auf eine Seite (Unterseite B_u) der Materialbahn (B) der Außenfläche des Endlosbandes (6) zugeordnet ist, wobei als Gegenfläche die Walze (7) der Auftragsvorrichtung (5a) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsvorrichtung (5) zum Auftragen des Mediums auf die andere Seite (Oberseite B_o) der Materialbahn (B) der Oberfläche einer Auftragswalze (4) und/oder der Außenfläche eines weiteren Endlosbandes (10) zugeordnet ist, wobei das Endlosband (10) um Umlenkwalzen (11, 12, 13) läuft und als Press-Band ausbildbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dasjenige Band (6, 10) welches das auf das besagte Band (6, 10) aufgetragene Medium an die Materialbahn (B) abgibt, auch die Materialbahn bis zum ersten Trockenzylinder (18) der Trockenpartie (19) hin stützt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere flexible Endlosbänder (10, 10a...10n) für ein Auftragen in Teilschritten auf die Oberseite (B_o) der Materialbahn (B) vorgesehen sind und dabei wenigstens eines dieser Bänder die Materialbahn (B) bis zum ersten Trockenzylinder (18) hin stützt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Penetrationsstrecke (P_s) von > 100 mm zwischen dem Ort des Auftragens des Mediums auf wenigstens eine Seite der Materialbahn und dem Erreichen des Press-Nips (N) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Press-Nip (N) eine Saugwalze (22) und/oder ein Saug- bzw. Blaskasten (23) vorhanden ist, womit die Materialbahn (B) zum ersten Trockenzylinder (18) der Trockenpartie (19) hin überführbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Endlosband (6) als auch das zweite Endlosband (10) mit einem Antrieb versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkwalze (13) verstellbar ausgebildet ist, wodurch die Stützfläche (S_F) des Endlosbandes (10) zur Stützung der Materialbahn (B) verlängerbar ist und/oder das Endlosband (10) über die Walze (4) und/oder über die Walze (11) umlenkbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihren Einsatz in der Pressenpartie und/oder der Trockenpartie einer Papierherstellungsmaschine.