[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Satinieren einer Faserstoffbahn, insbesondere
einer Papier-oder Kartonbahn, die durch mehrere Nips geführt und dort mit Druck und
Temperatur beaufschlagt wird, wobei die Bahn in einer ersten Gruppe mit einer ersten
Seite jeweils an einer beheizten Walze und in einer zweiten Gruppe von Nips jeweils
mit ihrer zweiten Seite an einer beheizten Walze anliegt, wobei die Bahn vor dem ersten
Nip der ersten Gruppe befeuchtet wird.
[0002] Ferner betrifft die Erfindung eine Kalanderanordnung mit mehreren durch Walzen gebildeten
Nips, einem durch die Nips geführten Bahnlaufpfad, wobei beheizte Walzen in einer
ersten Gruppe der Nips auf einer Seite des Bahnlaufpfades und in einer zweiten Gruppe
der Nips auf der anderen Seite des Bahnlaufpfades vorgesehen sind, und einer ersten
Befeuchtungseinrichtung vor dem ersten Nip der ersten Gruppe.
[0003] Ein derartiges Verfahren und eine derartige Kalanderanordnung sind beispielsweise
aus
EP 0 979 897 B1 bekannt. Hier erfolgt eine Befeuchtung in Form eines Flüssigkeitsauftrags in einer
relativ großen Entfernung vor den ersten Nips eines Walzenstapels. Der Abstand ist
so gewählt, dass gewährleistet ist, dass sich die tropfenförmig auf die Bahn aufgebrachte
Feuchtigkeit gleichmäßig in der Papierbahn verteilen kann. Kurz vor dem Einlauf in
den Walzenstapel wird die Bahn bedampft.
[0004] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Befeuchtung einer Papierbahn beschrieben.
Sie ist aber auch bei anderen Faserstoffbahnen, beispielsweise Papp- oder Kartonbahnen
in entsprechender Weise anwendbar.
[0005] Bei der Satinage einer Papierbahn möchte man möglichst gezielt die Oberflächeneigenschaften
der Bahn verändern und damit die Papierbahn hochwertiger erscheinen lassen. Ein weiteres
Ziel besteht darin, die Bedruckbarkeit zu verbessern. Es ist hierzu bekannt, dass
die Qualität der Oberfläche durch mehrere Parameter beeinflusst wird, unter anderem
vom Druck, der in den Nips herrscht, von der Temperatur, die an der Oberfläche der
beheizten Walze vorliegt, und von der Feuchtigkeit der Bahn. Zur Temperaturerhöhung
und Befeuchtung der Bahnoberfläche werden heute vielfach Dampffeuchter eingesetzt.
Diese bedampfen die Bahn, wobei aufgrund der Kondensation Wärme in die Bahn eingebracht
und Feuchtigkeit an deren Oberfläche aufgebracht wird. Das Kondensationsvermögen des
Dampfes ist allerdings abhängig von der Bahntemperatur. Eine Faserstoffbahn ist ein
schlechter Wärmeleiter. Ein Dampfauftrag bewirkt eine starke Erwärmung besonders der
Bahnoberfläche. Allerdings staut sich die Wärme an der Oberfläche aufgrund der schlechten
Wärmeleitung, so dass das Kondensationsvermögen des Dampfes stark abnimmt und ein
Dampfauftrag nicht immer den gewünschten Erfolg bringt.
[0006] In einem Kalander verliert die durchlaufende Papierbahn Feuchtigkeit. Vielfach reduziert
sich ein Eingangsfeuchtegehalt von etwa 9 bis 12 % nach der Satinage auf eine Endfeuchte
zwischen 4 und 6 %. Die Endfeuchte ist für die spätere Bedruckbarkeit entscheidend.
Die benötigte Endfeuchte bestimmt den Eingangsfeuchtegehalt der Papierbahn in den
Kalander mit. Die einfache Vorgehensweise, die Eingangsfeuchte so zu erhöhen, dass
man am Ausgang des Kalanders die benötigte Endfeuchte erhält, ist allerdings in vielen
Fällen nicht realisierbar, weil man bei einer zu hohen Eingangsfeuchte das Risiko
einer Schwarzsatinage erhält.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Faserstoffbahn ein gutes Satinageergebnis
zu erzielen.
[0008] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
dass die Bahn vor dem letzten oder vorletzten Nip der ersten Gruppe und vor dem ersten
und zweiten Nip der zweiten Gruppe befeuchtet wird.
[0009] Man nimmt also innerhalb des Satinageprozesses zwei weitere Befeuchtungen vor. Die
Befeuchtung vor dem letzten oder vorletzten Nip der ersten Gruppe bewirkt eine Anhebung
der Feuchtigkeit der Bahn, wobei die Feuchtigkeit einen relativ langen Weg und damit
eine größere Zeit zur Verfügung hat, in die Bahn einzudringen. Allerdings durchläuft
die Bahn mit der aufgetragenen Feuchtigkeit noch mindestens einen Nip der ersten Gruppe,
so dass die Feuchtigkeit in die Bahn hineingedrückt wird. Auf diese Weise lässt sich
für die Nips der zweiten Gruppe eine bessere "Grundfeuchte" der Bahn erzielen. Diese
Feuchte wird noch weiter verbessert, wenn die Bahn vor dem ersten oder zweiten Nip
der zweiten Gruppe ein weiteres Mal befeuchtet wird. Insgesamt lässt sich dann soviel
Feuchtigkeit auf die Bahn aufbringen bzw. in die Bahn eintragen, dass die gewünschte
Endfeuchte auch dann erreicht wird, wenn die Feuchte der Bahn vor dem ersten Nip der
ersten Gruppe so gewählt ist, dass das Risiko der Schwarzsatinage nicht allzu groß
wird.
[0010] Vorzugsweise befeuchtet man die Bahn vor dem letzten oder vorletzten Nip auf der
der beheizten Walze abgewandten Seite. Dies ist die Seite, die in der nachfolgenden
zweiten Gruppe an der beheizten Walze der zweiten Nips anliegt. Damit erfolgt die
Befeuchtung an dieser Stelle auf der bis dahin nicht an einer beheizten Walze der
Bahn geglätteten Seite, so dass das bis dahin erzielte Glätteergebnis nicht wieder
zerstört wird. Die Auftragsmenge sollte vorteilhafterweise so gewählt werden, dass
keine Befeuchtung der bereits geglätteten Seite erfolgt. Da die Bahn nach dem Befeuchten
noch mindestens einen Nip durchläuft, kann man die Ablagerung von Füllstoffen oder
dergleichen auf der nachfolgenden Heizwalze vermeiden. Dieses Risiko besteht bei einer
zu feuchten Oberfläche der Bahn.
[0011] Vorzugsweise befeuchtet man die Bahn vor dem ersten oder zweiten Nip der zweiten
Gruppe auf der der beheizten Walze zugewandten Seite. In der zweiten Gruppe möchte
man die andere Seite der Bahn dadurch glätten, dass diese Seite an der jeweiligen
beheizten und glatten Walze der Nips anliegt. Die Glättwirkung wird in gewissen Grenzen
um so besser, je feuchter diese Seite ist. Wenn man vor dem ersten oder zweiten Nip
der Gruppe noch auf der der beheizten Walze zugewandten Seite eine Befeuchtung vornimmt,
dann wird diese Seite an ihrer Oberfläche so plastifiziert, dass ein hervorragendes
Glätteergebnis erzielt werden kann.
[0012] Bevorzugterweise trägt man zuerst Flüssigkeit oder Feststoff und dann Dampf auf die
Bahn auf, wobei man den Dampf aufträgt, solange sich noch zuvor aufgetragene Flüssigkeit
oder Feststoff auf der Oberfläche der Bahn befindet. Damit trägt man der Tatsache
Rechnung, dass der Dampf bei einer erhöhten Bahntemperatur nur ein begrenztes Kondensationsvermögen
aufweist. Solange die Bahn noch relativ kalt ist, also eine Temperatur von 50°C oder
weniger aufweist, lässt sich mit dem Dampf eine relativ große Feuchtemenge auf die
Bahn übertragen, wobei gleichzeitig eine Temperaturerhöhung bewirkt wird. Wenn die
Bahn aber eine höhere Temperatur hat, beispielsweise weil sie aus der Trockenpartie
zugeführt wird oder weil sie bereits einige beheizte Nips durchlaufen hat, dann lässt
sich mit dem Dampf in vielen Fällen nicht mehr genügend Feuchtigkeit aufbringen. Man
verwendet nun einen Flüssigkeits- oder Feststoffauftrag, wobei als Feststoff z.B.
Eis verwendet wird, als Nucleus oder Kern für die Kondensation des danach aufgetragenen
Dampfes, so dass die Kondensation des Dampfes weitgehend unabhängig von der Temperatur
der Bahn erreicht wird. Damit lässt sich eine gezielte Temperaturerhöhung der Bahn
erreichen und auch genügend Feuchtigkeit mit Hilfe des Dampfes eintragen. Durch die
Kondensation des Dampfes wird die bereits aufgetragene Flüssigkeit erwärmt. Dadurch
sinkt die Viskosität dieser Flüssigkeit und die Oberflächenspannung wird herabgesetzt,
so dass die aufgetragene Flüssigkeit nun leichter einen gleichmäßigen Flüssigkeitsfilm
ausbilden kann. Aus diesem Grund ist es möglich, die Befeuchtung der Bahn auch kurz
vor dem Nip des Kalanders vorzunehmen, ohne dass sich größere Störungen an der Oberfläche
ergeben. Durch das aufeinander folgende Auftragen von Flüssigkeit und Dampf hat man
die weitgehende Möglichkeit, die Feuchtigkeit und die Temperatur der Bahn unabhängig
von der Bahn einzustellen. Keines der Medien wird zum Auftrag des anderen benötigt.
Darüber hinaus wirkt die aufgetragene Flüssigkeit auch als Wärmeleiter zwischen dem
aufgetragenen Dampf und der Bahn, so dass die Bahn durch den Dampf weiter erwärmt
werden kann.
[0013] Vorzugsweise gibt man den Dampf mit einem zeitlichen Abstand im Bereich von 1 ms
bis 200 ms, insbesondere im Bereich von 1 ms bis 100 ms, nach dem Auftrag der Flüssigkeit
oder des Feststoffs auf. Dieser zeitliche Abstand ist so gering, dass gewährleistet
ist, dass in jedem Fall noch eine ausreichende Menge an Flüssigkeit auf der Oberfläche
der Bahn verbleibt. Die Flüssigkeit reicht aus, um den Dampf in gewünschtem Maße zu
kondensieren.
[0014] Bevorzugterweise bringt man den Dampf mit einem räumlichen Abstand im Bereich von
20 mm bis 2000 mm, insbesondere von 30 mm bis 1500 mm und vorzugsweise im Bereich
von 50 mm bis 500 mm hinter dem Auftrag der Flüssigkeit oder des Feststoffs auf. Bei
den heutigen Bahnlaufgeschwindigkeiten ist der Abstand so gewählt, dass beim Aufbringen
des Dampfes noch genügend Flüssigkeit an der Oberfläche der Bahn vorhanden ist, um
die gewünschte Wirkung zu erzielen.
[0015] Auch ist von Vorteil, wenn man den Dampf aufbringt, solange noch mindestens 75 %,
insbesondere mindestens 90 %, der Flüssigkeit an der Oberfläche der Bahn vorhanden
ist. Wenn man einen Feststoff aufgetragen hat, dann wird dieser Feststoff im Moment
des Auftragens des Dampfes in der Regel bereits aufgeschmolzen sein und bildet dann
eine Flüssigkeit, die hier als Beurteilungskriterium zur Verfügung steht. Bei den
angegebenen Werten steht weit mehr als die Hälfte der aufgetragenen Flüssigkeit zur
Verfügung, um Dampf zu kondensieren. Die Flüssigkeit wird durch den Dampf erwärmt.
Aufgrund der relativ großen Flüssigkeitsmenge können sich die Flüssigkeitströpfchen,
die sich an der Oberfläche der Bahn ausgebildet haben, dann zu einem Film vereinigen.
Dieser Film führt beim Durchlaufen des nachfolgenden Nips zu einer relativ gleichmäßigen
Befeuchtung der Bahn.
[0016] Vorzugsweise bringt man Flüssigkeit in Form von Eis auf. Wenn man beispielsweise
Wasser für die Befeuchtung verwendet, was überwiegend der Fall ist, dann kann man
Flüssigkeit in Form von kleinen Eiskristallen auftragen, die zuvor bereitet worden
sind. Derartige Eiskristalle werden den Zustand als Feststoff nur relativ kurze Zeit
beibehalten. Sie werden durch den nachfolgenden Dampfauftrag sehr schnell in eine
Flüssigkeit zurückgewandelt. Aufgrund der verglichen mit einer Temperatur niedrigeren
Temperatur kann der Dampf dann in vermehrten Maße kondensieren, so dass man mehr Feuchtigkeit
durch Dampfauftrag und damit mehr Wärme in die Bahn einbringen kann als sonst.
[0017] Bevorzugterweise trägt man vor dem letzten oder vorletzten Nip der ersten Gruppe
mehr Feuchtigkeit auf als vor dem ersten Nip der ersten Gruppe. Der Feuchtigkeitsauftrag
vor dem letzten oder vorletzten Nip der ersten Gruppe dient hauptsächlich zur Rückbefeuchtung
der Bahn, so dass gezielt der Trockengehalt am Eingang des Kalanders beeinflusst werden
kann. Der Trockengehalt vor dem Beginn der Satinage sollte zwischen 85 % und 95 %
liegen, vorzugsweise im Bereich zwischen 91 % und 93 %. Da man nun vor dem letzten
oder vorletzten Nip der ersten Gruppe weiter befeuchten kann, kann man hier eine ausreichende
Feuchtigkeitssteigerung der Bahn erreichen, so dass die Bahn in den Nips der zweiten
Gruppe erneut Feuchtigkeit verlieren kann, ohne am Ausgang des Kalanders zu trocken
zu sein. Beispielsweise kann man an dieser Stelle eine Feuchtigkeitssteigerung im
Bereich von 3 bis 5 % erreichen, die dann in den Nips der zweiten Gruppe zur Verfügung
steht. Vorzugsweise trägt man vor dem ersten oder zweiten Nip der zweiten Gruppe weniger
Feuchtigkeit als vor dem letzten oder vorletzten Nip der ersten Gruppe auf. Wenn die
Bahn von den Nips der ersten Gruppe zu den Nips der zweiten Gruppe wechselt, durchläuft
sie entweder einen Wechselnip, der geschlossen oder offen sein kann, oder sie durchläuft
einen Weg zwischen einem ersten und einem zweiten Walzenstapel. In jedem Fall besteht
das Risiko, dass sich die Bahn durch den relativ langen freien Zug stark abkühlt.
Aus diesem Grunde steht vor dem ersten oder zweiten Nip der zweiten Gruppe eine Erwärmung
im Vordergrund. Diese Erwärmung ist vorteilhaft, um eine gute Glättung der Oberfläche
zu erzielen. Um den Eingangsfeuchtegehalt in den Kalander so gering wie möglich zu
halten, so dass eine Schwarzsatinage vermieden werden kann, soll hier der Flüssigkeitseintrag
nur so groß sein, wie er zur Erzielung der gewünschten Bahntemperatur erforderlich
ist. Durch einen geringen Feuchteeintrag in die Bahn wird die Gefahr von Ablagerungen
auf der Heizwalze vermieden.
[0018] Vorzugsweise verwendet man an allen Befeuchtungspositionen Auftragsaggregate der
gleichen Bauart. Damit lässt sich der apparative Aufbau für die Befeuchtung auch innerhalb
des Kalanders klein halten.
[0019] Vorzugsweise nimmt man die Befeuchtung im Bereich einer Leitwalze vor. Im Bereich
einer Leitwalze ist die Bahn auf einer Seite durch die Leitwalze abgestützt. Sie kann
dann auf der anderen Seite befeuchtet werden und zwar wobei der Abstand zwischen dem
Dampf oder Flüssigkeitsauftrag und der Bahn relativ genau eingestellt und beibehalten
werden kann. Dies ergibt einen Feuchtigkeitsauftrag, der in einem hohen Maße reproduzierbar
ist.
[0020] Vorzugsweise nimmt man die Befeuchtung mit einem zeitlichen Abstand im Bereich von
1 ms bis 200 ms, insbesondere im Bereich von 2 ms bis 70 ms, vor dem Durchlaufen des
Nips vor. In diesem Fall steht die Feuchtigkeit hauptsächlich im Bereich der Oberfläche
zur Verfügung, so dass man ein Volumen schonendes Satinieren der Bahn erreichen kann.
[0021] Vorzugsweise trägt man nur soviel Flüssigkeit auf, wie für eine gewünschte Temperatursteigerung
durch den nachfolgenden Dampfauftrag erforderlich ist. Dies ist dann günstig, wenn
eine Temperatursteigerung über den möglichen Wert im reinen Dampfbetrieb erforderlich
ist, aber eine Feuchtigkeitserhöhung der Faserstoffbahn möglichst nicht oder nur möglichst
wenig erfolgen soll. Man verwendet dann die Flüssigkeit praktisch ausschließlich dazu,
als Kondensationskern oder -keim für den Dampf zu dienen, so dass möglichst viel Dampf
auf der Bahn kondensieren kann, was zu einer entsprechenden Temperaturerhöhung führt.
[0022] Vorzugsweise liegt die Bahntemperatur nach dem Dampfauftrag im Bereich von 80 bis
100°C, insbesondere im Bereich von 85 bis 90°C. Ohne einen vorherigen Flüssigkeitsauftrag
sind solch hohe Temperaturen über einen reinen Dampfauftrag nicht zu realisieren.
Wenn man aber zuvor Flüssigkeit aufträgt und den Dampf dann kondensieren lässt, dann
kann man eine ausreichende Wärmemenge in die Bahn eintragen.
[0023] In einer alternativen Ausgestaltung trägt man soviel Flüssigkeit auf, wie zur Rückbefeuchtung
der Bahn erforderlich ist, und vergleichmäßigt den Flüssigkeitsauftrag durch den nachfolgenden
Dampfauftrag. Damit lassen sich beispielsweise Markierungen oder Streifen vermeiden.
Der Dampf dient darüber hinaus gegebenenfalls zur Steigerung der Penetrationsgeschwindigkeit
durch Erwärmen der Bahn.
[0024] Vorzugsweise trägt man die Flüssigkeit und/oder den Dampf über Schlitzdüsen auf.
Mit einer Schlitzdüse lässt für den Flüssigkeitsauftrag ein Abstand von unter 25 mm
zur Bahnoberfläche realisieren. Der Abstand kann dann genauso groß sein wie beim Dampfauftrag,
was sehr vorteilhaft ist, wenn man ein gemeinsames Gehäuse verwendet.
[0025] Vorzugsweise trägt man eine mit Additiven versehene Flüssigkeit auf. Derartige Additive
können beispielsweise das Penetrationsverhalten unterstützen, indem sie beispielsweise
die Oberflächenspannung der Flüssigkeit reduzieren, oder eine Beschichtung durchführen
oder eine Vergleichmäßigung des Flüssigkeitsauftrags unterstützen oder störende Ablagerungen
reduzieren.
[0026] Bevorzugterweise verwendet man als Flüssigkeit Wasser, mindestens eine Streichfarbe,
mindestens eine Stärkelösung, mindestens eine Beschichtungschemikalie, Polyacrylsäure
und deren Salze mit Alkalimetallionen, Erdalkalimetallionen, Polyvenylalkohol, Polyäthylenglykol,
Polypropylenglykole, Polysulfonsäuren und/oder langkettige organische Äther.
[0027] Bevorzugterweise trägt man die Flüssigkeit in einer Menge im Bereich von 0,1 bis
8 g/m
2, insbesondere im Bereich von 0,2 bis 1,5 g/m
2 bezogen auf die Fläche der Faserstoffbahn auf.
[0028] Die Aufgabe wird bei einer Kalanderanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
dass vor dem letzten oder vorletzten Nip der ersten Gruppe eine zweite Befeuchtungseinrichtung
und vor dem ersten oder zweiten Nip der zweiten Gruppe eine dritte Befeuchtungseinrichtung
angeordnet ist.
[0029] Wie oben im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben worden ist, kann man mit einer
derartigen Kalanderanordnung eine relativ hohe Endfeuchte der Bahn erreichen, ohne
die Bahn mit einer zu hohen Eingangsfeuchte in den ersten Nip des Kalanders einfahren
zu müssen. Durch die zweite Befeuchtungseinrichtung kann ein relativ hoher Feuchtigkeitseintrag
erfolgen, weil die Bahn danach nur noch den letzten oder vorletzten Nip der ersten
Gruppe durchläuft und danach zu den Nips der zweiten Gruppe einen relativ langen freien
Zug hat, in dem die Bahn abkühlt und eine Durchfeuchtung erfahren kann. Die dritte
Befeuchtungseinrichtung sorgt dann dafür, dass die Bahn für den Durchlauf der zweiten
Nips an der jeweiligen zu glättenden Oberfläche die gewünschte Feuchtigkeit erhält.
Die dritte Befeuchtungseinrichtung kann auch dafür verwendet werden, die Temperatur
der Bahn an dieser Oberfläche zu erhöhen.
[0030] Vorzugsweise weist jede Befeuchtungseinrichtung eine Flüssigkeits- oder Feststoffaufgabe
und entlang des Bahnlaufpfades dahinter eine Dampfausgabe auf. Mit einer derartigen
Ausgestaltung kann man zunächst eine Flüssigkeit (oder einen Feststoff in Form von
Eis) auf die Oberfläche der Bahn auftragen. Diese Flüssigkeit dient dann als Nucleus
oder Kern für die Kondensation des nachfolgend aufgetragenen Dampfes. Der Auftrag
von Feuchtigkeit mit Hilfe des Dampfes ist dann nicht mehr von der Temperatur der
Bahn abhängig, weil der Dampf an der zuvor aufgetragenen Feuchtigkeit kondensieren
kann. Man kann dann den Dampfauftrag, der auch einen wesentlichen Einfluss auf die
Temperatur an der Oberfläche der Bahn hat, und den Feuchtigkeitsauftrag weitgehend
voneinander entkoppeln, so dass man Feuchte und Temperatur an der Oberfläche der Bahn
weitgehend unabhängig voneinander einstellen kann.
[0031] Hierbei ist bevorzugt, dass ein Abstand zwischen einem Ausgang der Flüssigkeits-
oder Feststoffausgabe und der Dampfausgabe so gewählt ist, dass mindestens eine der
folgenden Bedingungen erfüllt ist:
- a) Der Abstand liegt im Bereich von 20 mm bis 2000 mm, insbesondere im Bereich von
30 mm bis 1500 mm und bevorzugt im Bereich von 50 mm bis 500 mm,
- b) bei Betriebsgeschwindigkeit benötigt die Faserstoffbahn eine Zeit im Bereich von
1 ms bis 200 ms, insbesondere von 1 ms bis 100 ms vom Ausgang der Flüssigkeits- oder
Feststoffausgabe bis zum Eingang der Dampfausgabe,
- c) am Eingang der Dampfausgabe befindet sich mindestens 75 %, insbesondere mindestens
90 %, der in der Flüssigkeitsausgabe aufgetragenen Flüssigkeit noch auf der Oberfläche
der Bahn.
[0032] Wie oben erwähnt, wird auf diese Weise sichergestellt, dass bei der Beaufschlagung
mit Dampf auch noch eine ausreichende Flüssigkeitsmenge auf der Oberfläche der Bahn
vorhanden ist. Die Flüssigkeit hat dann zwei Aufgaben. Zum Einen dient sie als Nucleus
oder Kondensationskern für die Kondensation des Dampfes. Zum Anderen dient sie als
Wärmeleiter, um die Wärme aus dem Dampf an die Oberfläche der Bahn zu übertragen.
Umgekehrt hat der Dampf die vorteilhafte Wirkung, dass die Viskosität und die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit herabgesetzt wird, so dass sich leichter ein gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm
an der Oberfläche der Bahn ausbilden kann. Mit einem gleichmäßigen Flüssigkeitsfilm
an der Oberfläche kann man die so befeuchtete Bahn dann durch die Nips in den Kalander
führen, ohne dass man ein größeres Risiko der Beschädigung der Bahn hat.
[0033] Vorzugsweise weist die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung und/oder die Dampfausgabeeinrichtung
eine Schlitzdüsenanordnung auf. Mit einer Schlitzdüsenanordnung kann man einen relativ
kleinen Abstand zwischen der Ausgabeeinrichtung und der Bahn erreichen, was insbesondere
dann von Vorteil ist, wenn man Flüssigkeitsauftrag und Dampfauftrag aus einem gemeinsamen
Gehäuse heraus vornehmen möchte. In diesem Fall ist die Schlitzdüse insbesondere für
den Flüssigkeitsauftrag vorteilhaft.
[0034] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in
Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Befeuchtung einer Bahn und
- Fig. 2
- eine stark schematisierte Darstellung eines Kalanders.
[0035] Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Befeuchten einer Papierbahn 2. Die Papierbahn
2 wird hier als Beispiel für eine Faserstoffbahn verwendet. Anstelle der Papierbahn
2 kann natürlich auch eine Papp- oder Kartonbahn befeuchtet werden.
[0036] Die Papierbahn 2 wird in einer durch einen Pfeil dargestellten Laufrichtung 3 an
der Vorrichtung 1 entlang bewegt. Dort wo sich die Papierbahn 2 befindet, wird ein
Bahnlaufpfad angenommen.
[0037] Die Vorrichtung 1 weist in Laufrichtung 3 zunächst eine Flüssigkeitsausgabeeinrichtung
4 und danach eine Dampfausgabeeinrichtung 5 auf.
[0038] Die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 gibt Flüssigkeit in Form von Sprühstrahlen 6
in Richtung auf die Papierbahn 2 aus, so dass sich ein Flüssigkeitsfilm 7 bildet.
Der Flüssigkeitsfilm 7 muss im Bereich der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 noch nicht
zusammenhängen. Er kann dort auch noch in Form von einzelnen Tröpfchen vorliegen.
Sobald die Flüssigkeit auf der Oberfläche der Papierbahn 2 angekommen ist, beginnt
sie, in das Innere der Papierbahn 2 vorzudringen. Allerdings ist hierfür eine gewisse
Zeit notwendig.
[0039] Die Papierbahn 2 läuft noch während dieser Zeit an der Dampfausgabeeinrichtung 5
vorbei, die Dampfstrahlen 8 in Richtung auf die Papierbahn 2 ausgibt. Der mit den
Dampfstrahlen 8 transportierte Dampf kommt in Kontakt mit dem Flüssigkeitsfilm 7,
der eine niedrigere Temperatur als die Dampfstrahlen 8 aufweist. Dementsprechend kondensiert
der Dampf hier und bildet einen hier als "Dampffilm" 9 bezeichneten weiteren Film,
der sich allerdings mit dem Flüssigkeitsfilm 7 vermischt. Diese Vorgehensweise hat
den Vorteil, dass man eine ausreichend niedrige Temperatur an der Oberfläche der Papierbahn
2 erzeugen kann, um den Dampf zum Kondensieren zu bringen. Dementsprechend kann die
im Dampf enthaltene Wärmeenergie nahezu vollständig verwendet werden, um die Papierbahn
2 an der Oberfläche aufzuheizen. Der Dampfauftrag erfolgt also mit einem relativ hohen
Wirkungsgrad.
[0040] Der Flüssigkeitsfilm 7 wird durch den Dampf erwärmt. Dadurch wird die Oberflächenspannung
und die Viskosität der den Flüssigkeitsfilm 7 bildenden Flüssigkeit herabgesetzt,
so dass die beim Flüssigkeitsauftrag möglicherweise entstandenen Tröpfchen sich zu
einer gleichförmigen Schicht vereinigen können. Durch die erhöhte Temperatur kann
die Flüssigkeit dann auch leichter in die Oberfläche der Papierbahn eindringen, so
dass die Befeuchtung und die Erwärmung der Papierbahn 2 begünstigt wird.
[0041] Durch den getrennten Auftrag von Flüssigkeit und Dampf lassen sich diese beiden Medien
unabhängig voneinander einstellen. Wenn die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und die
Dampfausgabeeinrichtung 5 quer zur Laufrichtung 3 der Papierbahn in Zonen unterteilt
sind, die unabhängig voneinander geregelt werden können, ist es möglich, die Feuchtigkeit
über die Breite der Papierbahn profilieren zu können. Da man den Dampfauftrag und
den Flüssigkeitsauftrag weitgehend unabhängig voneinander einstellen kann, ist die
Profilierung sowohl bezüglich Temperatur als auch Feuchtigkeit möglich. Durch eine
zonale Regelung der Flüssigkeits- und Dampfmenge kann beispielsweise zur Profilierung
der Feuchte an zu trockenen Stellen Flüssigkeit aufgetragen werden und an zu feuchten
Stellen Dampf, wenn der Dampf in einem Folgeprozess, z.B. dem Durchlaufen eines Nips
eines Kalanders, eine stärkere Trocknung bewirkt. Dadurch ist eine gezielte und energiesparende
Feuchteprofilierung möglich.
[0042] Durch den getrennten Auftrag von Dampf und Flüssigkeit lassen sich Feuchtigkeitsmengen,
die zur Rückbefeuchtung benötigt werden, gezielt einstellen.
[0043] Die Flüssigkeit sollte bis zum Dampfauftrag möglichst weitgehend, also mindestens
zu 75 %, besser noch zu mindestens 90 %, an der Oberfläche der Papierbahn 2 vorliegen.
Sie sollte also nur zu einem kleinen Anteil in die Papierbahn 2 eingedrungen sein.
Um dies zu erreichen, ordnet man die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung 4 und die Dampfausgabeeinrichtung
möglichst dicht benachbart zueinander an, vorteilhafterweise sogar in einem gemeinsamen
Gehäuse. Der räumliche Abstand zwischen dem Ende des Flüssigkeitsauftrags und dem
Beginn des Dampfauftrags sollte im Bereich von 20 mm bis 2000 mm, insbesondere zwischen
50 mm und 1500 mm und besonders bevorzugt zwischen 30 mm und 500 mm liegen. Der zeitliche
Abstand des Auftrags auf eine bewegte Papierbahn 2 sollte im Bereich von 1 ms bis
200 ms, vorzugsweise zwischen 1 ms und 100 ms liegen.
[0044] Wenn eine Steigerung der Feuchtigkeit nicht erforderlich ist, dann wird nur soviel
Flüssigkeit aufgetragen, dass die gewünschte Temperatursteigerung durch den Dampfauftrag
erreicht wird. Die Bahntemperatur wird nach der Vorrichtung 1 auf Temperaturen im
Bereich von 70 bis 100°C, bevorzugterweise auf Temperaturen im Bereich von 80 bis
90°C aufgeheizt.
[0045] Fig. 2 zeigt schematisch eine Kalanderanordnung mit einem unter einem Winkel von
etwa 45° zur Vertikalen angeordneten Walzenstapel 11, der zwischen einer Abwicklung
12 und einer Aufwicklung 13 angeordnet ist. Die Kalanderanordnung 10 ist im vorliegenden
Fall also offline angeordnet. Sie kann aber ebenso gut auch online zu einer Papier-
oder Streichmaschine angeordnet sein, so dass eine Abwicklung vor der Kalanderanordnung
10 entbehrlich ist.
[0046] Der Walzenstapel 11 weist im vorliegenden Fall zehn Walzen 14-23 auf, von denen die
beiden Endwalzen 15, 23 als Durchbiegungseinstellwalzen ausgebildet sind. Auch zwei
mittlere Walzen 18, 19 sind als Durchbiegungseinstellwalzen ausgebildet, die allerdings
in zwei Wirkrichtungen betätigbar sind. Die Walzen 14, 16, 18, 19, 21, 23 sind als
so genannte "weiche Walzen" ausgebildet, d.h. sie weisen einen elastischen Belag an
ihrer Oberfläche auf. Die Walzen 15, 17, 20, 22 sind als beheizte Walzen ausgebildet.
[0047] Zwischen jeweils benachbarten Walzen 14-23 sind Nips 24-32 ausgebildet, wobei bis
auf einen Wechselnip 28 alle Nips jeweils zwischen einer harten Walze 15, 17, 20,
22 und einer weichen Walze 14, 16, 18, 19, 21, 23 ausgebildet sind. Durch den Wechselnip
28 ist dafür gesorgt, dass die Papierbahn 2 entlang ihres Bahnlaufpfades so geführt
ist, dass sie in einer ersten Gruppe A von Nips 24-27 mit ihrer ersten Seite 33 an
einer harten und beheizten Walze 15, 17 anliegt, während sie in einer zweiten Gruppe
B von Nips 29-32 mit ihrer anderen Seite 34 an den harten, beheizten Walzen 20, 22
anliegt.
[0048] An insgesamt drei Positionen ist nun jeweils eine Vorrichtung 1 angeordnet.
[0049] Eine erste Befeuchtungseinrichtung 1a ist vor dem ersten Nip 24 der ersten Gruppe
A angeordnet. Eine zweite Befeuchtungseinrichtung 1b ist vor dem letzten Nip 27 der
ersten Gruppe A angeordnet. Eine dritte Befeuchtungseinrichtung 1c ist vor dem ersten
Nip 29 der zweiten Gruppe B angeordnet. Alternativ ist eine dritte Befeuchtungseinrichtung
1c' vor dem zweiten Nip 30 der zweiten Gruppe angeordnet.
[0050] Alle Befeuchtungseinrichtungen 1a, 1b, 1c, 1c' können gleichartig aufgebaut sein,
d.h. sie tragen zunächst Sprühstrahlen 6 auf die Oberfläche der Papierbahn 2 auf,
um einen Flüssigkeitsfilm 7 zu bilden, und anschließend Dampfstrahlen 8, um einen
"Dampffilm" 9 zu bilden.
[0051] Allerdings kann es vorteilhaft sein, die Befeuchtungseinrichtungen unterschiedlich
zu betreiben. Die erste Befeuchtungseinrichtung 1a vor dem ersten Nip 24 der ersten
Gruppe A trägt Feuchtigkeit auf der Seite 33 der Papierbahn 2 auf, die der nachfolgenden
beheizten Walze 15 zugewandt ist. Diese Befeuchtung dient hauptsächlich der Zufuhr
von Wärme der Papierbahn 2. Diese Erwärmung ist notwendig, damit eine Glättung der
Oberfläche der Papierbahn 2 in den nachfolgenden Nips 24-27 erzielt werden kann. Zur
Reduzierung der Schwarzsatinage sollte die Eingangsfeuchtigkeit der Papierbahn 2 vor
dem Eintritt in die Kalanderanordnung 10 allerdings so gering wie möglich gehalten
werden. Der Flüssigkeitseintrag durch die erste Befeuchtungsvorrichtung 1a ist hier
nur so groß, wie es zur Erzielung der gewünschen Bahntemperatur erforderlich ist.
Dementsprechend dient der Flüssigkeitsauftrag mit den Sprühstrahlen 6 dazu, dass etwa
soviel Flüssigkeit aufgebracht wird, dass ausreichend Dampf kondensieren kann, um
die gewünschte Bahntemperatur zu erzielen. Der Flüssigkeitsauftrag dient an dieser
Stelle hauptsächlich dazu, den Wärmeübergang des Dampfes an die Papierbahn 2 zu verbessern.
[0052] Der Abstand der Befeuchtungsvorrichtung 1a zum Nip 24 sollte zeitlich zwischen 1
ms und 200 ms, vorzugsweise zwischen 2 ms und 70 ms liegen. Die Papierbahn sollte
unmittelbar nach dem ersten Nip 24 eine Temperatur von mehr als 60°C, vorzugsweise
mehr als 75°C haben. Die Feuchtigkeitssteigerung durch die Befeuchtungsvorrichtung
1a sollte hier vorzugsweise bei maximal 3 % liegen, vorzugsweise sogar unter 2,5 %
liegen.
[0053] In den nachfolgenden Nips 24-26 wird die Papierbahn 2 satiniert. Dabei wird die Seite
33 an den beheizten Walzen 15, 17 geglättet. Ein Feuchtigkeitsverlust ist hierbei
praktisch nicht zu vermeiden.
[0054] Aus diesem Grunde ist vor dem letzten Nip 27 der ersten Gruppe A eine zweite Befeuchtungseinrichtung
1b angeordnet, mit der eine Rückbefeuchtungsmenge auf die Papierbahn 2 aufgetragen
werden kann, die den Eingangstrockengehalt in die Kalanderanordnung 10 maßgeblich
beeinflussen kann. Die Befeuchtung erfolgt an dieser Stelle auf die bis dahin nicht
geglättete Seite 34 der Papierbahn 2, also auf die an der weichen Walze 18 anliegende
Seite. Die Auftragsmenge wird so gewählt, dass keine Befeuchtung der bereits geglätteten
Seite 33 erfolgt.
[0055] Die Befeuchtung erfolgt im letzten Nip 27 vor dem Wechselnip 28, um zwischen dieser
Befeuchtung und dem ersten Nip 29 der zweiten Gruppe B noch mindestens einen Nip zu
durchlaufen. Damit kann man Ablagerungen von Füllstoffen auf den nachfolgenden Heizwalzen
20, 22 vermeiden.
[0056] Alternativ dazu kann (nicht dargestellt) die Befeuchtung auch zwei Nips vor dem Wechselnip
28 erfolgen.
[0057] Auch hier beträgt der zeitliche Abstand der zweiten Befeuchtungsvorrichtung 1b und
dem folgenden Nip 27 1 ms bis 200 ms, vorzugsweise 2 ms bis 70 ms. Die Feuchtigkeitssteigerung
durch die zweite Befeuchtungseinrichtung ist wesentlich höher. Sie reicht bis 5 %,
so dass der Trockengehalt der Papierbahn 2 vor dem Einlauf in die Nips 29-32 der zweiten
Gruppe B zwischen 85 % und 95 %, vorzugsweise im Bereich von 91 % bis 93 % liegen
kann.
[0058] Im Wechselnip 28 kühlt sich die Papierbahn 2 durch den relativ langen freien Zug
stark ab. Die dritte Befeuchtungsvorrichtung 1c vor dem ersten oder zweiten Nip 29,
30 der zweiten Gruppe B dient dann primär dazu, die Papierbahn 2 zu erwärmen, um eine
gute Glättung der Seite 34 erzielen zu können.
[0059] Um den Eingangsfeuchtegehalt in die Nips 29-32 der zweiten Gruppe B so gering wie
möglich zu halten, soll hier der Flüssigkeitseintrag nur so groß sein, wie er zur
Erzielung der gewünschten Bahntemperatur erforderlich ist. Durch einen geringen Feuchteeintrag
in die Papierbahn 2 wird auch die Gefahr von Ablagerungen auf den Heizwalzen 20, 22
gering gehalten.
[0060] Der Abstand der dritten Befeuchtungsvorrichtung 1c zum nachfolgenden Nip ist ebenfalls
so klein, wie er oben angegeben worden ist. Die Feuchtigkeitssteigerung durch die
dritte Befeuchtungseinrichtung sollte weniger als 3 %, vorzugsweise weniger als 2
% betragen.
[0061] In allen Bereichen kann die Befeuchtungsvorrichtung 1 quer zur Laufrichtung der Papierbahn
2 in Zonen unterteilt werden, die getrennt regelbar sind. Bevorzugte Zonenbreiten
liegen im Bereich von 10 bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich von maximal 20 mm.
[0062] Die Befeuchtung der Papierbahn 2 erfolgt vorzugsweise von unten, um zu gewährleisten,
dass Tropfen von kondensiertem Dampf bzw. Wasser nicht von oben auf die Papierbahn
2 fallen können. Wenn man einen Feststoffauftrag (Eis) verwendet, dann erfolgt dieser
bevorzugt von oben auf die Papierbahn 2.
[0063] Wenn in einer Kalanderanordnung 10 nicht alle Nips für die Satinage der Papierbahn
2 verwendet werden, dann gelten die Positionen für die Befeuchtungsvorrichtungen 1a,
1b, 1c, 1c' für die benutzten Nips.
1. Verfahren zum Satinieren einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn,
die durch mehrere Nips geführt und dort mit Druck und Temperatur beaufschlagt wird,
wobei die Bahn in einer ersten Gruppe von Nips mit ihrer ersten Seite jeweils an einer
beheizten Walze und in einer zweiten Gruppe von Nips jeweils mit ihrer zweiten Seite
an einer beheizten Walze anliegt, wobei die Bahn vor dem ersten Nip der ersten Gruppe
befeuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn vor dem letzten oder vorletzten Nip der ersten Gruppe und vor dem ersten
oder zweiten Nip der zweiten Gruppe befeuchtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bahn vor dem letzten oder vorletzten Nip auf der der beheizten Walze abgewandten
Seite befeuchtet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bahn vor dem ersten oder zweiten Nip der zweiten Gruppe auf der der beheizten
Walze zugewandten Seite befeuchtet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man zuerst Flüssigkeit oder Feststoff und dann Dampf auf die Bahn aufträgt, wobei
man den Dampf aufträgt, solange sich noch zuvor aufgetragene Flüssigkeit auf der Oberfläche
der Bahn befindet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den Dampf mit einem zeitlichen Abstand im Bereich von 1 ms bis 200 ms, insbesondere
im Bereich von 1 ms bis 100 ms, nach dem Auftrag der Flüssigkeit aufbringt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass man den Dampf mit einem räumlichen Abstand im Bereich von 20 mm bis 2000 mm, insbesondere
im Bereich von 30 mm bis 1500 mm und vorzugsweise im Bereich von 50 mm bis 500 mm
hinter dem Auftrag der Flüssigkeit aufbringt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man den Dampf aufbringt, solange noch mindestens 75 %, insbesondere 90 % der Flüssigkeit
auf der Oberfläche der Faserstoffbahn vorhanden sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man Flüssigkeit in Form von Eis aufbringt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man vor dem letzten oder vorletzten Nip der ersten Gruppe mehr Feuchtigkeit aufträgt
als vor dem ersten Nip der ersten Gruppe.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man vor dem ersten oder zweiten Nip der zweiten Gruppe weniger Feuchtigkeit als vor
dem letzten oder vorletzten Nip der ersten Gruppe aufträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man an allen Befeuchtungspositionen Auftragsaggregate der gleichen Bauart verwendet.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man die Befeuchtung im Bereich einer Leitwalze vornimmt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man die Befeuchtung mit einem zeitlichen Abstand im Bereich von 1 ms bis 200 ms,
insbesondere im Bereich von 2 ms bis 70 ms vor dem Durchlaufen des Nips vornimmt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man nur soviel Flüssigkeit aufträgt, wie für eine gewünschte Temperatursteigerung
durch den nachfolgenden Dampfauftrag erforderlich ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahntemperatur nach dem Dampfauftrag im Bereich von 80 bis 100°C, insbesondere
im Bereich von 85 bis 90°C liegt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man soviel Flüssigkeit aufträgt, wie zur Rückbefeuchtung der Bahn erforderlich ist,
und den Flüssigkeitsauftrag durch den nachfolgenden Dampfauftrag vergleichmäßigt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass man die Flüssigkeit und/oder den Dampf über Schlitzdüsen aufträgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass man eine mit Additiven versehene Flüssigkeit aufträgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass man als Flüssigkeit Wasser, mindestens eine Streichfarbe, mindestens eine Stärkelösung,
mindestens eine Beschichtungschemikalie, Polyacrylsäure und deren Salze mit Alkalimetallionen,
Erdalkalimetallionen, Polyvenylalkohol, Polyäthylenglykol, Polypropylenglykole, Polysulfonsäuren
und /oder langkettige organische Äther verwendet.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass man die Flüssigkeit in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 8 g/m2, insbesondere im Bereich von 0,2 bis 1,5 g/m2 bezogen auf die Fläche der Faserstoffbahn aufträgt.
21. Kalanderanordnung mit mehreren durch Walzen gebildeten Nips, einem durch die Nips
geführten Bahnlaufpfad, wobei beheizte Walzen in einer ersten Gruppe der Nips auf
einer Seite des Bahnlaufpfades und in einer zweiten Gruppe der Nips auf der anderen
Seite des Bahnlaufpfades vorgesehen sind, und einer ersten Befeuchtungsvorrichtung
vor dem ersten Nip der ersten Gruppe, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem letzten oder vorletzten Nip (26, 27) der ersten Gruppe A eine zweite Befeuchtungseinrichtung
(1b) und vor dem ersten oder zweiten Nip (29, 30) der zweiten Gruppe B eine dritte
Befeuchtungseinrichtung (1c, 1c') angeordnet ist.
22. Kalanderanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass jede Befeuchtungseinrichtung (1, 1a, 1b, 1c, 1c') eine Flüssigkeits- oder Feststoffausgabe
(4) und entlang des Bahnlaufpfades dahinter eine Dampfausgabe (5) aufweist.
23. Kalanderanordnung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen einem Ausgang der Flüssigkeitsausgabe (4) und einem Eingang
der Dampfausgabe (5) so gewählt ist, dass mindestens eine der folgenden Bedingungen
erfüllt ist:
a) Der Abstand (t1) liegt im Bereich von 20 mm bis 2000 mm , insbesondere im Bereich
von 30 mm bis 1500 mm und bevorzugt im Bereich von 50 mm bis 500 mm.
b) Bei Betriebsgeschwindigkeit benötigt die Faserstoffbahn (2) eine Zeit im Bereich
von 1 ms bis 200 ms, insbesondere im Bereich von 1 ms bis 100 ms vom Ausgang der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung
(4) bis zum Eingang der Dampfausgabeeinrichtung (5),
c) am Eingang der Dampfausgabeeinrichtung (5) befindet sich noch mindestens 75 %,
insbesondere mindestens 90 % der in der Flüssigkeitsausgabeeinrichtung aufgetragenen
Flüssigkeit (6) noch auf der Oberfläche der Faserstoffbahn (2).
24. Kalanderanordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsausgabeeinrichtung (4) und/oder die Dampfausgabeeinrichtung (5) eine
Schlitzdüsenanordnung aufweist.