DE69821967T2

DE69821967T2 - Verfahren zur herstellung von tissue papier mit niedriger dichte unter verminderter energieeinbringung

Info

Publication number: DE69821967T2
Application number: DE69821967T
Authority: DE
Inventors: Alan Michael HERMANS; Lynn Sherry BEHNKE; Irving Robert GUSKY; Stephen Frank HADA
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2018-10-31
Also published as: EP1027496A1; KR20010031626A; BR9815233A; WO1999023302A1; JP2001522002A; AR017541A1; CA2307675A1; CO5050415A1; TW438929B; DE69821967D1; ZA989733B; EP1027496B1; AU737366B2; ES2217600T3; AU1292499A; CN1282393A; US6096169A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren zum Herstellen von Zellulosebahnen. Die Erfindung betrifft insbesondere Verfahren zum Herstellen von Papiererzeugnissen mit geringer Dichte, wie beispielsweise Papiertuch, mit verringertem Energieaufwand.
Bei der Herstellung von Papiererzeugnissen, wie beispielsweise Papierhandtüchern, Servietten, Papiertuch, Wischtüchern und dergleichen, gibt es im Allgemeinen zwei verschiedene Verfahren zum Herstellen der Grundbahnen. Diese Verfahren werden üblicherweise als Nasspressen und Durchtrocknen bezeichnet. Obwohl die beiden Verfahren am vorderen Ende und am hinteren Ende des Prozesses gleich sein können, unterscheiden sie sich erheblich dadurch, wie das Wasser aus der Bahn nach ihrer anfänglichen Ausbildung entfernt wird.
Das heißt, beim Nasspressverfahren wird die neu ausgebildete nasse Bahn normalerweise auf einen Papiermaschinenfilz überführt und anschließend an die Oberfläche eines dampfbeheizten Trockenzylinders gepresst, während sie noch von dem Filz getragen wird. Die entwässerte Bahn, die normalerweise eine Konsistenz von ungefähr 40% hat, wird dann getrocknet, während sie sich auf der heißen Oberfläche des Trockenzylinders befindet. Die Bahn wird danach gekreppt, um sie weich zu machen, und dem entstehenden Bogen Dehnbarkeit zu verleihen. Ein Nachteil des Nasspressens besteht darin, dass durch den Pressschritt die Bahn verdichtet wird, so dass Rohdichte und Saugvermögen der Bahn abnehmen. Der anschließende Kreppschritt stellt diese vorteilhaften Bogeneigenschaften nur teilweise wieder her.
Bei dem Durchtrocknungsverfahren wird die neu ausgebildete Bahn auf ein relativ poröses Gewebe überführt und drucklos getrocknet, indem heiße Luft durch die Bahn geleitet wird. Die entstehende Bahn kann dann auf einen Trockenzylinder zum Kreppen überführt werden. Da die Bahn im Wesentlichen trocken ist, wenn sie auf den Trockenzylin der überführt wird, wird die Dichte der Bahn durch die Überführung nicht nennenswert erhöht. Des Weiteren ist die Dichte einer durchgetrockneten Bahn an sich relativ gering, da die Bahn getrocknet wird, während sie von dem Durchtrocknungsgewebe getragen wird. Die Nachteile des Durchtrocknungsverfahrens bestehen jedoch in den Energiekosten für den Betrieb sowie den Kapitalkosten, die mit den Durchtrocknern verbunden sind.
Beim Durchtrocknungsverfahren wird Wasser durch wenigstens zwei Prozesse entfernt: Vakuum-Entwässern und anschließend Durchtrocknen. Vakuum-Entwässern wird zunächst eingesetzt, um die Bahn von der Nach-Sieb-Konsistenz von ungefähr 10% auf etwa 20–28% zu bringen, wobei dies von dem speziellen Rohstoff, der Geschwindigkeit und den örtlichen Energiekosten abhängt. Es ist bekannt, dass die Kosten für die Wasserentfernung bei niedrigen Konsistenzen relativ niedrig sind, jedoch exponential ansteigen, wenn mehr Wasser entfernt wird. Daher wird Vakuum-Entwässern im Allgemeinen eingesetzt, bis die Kosten für zusätzliche Wasserentfernung höher werden als die der folgenden Durchtrocknungsstufe.
In der Durchtrocknungsstufe wiederum variieren die Energiekosten in Abhängigkeit von den Details des Prozesses und des Rohstoffes, in allen Fällen jedoch muss ein Minimum von 1000 BTU/pound (23 Megajoules (MJ)/kg) an Wasser entfernt werden, da dies die latente Wärme der Verdampfung von Wasser ist. In der Praxis sind im Allgemeinen ungefähr 1500 BTU/pound (3,5 MJ/kg) entfernten Wassers erforderlich, wobei jedoch die zusätzlichen BTU mit der fühlbaren Wärme zusammenhängen, die erforderlich ist, um das Wasser zum Siedepunkt zu bringen, sowie mit Energieverlusten in dem System. Trotz des relativ hohen Energieaufwands, der zum Durchtrocknen erforderlich ist, ist dieser Prozess jedoch aufgrund der entstehenden Erzeugnisqualität zum bevorzugten Prozess für weiches, dichtes Papiertuch geworden. Bei einer neuen Papiertuchmaschine, die Papiertuch in höchster Qualität herstellt, lohnt es sich häufig, das zusätzliche Kapital und die Energiekosten aufzuwenden, um das gewünschte Erzeugnis herzustellen.
Da jedoch die große Mehrzahl vorhandener Papiertuchmaschinen das ältere Nasspressverfahren nutzt, ist es von besonderer Bedeutung, dass die Hersteller Wege finden, vorhandene Nasspressmaschinen zu modifizieren, um die vom Verbraucher bevorzugten Erzeugnisse mit geringer Dichte ohne aufwendige Modifikation an den vorhandenen Maschinen durchzuführen. Natürlich ist es möglich, Nasspressmaschinen zu Durchtrocknungs-Konstruktionen umzubauen, dies ist jedoch normalerweise zu teuer. Viele komplizierte und kostenaufwendige Veränderungen sind erforderlich, um die Durchtrockner und die dazugehörigen Einrichtungen aufzunehmen. Daher besteht ein großes Interesse daran, Wege zu finden, vorhandene Nasspressmaschinen abzuwandeln, ohne die Konstruktion der Maschine nennenswert zu verändern.
Ein einfaches Verfahren zum Abwandeln einer Nasspressmaschine, um weicheres, dichteres Papiertuch zu erzeugen, ist im US-Patent 5,230,776 beschrieben, das Andersson et al. am 27. Juli 1993 erteilt wurde. Das Patent offenbart das Austauschen des Filzes gegen ein perforiertes Band aus Draht und das Einschließen der Bahn zwischen den Siebdraht und dieses perforierte Band bis zur Presswalze. Das Patent scheint auch eine zusätzliche Entwässerungseinrichtung zu offenbaren, so beispielsweise ein Dampfblasrohr, eine Blasdüse und/oder einen separaten Pressfilz, der in der Schichtstruktur angeordnet werden kann, um den Trockenfeststoffgehalt vor dem Trockenzylinder weiter zu erhöhen. Es heißt, dass diese zusätzlichen Trockenvorrichtungen es der Maschine erlauben, mit Geschwindigkeiten zu laufen, die wenigstens im Wesentlichen äquivalent zur Geschwindigkeit von Durchtrockenmaschinen sind.
Es ist wichtig, den Feuchtigkeitsgehalt der Bahn, die auf den Trockenzylinder gelangt, zu verringern, um die Maschinengeschwindigkeit aufrechtzuerhalten und Oberflächenerhebungen oder mangelnde Haftung der Bahn zu verhindern. Der Einsatz eines separaten Pressfilzes gemäß US-Patent 5,230,776 führt jedoch zu einer Verdichtung der Bahn auf die gleiche Weise wie bei einer herkömmlichen Nasspressmaschine. Die Verdichtung, die durch einen separaten Pressfilz verursacht wird, würde so die Rohdichte und das Saugvermögen der Bahn negativ beeinflussen.
Des Weiteren sind Luftdüsen zum Entwässern der Bahn an sich hinsichtlich der Entfernung von Wasser und des Energiewirkungsgrades nicht wirkungsvoll. Das Blasen von Luft auf die Bahn zum Trocknen ist in der Technik bekannt und wird bei den Hauben von Trockenzylindern zum konvektiven Trocknen verwendet. Bei einer Trockenzylinderhaube dringt jedoch der Großteil der Luft von den Düsen nicht in die Bahn ein. Daher würde, wenn sie nicht auf hohe Temperaturen erhitzt wird, der Großteil der Luft verloren gehen und nicht effektiv zum Entfernen von Wasser genutzt. In Trockenwalzenhauben wird die Luft auf bis zu 900° Fahrenheit (480°C) erhitzt, und lange Verweilzeiten werden zugelassen, um das Trocknen zu bewirken.
US 3,447 247 offenbar ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Feuchtigkeit aus einer nassen durchlässigen Bahn durch Blasen von Trockenluft auf die Bahn. US 5,225,042 offenbar ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Entwässern von Papierrohstoff durch Ausüben von Luftdruck auf die Bahn unter Verwendung einer Druckhaube.
Was daher in der Technik fehlt und benötigt wird, ist ein Verfahren zum Herstellen von Papiertuch mit geringer Dichte auf einer Nasspressmaschine bei herkömmlichen Nasspressgeschwindigkeiten, und insbesondere ein Verfahren, das vom Verbraucher bevorzugte Erzeugnisse mit geringer Dichte bei geringerem Energieaufwand erzeugt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es hat sich herausgestellt, dass Luftströme verwendet werden können, um Wasser mit gutem energetischen Wirkungsgrad drucklos aus Zellulosebahnen zu entfernen. Das heißt, eine Nasspressmaschine kann abgewandelt werden, um Papiertuch mit Eigenschaften herzustellen, die denen einer Durchtrocknungsmaschine gleichen, wobei Energiewirkungsgrad und Produktivität aufrechterhalten werden. Die Nasspressmaschine kann so abgewandelt werden, dass sie Papiertuch zu geringeren Kosten als bei einem Durchtrocknungsumbau erzeugt, wobei gleichzeitig die Produktivität aufrechterhalten wird, die erforderlich ist, um die Umwandlung wirtschaftlich sinnvoll zu machen. Das heißt, die Nasspress-Papiertuchmaschine kann so abgewandelt werden, dass sie wirtschaftlich Papiertuch mit geringer Dichte mit einem Energie-/Kapitalwirkungsgrad herstellt, der größer ist als der des Durchtrocknungsprozesses.
Daher betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Zellulosebahn nach Anspruch 1.
Der "Wasserrückhaltewert" einer Stoffprobe, der im Folgenden als WRV (waten retention value) bezeichnet wird, ist ein Maß für das Wasser, das von der Stoffprobe nach dem Schleudern unter Standardbedingungen zurückgehalten wird. Der WRV kann ein nützliches Werkzeug beim Bewerten der Leistung von Stoffen in Bezug auf das Entwässerungsverhalten auf einer Papiertuchmaschine sein. Ein geeignetes Verfahren zum Bestimmen des WRV eines Stoffs ist das als TAPPI Useful Method 256 bekannte Verfahren, das Standardwerte für die Zentrifugalkraft, die Zeit des Zentrifugierens und die Herstellung der Probe vorgibt. Verschiedene industrielle Testlabors stehen zum Durchführen von WRV-Tests unter Verwendung des TAPPI-Tests oder einer abgewandelten Form desselben zur Verfügung. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wurden die Proben zum Testen dem Weyerhaeuser Technology Center in Tacoma (Washington) vorgelegt.
Bei den in den untenstehenden Beispielen beschriebenen Rohstoffgemischen wird das WRV als arithmetisches Mittel der einzelnen Rohstoffbestandteile dargestellt. Das WRV wird als ein Verhältnis von Gramm Wasser zu Gramm Faser nach dem Zentrifugieren dargestellt.
Die "Wasserrückhaltekonsistenz" einer Stoffprobe, die im Folgenden als WRC (waten retention consistency) bezeichnet wird, kann aus dem WRV entsprechend der folgenden Gleichung berechnet werden:
Der Terminus WRC wird hier verwendet, da er die maximale Konsistenz darstellt, die unter Einsatz von nichtthermischen Mitteln für eine Stoffprobe mit einem bestimmten WRV erreicht werden kann.
Der Begriff "energetischer Wirkungsgrad" (Energy Efficiency EE), wie er hier gebraucht wird, steht für die Nach-Entwässerungs-Konsistenz dividiert durch WRC für ein bestimmtes Maß an PS pro Inch (Hp/in) bzw. Kilowatt pro Millimeter (kW/mm) Bogenbreite. Der nichtthermische, drucklose Entwässerungsmechanismus, der hier beschrieben wird, ermöglicht gegenüber herkömmlichen Mechanismen, wie beispielsweise Vakuum-Entwässern, Düsenkästen (blow boxes), Kombinationen daraus und dergleichen, verbesserte energetische Wirkungsgrade. Des Weiteren sind die Energieanforderungen des vorliegenden nichtthermischen, drucklosen Entwässerungsmechanismus gegenüber dem Durchtrocknen erheblich verbessert. Das heißt, die vorliegende Erfindung ermöglicht druckloses Entwässern bei erheblich niedrigerem Gesamtenergieverbrauch als dem theoretischen Minimum von 1000 BTU/pound (2,3 MJ/kg), das für das Durchtrocknen erforderlich ist, d. h. bei etwa 750 BTU/pound (1,7 MJ/kg) entfernten Wassers oder weniger, insbesondere etwa 500 BTU/pound (1,2 MJ/kg) entfernten Wassers oder weniger und insbesondere ungefähr 400 BTU/pound (0,9 MJ/kg) entfernten Wassers oder weniger, wie beispielsweise ungefähr 350 BTU/pound (0,8 MJ/kg) entfernten Wassers.
Vakuumentwässern ist das Entwässern, wie es im Allgemeinen auf Papiermaschinen einschließlich Durchtrocknungs-Papiertuchmaschinen durchgeführt wird. Das heißt, die Bahn, die von einem durchgehenden Gewebe getragen wird, wird über einen oder mehrere Schlitze oder Löcher transportiert, die mit einer Auffangvorrichtung für den entstehenden Luft-/Wasserstrom verbunden ist, wobei ein Vakuum unter der Bahn durch eine Pumpe, normalerweise eine Flüssigkeitsringpumpe, wie die von Nash Engineering Company vertriebenen, aufrechterhalten wird. Das Luft-/Wassergemisch wird zu einem Abscheiden geleitet, in dem die Ströme unter Verwendung eines normalen Luft-/Wasserabscheiders wie dem von Burgess Manning vertriebenen, getrennt werden.
Die Bogenseite gegenüber dem Vakuumschlitz liegt zur Umgebung hin offen, so dass die treibende Kraft zum Entwässern, die normalerweise als das Druckgefälle über den Bogen (bzw. Delta P) bezeichnet wird, die Differenz zwischen dem Vakuumpegel, der in dem Vakuumkasten erreicht wird, und dem atmosphärischen Druck ist (der im Wesentlichen Null Inch Quecksilbersäule (0 Pascal (Pa)) Vakuum beträgt). Dabei kann die Gesamt-Entwässerungs-Antriebskraft 29,92 Inch Quecksilbersäule (101,3 kPa) auf Meeresspiegel, d. h. die Differenz zwischen atmosphärischem Druck und einem vollkommenen Vakuum, nicht übersteigen. In der Praxis wird eine Antriebskraft von nicht mehr als 25 Inch (85 kPa) erreicht, und dadurch werden die Nach-Entwässerungs-Konsistenzen bei industriell einsetzbaren Geschwindigkeiten auf weniger als 30% beschränkt. Umgekehrt kann bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Antriebskraft zum Entwässern erheblich größer sein, da eine Überdruckvorrichtung an der der Auffangvorrichtung gegenüberliegenden Seite integral in Bezug auf die Bahn abgedichtet ist und dazu dient, die Entwässerungskraft zu verstärken.
Vorteilhafterweise wird die nasse Papiertuchbahn nicht thermisch und drucklos unter Verwendung einer Luftpresse entwässert, die eine Luftkammer und einen Vakuumkasten aufweist, die funktionell verbunden und integral aneinander abgedichtet sind. Druckfluid von der Luftkammer tritt durch die nasse Bahn hindurch und wird in dem Vakuumkasten abgesaugt. Bei speziellen Ausführungen ist die Luftpresse so eingerichtet, dass sie bei einem Druckverhältnis von ungefähr 3 oder weniger arbeitet. Der Terminus "Druckverhältnis" (PR) ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung als absoluter Kammer- bzw. Luftdruck dividiert durch den Vakuumdruck definiert. Der absolute Druck kann in psia (pounds per square Inch absolute) oder Kilopascal ausgedrückt werden. Herkömmliche Vakuum-Entwässerungspegel von ungefähr 20 Inch Quecksilbersäule (68 kPa) Vakuum oder mehr und damit Druckverhältnisse von ungefähr 3 oder mehr werden im Allgemeinen benötigt, um hohe Konsistenzen von mehr als ungefähr 20% zu erreichen.
Die hier verwendeten Begriffe "druckloses Entwässern" und "druckloses Trocknen" beziehen sich auf Entwässerungs- bzw. Trockenverfahren zum Entfernen von Wasser aus Zellulosebahnen, die keine Druckspalte oder andere Stufen einschließen, die ein erhebliches Verdichten oder Zusammendrücken eines Teils der Bahn während des Trocken- oder Entwässerungsvorgangs verursachen.
Die Begriffe "integrale Dichtung" und "integral abgedichtet", die hier verwendet werden, beziehen sich auf die Beziehung zwischen der Luftkammer und der nassen Bahn, wobei die Luftkammer funktionell mit der Bahn verbunden und in indirektem Kontakt mit ihr ist, so dass ungefähr 85% oder mehr der der Luftkammer zugeführten Luft durch die Bahn strömt, wenn die Luft bei einem Druckgefälle über die Bahn von ungefähr 30 Inch Quecksilbersäule (100 kPa) oder mehr betrieben wird, sowie die Beziehung zwischen der Luftkammer und der Auffangvorrichtung, wobei die Luftkammer mit der Bahn und der Auffangvorrichtung funktionell verbunden und in indirektem Kontakt ist, so dass etwa 85% oder mehr der der Luftkammer zugeführten Luft durch die Bahn in die Auffangvorrichtung strömt, wenn die Luftkammer und die Auffangvorrichtung bei einem Druckgefälle über die Bahn von ungefähr 30 Inch Quecksilbersäule (100 kPa) oder mehr betrieben werden.
Frühere Entwässerungsvorrichtungen, bei denen lediglich ein Dampfblasrohr, eine Blasdüse oder dergleichen gegenüber einem Vakuum- oder Saugkasten angeordnet wurde, sind nicht integral abgedichtet und sind nicht in der Lage, vergleichbare Entwässerungskonsistenzen zu erreichen, wenn sie mit dem gleichen Energieaufwand betrieben werden, oder machen einen erheblich höheren Energieaufwand erforderlich, um die gleiche Entwässerungs-Konsistenz zu erreichen. Die im Folgenden erläuterten Beispiele vergleichen die Energie- und die Entwässerungseigenschaften einer integral abgedichteten Luftpresse und herkömmlicher Entwässerungsvorrichtungen.
Die Luftpresse ist in der Lage, Zellulosebahnen auf sehr hohe Konsistenzen zu entwässern, was größtenteils auf das hohe Druckgefälle, das über die Bahn hergestellt wird, und den entstehenden Luftstrom durch die Bahn zurückzuführen ist. Bei speziellen Ausführungen kann die Luftpresse beispielsweise die Konsistenz der nassen Bahn um etwa 3% oder mehr verbessern, insbesondere um etwa 5% oder mehr, so beispielsweise um etwa 5 bis etwa 20%, d. h. um etwa 7% oder mehr und im Einzelnen noch etwa 7% oder mehr, so beispielsweise um etwa 7 bis 20%. Daher kann die Konsistenz der nassen Bahn, die aus der Luftpresse austritt, etwa 25% oder mehr, etwa 26% oder mehr, etwa 27% oder mehr, etwa 28% oder mehr, etwa 29% oder mehr betragen und beträgt vorteilhafterweise 30% oder mehr, d. h. etwa 31 % oder mehr, d. h. etwa 32% oder mehr, so beispielsweise von etwa 32% bis etwa 42%, d. h. etwa 33% oder mehr, und insbesondere etwa 34% oder mehr, so beispielsweise von etwa 34% bis etwa 42% und insbesondere etwa 35% oder mehr.
Die Luftpresse kann diese Konsistenzwerte erreichen, während die Maschine bei industriell einsetzbaren Geschwindigkeiten läuft. Die hier verwendeten Begriffe "Hochgeschwindigkeitsbetrieb" oder "industriell einsetzbare Geschwindigkeit" für eine Papiertuchmaschine beziehen sich auf eine Maschinengeschwindigkeit, die wenigstens so groß ist wie einer der folgenden Werte oder Bereiche in Fuß pro Minute (Meter pro Sekunde): 1000 (5,1); 1500 (7,6), 2000 (10); 2500 (13); 3000 (15); 3500 (18); 4000 (20); 4500 (23); 5000 (25); 5500 (28); 6000 (30); 6500 (33); 7000 (36); 8000 (41); 9000 (45); 10000 (51), sowie einen Bereich mit einer oberen und einer unteren Grenze eines der oben aufgeführten Werte. Wahlweise vorhandene Dampfduschen oder dergleichen können vor der Luftpresse eingesetzt werden, um die Nach-Luftpressen-Konsistenz zu verbessern und/oder das Feuchtigkeitsprofil in der Querrichtung der Bahn zu modifizie ren. Des Weiteren können höhere Konsistenzen erreicht werden, wenn die Maschinengeschwindigkeiten relativ niedrig sind und die Verweilzeit in der Luftpresse relativ hoch ist.
Das Druckgefälle über die nasse Bahn, das durch die Luftpresse erzeugt wird, kann ungefähr 25 Inch Quecksilbersäule (85 RPa) oder mehr betragen, so beispielsweise von etwa 25 (85 kPa) bis ungefähr 120 Inch Quecksilbersäule (400 kPa), insbesondere etwa 35 Inch Quecksilbersäule (120 kPa) oder mehr, so beispielsweise ungefähr 35 (120 kPa) bis ungefähr 60 Inch Quecksilbersäule (200 kPa) und insbesondere von etwa 40 (135 kPa) bis etwa 50 Inch Quecksilbersäule (170 kPa). Dies kann teilweise mit einer Luftkammer der Luftpresse erreicht werden, die einen Fluiddruck auf einer Seite der nassen Bahn von mehr als 0 bis etwa 60 psig (pounds per square Inch gauge) (4,1 bar), insbesondere mehr als 0 bis etwa 30 psig (2,1 bar), insbesondere ungefähr 5 psig (0,34 bar) oder mehr, so beispielsweise etwa 5 (0,34 bar) bis ungefähr 30 psig (2,1 bar) und insbesondere von etwa 5 (0,34 bar) bis ungefähr 20 psig (1,4 bar) aufrechterhält. Die Auffangvorrichtung der Luftpresse wirkt vorteilhafterweise als ein Vakuumkasten, der bei 0 bis etwa 29 Inch Quecksilbersäule (100 kPa) Vakuum, insbesondere 0 bis etwa 25 Inch Quecksilbersäule (85 kPa) Vakuum, insbesondere mehr als 0 bis etwa 25 Inch Quecksilbersäule (85 kPa) Vakuum, und insbesondere von etwa 10 (34 kPa) bis etwa 20 Inch Quecksilbersäule (68 kPa), wie beispielsweise etwa 15 Inch Quecksilbersäule (51 kPa), Vakuum arbeitet. Die Auffangvorrichtung bildet vorteilhafterweise, jedoch nicht notwendigerweise, eine integrale Dichtung mit der Luftkammer und saugt ein Vakuum an, um ihre Funktion als Auffangvorrichtung für Luft und Flüssigkeit zu erleichtern. Beide Druckpegel, d. h. sowohl in der Luftkammer als auch der Auffangvorrichtung, werden vorteilhafterweise überwacht und auf vorgegebenen Werten gehalten.
Das Druckfluid, das in der Luftpresse eingesetzt wird, ist, was wichtig ist, gegenüber Umgebungsluft abgedichtet, um einen erheblichen Luftstrom durch die Bahn zu erzeugen, wodurch sich eine außerordentliche Entwässerungskapazität der Luftpresse ergibt. Der Strom von Druckfluid durch die Luftpresse liegt geeigneterweise zwischen 5 (3,7 m³/s pro m²) und etwa 500 SCFM (standard cubic feet per minute) pro Quadratinch (370 m³/s pro m²) offener Fläche, insbesondere ungefähr 10 SCFM pro Quadratinch (7,3 m³/s pro m²) offener Fläche oder mehr, so beispielsweise zwischen etwa 10 (7,3 m³/s pro m²) und ungefähr 200 SCFM pro Quadratinch (150 m²/s pro m²) offener Fläche, und insbesondere ungefähr 40 SCFM pro Quadratinch (29 m³/s pro m²) offener Fläche oder mehr, so beispielsweise zwischen etwa 40 (29 m³/s pro m²) und etwa 120 SCFM pro Quadratinch (88 m³/s pro m²) offener Fläche. Vorteilhafterweise werden 70% oder mehr, insbesondere 80% oder mehr, und weiter insbesondere 90% oder mehr des Druckfluids, das der Luftkammer zugeführt wird, über die nasse Bahn in den Vakuumkasten gesaugt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "standard cubic feet per minute" Kubikfuß pro Minute gemessen bei 14,7 psia (1,01 bar) und 60°F (16°C).
Die Begriffe "Luft" und "Druckfluid" werden hier austauschbar benutzt und beziehen sich auf eine beliebige gasförmige Substanz, die in der Luftpresse verwendet wird, um die Bahn zu entwässern. Die gasförmige Substanz umfasst geeigneterweise Luft, Dampf oder dergleichen. Vorteilhafterweise umfasst das Druckfluid Luft bei Umgebungstemperatur oder Luft, die nur durch den Vorgang der Druckausübung auf eine Temperatur von ungefähr 300°F (190°C) oder weniger, insbesondere etwa 150°F (65°C) oder weniger erhitzt worden ist.
Für die Zwecke der vorliegenden Patentanmeldung wurden Luftstrom-Energieanforderungen für die Luftpresse und die Vakuumentwässerung unter Verwendung der Anlagenleistungsdaten berechnet, die von den Anlagenherstellern bezogen wurden.
Die Vakuum-PS-Leistung für normale Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen, wie sie herkömmlicherweise bei der Papiertuchherstellung verwendet werden, wurde unter Verwendung der folgenden Gleichungen auf Basis von Leistungsdaten berechnet, die von Nash Engineering Company in Norwalk (CT) veröffentlicht wurden. PS-Leistung pro Inch Blattbreite = ((–0,03797) + (0,06150 × PR) + (3,97168 ÷ SCFM)) × SCFM ÷ W;wobei: PR = psia stromauf/psia stromab;
SCFM = Luftstrom in Normalkubikfuß pro Minute bei 14,7 psia (1,01 bar) und 60°F (16°C); und
W = Bogenbreite in Inch.
Druckluft-PS-Leistung für Doppelflügelkompressoren wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung auf Basis von Leistungsdaten berechnet, die von Turblex Inc. in Springfield (MO) veröffentlicht wurden. PS-Leistung pro Inch Bogenbreite = ((–0,05674) + (0,057009 × PR) + (18,79257 ÷ SCFM)) × SCFM ÷ W;wobei: PR = psia stromauf/psia stromab;
SCFM = Luftstrom in Normalkubikfuß pro Minute bei 14,7 psia (1,01 bar) und 60°F (16°C); und
W = Bogenbreite in Inch.
Ein Vergleich der Energieanforderungen für eine Vakuumpumpe und einen Luftkompressor auf Basis der oben stehenden Gleichung ist grafisch in 15 dargestellt. Die folgenden Schlussfolgerungen lassen sich aus den Gleichungen und dem Diagramm ziehen: a) Druckluft benötigt weniger Energie als Vakuum über dem gesamten untersuchten Bereich des Druckgefälles, so sind beispielsweise bei einem Gefälle von 20 Inch Quecksilbersäule (65 kPa) bei Druckluft 10 PS pro Inch (0,3 kW/mm) Bogenbreite erforderlich, was ein Drittel der 30 PS pro Inch (0,9 kW/mm) Bogenbreite ausmacht, die bei Vakuum erforderlich ist; b) Vakuum-Energie erhöht sich auf Unendlich, wenn Annäherung an das absolute Vakuum (29,92 Inch Quecksilbersäule) stattfindet, während Druckluft-Energie über den untersuchten Bereich des Druckgefälles linear zunimmt; und c) Druckluft kann ein größeres Differenzial erzeugen als physikalisch mit Vakuum möglich ist, und zwar insbesondere in größeren Höhen.
Die Energieanforderungen für andere Luftstrom-Entwässerungsvorrichtungen bzw. anlagen können aus Leistungsdaten vom Anlagenhersteller bestimmt werden, um die PS-Leistung zu berechnen.
Das vorliegende Verfahren eignet sich zum Herstellen einer Vielzahl absorbierender Erzeugnisse einschließlich Gesichtstücher, Badetücher, Handtücher, Servietten, Wisch tücher, Wellpappe, Kaschierkarton, Zeitungspapier oder dergleichen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird der Begriff "Zellulosebahn" so verwendet, dass er allgemein Bahnen betrifft, die unabhängig von der Struktur des fertigen Erzeugnisses Zellulosefasern umfassen oder daraus bestehen.
Papiertuchbahnen können entwässert und unter Verwendung der Luftpresse auf ein dreidimensionales Gewebe geformt werden, so dass sie eine Rohdichte nach dem Formen von ungefähr 8 cm³ pro Gramm (cm³/g) oder mehr haben, insbesondere 10 cm³/g oder mehr und im Einzelnen ungefähr 12 cm³/g oder mehr, und diese Rohdichte kann beibehalten werden, nachdem sie unter Verwendung des texturierten Lochgewebes auf den beheizten Trockenzylinder gepresst worden ist.
Bei speziellen Ausführungen kann die Bahn auf dem beheizten Trockenzylinder teilweise getrocknet und bei einer Konsistenz von etwa 40 bis etwa 80% nass gekreppt werden und anschließend auf eine Konsistenz von ungefähr 95% oder mehr getrocknet (nachgetrocknet) werden. Zu geeigneten Einrichtungen zum Nachtrocknen gehören ein oder mehrere Zylindertrockner, so beispielsweise Trockenzylinder, Durchtrockner oder alle beliebigen anderen handelsüblichen wirksamen Trockeneinrichtungen. Als Alternative dazu kann die geformte Bahn vollständig auf dem beheizten Trockenzylinder getrocknet werden und trockengekreppt oder ohne Kreppen entfernt werden. Das Maß des Trocknens auf dem beheizten Trockenzylinder hängt von Faktoren wie der Geschwindigkeit der Bahn, der Größe des Trockners, der Menge an Feuchtigkeit in der Bahn und dergleichen ab.
Viele Fasertypen können für die vorliegende Erfindung eingesetzt werden, und dazu gehören Hartholz oder Weichholz, Stroh, Flachs, Seidenpflanzensamen-Rohfasern, Manulafasern, Hanffasern, Gambofasern, Bagassefasern, Baumwolle, Schilf und dergleichen. Alle bekannten Papierherstellungsfasern können eingesetzt werden, wobei dazu gebleichte und ungebleichte Fasern, Fasern natürlichen Ursprungs (einschließlich Holzfasern und andere Zellulosefasern, Zellulosederivate und chemisch versteifte und vernetzte Fasern) oder Kunstfasern (synthetische Papierherstellungsfasern schließen bestimmte Faserformen ein, die aus Polypropylen, Acryl, Aramiden, Acetaten und dergleichen bestehen), neue Fasern und wiedergewonnene oder recycelte Fasern, Hartholz und Weichholz sowie Fasern, die mechanisch aufgeschlossen wurden (beispielsweise Holzschliff), chemisch aufgeschlossen wurden (einschließlich der Kraft- und Sulfit-Aufschließprozesse, jedoch nicht darauf beschränkt), thermomechanisch aufgeschlossen wurden, chemithermomechanisch aufgeschlossen wurden, und dergleichen gehören. Gemische aus jeder Untergruppe der oben erwähnten oder verwandter Faserklassen können verwendet werden. Die Fasern können auf verschiedenste Weise hergestellt werden, die in der Technik als vorteilhaft bekannt sind. Zu einsetzbaren Verfahren zum Herstellen von Fasern gehören Dispersion, um Welligkeit und verbesserte Trockeneigenschaften zu verleihen, wie dies in den US-Patenten 5,348,620, das am 20. September 1994 erteilt wurde, sowie 5,501,768, das am 26. März 1996 erteilt wurde, und zwar in beiden Fällen M. A. Hermans et al., offenbart ist.
Chemische Zusätze können ebenfalls verwendet werden und können den Ursprungsfasern, der fasrigen Aufschlämmung zugesetzt werden oder während oder nach der Herstellung auf die Bahn aufgebracht werden. Zu diesen Zusätzen gehören Trübungsmittel, Pigmente, Nassvertestigungsmittel, Trockenverfestigungsmittel, Weichmacher, Erweichungsmittel, Feuchthaltemittel, Viruzide, Bakterizide, Puffer, Wachse, Fluorpolymere, Geruchsbekämpfungsmaterialien und Deodorante, Zeolite, Farbstoffe, fluoreszente Farbstoffe oder Weißmacher, Parfüme, Löser, pflanzliche und mineralische Öle, Leimungsmittel, Superabsorbens, oberflächenaktive Stoffe, Feuchthaltemittel, UV-Blocker, antibiotische Wirkstoffe, Lotionen, Fungizide, Konservierungsmittel, Aloe-Vera-Extrakt, Vitamin E oder dergleichen. Das Aufbringen chemischer Zusatzstoffe muss nicht gleichmäßig stattfinden, sondern kann sich hinsichtlich der Position und von einer Seite des Gewebes zur anderen unterscheiden. Hydrophobes Material, das auf einen Teil der Oberfläche der Bahn aufgetragen wird, kann genutzt werden, um Eigenschaften der Bahn zu verbessern.
Es können ein einzelner Auflaufkasten oder eine Vielzahl von Auflaufkästen eingesetzt werden. Der Auflaufkasten bzw. die Auflaufkästen können in Schichten angeordnet sein, um die Herstellung einer mehrschichtigen Struktur über eine einzelne Auflaufkasten-Düse bei der Ausbildung einer Bahn zu ermöglichen. In speziellen Ausführungen wird die Bahn mit einem aufgefächerten bzw. geschichteten Auflaufkasten hergestellt, um vorzugsweise kürzere Fasern an einer Seite der Bahn anzuordnen, um die Weichheit zu verbessern, wobei vergleichsweise längere Fasern sich an der anderen Seite der Bahn bzw. an einer Innenschicht einer Bahn mit drei oder mehr Schichten befinden. Die Bahn wird vorzugsweise auf einer Endlosschlaufe von Loch-Siebgewebe ausgebildet, das das Ablaufen der Flüssigkeit und teilweise Entwässern der Bahn ermöglicht. Mehrere unfertige Bahnen aus mehreren Auflaufkästen können zusammengegautscht oder mechanisch oder chemisch im feuchten Zustand verbunden werden, um eine einzelne Bahn mit mehreren Schichten zu schaffen.
Zahlreiche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich. In der Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die bevorzugte Ausführungen der Erfindung darstellen. Diese Ausführungen stellen nicht den vollständigen Schutzumfang der Erfindung dar. Zum Verständnis des vollständigen Schutzumfangs der Erfindung ist daher auf die Ansprüche Bezug zu nehmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt beispielhaft ein Prozess-Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen von Zellulosebahnen mit geringer Dichte.
2 zeigt beispielhaft eine vergrößerte Vorderansicht einer Luftpresse zum Einsatz in dem Verfahren in 1, wobei eine Luftkammer-Abdichtbaugruppe der Luftpresse sich in einer angehobenen Position gegenüber der nassen Bahn und dem Vakuumkasten befindet.
3 zeigt beispielhaft eine Seitenansicht der Luftpresse in 2.
4 zeigt beispielhaft eine vergrößerte Schnittansicht allgemein in der Ebene der Linie 4-4 in 2, wobei jedoch die Abdichtbaugruppe auf dem Gewebe aufsitzt.
5 zeigt beispielhaft eine vergrößerte Schnittansicht, die 4 gleicht, jedoch allgemein in der Ebene der Linie 5-5 in 2.
6 zeigt beispielhaft eine Perspektivansicht mehrerer Bauteile der Luftkammer-Abdichtbaugruppe, die an dem Gewebe angeordnet ist, wobei zur Veranschaulichung Abschnitte weggebrochen und im Schnitt dargestellt sind:
7 zeigt beispielhaft eine vergrößerte Schnittansicht einer alternativen Abdichtkonstruktion der Luftpresse in 2.
8 zeigt beispielhaft eine vergrößerte schematische Darstellung eines Abdichtab schnitts der Luftpresse in 2.
9 zeigt beispielhaft eine Kurve der Gesamtenergie als Funktion der Nach-Entwässerungs-Konsistenz für im Folgenden beschriebene Beispiele 1 und 2.
10 zeigt beispielhaft eine Kurve der Gesamtenergie als Funktion der Nach-Entwässerungs-Konsistenz für im Folgenden beschriebene Beispiele 3 und 4.
11 zeigt beispielhaft eine Kurve der Gesamtenergie als Funktion der Nach-Entwässerungs-Konsistenz für im Folgenden beschriebene Beispiele 5 und 6.
12 zeigt beispielhaft eine Kurve der Gesamtenergie als Funktion der Nach-Entwässerungs-Konsistenz für im Folgenden beschriebene Beispiele 7 und 8.
13 zeigt beispielhaft eine Kurve der Gesamtenergie als Funktion der Nach-Entwässerungs-Konsistenz für die Daten aus den Beispiele 1 und 8.
14 zeigt beispielhaft eine Kurve der Gesamtenergie als Funktion des energetischeu Wirkungsgrades für die Daten aus den Beispielen 1 bis 8.
15 zeigt beispielhaft einen grafischen Vergleich der Energieanforderungen einer Vakuumpumpe und eines Luftkompressors, wie er oben beschrieben ist.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden ausführlicher unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wobei gleiche Elemente in verschiedenen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Einfachheit halber sind die verschiedenen Spannwalzen, die schematisch eingesetzt werden, um die verschiedenen Gewebestränge auszubilden, dargestellt, jedoch nicht nummeriert. Eine Reihe herkömmlicher Papierherstellungsvorrichtungen und -vorgänge können bei der Herstellung des Rohstoffs, für den Auflaufkasten, das Siebgewebe, die Überführungsvorgänge der Bahn, das Kreppen und das Trocknen eingesetzt werden. Dennoch sind bestimmte herkömmliche Bauteile dargestellt, die den Kontext bilden, in dem die verschiedenen Ausführungen der Erfindung eingesetzt werden können.
Der Prozess der vorliegenden Erfindung kann auf einer Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie in 1 dargestellt ist. Eine unfertige Papierbahn 10 wird als eine Aufschlämmung aus Papierfasern aus einem Auflaufkasten 12 auf eine Endlosschleife aus Loch-Siebgewebe 14 aufgetragen. Die Konsistenz und die Strömungsmenge der Aufschlämmung bestimmen die Flächenmasse der trockenen Bahn, die vorteilhafterweise zwischen ungefähr 5 und ungefähr 80 Gramm pro Quadratmeter (g/m²) und noch besser zwischen ungefähr 8 und ungefähr 40 g/m² liegt.
Die unfertige Bahn 10 wird durch Folien, Saugkästen und andere Vorrichtungen, die in der Technik bekannt sind (nicht dargestellt) teilweise entwässert, während sie auf dem Siebgewebe 14 transportiert wird. Beim Hochgeschwindigkeitsbetrieb der vorliegenden Erfindung ist die Wasserentfernung mit herkömmlichen Papiertuch-Entwässerungsverfahren vor dem Trockenzylinder unzureichend und/oder nicht effektiv, so dass zusätzliche Entwässerungseinrichtungen benötigt werden. Bei der dargestellten Ausführung wird eine Luftpresse 16 verwendet, um die Bahn 10 vor dem Trockenzylinder drucklos zu entwässern. Die dargestellte Luftpresse 16 umfasst eine Baugruppe aus einer Druckluftkammer 18, die über der Bahn 10 angeordnet ist, einem Vakuumkasten 20, der unter dem Siebgewebe 14 in funktioneller Beziehung zu der Druckluftkammer angeordnet ist, sowie einem Tragegewebe 22. Die nasse Bahn 10 wird, wenn sie die Luftpresse 16 durchläuft, zwischen dem Siebgewebe 14 und dem Tragegewebe 22 eingeschlossen, um das Abdichten an der Bahn zu ermöglichen, ohne dass die Bahn beschädigt wird.
Die Luftpresse ermöglich erhebliche Geschwindigkeiten beim Entfernen des Wassers, so dass die Bahn Trockenwerte über 30% vor dem Anbringen an dem Trockenzylinder erreichen kann, und zwar vorteilhaftennreise, ohne dass erhebliche Druckentwässerung erforderlich ist. Verschiedene Ausführungen der Luftpresse 16 werden im Folgenden ausführlicher beschrieben.
Die entwässerte Bahn 10 kann dann einem Nasspressverfahren und Ausrüstungsprozessen unterzogen werden, um das gewünschte Enderzeugnis herzustellen. So kann die Bahn beispielsweise von dem Siebgewebe auf ein texturiertes Lochgewebe überführt werden, und die Bahn sowie das texturierte Gewebe können anschließend auf die Oberfläche eines beheizten Trockenzylinders gepresst werden.
Eine Luftpresse 200 zum Entwässern der nassen Bahn 10 ist in 2–5 dargestellt. Die Luftpresse 200 umfasst im Allgemeinen eine obere Luftkammer 202 in Kombination mit einer unteren Auffangvorrichtung in Form eines Vakuumkastens 204. Die nasse Bahn 10 bewegt sich in einer Maschinenrichtung 205 zwischen der Luftkammer und dem Vakuumkasten, wobei sie zwischen einem oberen Tragegewebe 206 und einem unteren Tragegewebe 208 eingeschlossen ist. Die Luftkammer und der Vakuumkasten sind funktionell miteinander verbunden, so dass Druckfluid, das der Luftkammer zugeführt wird, sich durch die nasse Bahn bewegt und über den Vakuumkasten abgeleitet bzw. abgesaugt wird.
Jedes Endlosgewebe 206 und 208 läuft über eine Reihe von Walzen (nicht dargestellt), die das Gewebe auf in der Technik bekannte Weise führen, antreiben und spannen. Die Gewebespannung wird auf einen vorgegebenen Wert eingestellt, geeigneterweise zwischen etwa 10 (0,18 Kilogramm pro laufendem Millimeter (kg/mm)) und etwa 60 pound pro laufendem Inch (pli) (1,1 kg/mm), insbesondere zwischen etwa 30 (0,54 kg/mm) und etwa 50 pli (0,89 kg/mm) und insbesondere zwischen etwa 35 (0,63 kg/mm) und etwa 45 pli (0,80 kg/mm). Gewebe, die sich zum Transportieren der nassen Bahn 10 durch die Luftpresse 200 eignen, schließen nahezu jedes beliebige fluiddurchlässige Gewebe ein, so beispielsweise 94 M von Albany International, 2164 B von Appleton Mills oder dergleichen.
Eine Vorderansicht der Luftpresse 200, die die Breite der nassen Bahn 10 überspannt, ist in 2 dargestellt, und eine Seitenansicht der Luftpresse in der Maschinenrichtung 205 ist in 3 dargestellt. In beiden Figuren sind verschiedene Bauteile der Luftkammer 202 in einer angehobenen bzw. eingezogenen Position gegenüber der nassen Bahn 10 und dem Vakuumkasten 204 dargestellt. In der eingezogenen Position ist wirkungsvolles Abdichten von Druckfluid nicht möglich. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bedeutet eine "eingezogene Position" der Luftpresse, dass die Bauteile der Luftkammer 202 nicht auf die nasse Bahn und das Tragegewebe auftreffen.
Die dargestellte Luftkammer 202 sowie der Vakuumkasten 204 sind in einer geeigneten Rahmenstruktur 210 angebracht. Die dargestellte Rahmenstruktur umfasst eine obere und eine untere Trageplatte 211, die durch eine Vielzahl vertikal ausgerichteter Tragestangen 212 getrennt sind. Die Luftkammer 202 weist eine Kammer 214 (5) auf, die so eingerichtet ist, dass sie eine Zufuhr an Druckfluid über eine oder mehrere geeignete Luftleitungen 215 aufnimmt, die funktionell mit einer Druckfluidquelle (nicht dargestellt) verbunden sind. Dementsprechend weist der Vakuumkasten 204 eine Vielzahl von Vakuumkammern (im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben) auf, die vorteilhafterweise über geeignete Fluidleitungen 217 bzw. 218 (3, 4 und 5) funktionell mit Schwach- und Stark-Vakuumquellen (nicht dargestellt) verbunden sind. Das aus der nassen Bahn 10 entfernte Wasser wird im Folgenden aus den Luftströmen abgeschieden. Verschiedene Befestigungselemente zum Anbringen der Bauteile der Trockenpresse sind in den Figuren dargestellt, jedoch nicht mit Bezugszeichen versehen.
Vergrößerte Schnittansichten der Luftpresse 200 sind in 4 und 5 dargestellt. In diesen Figuren ist die Luftpresse in einer Funktionsposition dargestellt, in der Bauteile der Luftkammer 202 in eine Auftreffbeziehung zu der nassen Bahn 10 und den Tragegeweben 206 und 208 abgesenkt sind. Der Grad des Auftreffens, der Beobachtungen zufolge zu ordnungsgemäßer Abdichtung des Druckfluids bei minimaler Kontaktkraft und daher verringertem Gewebeverschleiß führt, wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
Die Luftkammer 202 umfasst sowohl stationäre Bauteile 220, die fest an der Rahmenstruktur 210 angebracht sind, als auch eine Abdichtbaugruppe 260, die gegenüber der Rahmenstruktur und der nassen Bahn beweglich angebracht ist. Als Alternative dazu könnte die gesamte Luftkammer beweglich relativ zu einer Rahmenstruktur angebracht sein.
Die stationären Bauteile 220 der Luftkammer schließen, wie unter spezieller Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, ein Paar oberer Tragebaugruppen 222 ein, die voneinander beabstandet und unterhalb der oberen Trageplatte 211 angeordnet sind. Die oberen Tragebaugruppen weisen einander zugewandte Flächen 224 auf, die aufeinander zu gerichtet sind und zwischen denen die Luftkammer 214 teilweise ausgebildet ist. Die oberen Tragebaugruppen weisen des Weiteren Unterseiten 226 auf; die auf den Vakuumkasten 204 zu gerichtet sind. Bei der dargestellten Ausführung weist jede Unterseite 226 eine längliche Aussparung 228 auf, in der eine obere Druckluft-Blasröhre 230 fest angebracht ist. Die oberen Druckluft-Blasröhren 230 sind in geeigneter Weise quer zur Maschinenrichtung zentriert und erstrecken sich vorteilhafterweise über die gesamte Breite der nassen Bahn.
Die stationären Bauteile 220 der Luftkammer 202 enthalten des Weiteren ein Paar untere Tragebaugruppen 240, die voneinander beabstandet und von den oberen Tragebaugruppen 222 vertikal beabstandet sind. Die unteren Tragebaugruppen weisen Oberseiten 242 und einander zugewandte Flächen 244 auf. Die Oberseiten 242 sind auf die Unterseiten 226 der oberen Tragebaugruppen 222 zu gerichtet und weisen, wie dargestellt, längliche Aussparungen 246 auf, in denen untere Druckluft-Blasröhren 248 fest angebracht sind. Die unteren Druckluft-Blasröhren 248 sind in geeigneter Weise quer zur Maschinenrichtung zentriert und erstrecken sich geeigneterweise über etwa 50 bis 100% der Breite der nassen Bahn. Bei der dargestellten Ausführung sind Quer-Trageplatten 250 fest an den einander zugewandten Flächen 244 der unteren Tragebaugruppen angebracht und dienen dazu, die vertikale Bewegung der Dichtungsbaugruppe 260 zu stabilisieren.
Die Dichtungsbaugruppe 260 umfasst, wie des Weiteren unter Bezugnahme auf 6 zu sehen ist, ein Paar Dichtungselemente quer zur Maschinenrichtung (cross-machine direction sealing members), die als Quer-Abdichtelemente 262 (4–6) bezeichnet werden und voneinander beabstandet sind, eine Vielzahl von Streben 263 (6), die die Quer-Abdichtelemente verbinden, und ein Paar Abdichtelemente in Maschinenrichtung, die als Maschinenrichtungs-Abdichtelemente 264 (4 und 6) bezeichnet wer den. Die Quer-Abdichtelemente 262 können vertikal relativ zu den stationären Bauteilen 220 bewegt werden. Die optional, jedoch vorteilhafterweise vorhandenen Streben 263 sind fest an den Quer-Abdichtelementen angebracht, um strukturellen Halt zu verleihen, und bewegen sich daher vertikal an den Quer-Abdichtelementen entlang. In der Maschinenrichtung 205 sind die Maschinenrichtungs-Abdichtelemente 264 zwischen den oberen Tragebaugruppen 222 sowie zwischen den Quer-Abdichtelementen 262 angeordnet. Teile der Maschinenrichtungs-Abdichtelemente können, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, relativ zu den stationären Bauteilen 220 vertikal bewegt werden. Quer zur Maschinenrichtung sind die Maschinenrichtungs-Abdichtelemente in der Nähe der Ränder der nassen Bahn 10 angeordnet. In einer speziellen Ausführung können die Maschinenrichtungs-Abdichtelemente quer zur Maschinenrichtung bewegt werden, um ein Spektrum möglicher Breiten der nassen Bahn aufzunehmen.
Die dargestellten Quer-Abdichtelemente 262 enthalten ein aufrecht stehendes Haupt-Wandsegment 266, einen Querflansch 268, der von einem oberen Abschnitt 270 des Wandsegments nach außen vorsteht, sowie eine Abdichtlamelle 273, die an einem gegenüberliegenden unteren Abschnitt 274 des Wandsegments angebracht ist (5). Der nach außen vorstehende Flansch 268 weist so eine obere und eine untere Steuerfläche 276 und 278 auf, die einander gegenüberliegen und im Wesentlichen senkrecht zur Bewegung der Abdichtbaugruppe sind. Das Wandsegment 266 sowie der Flansch 268 können separate Komponenten oder eine einzelne Komponente umfassen, wie dies dargestellt ist.
Die Bauteile der Abdichtbaugruppe 260 können, wie oben erwähnt, vertikal zwischen der in 2 und 3 dargestellten eingezogenen Position und der in 4 und 5 dargestellten Funktionsposition bewegt werden. Das heißt, die Wandsegmente 266 der Quer-Abdichtelemente 262 sind innerhalb der Positions-Steuerplatte 250 angeordnet und können relativ dazu verschoben werden. Der Betrag der vertikalen Bewegung wird durch die Fähigkeit der Querflansche 268, sich zwischen den Unterseiten 226 der oberen Tragebaugruppen 222 und den Oberseiten 242 der unteren Tragegruppen 240 zu bewegen, bestimmt.
Die vertikale Position der Querflansche 268 und damit der Quer-Abdichtelemente 262 wird durch die Betätigung der Druckluft-Blasröhren 230 und 248 gesteuert. Die Blasröh ren sind funktionell mit einer Druckluftquelle und einem Steuerungssystem (nicht dargestellt) für die Luftpresse verbunden. Aktivierung der oberen Blasröhren 230 erzeugt eine nach unten gerichtete Kraft auf die oberen Steuerflächen 276 der Quer-Abdichtelemente 262, die zu einer nach unten gerichteten Bewegung der Flansche 268 führt, bis sie mit den Oberseiten 242 der unteren Tragebaugruppen 240 in Kontakt kommen oder durch eine nach oben gerichtete Kraft zum Halten gebracht werden, die durch die unteren Blasröhren 248 oder die Gewebespannung verursacht wird. Einziehen der Quer-Abdichtelemente 262 wird durch Aktivierung der unteren Blasröhren 248 und Entaktivierung der oberen Blasröhren erreicht. In diesem Fall drücken die unteren Blasröhren nach oben auf die unteren Steuerflächen 278 und bewirken, dass sich die Flansche 268 auf die Unterseiten der oberen Tragebaugruppen 222 zu bewegen. Natürlich können die oberen und die unteren Blasröhren bei unterschiedlichen Drücken betätigt werden, um Bewegung der Quer-Abdichtelemente zu bewirken. Alternative Einrichtungen zum Steuern von vertikaler Bewegung der Quer-Abdichtelemente können andere Formen und Verbindungen von Druckluftzylindern, Hydraulikzylindern, Spindeln, Hebern, mechanischen Verbindungen oder andere Einrichtungen umfassen. Geeignete Blasröhren können von Seal Master Corporation (Kent, Ohio) bezogen werden.
Ein Paar Brückenplatten 279 überspannt, wie in 5 dargestellt, den Zwischenraum zwischen den oberen Tragebaugruppen 222 und den Quer-Abdichtelementen 262, um das Austreten von unter Druck stehendem Fluid zu verhindern. Die Brückenplatten bilden so einen Teil der Kammer 214 der Luftkammer. Die Brückenplatten können fest an den einander zugewandten Flächen 224 der oberen Tragebaugruppen angebracht sein und relativ zu den Innenflächen der Quer-Abdichtelemente verschoben werden oder umgekehrt. Die Brückenplatten können aus einem fluidundurchlässigem, halbstarrem, reibungsarmem Material ausgebildet werden, so beispielsweise aus LEXAN, Blech oder dergleichen.
Die Abdichtlamellen 272 wirken mit anderen Strukturen der Luftpresse zusammen, um das Austreten von Druckfluid zwischen der Luftkammer 202 und der nassen Bahn 10 in der Maschinenrichtung auf ein Minimum zu verringern. Des Weiteren sind die Abdichtlamellen vorteilhafterweise so ausgebildet und geformt, dass das Maß des Gewebeverschleißes verringert wird. In speziellen Ausführungen bestehen die Abdichtlamellen aus elastischen Kunststoffverbindungen, Keramik, beschichteten Metallsubstraten oder dergleichen.
Wie unter besonderer Bezugnahme auf 4 und 6 zu sehen ist, sind die Maschinenrichtungs-Abdichtelemente 264 voneinander beabstandet und so eingerichtet, dass sie den Verlust von Druckfluid an den seitlichen Rändern der Luftpresse verhindern. 4 und 6 zeigen jeweils eines der Maschinenrichtungs-Abdichtelemente 264, die quer zur Maschinenrichtung in der Nähe des Randes der nassen Bahn 10 angeordnet sind. Jedes Maschinenrichtungs-Abdichtelement umfasst; wie dargestellt; ein Quer-Trageelement 280, einen Abschluss-Randbegrenzungsstreifen 282, der funktionell mit dem Quer-Trageelement verbunden ist, sowie Stellglieder 284, die den Abschluss-Randbegrenzungsstreifen relativ zu dem Quer-Trageelement bewegen. Die Quer-Trageelemente 280 sind normalerweise in der Nähe der seitlichen Ränder der nassen Bahn 10 angeordnet und befinden sich im Allgemeinen zwischen den Quer-Abdichtelementen 262. Jedes Quer-Trageelement weist, wie dargestellt, eine nach unten gerichtete Nut 281 (6) auf, in der ein Abschluss-Randbegrenzungsstreifen angebracht ist. Des Weiteren weist jedes Quer-Trageelement kreisförmige Öffnungen 283 auf, in denen die Stellglieder 284 angebracht sind.
Die Abschluss-Randbegrenzungsstreifen 282 können aufgrund der zylindrischen Stellglieder 284 vertikal relativ zu den Quer-Trageelementen 280 bewegt werden. Kopplungselemente 285 (4) verbinden die Abschluss-Randbegrenzungsstreifen mit der Ausgangswelle der zylindrischen Stellglieder. Die Kopplungselemente können einen umgekehrt T-förmigen Stab bzw. Stäbe umfassen, so dass die Abschluss-Randbegrenzungsstreifen beispielsweise zum Austauschen in der Nut 281 gleiten können.
Sowohl die Quer-Trageelemente 280 als auch die Abschluss-Randbegrenzungsstreifen 282 weisen, wie in 6 dargestellt, Schlitze auf, die einen fluidundurchlässigen Dichtungsstreifen 286 aufnehmen, so beispielsweise O-Ring-Material oder dergleichen. Der Dichtungsstreifen hilft, die Luftkammer 214 der Luftpresse gegenüber Undichtigkeiten abzudichten. Die Schlitze, in denen der Dichtungsstreifen sitzt, sind vorzugsweise an der Grenzfläche zwischen den Quer-Trageelementen 280 und den Abschluss-Randbegrenzungsstreifen 282 verbreitert, um relative Bewegung dieser Bauteile aufzunehmen.
Eine Brückenplatte 287 (4) ist zwischen den Maschinenrichtungs-Abdichtelementen 264 und der oberen Trageplatte 211 angeordnet und fest an der oberen Trageplatte angebracht. Seitliche Abschnitte der Luftkammer 214 (5) werden durch die Brückenplatte gebildet. Dichtungsmittel, wie beispielsweise fluidundurchlässiges Dichtungsmaterial, befindet sich vorteilhafterweise zwischen der Brückenplatte und den Maschinenrichtungs-Abdichtelementen, um relative Bewegung zwischen ihnen zu ermöglichen und den Verlust von Druckfluid zu verhindern.
Die Stellglieder 284 ermöglichen in geeigneter Weise gesteuertes Drücken der Abschluss-Randbegrenzungsstreifen 282 auf das obere Tragegewebe 206 und Lösen derselben von diesem, und zwar unabhängig von der vertikalen Position der Quer-Abdichtelemente 262. Der Druck kann so gesteuert werden, dass er genau der erforderlichen Abdichtkraft entspricht. Die Abschluss-Randbegrenzungsstreifen können, wenn sie nicht benötigt werden, eingezogen werden, um jeglichen Verschleiß der Abschluss-Randbegrenzung und des Gewebes auszuschließen. Geeignete Stellglieder können von Bimba Corporation bezogen werden. Als Alternative dazu können Federn (nicht dargestellt) verwendet werden, um die Abschluss-Randbegrenzungsstreifen an dem Gewebe zu halten, obwohl dies auf Kosten der Möglichkeit geht, die Position der Abschluss-Randbegrenzungsstreifen zu steuern.
Jeder Abschluss-Randbegrenzungsstreifen 282 hat, wie unter Bezugnahme auf 4 zu sehen ist, eine Oberseite bzw. eine Kante 290, die an die Kopplungselemente 285 angrenzend angeordnet ist, eine gegenüberliegende Unterseite bzw. -kante 292, die in Funktion in Kontakt mit dem Gewebe 206 ist, sowie seitliche Flächen bzw. Kanten 294, die sich nah an den Quer-Abdichtelementen 262 befinden. Die Form der Unterseite 292 ist geeigneterweise so eingerichtet, dass sie der Krümmung des Vakuumkastens 204 entspricht. Dort, wo die Quer-Abdichtelemente 262 auf das Gewebe auftreffen, ist die Unterseite 242 vorteilhafterweise so geformt, dass sie der Krümmung des Auftreffens auf das Gewebe folgt. Daher hat die Unterseite einen Mittelabschnitt 296, der in der Maschinenrichtung durch voneinander beabstandete Endabschnitte 298 seitlich umgeben wird. Die Form des Mittelabschnitts 296 folgt im Allgemeinen der Form des Vakuumkastens, während die Form der Endabschnitte 298 im Allgemeinen der Krümmung des Gewebes folgt, die durch die Quer-Abdichtelemente 262 bewirkt wird. Um Verschleiß an den vorstehenden Endabschnitten 298 zu verhindern, werden die Abschluss-Randbe grenzungsstreifen vorteilhafterweise eingezogen, bevor die Quer-Abdichtelemente 262 eingezogen werden. Die Abschluss-Randbegrenzungsstreifen 282 bestehen vorzugsweise aus einem gasundurchlässigen Material, durch das Gewebeverschleiß auf ein Minimum verringert wird. Spezielle Materialien, die sich für die Abschluss-Randbegrenzungen eignen, schließen Polyethylen, Nylon oder dergleichen ein.
Die Maschinenrichtungs-Abdichtelemente 264 können vorteilhafterweise quer zur Maschinenrichtung bewegt werden und können so vorteilhafterweise an den Quer-Abdichtelementen 262 positioniert werden. Bei der dargestellten Ausführung wird Bewegung der Maschinenrichtungs-Abdichtelemente 264 quer zur Maschinenrichtung durch eine Gewindewelle bzw. einen Gewindebolzen 305 gesteuert, der von Halterungen 306 (6) festgehalten wird. Die Gewindewelle 305 tritt durch eine Gewindeöffnung in dem Quer-Trageelement 280 hindurch, und Drehung der Welle bewirkt, dass sich das Maschinenrichtungs-Abdichtelement entlang der Welle bewegt. Alternative Einrichtungen zum Bewegen der Maschinenrichtungs-Abdichtelemente 264 quer zur Maschinenrichtung, so beispielsweise Druckluftvorrichtungen oder dergleichen, können ebenfalls eingesetzt werden. In einer alternativen Ausführung sind die Maschinenrichtungs-Abdichtelemente fest an den Quer-Abdichtelementen angebracht, so dass die gesamte Abdichtbaugruppe zusammen angehoben und abgesenkt wird (nicht dargestellt). In einer alternativen Ausführung sind die Quer-Trageelemente 280 fest an den Quer-Abdichtelementen angebracht, und die Abschluss-Randbegrenzungsstreifen sind so eingerichtet, dass sie sich unabhängig von den Quer-Abdichtelementen bewegen (nicht dargestellt).
Der Vakuumkasten 204 umfasst eine Abdeckung 300 mit einer Oberseite 302, über die sich das untere Tragegewebe 208 bewegt. Die Abdeckung 300 des Vakuumkastens und die Abdichtbaugruppe 260 sind vorteilhafterweise leicht gekrümmt, um Steuerung der Bahn zu ermöglichen. Die dargestellte Vakuumkasten-Abdeckung ist von der Vorderkante zur Hinterkante in der Maschinenrichtung 205 mit einer ersten äußeren Abdichtbacke 311, einer ersten Abdicht-Vakuumzone 312, einer ersten inneren Abdichtbacke 313, einer Reihe von vier Hochvakuumzonen 314, 316, 318 und 320, die drei innere Backen 315, 317 und 319 umgeben, einer zweiten inneren Abdichtbacke 321, einer zweiten Abdicht-Vakuumzone 322 und einer zweiten äußeren Abdichtbacke 323 (5) versehen. Jede dieser Backen und Zonen erstreckt sich vorteilhafterweise quer zur Maschinenrichtung über die gesamte Breite der Bahn. Die Backen enthalten jeweils eine Oberseite, die vorteilhafterweise aus einem Keramikmaterial besteht und auf dem unteren Tragegewebe 308 gleitet, ohne erheblichen Gewebeverschleiß zu bewirken. Geeignete Vakuumkasten-Abdeckungen und Backen können aus Kunststoff, Nylon, beschichteten Stählen oder dergleichen bestehen und können von JWI Corporation oder IBS Corporation bezogen werden.
Die vier Hochvakuumzonen 314, 316, 318 und 320 sind Durchlasse in der Abdeckung 300, die funktionell mit einer oder mehreren Vakuumquellen (nicht dargestellt) verbunden sind, die einen relativ hohen Vakuumpegel herstellen. Die Hochvakuumzonen können beispielsweise bei einem Vakuum von 0 bis 25 Inch Quecksilbersäule (85 kPa) Vakuum und insbesondere etwa 10 (34 kPa) bis etwa 25 Inch Quecksilbersäule (85 kPa) Vakuum betrieben werden. Als eine Alternative zu den dargestellten Durchlassen könnte die Abdeckung 300 eine Vielzahl von Löchern oder anders geformten Öffnungen (nicht dargestellt) aufweisen, die mit einer Vakuumquelle verbunden sind, um einen Strom von Druckfluid durch die Bahn zu erzeugen. In einer Ausführung umfassen die Hochvakuumzonen Schlitze, die jeweils 0,375 Inch (10 mm) in der Maschinenrichtung messen und sich über die gesamte Breite der nassen Bahn erstrecken. Die Verweilzeit, über die jeder beliebige Punkt an der Bahn dem Strom von Druckfluid ausgesetzt ist, die bei der dargestellten Ausführung die Zeit über den Schlitzen 314, 316, 318 und 320 ist, beträgt geeigneterweise etwa 10 ms oder weniger, insbesondere etwa 7,5 ms oder weniger und im Einzelnen 5 ms oder weniger, so beispielsweise etwa 3 ms oder weniger oder sogar etwa 1 ms oder weniger. Die Anzahl und die Breite der Hochdruck-Vakuumschlitze und die Maschinenrichtung bestimmen die Verweilzeit. Die ausgewählte Verweilzeit hängt vom Fasertyp ab, der in der nassen Bahn enthalten ist, sowie von dem gewünschten Grad der Entwässerung.
Die erste und die zweite Abdicht-Vakuumzone 312 und 322 können dazu dienen, den Verlust an Druckfluid aus der Luftpresse auf ein Minimum zu verringern. Die Abdicht-Vakuumzonen sind Durchlasse in der Abdeckung 300, die funktionell mit einer oder mehreren Vakuumquellen (nicht dargestellt) verbunden sein können, die vorteilhafterweise ein niedrigeres Vakuum erzeugen als die vier Hochvakuumzonen. Das heißt, der Grad des Vakuums, der für die Abdicht-Vakuumzonen wünschenswert ist, beträgt 0 bis ungefähr 100 Inch Wassersäule (25 kPa) Vakuum.
Die Luftpresse 200 ist vorzugsweise so aufgebaut, dass die Quer-Abdichtelemente 262 in den Abdicht-Vakuumzonen 312 und 322 angeordnet sind. Das heißt, die Abdichtlamelle 272 des Quer-Abdichtelementes 262, das sich an der Vorderseite der Luftpresse befindet, ist zwischen der ersten äußeren Abdichtbacke 311 und der ersten inneren Abdichtbacke 313 angeordnet und zwar in der Maschinenrichtung zwischen ihnen zentriert. Dadurch kann die Abdichtbaugruppe 260 abgesenkt werden, so dass die Quer-Abdichtelemente den normalen Verlauf der Bewegung der nassen Bahn 10 und der Gewebe 206 sowie 208 auf den Vakuumkasten zu ablenken, was in 5 darstellungshalber leicht übertrieben gezeigt wird.
Die Abdicht-Vakuumzonen 312 und 322 dienen dazu, den Verlust an Druckfluid aus der Luftpresse 200 über die Breite der nassen Bahn 10 auf ein Minimum zu verringern. Das Vakuum in dem Abdicht-Vakuumzonen 312 und 322 saugt Druckfluid aus der Luftkammer 202 und Umgebungsluft von außerhalb der Luftpresse. Daher wird ein Luftstrom von außerhalb der Luftpresse in die Abdicht-Vakuumzonen hinein statt eines Austretens von Druckfluid in der entgegengesetzten Richtung bewirkt. Aufgrund der relativen Differenz des Vakuums zwischen den Hochvakuumzonen und den Abdicht-Vakuumzonen wird jedoch der Großteil des Druckfluids aus der Luftkammer in die Hochvakuumzonen und nicht in die Abdicht-Vakuumzonen gesaugt.
In einer alternativen Ausführung, die in 7 teilweise dargestellt ist, wird kein Vakuum in einer der Abdicht-Vakuumzonen 312 oder 322 bzw. in beiden hergestellt. Statt dessen sind verformbare Abschluss-Randbegrenzungen 330 in den Abdichtzonen 312 und 322 angeordnet (nur 322 dargestellt), um das Austreten von Druckfluid in der Maschinenrichtung zu verhindern. In diesem Fall wird die Luftpresse in der Maschinenrichtung durch die Abdichtlamellen 272 abgedichtet, die auf die Gewebe 206 und 208 sowie die nasse Bahn 10 auftreffen, sowie dadurch, dass die Gewebe und die nasse Bahn nahe an die verformbaren Abschluss-Randbegrenzungen 330 verschoben oder mit ihnen in Kontakt gebracht werden. Es hat sich erwiesen, dass diese Ausführung, bei der die Quer-Abdichtelemente 262 auf das Gewebe und die feuchte Bahn auftreffen und den Quer-Abdichtelementen an der anderen Seite der Gewebe und der nassen Bahn verformbare Abdicht-Randbegrenzungen 330 gegenüberliegen, eine besonders wirkungsvolle Luftkammerabdichtung erzeugt.
Die verformbaren Abschluss-Randbegrenzungen 330 erstrecken sich vorteilhafterweise über die gesamte Breite der nassen Bahn, um das vordere Ende, das hintere Ende oder sowohl das vordere als auch das hintere Ende der Luftpresse 200 abzudichten. die Abdicht-Vakuumzone kann von der Vakuumquelle getrennt werden, wenn sich die verformbare Abdicht-Randbegrenzung über die volle Bahnbreite erstreckt. Wenn am hinteren Ende der Luftpresse eine verformbare Abschluss-Randbegrenzung voller Breite eingesetzt wird, kann eine Vakuumvorrichtung bzw. ein Gebläsekasten stromab von der Luftpresse eingesetzt werden, um zu bewirken, dass die Bahn 10 an einem der Gewebe bleibt, wenn die Gewebe getrennt werden.
Die verformbaren Abschluss-Randabdeckungen 330 umfassen vorteilhaftennreise beide ein Material, das vorzugsweise relativ zu dem Gewebe 208 verschleißt, was bedeutet, dass, wenn das Gewebe und das Material in Funktion sind, das Material verschleißt, ohne erheblichen Verschleiß an dem Gewebe zu bewirken, oder umfassen ein Material, das elastisch ist und sich beim Auftreffen des Gewebes verformt. In beiden Fällen sind die verformbaren Abschluss-Randbegrenzungen vorteilhafterweise gasundurchlässig und umfassen vorteilhafterweise ein Material mit großem Hohlraumvolumen, wie beispielsweise geschlossenzelligem Schaumstoff oder dergleichen. In einer speziellen Ausführung umfassen die verformbaren Abschluss-Randbegrenzung einen geschlossenzelligen Schaumstoff, der 0,25 Inch (6 mm) dick ist. Am besten ist es, wenn die verformbaren Abschluss-Randbegrenzungen so verschlissen werden, dass sie sich dem Weg des Gewebes anpassen. Die verformbaren Abschluss-Randbegrenzungen weisen vorteilhaftennreise eine Trägerplatte 323 als strukturellen Halt auf, so beispielsweise eine Aluminiumleiste.
In den Ausführungen, in denen keine Abschluss-Randbegrenzungen voller Breite eingesetzt werden, sind bestimmte Abdichteinrichtungen seitlich von der Bahn erforderlich. Verformbare Abschluss-Randbegrenzungen, wie sie oben beschrieben sind, oder andere geeignete Einrichtungen, die in der Technik bekannt sind, können verwendet werden, um den Strom von Druckfluid durch das Gewebe seitlich außerhalb der nassen Bahn zu verhindern.
Der Grad des Auftreffens der Quer-Abdichtelemente auf das obere Tragegewebe 206 gleichmäßig über die Breite der nassen Bahn hat sich als ein Faktor bei der Herstellung einer wirkungsvollen Dichtung über die Bahn erwiesen. Es hat sich herausgestellt, dass der erforderliche Grad des Auftreffens eine Funktion der maximalen Spannung des oberen und des unteren Tragegewebes 206 und 208, des Druckunterschiedes über die Bahn und in diesem Fall zwischen der Kammer 214 der Luftkammer und den Abdicht-Vakuumzonen 312 sowie 322 und des Zwischenraums zwischen den Quer-Abdichtelementen 262 sowie der Vakuumkasten-Abdeckung 300 ist.
Es hat sich, wie unter zusätzlicher Bezugnahme auf die schematische Darstellung des hinteren Abdichtabschnitts der Luftpresse, der in 8 dargestellt ist, festzustellen ist, herausgestellt, dass der minimale erwünschte Grad des Auftreffens des Quer-Abdicht-elementes 26 auf das obere Tragegewebe 206 h (min) durch die folgende Gleichung dargestellt wird:
wobei T die Spannung der Gewebe in pound/Inch (kg/mm) gemessen ist;
W der Druckunterschied über die Bahn gemessen in psi (kg/mm²) ist; und
D der Zwischenraum in der Maschinenrichtung, gemessen in Inch (m), ist.
8 zeigt das hintere Quer-Abdichtelement 262, das das obere Tragegewebe 206 um ein Maß verformt, das durch Pfeil "h" dargestellt wird. Die maximale Spannung des oberen und des unteren Gewebes 206 und 208 wird mit Pfeil "T" dargestellt. Die Gewebespannung kann mit einem beispielhaften Dehnungsmesser, der von Huyck Corporation bezogen werden kann, oder anderen geeigneten Verfahren gemessen werden. Der Zwischenraum zwischen der Abdichtlamelle 272 des Quer-Abdichtelementes und der zweiten inneren Abdichtbacke 321 gemessen in der Maschinenrichtung ist mit Pfeil "d" dargestellt. Der Zwischenraum "d", der für die Bestimmung des Auftreffens von Bedeutung ist, ist der Zwischenraum an der Seite mit höherer Druckdifferenz der Abdichtlamelle 272, d. h. zu der Luftkammer 214 hin, da die Druckdifferenz auf dieser Seite die größte Auswirkung auf die Position der Gewebe und der Bahn hat. Vorteilhafterweise ist der Zwischenraum zwischen der Abdichtlamelle und der zweiten äußeren Backe 323 genauso groß wie oder kleiner als der Zwischenraum "d".
Die Einstellung der vertikalen Verschiebung der Quer-Abdichtelemente 262 auf den minimalen Grad des Auftreffens, wie er oben definiert ist, ist ein entscheidender Faktor für die Wirksamkeit der Quer-Abdichtung. Die Druckkraft, die auf die Abdichtbaugruppe 260 ausgeübt wird, spielt eine geringere Rolle bei der Bestimmung der Wirksamkeit der Abdichtung und muss nur auf den Betrag eingestellt werden, der erforderlich ist, um den benötigten Grad des Auftreffens aufrechtzuerhalten. Natürlich beeinflusst der Grad des Gewebeverschleißes die industrielle Einsetzbarkeit der Luftpresse 200. Um effektive Abdichtung ohne erheblichen Gewebeverschleiß zu erreichen, ist der Grad des Aufdrehens vorteilhafterweise genauso groß wie der minimale Grad des Auftreffens, wie er oben definiert ist, oder nur geringfügig größer als dieser. Um die Veränderlichkeit von Gewebeverschleiß über die Breite der Gewebe zu verringern, wird die auf das Gewebe ausgeübte Kraft vorteilhafterweise quer zur Maschinenrichtung konstant gehalten. Dies kann mit gesteuertem oder gleichmäßigem Drücken der Quer-Abdichtelemente oder gesteuerter Position der Quer-Abdichtelemente und gleichmäßiger Form des Auftreffens der Quer-Abdichtelemente erreicht werden.
In Funktion bewirkt ein Steuerungssystem, dass die Abdichtbaugruppe 260 der Luftkammer 202 in eine Funktionsposition abgesenkt wird. Zunächst werden die Quer-Abdichtelemente 262 abgesenkt, so dass die Abdichtlamellen 272 auf das obere Tragegewebe 206 in dem oben beschriebenen Grad auftreten. Das heißt, die Drücke in den oberen und den unteren Blasröhren 230 und 248 werden so reguliert, dass Abwärtsbewegung der Quer-Dichtungselemente 262 bewirkt wird, bis die Bewegung dadurch zum Halten kommt, dass die Querflansche 268 mit den unteren Tragebaugruppen 240 in Kontakt kommen, oder bis sie durch die Gewebespannung im Gleichgewicht gehalten wird. Zweitens werden die Abschluss-Randbegrenzungsstreifen 282 der Maschinenrichtungs-Abdichtelemente 264 in Kontakt mit dem oberen Tragegewebe oder in dessen Nähe abgesenkt. Dadurch werden die Luftkammer 202 und der Vakuumkasten 204 an der nassen Bahn abgedichtet und verhindern das Austreten von Druckfluid.
Die Luftpresse wird dann aktiviert, so dass Druckfluid die Luftkammer 202 füllt und ein Luftstrom durch die Bahn erzeugt wird. Bei der in 5 dargestellten Ausführung wirken Hoch- und Niedrigvakuum auf die Hochvakuumzonen 314, 316, 318 und 320 bzw. die Abdicht-Vakuumzonen 312 und 322, um Luftstrom, Abdichtung und Wasserableitung zu ermöglichen. In der Ausführung in 7 strömt Druckfluid von der Luftkammer zu den Hochvakuumzonen 314, 316, 318 und 320, und die verformbaren Abdicht-Randbegrenzungen 330 dichten die Luftpresse quer zur Maschinenrichtung ab. Die entstehende Druckdifferenz über die nasse Bahn und der entstehende Luftstrom durch die Bahn ermöglichen wirkungsvolles Entwässern der Bahn.
Eine Anzahl struktureller und funktioneller Merkmale der Luftpresse tragen dazu bei, dass nur sehr wenig Druckfluid austreten kann, und dies in Kombination mit einem relativ geringen Grad an Gewebeverschleiß. Zunächst werden bei der Luftpresse 200 Quer-Abdichtelemente 262 eingesetzt, die auf die Gewebe und die nasse Bahn auftreffen. Der Grad des Auftreffens wird so bestimmt, dass die Wirksamkeit der Quer-Dichtung auf ein Maximum erhöht wird. In einer Ausführung werden für die Luftpresse die Abdicht-Vakuumzonen 312 und 322 eingesetzt, um einen Umgebungsluftstrom in die Luftpresse hinein über die Breite der nassen Bahn zu erzeugen. In einer anderen Ausführung sind verformbare Abdichtelemente 330 in den Abdicht-Vakuumzonen 312 und 322 gegenüber den Quer-Abdichtelementen angeordnet. In beiden Fällen sind die Quer-Abdichtelemente 262 vorteilhaftennieise wenigstens teilweise in Durchlassen der Vakuumkastenabdeckung 300 angeordnet, um die Notwenigkeit genauerer Ausrichtung von Passflächen zwischen der Luftkammer 202 und dem Vakuumkasten 204 auf ein Minimum zu verringern. Des Weiteren kann die Abdichtbaugruppe 260 an ein stationäres Bauteil, wie beispielsweise die unteren Tragebaugruppen 240, gedrückt werden, die mit der Rahmenstruktur 210 verbunden sind. Dadurch ist die Druckkraft für die Druckpresse unabhängig vom Druck des Druckfluids in der Luftkammer. Der Gewebeverschleiß wird eben falls aufgrund des Einsatzes von Materialien mit geringem Gewebeverschleiß und durch Schmierungssysteme auf ein Minimum verringert. Zu geeigneten Schmierungssystemen können chemische Schmiermittel, wie beispielsweise emulgierte Öle, Löser oder andere gleichartige Chemikalien, oder Wasser gehören. Typische Schmiermittel-Auftrageverfahren schließen das Sprühen von verdünntem Schmiermittel, das gleichmäßig quer zur Maschinenrichtung aufgetragen wird, eine hydraulisch oder mit Luft zerstäubte Lösung, einen Filzwischer mit einer stärker konzentrierten Lösung, oder andere Verfahren ein, die für Sprühsysteme bekannt sind.
Beobachtungen haben ergeben, dass die Möglichkeit des Betriebes bei höheren Druckkammerdrücken von der Fähigkeit abhängt, Undichtigkeit zu verhindern. Das Vorhandensein einer undichten Stelle kann anhand von zu starken Luftströmen gegenüber vorherigem oder erwartetem Betrieb, zusätzlichen Betriebsgeräuschen, dem Versprühen von Feuchtigkeit und in extremen Fällen regelmäßigen oder zufälligen Fehlern in der nassen Bahn, einschließlich Löcher und Streifen, festgestellt werden. Undichte Stellen können durch die Ausrichtung bzw. Regulierung der Pressen-Abdichtbauteile behoben werden.
In der Luftpresse sind gleichmäßige Luftströme quer zur Maschinenrichtung erwünscht, um gleichmäßiges Entwässern einer Bahn zu ermöglichen. Gleichmäßigkeit des Stroms quer zur Maschinenrichtung kann mit Mechanismen, wie beispielsweise sich verjüngenden Leiturigen an der Druck- und der Vakuumseite verbessert werden, die unter Verwendung von Computer-Fluiddynamikmodellierung geformt werden. Da die Flächenmasse der Bahn und der Feuchtigkeitsgehalt quer zur Maschinenrichtung nicht gleichmäßig sein können, ist es vorteilhaft, zusätzliche Einrichtungen zum Erzeugen von gleichmäßigem Luftstrom quer zur Maschinenrichtung einzusetzen, so beispielsweise unabhängig gesteuerte Zonen mit Dämpfern an der Druck- oder der Vakuumseite, um den Luftstrom auf Basis von Blatteigenschaften zu variieren, eine Prallplatte, um ein erheblichiss Druckgefälle in dem Strom vor der Massenbahn zu erzeugen, oder andere direkte Einrichtungen. Zu alternativen Verfahren zum Steuern der Einheitlichkeit des Entwässerns quer zur Maschinenrichtung können auch externe Vorrichtungen, wie beispielsweise zonenweise gesteuerte Dampfduschen, gehören, so beispielsweise eine Devronizer Dampfdusche, die von Honeywell-Measurex Systems Inc. (Dublin, Ohio) bezogen werden kann, oder dergleichen.
Beispiele
Die folgenden Beispiele dienen dem tieferen Verständnis der Erfindung. Die einzelnen Mengen, Anteile, Zusammensetzungen und Parameter sind lediglich als beispielhaft zu verstehen und dienen nicht dazu, den Schutzumfang der Erfindung ausdrücklich einzuschränken. Bei jedem der Beispiele wurden PS-Werte mit dem oben beschriebenen Verfahren berechnet.
Beispiel 1
Ein 50/50-Gemisch aus Kraftzellstoff aus Weichholz und Eukalyptus-Faserbrei wurden 30 Minuten lang auf eine Konsistenz von 4% aufgeschlossen. Der Wasserrückhaltewert des Rohstoffgemischs betrug 1,37, so dass sich ein Wasserrückhaltevermögen von 42,19 ergab. Das Fasergemisch wurde auf einem Siebgewebe 2164B von Lindsay, das sich mit 2500 Fuß pro Minute (13 m/s) bewegte, zu einem Bogen geformt. Die entstehenden Bogen mit Flächenmassen von etwa 10 (5 kg/268 m²) und 20 pounds/2880 ft² (9 kg/268 m²) und einer Konsistenz von etwa 9 bis 13% wurden dann unter Einsatz von Vakuum weiter entwässert. Versuchsergebnisse, die für Beispiel 1 erreicht wurden, sind in Tabelle 1 dargestellt und mit einem kleinen "a" gekennzeichnet.
Beispiel 2
Die Versuche in Beispiel 1 wurden mit einer Luftpresse wiederholt, die in das System eingesetzt wurde, um einen Teil des Vakuum-Entwässerungssystems zu verbessern und/oder zu ersetzen. Ein Tragegewebe, das identisch mit dem Siebgewebe war, wurde verwendet, um die Bahn auf dem Weg durch die Luftpresse einzuschließen. Die Luftkammer der Luftpresse wurde mit Luft bei etwa 150° Fahrenheit (66°C) auf einen Druck von 15 (1,0 bar) oder 23 psig (1,6 bar) gebracht, und der Vakuumkasten wurde bei konstanten 15 Inch Quecksilbersäule (51 kPa) vakuumbetrieben. Der Bogen wurde den sich dadurch ergebenden Druckunterschieden von 45 (152 kPa) und 62 Inch Quecksilbersäule (210 kPa) sowie Luftströmen zwischen 58 (42 m³/s pro m²) und 135 SCFM pro Quadratinch (29 m³/s pro m²) Bogenbreite bei Verweilzeiten von 0,75 oder 2,25 ms ausgesetzt. Mit der Luftpresse wurde die Konsistenz der Bahn je nach den Versuchsbedingungen um etwa 5–10% erhöht. Versuchsergebnisse, die für Beispiel 2 erzielt wurden, sind unten in Tabelle 1 dargestellt und mit einem großen "A" gekennzeichnet.
Tabelle 1
In 9–14 dient das Symbol
dazu, Daten für den Fall darzustellen, dass die Bahn nur mit Vakuumkästen entwässert wurde, das Symbo
dien dazu, Daten für den Fall darzustellen, dass die Bahn unter Verwendung einer Kombination von Vakuumkästen und Luftpresse entwässert wurde, und ein Kreis dient dazu, Daten für den Fall darzustellen, dass die Bahn ausschließlich unter Verwendung einer Luftpresse entwässert wurde.
9–13 stellen Kurven der Konsistenz als Funktion der Energie für die Daten aus den Beispielen 1–8 dar. Das heißt, diese Kurven zeigen die erreichte Nach-Entwässerungsstufen-Konsistenz auf der Ordinate als Funktion der Gesamtenergie/Inch, die beim Entwässern des Rohstoffs aufgewendet wurde, auf der Abszisse. Es ist dargestellt, dass jeder Rohstoff eine eigene Beziehung zwischen der Konsistenz und dem Energieaufwand aufweist.
Für jede dieser Kurven ist daran zu erinnern, dass zusätzlicher Energieaufwand bei Vakuum-Entwässerungsvorrichtungen die Konsistenz nicht in linearer Beziehung erhöht. Die Vakuumenergie steigt, wie in 15 dargestellt, bei Annäherung an absolutes Vakuum auf Unendlich an.
9 stellt eine Kurve der Gesamtenergie zum Entwässern der Bahn als Funktion der Nach-Entwässerungs-Konsistenz für Beispiele 1 und 2 dar. Diese Kurve zeigt, dass bei dem Rohstoff aus Kraftzellulose aus Weichholz und Eukalyptus die Luftpresse bei vergleichbarem Energieaufwand eine etwa 7% höhere Konsistenz als beim Vakuumentwässern erzielen konnte. Anders gesagt konnte Luftpresse auf Basis der Daten in Tabelle 1 den Rohstoff auf mehr als 70% des Wasserrückhaltevermögens entwässern, während mit Vakuum-Entwässerung bei gleichem Energieaufwand nur ungefähr 60% des Wasserrückhaltevermögens erzielt werden konnten.
Beispiel 3
Gleichartige Versuche wie die in Beispiel 1 beschriebenen, wurden mit einem 50/50-Gemisch aus Kraftzellstoff aus Weichholz und Eukalyptus-Faserbrei durchgeführt, die dem US-Patent 5,348,620 gemäß dispergiert worden waren, und das 30 Minuten lang auf eine Konsistenz von 4% aufgeschlossen wurde. Der Wasserrückhaltewert des Rohstoffgemischs betrug 1,33, wodurch sich ein Wasserrückhaltevermögen von 42,92 ergab. Das Fasergemisch wurde auf einem Siebgewebe vom Typ Lindsay 2164B, das sich mit 2500 Fuß pro Minute (13 m/s) bewegte, zu einem Bogen geformt. Die entstehenden Bögen mit Flächenmassen von etwa 10 (5 kg/268 m²) und 20 Pound/2880 ft² (9 kg/268 m²) und einer Konsistenz von etwa 9 bis 13% wurden dann unter Einsatz von Vakuum weiter entwässert. Die für Beispiel 3 erzielten Ergebnisse sind unten in Tabelle 2 dargestellt und mit einem kleinen "b" gekennzeichnet.
Beispiel 4
Die Versuche von Beispiel 3 wurden mit einer Luftpresse wiederholt, die in das System eingesetzt wurde, um einen Teil des Vakuum-Entwässerungssystems zu verbessern und/oder zu ersetzen. Ein Tragegewebe, das identisch mit dem Siebgewebe war, diente dazu, die Bahn auf dem Weg durch die Luftpresse einzuschließen. Die Luftkammer der Luftpresse wurde mit Luft bei etwa 150° Fahrenheit (66°C) auf einen Druck von 15 (1,0 bar) und 23 psig (1,6 bar) gebracht, und der Vakuumkasten wurde bei konstanten 15 Inch Quecksilbersäule (51 kPa) vakuumbetrieben. Der Bogen wurde den entstehenden Druckunterschieden von 45,5 (154 kPa) und 62 Inch Quecksilbersäule (210 kPa) sowie Luftströmen von 65 (475 m³/s pro m²) bis 129 SCFM pro Quadratinch (94,4 m³/s pro m²) bei Verweilzeiten von 0,75 und 2,25 ms ausgesetzt. Mit der Luftpresse wurde die Konsistenz der Bahn um etwa 6–15% erhöht. Versuchsergebnisse, die für Beispiel 4 erzielt wurden, sind unten in Tabelle 2 dargestellt und mit einem großen "B" gekennzeichnet.
Tabelle 2
10 stellt eine Kurve der Gesamtenergie zum Entwässern der Bahn als Funktion der Nach-Entwässerungs-Konsistenz für die Beispiele 3 und 4 dar. Diese Kurve zeigt, dass bei dem Rohstoff aus Kraftzellulose aus Weichholz und dispergiertem Eukalyptus die Luftpresse bei vergleichbarem Energieaufwand eine etwa 7% höhere Konsistenz als bei Vakuum-Entwässerung erzielen konnte. Anders gesagt konnte die Luftpresse auf Basis der Daten in Tabelle 2 den Rohstoff auf mehr als 70% des Wasserrückhaltevermögens entwässern, während mit Vakuum-Entwässerung bei gleichem Energieaufwand nur ungefähr 50–60% des Wasserrückhaltevermögens erzielt werden konnten.
Beispiel 5
Gleichartige Versuche wie die in Beispiel 1 beschriebenen, wurden mit einem 100% Recyclingfaser (Handelsrohstoff in Form von entfärbtem Papiertuch von Fox River Fiber (DePere, WI, USA)), die 30 Minuten lang bei einer Konsistenz von 4% aufgeschlossen wurde. Der Wasserrückhaltewert des Rohstoffs betrug 1,72, wodurch sich ein Wasserrückhaltevermögen von 36,76 ergab. Die Faser wurde auf einem Siebgewebe vom Typ Lindsay 2164B, das sich mit einer Geschwindigkeit von 2500 Fuß pro Minute (13 m/s) bewegte, zu einem Bogen geformt. Die entstehenden Bogen mit Flächenmassen von etwa 10 (5 kg/268 m²) und 20 Pound/2880 ft² (9 kg/268 m²) und einer Konsistenz von etwa 9 bis 13% wurden dann unter Einsatz von Vakuum weiter entwässert. Versuchsergebnisse, die für Beispiel 5 erzielt wurden, sind unten in Tabelle 3 dargestellt und mit einem kleinen "c" gekennzeichnet.
Beispiel 6
Die Versuche von Beispiel 5 wurden mit einer Luftpresse wiederholt, die in das System eingesetzt wurde, um einen Teil des Vakuum-Entwässerungssystems zu verbessern und/oder zu ersetzen. Ein Tragegewebe, das mit dem Siebgewebe identisch war, wurde verwendet, um die Bahn auf dem Weg durch die Luftpresse einzuschließen. Die Luftkammer der Luftpresse wurde mit Luft bei etwa 150° Fahrenheit (66°C) auf einen Druck von 15 (1,0 bar) und 23 psig (1,6 bar) gebracht, und der Vakuumkasten wurde bei konstanten 15 Inch Quecksilbersäule (51 kPa) vakuumbetrieben. Der Bogen wurde den entstehenden Druckunterschieden von 45 (152 kPa) und 62 Inch Quecksilbersäule (210 kPa) sowie Luftströmen von 43 (31,5 m³/s pro m²) bis 124 SCFM pro Quadratinch (90,7 m³/s pro m²) bei Verweilzeiten von 0,75 und 2,25 ms ausgesetzt. Mit der Luftpresse wurde die Konsistenz der Bahn um etwa 2–8% erhöht. Versuchsergebnisse, die für Beispiel 6 erzielt wurden, sind in Tabelle 3 dargestellt und mit einem großen "C" gekennzeichnet.
Tabelle 3
11 stellt eine Kurve der Gesamtenergie zum Entwässern der Bahn als Funktion der Nach-Entwässerungs-Konsistenz für die Beispiele 5 und 6 dar. Diese Kurve zeigt, dass bei dem Rohstoff Recyclingfasern die Luftpresse bei vergleichbarem Energieaufwand eine etwa 5% höhere Konsistenz als bei Vakuum-Entwässerung erzielen konnte. Anders gesagt konnte die Luftpresse auf Basis der Daten in Tabelle 3 in der Lage, den Rohstoff auf 70–85% des Wasserrückhaltevermögens zu entwässern, während mit Vakuum-Entwässerung bei gleichem Energieaufwand nur ungefähr 60–70% des Wasserrückhaltevermögens erzielt werden konnten.
Beispiel 7
Gleichartige Versuche wie die in Beispiel 1 beschriebenen wurden mit einem 25–75-Gemisch aus gebleichtem chemo-thermo-mechanischem Faserstoff (BCTMP) aus Weichholz und Faserstoff aus Kraftzellulose aus Hartholz durchgeführt, das 30 Minuten lang bei einer Konsistenz von 4% aufgeschlossen wurde. Der Wasserrückhaltewert des Rohstoffgemischs betrug 1,68, so dass sich ein Wasserrückhaltevermögen von 37,31 ergab. Das Fasergemisch wurde auf einem Siebgewebe vom Typ Lindsay 2164B, das sich mit 2500 Fuß pro Minute (13 m/s) bewegte, zu einem Bogen geformt. Die entste henden Bogen mit Flächenmassen von etwa 10 (5 kg/268 m²) und 20 Pound/2880 ft² (9 kg/268 m²) und einer Konsistenz von etwa 9 bis 13% wurden dann unter Einsatz von Vakuum weiter entwässert. Versuchsergebnisse, die für Beispiel 7 erzielt wurden; sind unten in Tabelle 4 dargestellt und mit einem kleinen "d" gekennzeichnet.
Beispiel 8
Die Versuche von Beispiel 7 wurden mit einer Luftpresse wiederholt, die in das System eingesetzt wurde, um einen Teil des Vakuum-Entwässerungssystems zu verbessern und/oder zu ersetzen. Ein Tragegewebe, das identisch mit dem Siebgewebe war, diente dazu, die Bahn auf dem Weg durch die Luftpresse einzuschließen. Die Luftkammer der Luftpresse wurde mit Luft bei etwa 150° Fahrenheit (66°C) auf einen Druck von 15 (1,0 bar) und 23 psig (1,6 bar) gebracht, und der Vakuumkasten wurde bei konstanten 15 Inch Quecksilbersäule (51 kPa) vakuumbetrieben. Die Bahn wurde dem entstehenden Druckunterschied von 45 (152 kPa) und 62 Inch Quecksilbersäule (210 kPa) sowie Luftströmen von 66 (48,2 m³/s pro m²) bis 174 SCFM pro Quadratinch (127 m³/s pro m²) bei Verweilzeiten von 0,75 und 2,25 ms ausgesetzt. Mit der Luftpresse wurde die Konsistenz der Bahn um ungefähr 5–10% erhöht. Versuchsergebnisse, die für Beispiel 8 erzielt wurden, sind unten in Tabelle 4 dargestellt und mit einem großen "D" gekennzeichnet.
Tabelle 4
12 stellt eine Kurve der Gesamtenergie zum Entwässern der Bahn als Funktion der Nach-Entwässerungs-Konsistenz für die Beispiele 7 und 8 dar. Diese Kurve zeigt, dass bei dem Rohstoff aus Weichholz-BCMTP/Kraftzellstoff aus Hartholz die Luftpresse bei vergleichbarem Energieaufwand eine etwa 5–6% höhere Konsistenz als bei Vakuum-Entwässerung erzielen konnte. Anders gesagt konnte die Luftpresse auf Basis der Daten in Tabelle 4 den Rohstoff auf 70–80% des Wasserrückhaltevermögens entwässern, während mit Vakuum-Entwässerung bei gleichem Energieaufwand nur ungefähr 55–65% des Wasserrückhaltevermögens erzielt werden konnten.
13 stellt eine Zusammenfassung der Daten aus 9–12 dar. Dieses Diagramm zeigt, dass bei allen getesteten Rohstoffen die Luftpresse bei vergleichbarem Energieaufwand eine etwa 5–7% höhere Konsistenz als bei Vakuum-Entwässerung erzielen konnte. Die genauen Zahlen unterscheiden sich von Rohstoff zu Rohstoff, der Vorteil der Luftpresse verglichen mit dem Vakuum-Entwässerungsverfahren bleibt jedoch gleich.
Aus den Daten in 9–13 und den Wasserrückhaltewerten der jeweiligen Fasern wurde 14 zusammengestellt. In 14 ist die Nach-Entwässerungsstufen-Konsistenz dividiert durch das Wasserrückhaltevermögen als Funktion in der aufgewendeten Gesamtenergie/inch dargestellt. In diesem Fall sind alle Vakuum-Entwässerungsdaten sowie die Daten die Luftpressen-Entwässerung zusammengefasst. Die entstehenden Luftpressen-Daten entsprechen jedoch der Vakuum-Entwässerungs-Kurve nicht. Bei einer bestimmten Energie wird mit der Luftpressen-Entwässerung eine erheblich höhere Nach-Entwässerungsstufen-Konsistenz dividiert durch das Wasserrückhaltevermögen erzielt als beim Einsatz der herkömmlichen Vakuum-Entwässerungstechnologie. Dieser Unterschied tritt bei allen Rohstofftypen und Flächenmassen auf.
Um die Daten in 9–14 zusammenzufassen, lässt sich sagen, dass jeder Rohstoff sein eigenes Verhalten bei jedem Entwässerungsverfahren zeigt. Das heißt, einige Rohstoffe, insbesondere die mit geringeren Wasserrückhaltewerten, werden leichter entwässert als andere. Die leicht zu entwässernden Rohstoffe erreichen bei einem bestimmten Energieaufwand eine relativ hohe Konsistenz. Umgekehrt erreichen die Rohstoffe mit hohen Wasserrückhaltewerten bei einem bestimmten Energieaufwand eine relativ niedrige Konsistenz. Bei einem bestimmten Entwässerungsverfahren kann die Beziehung Konsistenz/Energie stärker gruppiert werden, indem die Konsistenz durch das Wasserrückhaltevermögen dividiert wird. In diesem Fall kann eine einzelne prozentuale Beziehung theoretisch erreichbarer Entwässerung als Funktion der Energie für ein bestimmtes Entwässerungsverfahren konstruiert werden. Wenn ein anderes Entwässerungsverfahren, beispielsweise das Luftpressen-Entwässern, eingesetzt wird, ist eine ähnliche, jedoch andere Beziehung Konsistenz/Energie vorhanden, und eine andere Gruppierung von KonsistenzJWasserrückhaltevermögen als Funktion der Energie kann konstruiert werden, bei der wiederum der Einfluss jedes Rohstoffs ausgeschlossen wird. Der ausschlaggebende Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Gruppierung von Konsistenz/Wasserrückhaltevermögen als Funktion der Energie beim Luftpressen-Entwässern für alle Rohstoffe, Flächenmassen, Konsistenzen und Energieaufwand stärker ausgeprägt ist als die Gruppierung beim herkömmlichen Vakuum-Entwässern (Stand der Technik).
Die obenstehende ausführliche Beschreibung dient der Veranschaulichung. Daher kann eine Reihe von Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. So können beispielsweise alternative oder optionale Merkmale, die als Teil einer Ausführung beschrieben sind, eingesetzt werden, um eine andere Ausführung zu schaffen. Des Weiteren könnten zwei genannte Bauteile Teile ein und derselben Struktur darstellen. Des Weiteren können verschiedene alternative Verfahrens- und Vorrichtungsanordnungen eingesetzt werden, insbesondere hinsichtlich der Rohstoffvorbereitung, des Auflaufkastens, der Siebgewebe, der Bahnüberführungen, des Kreppens und des Trocknens. Daher sollte die Erfindung nicht durch die beschriebenen speziellen Ausführungen, sondern lediglich durch die Ansprüche beschränkt werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Zellulosebahn (10), das umfasst: a) Auftragen einer wässrigen Suspension aus Papierfasern auf ein Endlos-Siebgewebe (14), um eine nasse Bahn (10) auszubilden, wobei die Papierfasern eine Wasserrückhaltekonsistenz haben und die Bahn (10) eine Bogenbreite hat; und b) druckloses Entwässern der Bahn (10) von einer Nach-Sieb-Konsistenz auf eine Konsistenz von wenigstens 70% der Wasserrückhaltekonsistenz bei einer Maschinengeschwindigkeit von 2500 Fuß pro Minute (13 m/s) oder mehr durch Hindurchleiten von Luft durch die Bahn (10), wobei die durch die Bahn (10) hindurchtretende Luft eine Temperatur von weniger als etwa 300 Grad Fahrenheit (150°C) hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bahn (10) drucklos unter Einsatz von etwa 30 PS oder weniger pro Inch Bogenbreite (0,9 kW/mm) entwässert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bahn (10) drucklos unter Einsatz von etwa 25 PS oder weniger pro Inch Bogenbreite (0,72 kW/mm) entwässert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bahn (10) drucklos unter Einsatz von ungefähr 15 PS oder weniger pro Inch Bogenbreite (0,43 kW/mm) entwässert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bahn (10) drucklos unter Einsatz von ungefähr 13 PS oder weniger pro Inch Bogenbreite (0,35 kW/mm) entwässert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bahn (10) drucklos von einer Nach-Sieb-Konsistenz auf eine Konsistenz von wenigstens 75% der Wasserrückhaltekonsistenz entwässert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bahn (10) von einer Nach-Sieb-Konsistenz drucklos auf eine Konsistenz von wenigstens 80% der Wasserrückhaltekonsistenz entwässert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bahn (10) drucklos von einer Nach-Sieb-Konsistenz auf eine Konsistenz von 30% oder mehr entwässert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bahn (10) drucklos von einer Nach-Sieb-Konsistenz auf eine Konsistenz von 33% oder mehr entwässert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bahn (10) drucklos von einer Nach-Sieb-Konsistenz auf eine Konsistenz von 35% oder mehr entwässert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bahn (10) drucklos von einer Nach-Sieb-Konsistenz auf eine Konsistenz von 39% oder mehr entwässert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gesamtenergieverbrauch beim Schritt des drucklosen Entwässerns der Bahn (10) weniger als 1000 BTU/Pfund (2,3 MJ/kg) entfernten Wassers beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren umfasst: c) Überführen der nassen Bahn zu einem Trockenzylinder; und d) Trocknen der Bahn auf eine abschließende Trockenheit.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Wasser, das entfernt ist, nachdem die Bahn (10) eine Konsistenz von 20% bis unmittelbar vor dem Kontakt mit dem Tro ckenzylinder erreicht hat, unter Verwendung von weniger als 1000 BTU/Pfund (2,3 MJ/kg) entfernten Wassers entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Luft, die durch die Bahn (10) hindurchtritt, eine Temperatur von weniger als etwa 150° Fahrenheit (66°C) hat.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bahn (10) eine Flächenmasse von etwa 100 Gramm pro Quadratmeter oder weniger hat.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Nach-Sieb-Konsistenz zwischen etwa 9 und etwa 13% liegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das drucklose Entwässern der Bahn (10) mit einer Luftpresse (200) durchgeführt wird und die Luftpresse (200) eine Luftkammer (202) sowie einen Vakuumkasten (204) aufweist, die abgedichtet sind, so dass im Wesentlichen die gesamte Luft, die der Luftpresse (200) zugeführt wird, durch die Bahn (10) hindurchtritt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Luftpresse (200) bei einem Druckverhältnis von etwa 3 oder weniger arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Luftpresse (200) mit einem Luftstrom von ungefähr 100 oder mehr Normalkubikfuß pro Minute pro Quadratinch (7,3 m³ pro Sekunde pro Quadratmeter) offener Fläche arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 18, 19 oder 20, wobei das drucklose Entwässern der Bahn (10) des Weiteren einen oder mehrere Vakuumkästen (20) einschließt, die stromauf von der Luftpresse (200) angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Vakuumkästen (20) bei weniger als 15 Inch Quecksilbersäule (51 kPa) arbeiten.