在纸张制造过程中控制纸页形成的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在纸张制造过程中控制纸页形成的方法和设备(1)，以及具有这样的设备(1)的造纸机。该设备(1)包括至少一个用于产生电场的电单元(2)。产生一电场。在水的悬浮液(9)中存在的纸纤维(3)暴露在电场中。纸纤维(3)在纤维层中的沉积和/或纸纤维(3)在纤维层中的定向借助于电场控制。
【专利说明】在纸张制造过程中控制纸页形成
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在纸张制造过程中控制纸页形成的方法、一种实施该方法的设备以及一种具有这种设备的造纸机。
【背景技术】
[0002]纸页形成是在纸张制造期间的重要的过程。为此尽可能平均地在纸幅面宽度上分布的、由纸纤维、辅助材料和水构成的悬浮液输送给纸页形成设备、例如工业造纸机的滤网部分。例如在纵向滤网造纸机中纤维悬浮液在不断循环的滤网上流动。
[0003]此外纸的质量由所谓的成形来确定，也就是说纤维在纸中的分布。通常由于滤网布置和高的滤网速度，在工业化的造纸机中纸纤维在纸中主要沿着滤网运行方向指向，以使得纸的特性、例如抗断强度或纵向延展在两个主方向上沿着和横向于纸幅面明显地不同。为了在这两个主方向上沿着和横向于纸幅面实现纸幅面的类似的特性，例如在横向于纸幅面的方向上得到纸的更高的抗断强度，必要的是，迄今横向于滤网运行方向的更大部分的纤维或者是全部纤维通常地更加各向同性地指向。
[0004]迄今为止尝试的是，通过不同的方法参数、例如在将悬浮液施加在滤网上时体积速度、悬浮液在滤网上的出现角(Auftrittswinkel)和滤网速度的匹配，不仅影响纤维在纸中的定向而且影响在滤网上的或在所谓的湿部分中的脱水。当然成形由不同的参数确定，其仅仅在一定条件下能影响传统的纸张制造方法。
【发明内容】
[0005]因此本发明的目的是改进纸幅面的构造。
[0006]该目的由用于控制在纸张制造过程中的纸页形成的方法实现，其中产生电场，在水的悬浮液中存在的纸纤维暴露在电场中，以及纸纤维在纤维层中的沉积和/或纸纤维在纤维层中的定向借助于电场控制。此外该目的由用于控制在纸张制造过程中的纸页形成的设备来实现，该设备包括用于产生电场的至少一个电单元，电场设计为使得在纸张制造期间在水的悬浮液中存在的纸纤维暴露在电场中以及纸纤维在纤维层中的沉积和/或纸纤维在纤维层中的定向能借助于电场控制。此外该目的由具有根据权利要求7至13的设备的造纸机来实现。
[0007]在工业化的造纸中在造纸机上发生纸页形成。绝大部分由水构成的纤维悬浮液在材料缠卷装置(Stoffauflauf)中形成稀薄的、尽可能相同形状的射流(Strahl)。这个射流在纵向滤网造纸机中冲击无止境地环绕的滤网。随着来自材料缠卷装置中的射流冲击滤网，开始纸的纸页形成并且构建纸张的特性，并且特性可以被影响。
[0008]纸页形成的理论描述了以下的进程:只要纤维悬浮液与滤网接触，那么纸纤维通过其流动阻力在滤网上运动。由此在滤网上开始形成纤维层，其向上增长。根据纤维在悬浮液中的运动自由度出现了纸页形成的两个不同的形式:过滤和浓缩。由大多数纸的构造表明，过滤占支配地位:在脱水时调整在滤网上的已经形成的纤维层，即所谓的纤维网和位于其上的悬浮液之间的清晰的过渡。在液相中材料浓度近似地是恒定的并且纤维可以彼此成比例地自由运动。
[0009]在短的时间内，即通常在几秒之内，在滤网部分中排出大部分水并且产生纸结构。为此安装在滤网下的吸气机(Sauger)以及产生脉冲的箔(Foils)有助于纤维材料的脱水。在滤网的端部处纸幅面转入毛毡上并且到达挤压部分中。
[0010]电场可以不仅设计为静电场也可以设计为电动力学的或电磁的场，其包括电场和磁场。这里概念“电”能涉及电场和磁场。
[0011]本发明基于以下的认知，即纸纤维能由电场影响。纸纤维基本上由纤维素，绝缘材料组成。因为在绝缘物中电荷载流子不是自由运动的，所以绝缘物由更外侧的电场极化。在此由位移极化(Verschiebungspolarisation)感应出电的偶极子。这样的在纤维中感应的偶极子与较外侧的电场的相互作用可以用于改进在纸张制造期间的纸页形成或缩短其时间上的进程。
[0012]因为能通过在纤维和场之间的电的相互作用而产生在纤维上的力是相对小的，只要纤维位于悬浮液中并且能相对稍微地再定位或移动，也就是说在纸页形成期间，在纤维固定在纤维层中之前，优选地充分利用电的相互作用。在纤维已经固定在纤维层中之后，借助于这个电的相互作用在经济的条件下不能实现再定位或移动。
[0013]通过应用电场可以减少纤维凝聚或成团形成的趋势。由此可以完全普通地改进纸的成形。通过使用电场而对纤维特性的有目的性的影响的其他的优点从下文中看出，即纤维悬浮液的水分量可以减少，这不会导致不期望的凝聚或成团形成。纸幅面也可以利用在悬浮液中比传统方式少的水分量来制造。由此以下在造纸中脱去悬浮液的少的水，并且进而用于湿的纸幅面的干燥的能量耗费更少。
[0014]另一方面可以由于纤维在纤维层中沉积的加速时间上缩短纸页形成，这能实现了在造纸机中更高的机器速度。此外可以由于磁场在时间上的变化由纸纤维形成的纸幅面的其他特性有针对性地被调整。
[0015]本发明的有利的设计方案和改进方案由从属权利要求得出。在此根据本发明的方法也相应于从属的设备权利要求而改进，并且反之亦然。
[0016]根据本发明的优选的设计方案，当纸纤维处于滤网上的悬浮液的材料缠卷装置的区域中和/或位于造纸机的滤网部分的区域中时，纸纤维暴露在电场中，。在造纸机的这些区域中纸纤维还位于水的悬浮液中。纤维可以在造纸机的这些区域中彼此成比例地自由地运动，并且通过电的相互作用在纤维和外侧的电场之间产生的力作用在纤维上，即使其实相对小时，也足够用于改变纤维的定向或将纤维在期望的方向上加速，例如在待形成纤维层的方向上。
[0017]根据本发明优选的设计方案电场重复地产生。在此特别优选的是，电场是脉动的。脉冲的持续时间、也就是说时间间隔在电场期间不中断地形成，优选地这样选择，即在能出现经过纤维悬浮液的水的放电之前，电场在纤维中能由位移极化感应出电的偶极子，但是电场再次减小。优选地脉动的电场的脉冲具有少于10 μ s的持续时间。因为在唯一的脉冲的短的持续时间期间，大部分纤维相对于围绕电阻的水能够仅仅在期望的方向上、例如横向于滤网运行方向转向相对较小的角度，纤维施加电场的一系列相互跟随的脉冲，也就是说电场是脉动的。脉冲的数量优选地这样选择，即纤维在脉冲序列的末尾横向于滤网运行方向指向，该纤维原本在滤网运行方向上指向。
[0018]可替换地或附加地可以在纤维的运输方向上设有多个位置，在这些位置处产生电场，例如多个前后布置的设备，以用于形成电场。
[0019]根据本发明的优选的设计方案电场的场强处于I至lOkV/cm的范围中。这样的场强也利用布置在纤维悬浮液的范围中的印制导线经济地实现。
[0020]根据本发明的优选的改进方案电场是静电场。在静电学中只考虑静止的电荷。没有电流没有磁场存在，静电场因而不仅仅是静止的，也是时间上不变化的，而且还是不旋转的，也具有电势。
[0021]根据本发明的优选的改进方案电单元包括至少一个电印制导线，其能与电源连接。可能的是，即在印制导线与电源连接之后在印制导线的两个点之间存在电压，并且进而存在电场，该电场引起作用在印制导线中的电荷载流子上的力。如果电荷载流子是自由地运动，那么引起电压，即电荷载流子处于运动中并且在印制导线中，电流根据欧姆定律开始流动。在这种情况下形成围绕电流流过的印制导线的电场。
[0022]也可能的是，即印制导线由两个彼此绝缘的子件构成，以使得在印制导线与电源连接之后没有电流流经印制导线。如果在印制导线上施加直流电压，那么形成静电场。如果绝缘电阻在这两个引导电压的子件之间是高的，那么印制导线的电的等效电路是理想的开放(offener)的电容器，其具有并联连接的高的电阻。
[0023]根据本发明的优选的设计方案至少一个电印制导线布置在造纸机的滤网上方和/或在造纸机的滤网下方。因此允许至少一个电印制导线布置在滤网上方和/或下方，电场直接地在纤维的附近形成。通过这种方式实现在纤维的周围环境中的高的场强以及进而实现纤维的有效的再定位或移动。
[0024]根据本发明的优选的设计方案，至少一个电印制导线设计为曲折形或梳子形状。优选的是，当印制导线包括多个导体，其中一组导体分别位于其他组的导体之间，并且这两组导体在相对布置的端部处分别与共同的导体连接。由此每一组具有梳子形状，其中这两个梳的齿彼此啮合。相似的形状可以以曲折形的印制导线来实现。如果在导体组之间存在由电源产生的电势差，那么形成了强的静电场，其可以附着或吸引纤维。
[0025]还可能的是，至少一个电印制导线设计为格栅的形状。由此在施加电压时同样形成前面描述的静电场。在此优选的是，格栅是两极的曲折性。优选地至少一个电印制导线包括绝缘的印制导线部段。经过绝缘可以将这些施加了电压的印制导线部段上下重叠地引导、也就是说交叉，它们之间没有电流流过。
[0026]根据本发明的优选的设计方案，格栅设计用于固定在造纸机的滤网处。这允许，电场直接在纤维的附近形成。通过这种方式可以在纤维的周围实现高的场强并且进而实现纤维的有效的再定位或移动。经过固定直接在滤网处可以通过这种方式利用与这个滤网相同的长度和宽度形成格栅。由此纤维可以在滤网的每个位置处被施加电场。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]前面描述的本发明的特性、特征和优点以及如何实现这些的方式和方法结合以下对实施例的描述可以更清楚和明晰地被理解，这些实施例结合附图更加详尽地被阐述。附图分别示意性地以及没有严格按照比例尺地示出[0028]图1在俯视图中示出梳子状的印制导线；
[0029]图2在俯视图中示出曲折形的印制导线；
[0030]图3在截面图中示出了造纸机的一部分；
[0031]图4示出造纸机的视图；以及
[0032]图5在视图中示出造纸机的材料缠卷装置和滤网部分。
【具体实施方式】
[0033]图1在俯视图中示出用于控制在纸张制造过程中的纸页形成的设备1，其包括两个梳子状的印制导线4a，4b。印制导线4a，4b的各一第一端部与电源5的不同的极连接，而印制导线4a, 4b的相应其他的端部裸露。印制导线4a, 4b可以布置在造纸机的滤网6(虚线示出)的下方。印制导线4a，4b也可以布置在滤网6的上方。电源提供在印制导线4a，4b中引导用于产生电场的电压。在此电场这样形成，以使得纸纤维在水的悬浮液中暴露在电场中，水的悬浮液位于滤网6上。纸纤维在纤维层中的沉积和/或纸纤维在纤维层之中的定向通过电场控制。
[0034]图2在俯视图中示出用于控制在纸张制造过程中纸页形成的设备1，其包括曲折形的印制导线4，其端部与电源5的极连接。印制导线4具有格栅8的形状。印制导线4布置在造纸机的滤网6 (虚线示出)的下方。电源5提供在印制导线4中用于产生电场的电压。在此电场这样形成，以使得纸纤维在水的悬浮液中暴露在电场中，该水的悬浮液位于滤网6上。纸纤维在纤维层中的沉积和/或纸纤维在纤维层之中的定向经过电场控制。
[0035]可能的是，具有曲折形的印制导线的格栅8是能静电充电的格栅，其形成静电场，该静电场使在滤网部分中纤维层在悬浮液中的形成。
[0036]图3在截面图中示出造纸机的材料缠卷装置20和滤网部分10。在材料缠卷装置20中纤维悬浮液经过滤网台(Siebtisch) 11到达无止境环绕的滤网6。此后在滤网运行方向21上悬浮液经过下述滤网部分10的部件:套准调节棍(Registerwalze) 12、湿抽吸盒
13、压纹辊19、抽吸盒15。在滤网抽吸辊17的区域中平均地由纤维悬浮液形成的纸幅面从滤网露出并且运行至造纸机的压紧部分中。经由滤网驱动辊18和机架辊16空的滤网返回输送至滤网台11。
[0037]纸纤维位于材料缠卷装置20的区域中和/或在滤网部分10的区域中时，纸纤维在悬浮液中暴露在电场中。可能的是，用于控制在纸张制造过程中的纸页形成的设备I包括两个印制导线4，其布置在滤网6的上方和下方，例如在单个箔14的区域中，如在图3中说明的。
[0038]图4示出造纸机7的视图，材料缠卷装置20和滤网部分10处在其左边的部分中。经过将用于控制在纸张制造过程中纸页形成的设备布置在表示的区域10+20中、也就是说在材料缠卷装置20的/滤网部分10的区域中，可以经过充分利用静电的充电电荷力或电磁场在材料缠卷装置20/滤网部分10的区域中实现单元材料纤维的优化的指向。
[0039]图5示出造纸机的材料缠卷装置20和滤网部分10的视图。在材料缠卷装置20的区域中布置用于产生电场的电单元2，以及在滤网部分10的套准调节辊12的区域中在滤网运行方向上接连地布置用于产生电场的第二和第三电单元2。电单元2横梁状地横向于滤网运行方向地形成并且用于产生静电场或电磁场。在滤网运行方向21上、也就是在纤维的运输方向上由此总共设有三个位置，在该位置处产生电场。经过重复地利用电场施加在纤维悬浮液的纤维的部分，可以在每个期望的方向上实现纤维的再定位。
[0040]在滤网部分10中在纤维悬浮液9或纸幅面的切口的长度上纸纤维3的前述的指向在形成的纤维层中示意性地给出。在此能识别的是，纤维3的定向在滤网运行方向21上看来在沿着和横向于滤网运行方向21的指向之间交替。纤维3沿着滤网运行方向21的指向是纤维3的初始的指向，如其通过在滤网运行方向21上运动的滤网上的纤维材料缠卷装置的条件得出的那样。纤维3横向于滤网方向21的指向是纤维3的指向，如其经过用于控制纸页形成的设备得出的那样，该设备包括三个电单元2。
[0041]用于控制在纸张制造过程中纸页形成的设备的多重的和/或组合的安装可以由于单元材料纤维的定向的静电/磁影响实现集成的方法优化。
[0042]尽管本发明细节性地由优选的实施例详细地阐述和描述，那么本发明不仅仅局限于公开的实例，而且能由专业人员从中推导出其他的变体方案，而不脱离本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于在纸张制造过程中控制纸页形成的方法，其中，产生电场，在水的悬浮液(9)中存在的纸纤维(3)暴露在所述电场中，并且所述纸纤维(3)在纤维层中的沉积和/或所述纸纤维(3)在所述纤维层之中的定向借助于所述电场来控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纸纤维处于在滤网(6)上的所述悬浮液(9)的材料缠卷装置(20)的区域中和/或处于造纸机(7)的滤网部分(10)的区域中期间，所述纸纤维(3)暴露在所述电场中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电场重复地生成，特别是所述电场是脉动的。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电场的脉冲具有小于10μs的持续时间。
5.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，所述电场是静电场。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电场的场强处于I至IOkv/cm的范围中。
7.一种用于在纸张制造过程中控制纸页形成的设备(I)，包括用于产生电场的至少一个电单元(2)，所述电场设计为使得在纸张制造期间在水的悬浮液(9)中存在的纸纤维(3)暴露在所述电场中并且所述纸纤维(3)在纤维层中的沉积和/或所述纸纤维(3)在所述纤维层之中的定向借助于所述电场来控制。
8.根据权利要求7所述的设备(I)，其特征在于，所述电单元(2)包括至少一个电印制导线(4)，所述至少一个电印制导线能与电压源(5)连接。
9.根据权利要求7或8所述的设备(I)，其特征在于，所述至少一个电印制导线(4)能布置在造纸机(7)的滤网(6)上方和/或下方。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备(I)，其特征在于，所述至少一个电印制导线(4)设计为曲折形或梳形的形状。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的设备(I)，其特征在于，所述至少一个电印制导线(4)设计为格栅(8)的形状。
12.根据权利要求11所述的设备(I)，其特征在于，所述格栅(8)是两极的曲折形。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的设备(I)，其特征在于，所述格栅设计用于固定在造纸机(7)的滤网(6)处。
14.一种造纸机(7)，具有根据权利要求7至13中任一项所述的设备(I)。
【文档编号】D21F1/00GK104011292SQ201280061461
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年12月6日 优先权日:2011年12月14日
【发明者】于尔根·米尔克, 格奥尔格·舍勒尔 申请人:西门子公司