DIE PAPIERMASCHINE






DIE PAPIERMASCHINE

Je nach Art des erzeugten Papiers unterscheiden sich die verschiedenen Papiermaschinen stark in ihren konstruktiven Details.

Das Grundprinzip der Papierherstellung hat sich jedoch in Jahrhunderten nicht verändert:

Fasern werden unter Zugabe von Wasser aufgeschlossen. Aus der hochverdünnten Faserstoffsuspension (Ganzstoff), werden die Fasern mittels eines Siebes wieder so vom Wasser getrennt, daß sich eine Faservlies bildet. Eine feuchte Papierbahn ist entstanden. Die verbleibende Feuchtigkeit wird anschließend durch mechanische Kräfte (Pressen) und Wärme (Trocknung) entzogen.

Eine Papiermaschine ist in verschiedene Teilstufen gegliedert. Der einfachste Aufbau einer Langsieb - Papiermaschine lässt sich in folgenden Hauptprozessstufen darstellen.

  • Stoffauflauf
  • Siebpartie
  • Pressenpartie
  • Trockenpartie
  • Kühlzylinder
  • Glättwerk
  • Aufrollung (Poperoller)

    DER STOFFAUFLAUF

    („Graphik eines Stoffauflaufs“)

    Durch den Stoffauflauf wird die Faserstoffsuspension auf das laufende Sieb gebracht.

    Der Ganzstoff wird im Auflaufkasten, der sich über die gesamte Breite der Papiermaschine erstreckt und in dem sich ein verzweigtes Rohverteilersystem befindet, zunächst gut verwirbelt, bevor er über die gesamte Breite auf das Sieb gesprüht wird. Die Austrittsgeschwindigkeit des Stoffstromes und die Stromdicke muß dabei sehr gleichmäßig sein und sollte nur wenig unter der Siebgeschwindigkeit liegen.

    Man bedient sich zu diesem Zweck der moderner Hochturbolenzstoffaufläufe, die für eine besonders gute Verwirbelung und gleichmäßige Verteilung der Fasern sorgen.


    DIE SIEBPARTIE

    („Graphik einer Langsiebpartie“)

    In der Siebpartie der Papiermaschine findet der eigentliche Blattbildungsprozess statt. Das Sieb besteht aus einem endlos laufenden Metall- oder Kunststoffgewebe, welches um mehrere Walzen läuft.

    Siebsaugwalze, Brustwalze, Siebumkehrwalze, Siebleitwalze Siebtisch, Naßfoils, Registerwalzen, Naßsaugerkasten

    Direkt über der Brustwalze wird der hochverdünnte Ganzstoff mit etwa 0,6 % Feststoff und 99,4 % Wasser als flacher, bei großen Papiermaschinen bis zu 10m breiter Strahl auf die Oberfläche des umlaufenden Siebes aufgespritzt. Die Umlaufgeschwindigkeit eines solchen Siebes beträgt heute bis zu 1800 m/min. Schon auf den ersten Metern läuft ein Teil, des im Ganzstoff enthaltenen Wassers infolge der Schwerkraft durch die Siebmaschen hindurch ab. Dieses Wasser wird unterhalb der Siebpartie im s.g. Siebwasserkasten zur Wiederverwertung aufgefangen. Ein weiterer Teil des Wassers wird dem Ganzstoff durch Foils (Wasserschaber) die sich unterhalb des Siebes befinden, entzogen. Im letzten Teil der Siebpartie schließlich sorgen Vakuum-Saugkästen für eine weitere Entwässerung und Verfestigung der Bahn.

    Auf dem Sieb einer Langsieb-Papiermaschine neigen die Fasern dazu, sich mehr oder weniger stark in der Längsrichtung zu orientieren. Für die Festigkeit und die Gleichmäßigkeit zahlreicher Papierqualitäten ist es jedoch wichtig, daß sich die Fasern gut vermischt und in s.g. „Wirrlage“ auf dem Sieb ablegen. Durch exakte Steuerung der Austrittsgeschwindigkeit und teilweise des Austrittswinkels des Stoffstrahls am Stoffauflauf und bei bestimmten Maschinentypen (vor allem langsam laufende Maschinen) durch Siebschüttelung, bzw. durch den s.g. Egoutteur ist es möglich, das längs/quer- Verhältnis der Fasern und damit auch die Festigkeit zu beeinflussen.

    Durch die Entwässerung auf dem Sieb werden der Suspension zusammen mit dem Wasser auch Faserstoffteilchen und Füllstoffe entzogen. Das bedeutet, dass die untere Seite, also die dem Sieb zugewandte Seite der Papierbahn (Siebseite) weniger Feinstoffanteile enthält und damit rauher ist als die Oberseite des Papiers. Andererseits weist die Schönseite eines Papiers häufig mehr lose Faser- und Füllstoffpartikel auf als die Siebseite - eine Tatsache, die für den Drucker störend sein kann.

    Man spricht darum von einer Zweiseitigkeit des Papiers. Durch Streichen des Papiers läßt sich diese Unterschiedlichkeit der Oberfläche weitgehend ausgleichen.

    Wenn die Papierbahn die Saugwalze erreicht hat, ist sie fest genug, um vom Abnahmefilz oder Unterduck vom Sieb abgenommen und in die Pressenpartie geführt zu werden. Zu diesem Zeitpunkt sind von 100 Liter Ganzstoffsuspension, die ursprünglich auf das Sieb gelangt waren, bereits bis zu 95 Liter als Rückwasser wieder in den Wasserkreislauf (Verdünnungskreislauf) zurückgeführt.


    DIE PRESSENPARTIE

    („Graphik einer Presspartie“)

    Nach der Abnahme vom Sieb hat die Papierbahn noch immer einen Wassergehalt von rund 75-80%. In der Pressenpartie wird durch mechanischen Druck und damit energiesparend so viel wie möglich von dieser Restfeuchte entfernt; die nachfolgende Trockenpartie benötigt zur Entfernung des Wassers wesentlich mehr Energie.

    Der Transport der Papierbahn durch die Pressenpartie erfolgt mittels eines außerordentlich saugfähigen, endlos Filztuches, das zwischen Walzen aus Stahl, Granit oder Hartgummi hindurchgeführt wird. Dabei nimmt der (heute meist aus Synthesefasern hergestellte) Filz einen Großteil des ausgetretenen Wassers auf. Pressfilze müssen eine hohes Maß an Saugfähigkeit, Porosität, Festigkeit und Elastizität aufweisen.

    Der Pressvorgang trägt zur Verdichtung des Papiergefüges und damit zur Erhöhung der Festigkeit der Papiere bei und ist mit entscheidend für die Oberflächengüte der Papiere.


    DIE TROCKENPARTIE

    Wenn die Papierbahn die Pressenpartie verläßt, hat sie noch immer einen Wassergehalt von rd. 55%. Da eine weitere mechanische Wasserentfernung durch Pressen oder Saugen die Faserstruktur beschädigen würde, ist die Entwässerung jetzt nur noch durch Trocknung mittels Wärmeeinwirkung möglich. Diese Trocknung des Papiers auf den endgültigen Trockengehalt von 88-95% wird innerhalb der Trockenpartie meist mit dampfbeheizten Trockenzylindern vorgenommen. Da die Wärmezufuhr und der Feuchtigkeitsentzug durch direktes Heranführen der feuchten Papierbahn an den heißen Trockenzylinder erfolgt, spricht man hier von Kontakttrocknung.

    Wichtiger maschineller Bestandteil dieses Trockenprozesses sind die Trockenfilze. Sie haben den Zweck, die feuchte Papierbahn gleichmäßig und fest gegen die Mäntel der Trockenzylinder zu drücken, um einen guten Wärmeübergang zu erzielen und das Welligwerden des Papiers zu verhindern.

    In der Trockenpartie wird warme Luft als Transportmittel für die aus dem Papier ausgetretene Feuchtigkeit zugeführt. Zur Verbesserung der Luftzirkulation und zur Einsparung von Energie verfügen moderne Maschinen meist über eine s.g. Trockenhaube.

    Die Trocknungsgeschwindigkeit des Papiers in diesem Teil der Papiermaschine ist hauptsächlich vom Stoffcharakter, von der Dicke des Fasermaterials und der Feuchtigkeitsdifferenz zwischen Papier und Trockenfilz bzw. zwischen Papier und umgebender Luft abhängig.

    Erst in der Trockenpartie erreicht das Papier seine endgültige Festigkeit. Hielt die nasse Papierbahn nur durch mechanische Verfilzung der Fasern zusammen, so beginnen sich nun - ab einem Trockengehalt von 80% - die Hydroxylgruppen der Zellulosefasern auch chemisch zu verbinden. Es bilden sich s. g. Wasserstoffbrücken aus, die wesentlich zur Versteifung und Verfestigung des Papiergefüges beitragen.

    Wenn das Papier die Trockenpartie verläßt, hat es mit einem Feststoffgehalt von 92-95%seine endgültige Konsistenz erreicht.


    DIE KÜHLZYLINDER

    („Graphik der Kühlzylinder“)

    Die Temperatur des Papiers beträgt beim Verlassen der Trockenpartie etwa 75-85°C. Eine Abkühlung auf 20-30°C ist erforderlich um ein verspröden des Papiers zu vermeiden und um eine statische Aufladung zu verringern. Die Papierbahn wird deshalb in der Endgruppe der Papiermaschine über spezielle Kühlzylinder geführt.


    DAS GLÄTTWERK

    („Graphik eines Glättwerks“)

    Nach der Kühlung gelangt das Papier in das Trockenglättwerk. S.g. maschinenglatte Papiere (z.B. für den Druck von Zeitungen) durchlaufen hier unmittelbar vor dem Aufrollen ein System von übereinander angeordneten Hartgusswalzen mit mindestens zwei, im Normalfall fünf bis acht Walzen. Durch starken Druck auf die Bahn wird die Dicke des Papiers egalisiert; die Oberflächenglätte der beiden Papierseiten und damit die Bedruckbarkeit nimmt zu.


    DIE AUFROLLUNG (Poperoller)

    Zuletzt wird die fertige Papierbahn auf einem Stahlkern („Tambour“ genannt) aufgewickelt, auf dem sie bis zur Ausrüstung oder evtl. Veredelung (z.B. im Streichprozeß) bleibt. Je nach Papiersorte kann ein solcher Tambour bis zu 25 to aufnehmen - eine Papierbahn von etwa 60 km Länge.




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