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Der Weg zur sauberen Trockenpartie

Verschmutzungen an der Papiermaschine und den Bespannungen durch Verunreinigungen in der Faserstoffsuspension sind ein zunehmendes Problem. Grund hierfür ist die schlechtere Qualität des eingesetzten Altpapiers. Vor allem in der Trockenpartie wirken sich stark verschmutzte Siebe nachteilig auf den Produktionsprozess aus. Ein neues Trockensieb ist weniger anfällig für Verschmutzungen.

Yvonne RaschkaStrategic Product Manager DryingHeimbach GmbH & Co. KG

Der Hersteller von Papiermaschinenbespannungen, Heimbach, hat ein Trockensieb entwickelt, das die Anfälligkeit für Verschmutzung reduziert und die Hochdruckreinigung effizienter macht. In Kooperation mit dem Hochdruck-Reiniger-Produzenten Kadant Nordic AB wurde dies nachgewiesen.

Die Papierbranche befindet sich im Umbruch: Durch die fortschreitende Digitalisierung sinkt weltweit der Bedarf an grafischen Papieren, gleichzeitig beflügelt vor allem die stark wachsende Online-Versandbranche die Nachfrage nach Karton- und Verpackungspapieren. Entsprechend steigt der Anteil jener Papiere an der weltweiten Gesamtproduktion. Dies hat negative Auswirkungen auf die Zusammensetzung des Altpapiers: Die Menge an grafischen Papieren mit Frischfaseranteil in der Altpapiersammlung sinkt. Ein steigender Anteil an klebenden Verunreinigungen und reduzierte Faserlängen im Altpapier sind die Folgen. Die Qualität des in der Papierproduktion eingesetzten Altpapiers und somit auch der Produktionsprozess leiden darunter, da immer weniger hochwertige Fasern der Herstellung zugeführt werden.

Die im Altpapier enthaltenen Fremdstoffe und Klebstoffverunreinigungen führen bei der Papierherstellung zu Verschmutzungen von Maschine und Bespannungen. Insbesondere in der Trockenpartie kommt es zu klebenden
Ablagerungen an Sieben und Walzen. Bedingt durch die höhere Papierfeuchte in den ersten Positionen der Trockenpartie und die damit verbundene geringere Festigkeit, werden Schmutzpartikel von der Papieroberfläche „gerupft“ und lagern sich vermehrt auf den Trockensieben ab.

Auswirkung auf die
Papierproduktion

Die Schmutzablagerungen auf Trockensieben, Zylindern und Walzen bleiben nicht ohne negative Auswirkung auf die Papierproduktion: Verschmutzte Walzen verursachen unter anderem erhöhten Abrieb des Trockensiebes und verringern dadurch dessen Laufzeit. Außerdem verschlechtern Ablagerungen auf Trockenzylindern den Wärmeübergang auf die Papierbahn. Infolgedessen erhöht sich der Dampfverbrauch in der Trockenpartie: Die Maschinengeschwindigkeit muss reduziert werden, um einen optimalen Trockengehalt des Papieres zu gewährleisten. Ein weiteres Problem sind Feuchtepeaks im Feuchtequerprofil der Papierbahn durch ungleichmäßig verschmutzte Siebe. Um diese auszugleichen, muss die Trocknung intensiviert werden, wobei es jedoch häufig zu einer partiellen Übertrocknung kommt. Der optimale Feuchtegehalt wird außerhalb der Feuchtepeaks durch die zusätzliche Trocknung unterschritten. Weitere typische Verschmutzungs-Symptome sind Bahnflattern und Faltenbildung: Diese verursachen Bahnabrisse und bedingen hierdurch längere Stillstandszeiten der Maschine. Nicht außer Acht zu lassen ist eine niedrigere Papierqualität: etwa durch Cockling, eine verschlechterte Topographie bzw. Planlage des Papiers, die das spätere Druckbild negativ beeinflusst (siehe Abb. 1).

Die Lösung: ein „verschmutzungsresistentes“ Trockensieb

Um die negativen Folgen von Ablagerungen in der Trockenpartie zu minimieren, ist ein Trockensieb erforderlich, das effektiv die Schmutzanhaftung verhindert und die Reinigung des Siebes noch effizienter macht. Diese Vorstellung eines „idealen Trockensiebes“ hat die Heimbach-Gruppe bei der Entwicklung eines neuen Sieb-Designs angetrieben. Zielsetzung des Bespannungsherstellers war es, hohe Resistenz
gegen Verschmutzung und eine verbesserte Reinigungsfähigkeit des Trockensiebes in einer einzigen Lösung zu vereinen. In diesem Zusammenhang legte Heimbach das Augenmerk auf Faktoren, die Einfluss auf Grad der Siebverschmutzung sowie Reinigungswirkung haben:

Faktoren, die den Verschmutzungsgrad des Trockensiebes beeinflussen, sind:

  • Siebart (Spiralsieb oder gewebtes Sieb)
  • Webdesign
  • Fadenmaterial und -struktur
  • Art der Beschichtung.

Faktoren, die die Reinigungswirkung am Trockensieb beeinflussen, sind:

  • Webdesign und Siebart
  • Art des Reinigungsverfahrens (z. B.: Hochdruck-Reinigung, Passivierung durch chemische Stoffe (Silikonöle) auf Sieb oder Zylinder, Verwendung von Trockeneis, Druckluft)
  • Konfiguration des Reinigers und dessen Position (auf/nach der Walze).

Verschmutzungsverhalten und Papierkontaktfläche

Um herauszufinden, wie genau jene Faktoren die Verschmutzung des Trockensiebes beeinflussen, analysierte Heimbach zunächst eine Stichprobe verschmutzter Trockensiebe. Bei den durchgeführten Naht- und Gewebekontrollen fiel auf, dass sich die Schmutzpartikel vor allem in den vorderen Positionen der Trockenpartie auf den Längsfäden der Papierseite ablagern. In den hinteren Positionen ist hingegen überwiegend das Gewebe zwischen den Längsfäden durch Stickys verunreinigt (siehe Abb. 2).

Der Verschmutzungsgrad der Trockensiebe ist in den ersten Positionen der Trockenpartie am stärksten ausgeprägt. Ursache ist die durch Längsfäden generierte hohe Kontaktfläche des Trockensiebes zur Papierbahn, denn entsprechend kann sich dort auch der Schmutz in erhöhtem Maße ablagern.

Die Untersuchung lieferte folglich den ersten Lösungsansatz: Um das Siebdesign zu optimieren, muss die Angriffsfläche, sprich: die Kontaktfläche, auf der Papierseite reduziert werden.

Reinigungswirkung im Vergleich

Auf Basis dieser Erkenntnisse entwickelte die Heimbach-Gruppe einen Trockensieb-Prototypen und untersuchte die Reinigungswirkung bei diesem und verschiedenen anderen Webdesigns: Dazu wurden verschmutzte Siebmuster unterschiedlicher Produkte zu einem einzigen Trockensieb zusammengefügt und mit einem Hochdruck-Wasserstrahl gereinigt (vgl. Abb. 3 und Tab. 1). Alle verwendeten Siebe wurden zuvor in vergleichbaren Trockenpositionen eingesetzt und wiesen einen nahezu identischen Verschmutzungsgrad auf. In Kooperation mit dem Hersteller von Hochdruckreinigern, Kadant Nordic AB, gelang es, konstante Versuchsbedingungen zu schaffen, um Reinigungsdurchläufe mit unterschiedlichen Drücken (400 – 600 bar) und Auftreffwinkeln des Wasserstrahls (schräg und senkrecht) sowie Düsenarten in jeweils unterschiedlichen Intervallen durchzuführen. Als Indikator der Reinigungswirkung diente der Wert der Luftdurchlässigkeit des Siebes. Dieser wurde jeweils vor und nach der Reinigung
gemessen. Zudem wurde als Referenzgröße die Luftdurchlässigkeit des entsprechenden Siebes im Neuzustand herangezogen.

Ein sauberes Siebdesign

Die Reinigungswirkung ist stark von den eingestellten Parametern des Hochdruckreinigers sowie dem Webdesign abhängig (vgl. Tab. 1 und Abb. 4).

Siebdesign C entspricht am ehesten dem Prototyp des idealen Trockensiebs: Unabhängig vom Auftreffwinkel des Wasserstrahls konnte eine sehr gute Reinigungswirkung erzielt und die ursprüngliche Luftdurchlässigkeit wiederhergestellt werden (Abb. 5). Die nach oben offene Trichterstruktur bewirkt, dass Schmutzpartikel effektiver abgespritzt und abgesaugt werden können.

Zudem wird über die Struktur der Papierseite, mit ihrer reduzierten Kontaktfläche und geringeren Anzahl an Kontaktpunkten, das Ablagerungspotential für Verunreinigungen vermindert (Abb. 6).

Wird, wie im Versuchslauf, auf der Walze gereinigt, kommt es häufig dazu, dass Schmutz durch das Sieb auf die Walze gedrückt wird und sich dort ablagert: Dies führt zu verstärktem Abrieb oder zur erneuten Verschmutzung des Trockensiebes auf der Walzenseite (Rückverschmutzung). Um dies zu verhindern, hat der Siebhersteller für den neu entwickelten Trockensieb-Typ Secoplan.V eine besonders dichte Struktur auf der Walzenseite geschaffen: Sie erhöht die Kontaktfläche und macht das Sieb undurchlässiger für Verunreinigungen (Abb. 7).

Fazit

Das entwickelte Trockensieb-Design ist weniger anfällig für Schmutzablagerungen und macht die Reinigung mit einem Hochdruck-Wasserstrahl auf der Walzenposition effizienter. Zu bedenken bleibt, dass ein derartiges Siebdesign kein „Allheilmittel“ für Verschmutzungen in der Trockenpartie ist. Die Wahl des richtigen Siebdesigns hängt entscheidend von der Papiersorte und der damit verbundenen Intensität der Verschmutzungen, der Markierempfindlichkeit sowie den Bedingungen in der Maschine ab. Mit zunehmender Verschlechterung der Altpapierqualität erhöht sich das Risiko für Ablagerungen in der Trockenpartie. Daher ist das entwickelte Secoplan.V-Trockensieb auf Positionen zugeschnitten, die zu starken Verschmutzungen neigen. Dies trifft in besonderem Maße auf die Herstellung von Karton- und Verpackungspapieren zu.


Abb. 1 b