Kalandriertechnologie zur Volumenerhaltung in der Kartonproduktion

Voith hat eine neue Kalandriertechnologie vorgestellt, die die Materialeffizienz in der Kartonherstellung verbessern soll. Die Lösung kombiniert eine kontrollierte Bahnkonditionierung mit Hochtemperatur-Kalandrierung, um die Blattverdichtung zu reduzieren und Kartonherstellern zu ermöglichen, den Faserverbrauch zu senken, während wichtige Produkteigenschaften wie Steifigkeit, Volumen und Bedruckbarkeit erhalten bleiben.

Herausforderungen der Fasereffizienz in der Kartonherstellung
Kartonhersteller stehen seit langem vor einem Zielkonflikt zwischen Oberflächenqualität und struktureller Festigkeit. Konventionelle Kalandrierverfahren verbessern die Glätte und Bedruckbarkeit der Oberfläche durch Verdichtung des Materials zwischen den Walzen. Eine stärkere Verdichtung führt jedoch in der Regel zu einem Verlust von Volumen und Biegesteifigkeit, wodurch zusätzlicher Faserstoff erforderlich wird, um die Produktspezifikationen einzuhalten.

Angesichts steigender Faserkosten und wachsender Anforderungen an die Ressourceneffizienz suchen Hersteller nach Verfahrenstechnologien, die die Oberflächeneigenschaften verbessern, ohne die mechanische Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. EcoCal HiBulk wurde entwickelt, um diese Herausforderung durch einen modifizierten Kalandrieransatz zu lösen, bei dem die Papierbahn vor dem Eintritt in den Kalanderspalt konditioniert wird.

Bahnkonditionierung vor der Kalandrierung
Die Technologie kombiniert drei bestehende Voith-Prozesstechnologien zu einem integrierten Kalandrierkonzept.

Im ersten Schritt wird die Papierbahn mit dem MCB Cooler-System über ihre gesamte Dicke mittels eines luftbasierten Kühlverfahrens gekühlt. Unmittelbar vor der Kalandrierung wird die Oberflächenschicht mithilfe von Dampf über das OnQ ModuleCal-System gezielt erwärmt und befeuchtet. Anschließend durchläuft die konditionierte Bahn einen Hochtemperatur-Hartnip-Kalander.

Diese Prozessabfolge verändert das Verformungsverhalten der einzelnen Schichten. Die Kühlung reduziert die Kompressibilität des Blattkerns, während die Dampfkonditionierung die Verformbarkeit der Oberflächenfasern erhöht. Dadurch kann die gewünschte Oberflächenglätte mit geringeren Linienlasten erreicht werden als bei konventionellen Kalandrierverfahren.

Niedrigere Linienlasten reduzieren die Gesamtverdichtung des Materials und tragen dazu bei, Volumen und Biegesteifigkeit zu erhalten, während gleichzeitig die für Druckanwendungen erforderlichen Oberflächeneigenschaften erzielt werden.

Validierung unter industriellen Produktionsbedingungen
Das Verfahren wurde während Produktionsversuchen bei einem europäischen Kartonhersteller auf einer kommerziell betriebenen Papiermaschine validiert. Laut Voith zeigten die Tests, dass die Kombination aus Dampfanwendung und reduzierten Linienlasten die Oberflächenrauheit verringerte, während Volumen und Biegesteifigkeit im Vergleich zu konventionellen Kalandrierverfahren auf einem höheren Niveau gehalten werden konnten.

Diese Validierung ist von Bedeutung, da Technologien zur Volumenerhaltung häufig unter Laborbedingungen vielversprechende Ergebnisse liefern, sich jedoch nicht immer zuverlässig auf industrielle Produktionsumgebungen übertragen lassen. Die Versuche deuten darauf hin, dass der Prozess unter realen Produktionsbedingungen stabil betrieben werden kann und dabei eine gleichbleibende Produktqualität gewährleistet.

Einsatzmöglichkeiten für neue und bestehende Kartonmaschinen
Die Kalandrierlösung wurde sowohl für neue Kartonproduktionslinien als auch für Modernisierungsprojekte entwickelt. Produktionsstandorte, die bereits über Kühlsysteme oder Hochtemperatur-Kalandriertechnik verfügen, können das Verfahren möglicherweise mit einer begrenzten Anzahl zusätzlicher Komponenten integrieren.

Diese Flexibilität kann die Investitionskosten reduzieren und Modernisierungsprojekte gegenüber einem vollständigen Kalanderaustausch vereinfachen. Zu den potenziellen Einsatzbereichen zählen Kartonsorten für Verpackungsanwendungen, bei denen Steifigkeit, Bedruckbarkeit und Materialeffizienz direkten Einfluss auf Produktleistung und Wirtschaftlichkeit haben.

Prozessmechanismen zur Erhaltung des Volumens
Das technische Prinzip des Verfahrens unterscheidet sich von konventionellen Ansätzen, die hauptsächlich auf höheren Druck zur Verbesserung der Glätte setzen. Stattdessen werden die physikalischen Eigenschaften der Bahn gezielt verändert, bevor sie den Kalanderspalt erreicht.

Durch die Kombination eines weniger verformbaren Kerns mit einer stärker verformbaren Oberflächenschicht wird die Verformung gezielt auf die Bereiche konzentriert, in denen sie zur Verbesserung der Oberflächenqualität erforderlich ist. Dieser Mechanismus ermöglicht es Herstellern, die gewünschten Rauheitswerte zu erreichen und gleichzeitig Verluste bei Dicke und struktureller Festigkeit zu minimieren.

Für Kartonhersteller ist die Erhaltung des Volumens besonders wichtig, da die Biegesteifigkeit maßgeblich von der Materialdicke beeinflusst wird. Die Erhaltung der Dicke kann daher dazu beitragen, die mechanische Leistungsfähigkeit zu sichern und gleichzeitig den Faserverbrauch zu reduzieren.

Industrialisierung der Volumen-erhaltenden Kalandriertechnologie
Die Entwicklung basiert auf mehr als zehn Jahren Forschungs- und Pilotarbeit im Bereich der Volumen-erhaltenden Kalandrierung. Frühere Studien untersuchten die Auswirkungen von Kühlung, Dampfkonditionierung und temperaturgesteuerter Kalandrierung auf die Eigenschaften von Karton.

Das neue Verfahren kombiniert diese Einzeltechnologien zu einem reproduzierbaren Produktionskonzept für den industriellen Einsatz. Durch die Integration von Bahnkonditionierung und kontrollierten Kalandrierparametern bietet das System einen praxisnahen Ansatz, um Materialeffizienz, Produktqualität und Nachhaltigkeitsziele in der modernen Kartonproduktion in Einklang zu bringen.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt enthält technische Spezifikationen und Wettbewerbsvergleiche, die in der ursprünglichen Pressemitteilung nicht enthalten waren.

Mehrere Ausrüstungsanbieter, darunter Voith, Valmet und ANDRITZ, bieten Kalandriertechnologien an, die darauf ausgelegt sind, die Oberflächenqualität zu optimieren und gleichzeitig Verluste bei Volumen und Steifigkeit zu begrenzen. Das besondere Merkmal des beschriebenen Verfahrens ist die Kombination aus vollflächiger Kühlung, lokalisierter Dampfkonditionierung und Hochtemperatur-Hartnip-Kalandrierung innerhalb eines integrierten Prozessablaufs.

Im Vergleich zur konventionellen Hartnip-Kalandrierung, bei der Verbesserungen der Oberflächenglätte hauptsächlich durch höheren mechanischen Druck erzielt werden, verlagert das Verfahren einen Teil der Optimierung auf die gezielte thermische und feuchtigkeitsbasierte Behandlung der Papierbahn. Dieser Ansatz kann die erforderliche Linienlast zur Erreichung definierter Oberflächeneigenschaften reduzieren, was als anerkannte Methode zur Erhaltung von Materialdicke und Steifigkeit gilt.

Die Technologie ist insbesondere für Hersteller von Faltschachtelkarton, gestrichenem Recyclingkarton und vergleichbaren Verpackungskartonqualitäten relevant, bei denen Druckqualität, Biegefestigkeit und Fasereffizienz gleichzeitig optimiert werden müssen. Da Nachhaltigkeitsinitiativen weiterhin auf eine Verringerung des Rohstoffverbrauchs abzielen, entwickeln sich Technologien zur Volumenerhaltung zunehmend zu wichtigen Leistungskennzahlen in der Papier- und Kartonindustrie.

Bearbeitet von Aishwarya Mambet, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

www.voith.com