VERFHAREN UND VORRICHTUNG UM ÄNDERN DER FORMATION EINER PAPIERBAHN Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ändern einer Formation von Papierfasern in einer Papierbahn, eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens sowie eine Papiermaschine mit einer solchen Vorrichtung. Die Blattbildung ist ein wichtiger Prozess während der Papierherstellung. Dazu wird eine Suspension aus Papierfasern, Hilfsstoffen und Wasser, möglichst gleichmäßig über die Pa ^¬ pierbahnbreite verteilt, einer Blattbildungsvorrichtung, z.B. einer Siebpartie einer industriellen Papiermaschine, zuge- führt. Beispielsweise läuft bei Langsiebpapiermaschinen die Fasersuspension auf ein endlos umlaufendes Sieb.

Die Qualität von Papier wird unter anderem durch die sogenannte Formation bestimmt, d.h. die Anordnung, Ausrichtung und Verteilung der Fasern im Papier. In der Regel sind aufgrund der Siebanordnung und der hohen Siebgeschwindigkeit in einer industriellen Papiermaschine die Papierfasern im Papier überwiegend entlang der Sieblaufrichtung ausgerichtet, so dass die Eigenschaften des Papiers, z.B. Reißfestigkeit oder Längenausdehnung, in den beiden Hauptrichtungen längs und quer zur Papierbahn erheblich differieren. Um ähnlichere Eigenschaften einer Papierbahn in den beiden Hauptrichtungen längs und quer zur Papierbahn zu erzielen, z.B. eine höhere Reißfestigkeit des Papiers in der Richtung quer zur Papier- bahn zu erhalten, ist es notwendig, einen größeren Teil der Fasern als bisher quer zur Sieblaufrichtung bzw. die Fasern ganz allgemein isotroper auszurichten.

Auch kann es bei der Blattbildung zu einer Flockenbildung kommen, d.h. im Papiergefüge bilden sich Stellen mit einer höheren Faserkonzentration, den sogenannten Flocken, und Stellen mit einer geringeren Faserkonzentration. Dadurch wird das Erscheinungsbild, die Ebenmäßigkeit und die Festigkeit des Papiers unvorteilhaft beeinflusst. Um eine Verbesserung dieses Aspekts der Formation zu erreichen, muss eine Flockenbildung von vorneherein vermieden werden oder müssen in der Siebpartie zunächst gebildete Flocken wieder aufgelöst bzw. zerschlagen und somit die Faserverteilung vergleichmäßigt werden .

Bisher wird versucht, durch eine Anpassung unterschiedlicher Verfahrensparameter, z.B. der Volumengeschwindigkeit bei der Aufbringung der Suspension auf das Sieb, des Auftrittswinkels der Suspension auf das Sieb und der Siebgeschwindigkeit, so ^¬ wohl die Ausrichtung und Verteilung der Fasern im Papier als auch die Entwässerung auf dem Sieb bzw. in der sog. Nasspartie zu beeinflussen. Allerdings wird die Formation durch verschiedene Parameter bestimmt, die nur bedingt durch das her ^¬ kömmliche Verfahren der Papierherstellung beeinflussbar sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine Verbesserung der Formation in einer Papierbahn.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Ändern einer Formation von Papierfasern in einer Papierbahn, wobei durch die noch feuchte Papierbahn hindurch, welche durch Aufbringen einer wässrigen Suspension aus Papierfasern auf ein Sieb ausgebildet wurde, und/oder von der Oberfläche der Papierbahn ausgehend mindestens eine elektrische Entladung erzeugt wird. Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Vorrichtung zum Ändern einer Formation von Papierfasern in einer Papierbahn, umfassend eine Elektrodenanordnung mit mindestens einer

Elektrode, wobei die noch feuchte Papierbahn, welche durch Aufbringen einer wässrigen Suspension aus Papierfasern auf ein Sieb ausgebildet wurde, so an der Elektrodenanordnung vorbei führbar ist, dass die Papierbahn durch einen Luftspalt von der mindestens einen Elektrode getrennt ist, und An ^¬ schlüsse zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen mindestens einer ersten Elektrode der Elektrodenanordnung und der Papierbahn oder zwischen der mindestens einen ersten Elektrode und mindestens einer zweiten Elektrode der Elektro- denanordnung zum Erzeugen mindestens einer elektrischen Entladung durch die Papierbahn hindurch und/oder von der Oberfläche der Papierbahn ausgehend. Und die Aufgabe wird gelöst durch eine Papiermaschine mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14.

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Verfahrensinnova ^¬ tion, die eine Verbesserung der Formation durch Ausnutzen von elektrischen Entladungen im Herstellungsprozess am Immobili- tätspunkt oder kurz vor bzw. nach dem Immobilitätspunkt rea ^¬ lisiert. Der Immobilitätspunkt ist erreicht, wenn die Fasern sich nicht mehr frei in der Fasersuspension bewegen können, sondern schon auf dem Sieb fixiert sind. Der Begriff „Forma ^¬ tion" umfasst dabei sowohl die Verteilung der Papierfasern in der Papierbahn als auch die Orientierung der Fasern, d.h. deren Ausrichtung. Grundgedanke der Erfindung ist eine Änderung bzw. Beeinflussung der Formation, d.h. der Faserausrichtung und -Verteilung im Papier, durch eine lokale Einwirkung von Druckwellen, welche von lokalen elektrischen Entladungen aus- gelöst werden, im Nassbereich der Papierherstellung. Die

Druckwellen um einen Entladungskanal bzw. -fußpunkt werden dazu ausgenutzt, lokal Energie in die Faserlage bzw. die Pa ^¬ pierbahn einzubringen, um dadurch bereits gebildete Flocken wieder auszulösen bzw. zu zerschlagen und damit eine gleich- mäßigere Verteilung von Fasern zu erreichen, und um Papierfasern seitlich zu verdrängen und damit eine stärker statistische Ausrichtung der Fasern zu erreichen. Eine endliche, d.h. begrenzte, elastische Rückstellung der Fasern führt da ^¬ zu, dass sich der Bereich des Entladungskanals weitgehend wieder schließt, so dass in der Papierbahn keine durch die Entladungen hervorgerufene Löcher verbleiben.

Die Erfindung erzielt durch den Einsatz von elektrischen Entladungen während des Papierherstellungsprozesses eine Verbes- serung der Formation, d.h. der Verteilung und Orientierung von Papierfasern, insbesondere Zellstofffasern, in der Papierbahn. Durch das neue Verfahren ist es möglich, eine Papierbahn mit verbesserter Qualität, insbesondere hinsichtlich der Formation, zu realisieren. Dadurch wird das Erscheinungsbild, die Ebenmäßigkeit und die Festigkeit des Papiers ver ^¬ bessert. Somit ist sowohl ein optimierter Herstellungsprozess mit geringerem Ausschuss möglich als auch ein qualitativ hochwertigeres Produkt, unter Umständen mit einem höheren erzielbaren Erlös, herstellbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren auch entsprechend den abhängi ^¬ gen Vorrichtungsansprüchen weitergebildet sein, und umgekehrt .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die mindestens eine elektrische Entladung eine dielektrische Bar ^¬ riereentladung. Als Entladung wird bevorzugt eine Dielektrische Barriere-Entladung (= DBE) bei Atmosphärendruck vorgeschlagen. Die dielektrische Barriereentladung (englisch:

Dielectric Barrier Discharge, DBD) ist auch unter der Be- Zeichnung „stille elektrische Entladung" bekannt. Es handelt sich dabei um eine elektrische Gasentladung.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zum Erzeugen der mindestens einen elektrischen Entladung eine elektrische Spannung

a) zwischen mindestens einer ersten Elektrode und der noch feuchten Papierbahn oder

b) zwischen der mindestens einen ersten Elektrode und mindestens einer zweiten Elektrode

angelegt.

Dabei ist es bevorzugt, wenn zumindest die mindestens eine erste Elektrode mit einem Dielektrikum belegt ist. Dies er ^¬ möglicht es, dass im Luftspalt zwischen der mindestens einen Elektrode und der Papierbahn oder zwischen den beiden Elektroden eine dielektrisch behinderte Entladung stattfindet. Vorzugsweise ist die dielektrische Schicht fest mit der

Elektrode verbunden. Dabei ist es im Fall b) bevorzugt, dass die feuchte Papier ^¬ bahn durch eine Elektrodenanordnung umfassend die erste und zweite Elektrode geführt wird, wobei die erste und zweite Elektrode auf unterschiedlichen Seiten der Papierbahn angeordnet sind. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Vorrich ^¬ tung eine Anordnung von mindestens zwei Elektroden aufweist, wobei mindestens eine Elektrode von zwei einander zugeordne ^¬ ten Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten der Papierbahn, zwischen denen eine elektrische Entladung stattfindet, mit einem Dielektrikum belegt ist, die als eine dielektrische „Barriere" wirkt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die feuchte Papierbahn durch eine Anordnung von mindestens zwei Elektroden, vorzugsweise umfassend die erste und zweite Elektrode, geführt, wobei auf jeder Seite der Papierbahn min ^¬ destens eine Elektrode angeordnet ist, vorzugsweise die erste und zweite Elektrode auf unterschiedlichen Seiten der Papier- bahn angeordnet sind. Dabei wird zwischen Elektroden auf ge ^¬ genüberliegenden Seiten der Papierbahn eine elektrische Spannung zum Erzeugen der mindestens einen elektrischen Entladung angelegt . In einer Ausführung mit nur einer dielektrisch beschichteten Elektrode befindet sich diese vorzugsweise nur auf einer Sei ^¬ te der Papierbahn, welche mit der entsprechenden Vorschubgeschwindigkeit an der Elektrode vorbei geführt wird, wobei sich bei Anlegen einer ausreichend hohen Spannung eine DBE zwischen einer Elektrodenoberfläche und der Papierbahn ent ^¬ wickelt .

Wenn mindestens eine der beiden Elektroden mit einem Dielektrikum bedeckt ist, kann sich keine direkte, stromstarke Entladung zwischen den beiden Elektroden ausbilden. Bei Erreichen einer ausreichend hohen Spannung zwischen den Elektroden erfolgt eine stromschwache, stark lokalisierte Gasent ^¬ ladung im Gasraum zwischen der einen Elektrode und der damit korrespondierenden, dielektrisch behinderten Elektrode; dadurch wird das Dielektrikum lokal aufgeladen, so dass die Spannung wieder absinkt und die Entladung von selbst beendet wird. Dieser Vorgang wird als dielektrische Barriereentladung bezeichnet. Kennzeichen einer solchen Entladung sind Entladungsansatzpunkte auf der Barriere von typisch weniger als 1 cm ² und Entladungskanaldurchmessern von einigen 10 ym bei Atmosphärendruck . Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die mindestens eine elektrische Entladung durch die noch feuchte Papierbahn in einer Nasspartie einer Papiermaschine. In der Nasspartie sind die Papierfasern einer Papierbahn noch ausreichend flexibel, so dass eine Umorientierung, d.h. eine Änderung der Ausrichtung, mit den relativ geringen Kräften, die durch von lokalen elektrischen Entladungen ausgelöste Druckwellen erzeugt werden, erreicht werden kann. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Verfahren in einem Bereich erfolgt bzw. die Elektroden zum Erzeugen der elektrischen Entladungen in einem Bereich angeordnet sind, in dem die feuchte Papierbahn einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens 20 %, vorzugsweise von mindestens 75 %, weiter vorzugsweise im Bereich von 80 bis 90 %, aufweist. Wird die Papierbahn auf einer Langsiebpapiermaschine gebil ^¬ det, so erfolgen die elektrischen Entladungen vorzugsweise noch auf dem Sieb oder direkt nach dem Abheben der feuchten Papierbahn vom Sieb. Die Entladungen können aber auch noch später erfolgen, solange das Papier noch ausreichend feucht ist. Die Papierbahn weist am Ende der Siebpartie, also unmit ^¬ telbar vor der Pressenpartie, in Abhängigkeit vom Papierma ^¬ schinentyp und der Papiersorte einen Feuchtegehalt von ca. 75 bis 80 % auf. Das Verfahren ist auch auf einer Papiermaschine mit einem anderen Blattbildungssystem als einem Langsieb ein- setzbar, z. B. auf einer Papiermaschine mit einem Gap-Former. Vorzugsweise finden im Falle einer Papiermaschine mit einem Gap-Former die Entladungen in einem Bereich der Siebpartie statt, wo die Papierbahn nur an ihrer Unterseite von einem Sieb geführt wird, dagegen ihre Oberseite - wie auch bei ei ^¬ nem Langsieb - „frei an der Luft" ist.

Es ist bevorzugt, dass die elektrische Spannung eine elektri- sehe Wechselspannung im Bereich von 1 kV bis 30 kV ist. Vorzugsweise hat die Wechselspannung eine Frequenz im Bereich von 1 Hz bis 500 kHz, insbesondere aber im Bereich von 10 Hz bis 50 kHz. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Spannung ei ^¬ nen sinus-, rechteck-, dreieck-, sägezahn-, trapez- oder im- pulsförmigen Verlauf besitzt. Zur Erzeugung einer Barriereentladung werden Wechselspannungen von einigen Kilovolt (kV) bis zu wenigen 10 kV (typisch < 30 kV) benötigt, abhängig von Elektrodenabstand, Luftdruck und -feuchte, Gaszusammenset ^¬ zung, etc. Die Hochspannung wird vorzugsweise mit Frequenzen von einigen 10 Hz bis zu einigen 10 kHz bereitgestellt. Mög ^¬ lich sind auch dreieckige Spannungsverläufe, bzw. impulsartig mit entsprechender Wiederholfrequenz angelegte Spannungen im beschriebenen Spannungs- und Frequenzbereich. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Luftspalt zwischen der Papierbahn und einer Elektrode einen Wert im Bereich von 1 bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 50 mm, weiter vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 mm, auf. Bis zu der Schnittstelle von Pressenpartie zur Trocken- partie wird die Papierbahn üblicherweise, in der Siebpartie, von einem Sieb oder einem Pressfilz unterstützt. Die Papierbahn bzw. die Papierbahn und das tragende Sieb läuft häufig nicht stabil in exakt derselben Höhe, sondern führt mechani ^¬ sche Schwingungen aus. Der Luftspalt wird vorzugsweise größer als die Amplitude dieser mechanischen Schwingungen gewählt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Dicke des Dielektrikums so gewählt, dass ein Durchschlag durch das Di ^¬ elektrikum verhindert wird. Geeignete Materialien für das Dielektrikum sind Keramiken, Glas, Glaskeramik, oder auch Kunststoffe. Die relative Permittivität des Dielektrikums kann dabei Zahlenwerte von ca. 2 (z.B. Glas, Kunststoffe) bis über 10 (z.B. Aluminiumoxidkeramik) oder auch bis zu einigen 1000 (z.B. Bariumtitanate) aufweisen. Die Dicke des Di ^¬ elektrikums wird so gewählt, dass die gesamte anzulegende Spannung von mehreren Kilovolt nicht zu einem Durchschlag im Dielektrikum führt; die Dicke ist daher materialabhängig zu wählen, bevorzugt aber so dünn wie möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich die Anordnung der Elektroden über die gesamte Breite der Papierbahn. Mithilfe großflächiger Elektrodenbalken kann erreicht werden, dass gleichzeitig eine sehr große Anzahl solcher Ent ^¬ ladungskanäle über die Breite der gesamten Papierbahn und ei ^¬ nen entsprechenden Teil der Papierbahnlänge erzeugt wird. Bei einer entsprechend hohen Plasmaleistung kann dann ein Großteil der Fasern statistisch umgeordnet werden, so dass insge- samt eine Faserumordnung betreffend die gesamte Papierbahn ^¬ fläche erreicht wird. Die Stärke des Effekts kann dabei ge ^¬ zielt durch die steuerbare Plasmaleistung beeinflusst werden. Solche dielektrischen Entladungen sind auch bei Atmosphärendruck über große Flächen skalierbar, wodurch sich eine gute Prozesskontrolle auch bei hohen Papiergeschwindigkeiten und großen Bahnbreiten erzielen lässt.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt jeweils schematisch und nicht maßstabs ^¬ getreu :

Fig. 1 eine Änderung der Ausrichtung von Fasern in einer

Papierbahn im Verlauf eines Verfahrens zum Ändern einer Formation von Papierfasern; Fig. 2 eine Änderung der Verteilung von Fasern in einer

Papierbahn im Verlauf eines Verfahrens zum Ändern einer Formation von Papierfasern; Fig. 3 eine Ansicht eines Elektrodenpaars relativ zu ei ^¬ ner Papierbahn;

Fig. 4 einen Schnitt einer ersten Elektrodenanordnung;

Fig. 5 Schnitt einer anderen Elektrodenanordnung;

Fig. 6 einen Teil einer Papiermaschine im Schnitt;

Fig. 7 eine Papiermaschine in Ansicht.

Fig. 1 umfasst die Teilfiguren la bis lc, die eine Abfolge von Faserorientierungen zeigen, in einer vergrößerten Draufsicht auf eine Faserlage einer sich bildenden, noch feuchten Papierbahn. Die Abfolge illustriert eine Änderung der Aus ^¬ richtung von Fasern 3 in einer Papierbahn beim Durchlaufen einer Vorrichtung zum Ändern einer Formation von Papierfasern in einer Papierbahn. Fig. la zeigt einen Ausgangszustand, bei dem die vorherr ^¬ schende Ausrichtung von Papierfasern 3 in einer sich bildenden Faserlage entlang einer Sieblaufrichtung 21 ist. Dieser Ausgangszustand mit einer signifikant anisotropen Faseraus ^¬ richtung bildet sich in der Regel aufgrund der Siebanordnung und der hohen Siebgeschwindigkeit in einer industriellen Papiermaschine. Die Ausrichtung der Fasern 3 längs der Sieb ^¬ laufrichtung 21 ist die ursprüngliche Ausrichtung der Fasern 3, wie sie sich durch die Bedingungen des Faserstoffauflaufs auf ein sich in Sieblaufrichtung 21 bewegendes Sieb ergibt.

Fig. lb zeigt einen Zustand, wie er sich unmittelbar nach ei ner elektrischen Entladung entlang eines Entladungskanals 8 durch die Faserlage der sich bildenden, feuchten Papierbahn hindurch ergibt. Eine durch die Entladung generierte atmo ^¬ sphärische Druckwelle übt eine Kraft auf die Fasern 3 der Pa pierbahn aus, die sich in einer Faserlage anordnen. Je nachdem, wie fest eine Faser 3 in der Faserlage angeordnet ist, kann die Druckwelle die Faser entweder über ihre gesamte Län ge verschieben und aus dem Entladungskanal 8 hinaus drücken, oder nur über eine Teillänge auf eine Faser 3 wirken und le ^¬ diglich einen Abschnitt einer Faser 3 aus dem Entladungskanal 8 hinaus schieben. Auf diese Weise ergeben sich unterschied- liehe Umorientierungen und/oder Verbiegungen der Fasern 3. Über die Gesamtheit der Fasern 3 gesehen führt die elektrische Entladung zu einer signifikanten Änderung der Orientierung von Papierfasern 3 in einem von der Druckwelle beein- flussten Teilbereich der noch feuchten Papierbahn.

Fig. lc zeigt einen Zustand, der sich nach einem gewissen Zeitraum nach der elektrischen Entladung ergibt. Während eines gewissen Zeitraums nach der Entladung, typischerweise im Bereich von Sekunden, bewirken elastische Rückstellkräfte, dass sich einzelne Fasern 3 oder auch nur Abschnitte einzel ^¬ ner Fasern 3 zurückstellen, d.h. die durch die Druckwelle hervorgerufenen Umorientierungen und/oder Verbiegungen zumindest teilweise rückgängig machen. Auf diese Weise können sich Fasern, die unmittelbar nach der Entladung, wie in Fig. lb gezeigt, lediglich außerhalb des Entladungskanals 8 angeord ^¬ net sind, zumindest teilweise wieder innerhalb des Entla ^¬ dungskanals 8 anordnen. Eine endliche, d.h. begrenzte, elas ^¬ tische Rückstellung der Fasern führt also dazu, dass sich der Bereich des Entladungskanals 8 weitgehend wieder schließt, so dass in der Papierbahn keine Löcher verbleiben.

Der in Fig. lc dargestellte Orientierungszustand der Fasern 3 bleibt im Wesentlichen bestehen, während die Papierbahn weiterhin die daran anschließenden Prozessschritte der Papierma- schine durchläuft. Nach Durchlaufen der gesamten Papierma ^¬ schine existiert der durch die elektrische Entladung umorien ^¬ tierte Faserzustand im fertig gestellten Papier im Wesentli ^¬ chen unverändert. Fig. 2 umfasst die Teilfiguren 2a bis 2c, die eine Abfolge von Faserverteilungen zeigen, in einer vergrößerten Draufsicht auf eine Faserlage einer sich bildenden, noch feuchten Papierbahn. Die Abfolge illustriert eine Änderung der Vertei- lung von Fasern 3 in einer Papierbahn beim Durchlaufen einer Vorrichtung zum Ändern einer Formation von Papierfasern in einer Papierbahn.

Fig. 2a zeigt einen Ausgangszustand, bei dem sich in der Fa- serlage der Papierfasern eine Flocke 30 gebildet hat.

Fig. 2b zeigt einen Zustand, wie er sich unmittelbar nach einer elektrischen Entladung entlang eines Entladungskanals 8 durch die Faserlage der sich bildenden, feuchten Papierbahn hindurch ergibt. Eine durch die Entladung generierte atmo ^¬ sphärische Druckwelle übt eine Kraft auf die Fasern 3 der Flocke 30 aus. Der Druckimpuls treibt die Fasern auseinander, so dass Flocken und Agglomerate aufgelöst oder zumindest deutlich verkleinert werden. Je nachdem, wie fest eine Faser 3 in der Faserlage angeordnet ist, kann die Druckwelle die Faser entweder über ihre gesamte Länge verschieben und aus dem Entladungskanal 8 hinaus drücken, oder nur über eine Teillänge auf eine Faser 3 wirken und lediglich einen Abschnitt einer Faser 3 aus dem Entladungskanal 8 hinaus schie ^¬ ben. Auf diese Weise ergeben sich unterschiedliche Umorien ^¬ tierungen und/oder Verbiegungen der Fasern 3. Über die Gesamtheit der Fasern 3 gesehen führt die elektrische Entladung zu einer signifikanten Änderung der Verteilung von Papierfasern 3 in einem von der Druckwelle beeinflussten Teilbereich der noch feuchten Papierbahn.

Fig. 2c zeigt einen Zustand, der sich nach einem gewissen Zeitraum nach der elektrischen Entladung ergibt. Während eines gewissen Zeitraums nach der Entladung, typischerweise im Bereich von Sekunden, bewirken elastische Rückstellkräfte, dass sich einzelne Fasern 3 oder auch nur Abschnitte einzel ^¬ ner Fasern 3 zurückstellen, d.h. die durch die Druckwelle hervorgerufenen Umorientierungen und/oder Verbiegungen zumindest teilweise rückgängig machen. Auf diese Weise können sich Fasern, die unmittelbar nach der Entladung, wie in Fig. 2b gezeigt, lediglich außerhalb des Entladungskanals 8 angeord ^¬ net sind, zumindest teilweise wieder innerhalb des Entla ^¬ dungskanals 8 anordnen. Eine endliche, d.h. begrenzte, elas- tische Rückstellung der Fasern führt also dazu, dass sich der Bereich des Entladungskanals 8 weitgehend wieder schließt, so dass in der Papierbahn keine Löcher verbleiben. Der in Fig. 2c dargestellte Orientierungszustand der Fasern 3 bleibt im Wesentlichen bestehen, während die Papierbahn weiterhin die daran anschließenden Prozessschritte der Papiermaschine durchläuft. Nach Durchlaufen der gesamten Papierma ^¬ schine existiert der durch die elektrische Entladung umorien- tierte Faserzustand im fertig gestellten Papier im Wesentli ^¬ chen unverändert.

Aus Gründen der Klarheit werden in Fig. 1 und 2 die Wirkungen der elektrischen Entladungen auf die Formation, nämlich Ände- rung der Ausrichtung/Orientierung und Änderung der Verteilung der Fasern, getrennt betrachtet. Es versteht sich aber von selbst, dass in der Realität beide Effekte gleichzeitig und in Wechselwirkung miteinander auftreten. Fig. 3 zeigt eine Ansicht einer Vorrichtung 1 zum Ändern einer Orientierung von Papierfasern in einer Papierbahn, wobei die Vorrichtung 1 ein Elektrodenpaar 2a, 2b relativ zu einer Papierbahn 9 aufweist. Die obere Elektrode 2a ist auf ihrer der Papierbahn zugewandten Seite mit einem Dielektrikum 22 in Form einer dielektrischen Schicht bedeckt. Der Abstand der

Elektroden 2a, 2b zu der Papierbahn 9 liegt jeweils bei einem festen Wert im Bereich von 2 bis 10 mm, so dass zwischen den Elektroden 2a, 2b und der Papierbahn 9 jeweils ein gleichmäßiger Luftspalt gebildet wird, durch welchen mithilfe von Registerwalzen 12 die noch feuchte Papierbahn 9 transportiert werden kann. Die Breite der Elektroden 2a, 2b entspricht im Wesentlichen der der Papierbahn 9. Die Elektroden 2a, 2b sind über elektrische Leiterbahnen 4 mit einer Spannungsquelle 5 verbunden, so dass zwischen den Elektroden 2a, 2b eine Span- nung angelegt werden kann.

Es ist von Vorteil, jede der beiden Elektroden 2a, 2b in Form eines Elektrodenbalkens auszubilden. Ein Elektrodenbalken um- fasst eine Vielzahl in einer Ebene nebeneinander angeordneter Einzelelektroden zum Erzeugen eines Entladungskanals. Aufgrund der Vielzahl der Entladungskanäle, die über die Breite der Papierbahn erzeugbar ist, kann eine gleichmäßige Faser- Orientierung und Faser-Verteilung in allen Bereichen der Papierbahn 9 erreicht werden.

Die Spannung wird so hoch gewählt, dass quer über den Luft ^¬ spalt zwischen dem Elektrodenpaar 2a, 2b mindestens eine elektrische Entladung durch die Papierbahn 9 hindurch stattfinden. Die Entladung erfolgt vorzugsweise über die Umge ^¬ bungsluft der Papierbahn 9, ist also eine Gasentladung. Ent ^¬ lang jedes Entladungskanals wird durch eine die Entladung be ^¬ gleitende Druckwelle eine Umorientierung von Fasern hervorge- rufen. Das Ausmaß bzw. die Effektivität der Faserumorientie ^¬ rung ist unter anderem abhängig von dem Abstand der Elektroden 2a, 2b zueinander (= Luftspaltweite) , dem Luftdruck, der Luftfeuchte, der LuftZusammensetzung, dem Ladungsinhalt pro Filament (= Entladungskanal) , der angelegten Spannung, der Einwirkzone pro Filament, etc.

Bei Verwendung nur einer dielektrisch beschichteten Elektrode wird die Spannung so hoch gewählt, dass sich eine dielek ^¬ trisch behinderte Entladung im Luftspalt zwischen der Papier- bahn 9 und der Elektrode ausbildet. Der Luftspalt wird dabei jeweils so groß gewählt, dass bei den auftretenden mechani ^¬ schen Schwingungen der Papierbahn keine Berührung zwischen Papierbahn und Elektrode (n) erfolgt. Eine grobe Abschätzung zum Leistungsverbrauch einer dielektrischen Barriereentladung, welche zur Formationsverbesserung bei der Papierherstellung eingesetzt werden kann, ist im Folgenden dargestellt. Grundgedanke dabei ist, dass in einer Barriereentladung stark lokalisierte diskrete Entladungskanä- le, sogenannte Filamente, mit begrenztem Energieinhalt dazu dienen, dass durch die lokale Druckwelle der Barriereentla ^¬ dung, ähnlich der Wirkung von Kavitationsblasen, die Fasern bewegt und/oder gebogen werden. Dieser Abschätzung liegen die in Tabelle 1 zusammengefassten Annahmen zugrunde:

Tabelle 1

Daraus errechnet sich ein spezifischer Energiebedarf E/A (Energie E pro Fläche A) von minimal:

E/A = 1 nC * 10 kV / 1 mm ² = 10 ^"9 As * 10 ⁴ V / 10 ^"6 m ² = 10 J/m ²

Bei typischen Maschinenparametern, z.B. einer Siebgeschwindigkeit v = 20 m/s und einer Papierbahnbreite w = 6 m, d.h. Fläche / Zeit = 6 * 20 m ² /s = 180 m ² /s, benötigt man eine theoretische Mindestleistung P _p i _aS ma für die Erzeugung des Plasmas von

Ppiasma = 10 J/m ² * 180 m ² /s = 1,8 kW bei einer Frequenz von einigen kHz, welche technisch leicht zu bewerkstelligen ist, da dies ein typischer Leistungsbereich kleiner Umrichter ist. Nicht berücksichtigt bei dieser groben Abschätzung sind zusätzliche elektrische Verluste.

Das bedeutet, dass mit einer Leistung im Bereich von einigen kW, maximal bis zu wenigen 10 kW, falls der geschätzte Druck ^¬ wellenbereich kleiner sein sollte als angenommen, ein solcher Prozess wirtschaftlich durchführbar ist und zusätzlich eine Festigkeitssteigerung des Papiers in Form einer zusätzlichen Wasserstoffbrückenbildung auftreten kann, aufgrund der wäh- rend einer DBD erzeugten Radikale. Fig. 4 zeigt einen Schnitt einer ersten Elektrodenanordnung, die im Wesentlichen der in Fig. 3 entspricht. Eine Papierbahn 9, gebildet durch eine noch feuchte Faserlage von Papierfa- sern, wird von einem Sieb 6 getragen und in eine Sieblauf ^¬ richtung 21 transportiert. An der Oberseite der Papierbahn 9 ist eine mit einer dielektrischen Schicht 22 belegte erste Elektrode 2a, an der Unterseite der Papierbahn 9 eine zweite Elektrode 2b angeordnet. Die Elektroden 2a, 2b und die Pa- pierbahn 9 sind jeweils durch einen Luftspalt d voneinander beabstandet. Über Leiterbahnen 4 sind die Elektroden mit einer Spannungsquelle 5 elektrisch verbunden. Bei Anlegen einer ausreichend hohen Spannung zwischen den Elektroden 2a, 2b findet eine elektrische Entladung durch die Papierbahn hin- durch statt. Um die Entladung nicht negativ zu beeinflussen, besteht das Sieb aus einem elektrisch nicht-leitfähigem Material, z.B. aus einem Kunststoff.

Die oberhalb der Papierbahn 9 angeordnete, erste Elektrode 2a kann feststehend oder in Form einer Walze oder als ein an der Papierbahn 9 anliegendes Band aus einem elektrisch leitfähigen Material, z.B. ein Metallband, ausgebildet sein, das mit derselben Geschwindigkeit wie das Sieb 6 läuft. Alternativ zu einer feststehenden zweiten Elektrode 2b ist es möglich, dass die unterhalb der Papierbahn 9 angeordnete, zweite Elektrode 2b als ein an dem Sieb 6 anliegendes Band aus einem elekt ^¬ risch leitfähigen Material, z.B. ein Metallband, ausgebildet ist, das mit derselben Geschwindigkeit wie das Sieb 6 läuft. Fig. 5 zeigt einen Schnitt einer alternativen Elektrodenanordnung. Eine Papierbahn 9, gebildet durch eine noch feuchte Faserlage von Papierfasern, wird von einem sich bewegenden Sieb 6 getragen und in eine Sieblaufrichtung 21 transportiert. An der Oberseite der Papierbahn 9 ist eine mit einer dielektrischen Schicht 22 belegte erste Elektrode 2a angeord ^¬ net. Das aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehende Sieb ist über eine Leiterbahn 4 mit einer Spannungsquelle 5 elektrisch verbunden, z.B. über einen Schleifkontakt. Das Sieb kann dabei aus einem Metall wie Kupfer oder Edelstahl oder aus einem Kunststoff mit elektrisch leitfähigen Elementen, z.B. Metallelementen, gefertigt sein. Das Sieb bildet somit eine zweite Elektrode. Die erste Elektrode 2a und die Papierbahn 9 sind durch einen Luftspalt mit einer Luftspalt ^¬ weite d voneinander beabstandet. Über eine Leiterbahn 4 ist die erste Elektrode 2a mit der Spannungsquelle 5 elektrisch verbunden. Bei Anlegen einer ausreichend hohen Spannung zwischen der ersten Elektrode 2a und dem Sieb 6 findet eine elektrische Entladung durch die Papierbahn hindurch und/oder von der Oberfläche der Papierbahn 9 ausgehend statt.

Wegen der hohen elektrischen Leitfähigkeit der noch feuchten Papierbahn, die aus ihrem Feuchtigkeitsgehalt resultiert, ist die Papierbahn mit dem Sieb elektrisch leitfähig verbunden und stellt somit selbst eine Elektrode dar. Bei Anlegen einer ausreichend hohen Spannung zwischen der ersten Elektrode 2a und dem Sieb 6 kann somit auch eine elektrische Entladung zwischen der ersten Elektrode 2a und der Papierbahn 9, insbe- sondere eine von der Oberfläche der Papierbahn 9 ausgehende Entladung, stattfinden.

Fig. 6 zeigt im Schnitt einen Stoffauflauf 20 und eine Sieb ^¬ partie 10 einer Papiermaschine. Im Stoffauflauf 20 gelangt die Fasersuspension aus Papierfasern, Hilfsstoffen und Wasser über einem Siebtisch 11 auf ein endlos umlaufendes Sieb 6. Danach passiert die Suspension in Sieblaufrichtung 21 folgende Bauteile der Siebpartie 10: Registerwalze 12, erster Nass- saugkasten 13a, Einzel-Foils 14, zweiter Nasssaugkasten 13b, Egoutteur 19, Saugkästen 15. Im Bereich einer Siebsaugwalze

17 wird die sich mittlerweile aus der Fasersuspension gebil ^¬ dete Papierbahn von dem Sieb 6 abgehoben und läuft in eine Pressenpartie der Papiermaschine. Über eine Siebantriebswalze

18 und eine Brustwalze 16 wird das leere Sieb zum Siebtisch 11 zurück befördert.

Die Theorie der Blattbildung beschreibt folgenden Ablauf: So ^¬ bald die Fasersuspension mit dem Sieb 6 in Berührung kommt, werden die Papierfasern durch ihren Strömungswiderstand auf das Sieb 6 zu bewegt. Hierdurch beginnt sich auf dem Sieb ei ^¬ ne Faserlage zu bilden, die nach oben zu wächst. Abhängig von der Bewegungsfreiheit der Fasern in der Suspension treten zwei verschiedene Formen der Blattbildung auf: Filtration und Eindickung. Aus dem Aufbau der meisten Papiere geht hervor, dass die Filtration vorherrscht: Bei der Entwässerung stellt sich ein scharfer Übergang zwischen der bereits gebildeten Faserlage auf dem Sieb, der sogenannten Fasermatte, und der darüberliegenden Suspension ein. Die Stoffkonzentration in der flüssigen Phase ist annährend konstant und die Fasern können sich im Verhältnis zueinander frei bewegen.

Die Papierfasern in der Faserlage werden den elektrischen Entladungen zwischen den Elektroden 2 ausgesetzt, während sie sich im Bereich der Nasspartie der Papiermaschine, z.B. im Bereich der Siebpartie 10, befinden. Dabei ist es möglich, dass die Vorrichtung 1 zum Ändern einer Orientierung von Papierfasern in einer Papierbahn zwei Elektroden 2 umfasst, die ober- und unterhalb des Siebs 6 angeordnet sind, z.B. im Be ^¬ reich zwischen dem zweiten Nasssaugkasten 13b und dem Egout- teur 19, wie in Fig. 6 angegeben.

Fig. 7 zeigt in Ansicht eine Papiermaschine 7, in deren lin- ken Teil sich ein Stoffauflauf 20 und eine Siebpartie 10 be ^¬ finden. Im Bereich einer Gautschpresse 28 wird die sich mitt ^¬ lerweile aus der Fasersuspension gebildete Papierbahn 9 von dem Sieb 6 abgehoben und läuft, in Sieblaufrichtung 21 daran anschließend, in eine Nasspresse 23 hinein, die einen Nass- filz 24 gegen die noch nasse Papierbahn 9 presst. Nachfolgende Prozessschritte der Papiermaschine 7 umfassen eine Serie von Trockenzylindern 25, welche die Papierbahn 9 durch eine Anwendung von thermischer Energie noch weiter trocknen.

Grundsätzlich kann bei der Papiermaschine 7 eine Nasspartie 26 und eine Trockenpartie 27 unterschieden werden, deren

Grenze im Wesentlichen durch den Feuchtigkeitsgehalt der Pa ^¬ pierbahn 9 definiert wird. In Fig. 7 reicht die Nasspartie 26 ungefähr bis zum Ende der Applikation des Nassfilzes 24. Durch Anordnen einer Vorrichtung zum Ändern einer Orientierung von Papierfasern in einer Papierbahn in der Nasspartie 26 kann eine optimierte Ausrichtung der Zellstofffasern durch Ausnutzen von Druckwellen, die durch elektrische Entladungen hervorgerufen werden, realisiert werden.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ändern einer Orientie- rung von Papierfasern in einer Papierbahn betrifft, sowie eine Papiermaschine mit einer solchen Vorrichtung. Durch Aufbringen einer wässrigen Suspension aus Papierfasern auf ein Sieb wurde eine noch feuchte Papierbahn ausgebildet. Durch die noch feuchte Papierbahn hindurch wird mindestens eine elektrische Entladung erzeugt.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .