Neue Entwicklungen bei der Airlaid- Vliestechnologie der Oerlikon Neumag

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1 Neue Entwicklungen bei der Airlaid- Vliestechnologie der Oerlikon Neumag Hof, 09. November 2011 Dr. Ingo Mählmann 26. Hofer Vliesstofftage /10. November 2011

2 Gliederung Einleitung Anforderungen an Airlaid-Produkte und die Produktion Definition von strategischen Entwicklungszielen Formierungsqualität Neue Airlaid Formierung Zusammenfassung Ausblick

3 Gliederung Einleitung Anforderungen an Airlaid-Produkte und die Produktion Definition von strategischen Entwicklungszielen Formierungsqualität Neue Airlaid Formierung Zusammenfassung Ausblick

4 Einleitung Oerlikon Neumag Airlaid Technologie Was ist eigentlich Airlaid? Airlaid zählt zu den Trockenvliesprozessen. Fasern werden mittels Luft transportiert und zu einem Vlies geformt. Speziell beim Airlaid: Verarbeitbarkeit von sehr kurzen Fasern und Pulvern. Vliese aus homogenen Mischungen oder zu 100% aus natürlichen Zellstofffasern (fluff pulp), alle denkbaren Naturfasern, synthetischen Fasern und Pulvern.

5 Einleitung Oerlikon Neumag Airlaid Technologie Rohstoffvielfalt: flexibel, mischbar und nachhaltig Meist verwendete Fluff pulp, 1,5 3 mm Bicomponenten-Fasern (PE/LDPE oder auch PE/PET), bis 12 mm, in der Regel zwischen 1,5 und 6 mm chemische Binder (zumeist Latex) Thermobond-Pulver (LDPE Pulvergranulat) Exoten Synthetic wood pulp Super absorbent powders (SAP) Carbon-Fasern und -Pulver Leder-Rezyklat-Fasern usw. alle denkbaren synthetischen Fasern Super-absorbierende Fibres (SAF) Stein-/Glass-Fasern Recycling Fasern und (inkl.) Stäube

6 Einleitung Oerlikon Neumag Airlaid Technologie Firmen- und Technologie-Geschichte erste Patente von Karl Kroyer in 1966 und den frühen 70ern erste Generation Airlaid-Anlagen installiert in den 70ern in USA, Europa und Japan durch Moeller & Jochumsen (M&J), im Auftrag für Kroyer 1981 überträgt Kroyer M&J die exklusiven Rechte, seine Technologie zu repräsentieren und weiter zu entwickeln 1996 Ausgliederung der M&J Fibertech a/s aus M&J, weitere Entwicklung sowie Installation der meisten Airlaid-Anlagen weltweit 2004 Integration der M&J Fibertech in die Neumag Saurer (seit 2006 Oerlikon Neumag)

7 Einleitung Oerlikon Neumag Airlaid Technologie Typische Airlaid Anwendungen: Massen- und Nischen-Produkte Damen-Hygiene Produkte Tischdecken und Servietten Industrie Wischtücher Haushalt Reinigungsartikel Feucht-Tücher Krankenhaushygiene und Gesundheits-Produkte Inkontinenz Produkte Andere Produkte Baby Windeln

8 Einleitung Oerlikon Neumag Airlaid Technologie Typische Airlaid Anlage 3 Formierköpfe Multi-Bonding t/a 350 m/min 2,7 m getr. Breite

9 Einleitung Oerlikon Neumag Airlaid Technologie Typische Airlaid Anlage mit 3 Formierköpfen Stapelfaser -Öffnung und -Dosierung Puder-/Granulat- Dosierung Full-Swing-Line t/a Multibonded Airlaid Produktionsgeschw. ca. 350 m/min Zellstoff-Faser -Öffnung und -Dosierung Trocknen und Vernetzen Abwicklung Träger (Tissue/Spinnvlies) Airlaid-Formierung (3 St. 6 RSx10) Vorverfestigung (Embosser) Binder-Auftrag (Latex-Sprüh) Kalandrieren Prüfen Aufwickeln (z.b. 2,7 m)

10 Einleitung Oerlikon Neumag Airlaid Technologie Typische Airlaid Anlage mit 3 Formierköpfen

11 Gliederung Einleitung Anforderungen an Airlaid-Produkte und die Produktion Definition von strategischen Entwicklungszielen Formierungsqualität Neue Airlaid Formierung Zusammenfassung Ausblick

12 Anforderungen an Airlaid-Produkte und die Produktion in der nahen Zukunft steigende Produktionsgeschwindigkeiten bei gleichbleibend hohem Qualitätsstandard verbesserte Produkt -qualität und/oder verbesserte Anlageneffizienz, höhere Anlagen- Kapazität, Rohmaterial- Einsparungen Gleichmäßigkeit (CV%) 1 heute Prototyp morgen Zukunftsziel Produktionsgeschwindigkeit (m/min)

13 Anforderungen an Airlaid-Produkte und die Produktion in der nahen Zukunft geringere Flächengewichte bei gleicher Produkt-Leistung (Gleichmäßigkeit) Rohmaterial- Einsparungen verbesserte Anlageneffizienz mindestens gleichbleibende Anlagenkapazität Gleichmäßigkeit (CV%) 4 2 Prototyp morgen Zukunftsziel heute z.b. bei 300 m/min 0 0 0,5 1 1,5 2 2, Flächengewicht (g/m²)

14 Gliederung Einleitung Anforderungen an Airlaid-Produkte und die Produktion Definition von strategischen Entwicklungszielen Formierungsqualität Neue Airlaid Formierung Zusammenfassung Ausblick

15 Definition von Entwicklungszielen erhöhte Prod.-geschw. verbesserte Formierungsqualität Produktqualität Anlagen Kapazität geringeres Flächengewicht Anlagen-Effizienz Rohmaterial- Einsparungen

16 Definition von Entwicklungszielen erhöhte Prod.-geschw. verbesserte Formierungsqualität Anlagen Kapazität signifikante Verbesserung der Formierungsqualität Produktqualität geringeres Flächengewicht Anlagen-Effizienz Rohmaterial- Einsparungen

17 Entwicklungs-Strategie signifikante Verbesserung der Airlaid-Formierung Prozessanalyse Konzeptentwurf Prototyp Versuch und Bewertung Kommerz. Umsetzung Analyse der aktuellen Formierung an Produktions- Anagen Konzept eins: ein zusätzliches Instrument zur Reparatur / Vergleichmäßigung der Formierungsmuster Konzept zwei: Neuauslegung der gesamten Formierzone Herstellung von Prototypen entsprechend der entwickelten Konzepte für den Einbau in Testanlage(n) Versuch und Bewertung der Prototypen auf erreichbare Produktqualität und Bedienbarkeit Entw. einer kundengerechten Lösung für die neue Formierung Bewertung der Formierungsqualität Entwicklung einer Methode / eines Verfahrens und der notwendigen Apparatur zur objektiven und reproduzierbaren Bewertung der Formierungsqualität von Airlaid-Mustern.

18 Gliederung Einleitung Definition von strategischen Entwicklungszielen Anforderungen an Airlaid-Produkte und die Produktion Formierungsqualität Neue Airlaid Formierung Zusammenfassung Ausblick

19 Oerlikon Neumag Formation Tester Methode zur Bestimmung des Formierungs-Grades Typische Sand- Formierung am Strand. Typische Formierungsqualität eines leichten Airlaid Musters. Ziel für die Formierungsqualität no beaching.

20 Oerlikon Neumag Formation Tester Methode zur Bestimmung des Formierungs-Grades Bemusterung und Berechnung des Formierungs-Grades Probengröße: 200 x 250 mm² mehrfache Probenentnahme in CD und MD digitale Fotographie der Proben digitale Bildverarbeitung FFT zur Berechnung der Muster-Frequenzen gesamt CV-Wert Berechnung der Mittelwerte Berechnung des Formierungs-Grades Auswertung immer im Vergleich zu einer Referenzprobe vergleichbare Proben müssen unter gleichen Bedingungen fotografiert sein (Licht!) gleiches Flächengewicht gleiche Rohmaterialien Referenz-Probe Probe

21 Oerlikon Neumag Formation Tester Methode zur Bestimmung des Formierungs-Grades Messwerte zur Bestimmung der Formierungsqualität Querschnitt eines Airlaid-vlieses in MD (Darstellung vergrößert und überhöht) Häufigkeit lokale Dicke Position in MD Bestimmung aller Zusammenfassen der (relevanten) Frequenzen* Frequenzen* in Klassen** Fast-Fourier- Transformation Frequenz T1 = 17,05 mm T2 = 13,39 mm T3 = 5,99 mm T4 = 4,95 mm mm 62, mm 45, mm 38, mm 31, mm 28,6 * Frequenz wird hier Synonym für Wellenlänge verwendet (T = 1/f) ** relevante Klassen wurden vordefiniert und auf die o.g. beschränkt, aber können angepasst werden; kürzerer und längere T werden nicht ausgewertet

22 Oerlikon Neumag Formation Tester Methode zur Bestimmung des Formierungs-Grades Bemusterung und Berechnung des Formierungs-Grades Oerlikon Neumag Formation-Quality Evaluator Footnote Source: Text

23 Oerlikon Neumag Formation Tester Methode zur Bestimmung des Formierungs-Grades Bemusterung und Berechnung des Formierungs-Grades Oerlikon Neumag Formation-Quality Evaluator Frequenzrate je Klasse freq.- avg. s class rate [mm] ,5 1, ,26 1, ,53 1, ,86 1, ,64 0,87 total CV: 2,01 CD - Position [Pixel] oerlikon neumag Formierungs-Grad: 1,3

24 Oerlikon Neumag Formation Tester Methode zur Bestimmung des Formierungs-Grades Bemusterung und Berechnung des Formierungs-Grades Oerlikon Neumag Formation-Quality Evaluator Formierungs Grad 3,2 1,3 Footnote Source: Text

25 Gliederung Einleitung Definition von strategischen Entwicklungszielen Anforderungen an Airlaid-Produkte und die Produktion Formierungsqualität Neue Airlaid Formierung Zusammenfassung Ausblick

26 Neue Airlaid Formierung Formierkopf Entwicklung Klassisches Arbeitsprinzip MD-Schnittdarstellung eines klassischen Formierkopfes von den Rohmaterial- Aufbereitungen Rohmaterial Einlass Rückführung von Nissen und Knoten zur erneuten Öffnung Formier- Band Formier- Kopf Alle Rohmaterialen werden im Formierkopf homogen vermischt und verteilt bevor sie auf dem Formierband abgelegt werden. MD zum folgenden Formierkopf Formier- Sieb Absaugung der Formierstation Airlaid- verbund- Vliesmatte

27 Neue Airlaid Formierung Formierkopf Entwicklung Klassisches Arbeitsprinzip Prozess-Analyse: Lufthaushalt des klassischen Formier-Systems max. 30% ca % ca. 30% 100% Absaugung

28 Neue Airlaid Formierung Formierkopf Entwicklung Klassisches Arbeitsprinzip Ergebnisse aus der Prozess-Analyse: Störeinfluss durch entgegengerichtete, starke Luftströmung ungebundene Fasern werden vom Sekundärluftstrom erfasst Fasern rollen und bilden typische Formierungs-Muster (kleinscalige aber häufige und scheinbar regelmäßige Dünn- und Dickstellen) Formierkopf Formierzone Airlaid Formierung v wind = m/min Formierband Saugbox v prod. = 300 m/min An der Oberfläche des Airlaids herrschen m/min relative Windgeschwindigkeit.

29 Neue Airlaid Formierung Formierkopf Entwicklung Klassisches Arbeitsprinzip Ergebnisse aus der Prozess-Analyse: Störeinfluss durch entgegengerichtete, starke Luftströmung erste Idee zur Problemlösung: Abbblocken der störenden Luftströmung! Formierkopf gute Idee, aber andere Probleme entstehen! Formierzone Airlaid Formierung v wind = m/min m/min Formierband Saugbox v prod. = 300 m/min An der Oberfläche des Airlaids herrschen m/min relative Windgeschwindigkeit.

30 Neue Airlaid Formierung Formierkopf Entwicklung Neues Arbeitsprinzip (Konzept) MD-Schnittdarstellung des neuen Formierkopfes Abdichtung des Formierzonen-Austritts Abdichtung der Formierzonen Seiten gesamter Sekundärluftstrom nur durch Formierzonen- Eintritt = FORMIER-LUFT deutlich vergrößerter Formierspalt seitliche Dichtbleche Dicht- und Kompaktion s-walze

31 Neue Airlaid Formierung Formierkopf Entwicklung Simulation des neuen Konzeptes 3D CFD-Simulation der Luftströmung in der neuen Formierzone erste Simulation: so wenig konstruktive Veränderungen, wie möglich immer Simulation des gesamten Formier-Systems Haube / Rohmaterialeinlass Formierkopf Formierzone (neue Formierung) Saugbox Formierkopf (inneres Volumen) Dichtwalzen Luft Geschw. [m/s] Formierzone (inneres Volumen) Formierband Strömungslinien und Geschwindigkeiten der Luftströmung in der neuen Formierung

32 Neue Airlaid Formierung Formierkopf Entwicklung Prototyp Realisierung angepasst an Kundenanlage erster Versuch: Umbau nur Formierkopf 1 zweiter Versuch: alle drei Formierköpfe umgerüstet vorausgegangene Luft- und Faserströmungssimulation unmittelbarer Erfolg bei 2 von 3 Produkten ohne Feinabstimmung

33 Neue Airlaid Formierung Formierkopf Entwicklung Prototyp Leistungsversuche an Produktionsanlage beim Kunde sample #01 #02 product A A speed ind. 90% 60% comment reference reference visual formation level* 7 4 oerlikon neumag forming grade** 5,6 2,6 Ergebnisse der Produkt- Formierungs-Bewertung: #03 #04 A A 100% 100% reference trial ,6 2,1 alle Versuchsmuster zeigen signifikant verbesserte Formierungsqualität #05 #06 #07 #08 A B B B 100% 100% 100% 100% trial reference trial reference ,5 6,2 1,9 7,3 vergleichbare Formierqualität bei um 67% gesteigerter Produktionsgeschwindigkeit #09 #10 #11 B B B 100% 100% 100% trial reference trial ,2 3,2 1,3 * visual evaluation (1= very good to 10= very poor ); average judgment of 10 people ** the smaller the number the better the formation quality

34 Neue Airlaid Formierung Kundengerechte Lösung Überarbeitung der gesamten Formier-Station 3D CFD-Simulation des gesamten Systems und iteratives Konstruieren Abstimmung der Luftströme von Materialeinlass bis Absaugung Reduzierung von Strömungsverlusten Vermeidung von Totzonen Optimierung der Luft- und Faserströmung Druck [Pa] Reduzierung des Gesamtluftverbrauchs Druckverteilung im gesamten Formier-System

35 Neue Airlaid Formierung Kundengerechte Lösung Überarbeitung der gesamten Formier-Station 3D CAD Model der neuen Formier-Station einstellbare Formierbreite (Position der Seitenbleche) einstellbare Spaltmaße einstellbarer Dichtwalzenspalt kontinuierliche Reinigung von Dichtwalze Formier-Sieb einstellbares Saugprofil in CD and MD usw.

36 Neue Airlaid Formierung Kundengerechte Lösung Die Neue Airlaid Formierung Glättung der neuen Formierzone aerodynamisch optimierte Strömung seitliche Dichtbleche der Formierzone sind ausgerichtet mit offenem Formier- Sieb und offenem Formier-Band keine Faseransammlungen an den Seiten CD-Schnittdarstellung Formier-Station (Detail) Formierkopf Material Einlass Formier-Sieb Verbessertes Verhältnis von Formierbreite zu Nutzbreite seitliche Dichtbleche Dichtwalzen Formier-Band Saugbox

37 Neue Airlaid Formierung Kundengerechte Lösung Die Neue Airlaid Formierung Glättung der neuen Formierzone CD-Schnittdarstellung Formier-Station (Detail) aerodynamisch optimierte Strömung seitliche Dichtbleche der Formierzone sind ausgerichtet mit offenem Formier- Sieb und offenem Formier-Band keine Faseransammlungen an den Seiten Verbessertes Verhältnis von Formierbreite zu Nutzbreite

38 Gliederung Einleitung Definition von strategischen Entwicklungszielen Anforderungen an Airlaid-Produkte und die Produktion Formierungsqualität Neue Airlaid Formierung Zusammenfassung Ausblick

39 Zusammenfassung Neue Oerlikon Neumag Airlaid Formierung Das Hauptentwicklungsziel ist erreicht Die neue Airlaid Formierung ermöglichst die Produktion mit signifikant verbesserter Formierungsqualität vorher nachher

40 Zusammenfassung Neue Oerlikon Neumag Airlaid Formierung erhöhte increaseprod.-geschw. prod. speed verbesserte increase Formierungsqualität formation quality Anlagen-Kapazität line capacity Produktqualität product quality geringeres lower basis weight Flächengewicht Anlagen-Effizienz line efficiency signifikante Verbesserung der Formierungsqualität Rohmaterial- raw Einsparungen savings

41 Zusammenfassung Neue Oerlikon Neumag Airlaid Formierung Vorteile von Airlaid-Anlagen mit neuer Formierung Gleiche Formierungsqualität bei erhöhter Produktionsgeschwindigkeit +67% heutige Anlage-Kapazität Zusätzliche Kapazität

42 Zusammenfassung Neue Oerlikon Neumag Airlaid Formierung Vorteile von Airlaid-Anlagen mit neuer Formierung Verbesserte Formierungsqualität bei gleichbleibender Produktion heute: min. Flächengewicht aufgrund der geforderten Produktleistung (z.b. Festigkeit, Flüssigkeitsmanagement etc.) Überschüssiges Material wg. der (schlechteren) Formierung scheinbar notwendiges min. Flächengewicht (im Mittel) morgen: min. Flächengewicht aufgrund der geforderten Produktleistung = minimales Flächengewicht eingespartes Rohmaterial wg. der verbesserten Formierung bei gleichem Flächengewicht: verbesserte Produktleistungen

43 Gliederung Einleitung Definition von strategischen Entwicklungszielen Anforderungen an Airlaid-Produkte und die Produktion Formierungsqualität Neue Airlaid Formierung Einleitung Zusammenfassung Ausblick

44 Ausblick Neue Oerlikon Neumag Airlaid Formierung Chancen und Möglichkeiten für Airlaid-Anlagen mit der neuen Formierung beschleunigte Formierung offensichtlicher Tür-Öffner für die Hochgeschwindigkeits Airlaid-Produktion kontinuierliche Verbesserungen des Formier-Systems Verbesserung der folgenden Prozessstufen durch den Rest der Anlage Verbesserung der Ofen-Kapazität anvisierte Produktionsgeschwindigkeit: 600+ m/min in-line Produktions-Anlagen für Spinnvlies-Airlaid-Spinnvlies (S-A-S) z.b. Hygieneprodukte Spinnvlies-Airlaid-Meltblown (S-A-M) z.b. Filter Anwendungen usw.

45 Ausblick Neue Oerlikon Neumag Airlaid Formierung Oerlikon Neumag Airlaid Themen für kommende Hofer Vliesstofftage 2012 Demonstration weiterer Verbesserungen in der gesamten Formier-Station Demonstration von Airlaid-Mustern, die mit 600+ m/min produziert wurden Airlaid-Spezialitäten-Anlagen: kleine, maßgeschneiderte Anlagen Reduzierter Energieverbrauch: Trockenlegen des dry-laid Prozesses Ich freue mich auf ein baldiges Wiedersehen!

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