Im Zuge der Transformation der Papierindustrie hin zu höheren Geschwindigkeiten und veredelten Prozessen wurde die Trocknungsanlage als Schlüsselelement für Papierqualität und Produktionseffizienz kontinuierlich weiterentwickelt. Traditionelle Dampftrocknerzylinder erfüllen zwar die grundlegenden Trocknungsanforderungen, neigen jedoch bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten zu Problemen wie Flattern, Faltenbildung und Bruch der Papierbahnkanten. Dies erschwert die Anpassung an die Produktionsanforderungen von Kleinserien und hochwertigen Papierprodukten. Vor diesem Hintergrund haben sich Vakuumtrockenwalzen (auch Vac-Walzen genannt) etabliert. Dank ihrer einzigartigen Vakuumadsorption und zusätzlichen Trocknungsfunktionen sind sie zu einem zentralen Bestandteil der Trocknungsanlage von Hochgeschwindigkeitspapiermaschinen geworden und leisten einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung von Qualität und Effizienz in der Papierindustrie.

VAC-Trocknungswalzen sind keine herkömmlichen Heiz- und Trocknungskomponenten, sondern Hochgeschwindigkeits-Papierbahnstabilisierungs- und Zusatztrocknungsanlagen, die in Verbindung mit Dampftrocknerzylindern arbeiten. Sie werden hauptsächlich in der Eindraht-Trocknungskonfiguration von Hochgeschwindigkeits-Papiermaschinen eingesetzt und sind häufig in Produktionslinien für Kulturpapier, gestrichenes Papier, weißen Karton und Wellpappenrohpapier in geringen Mengen zu finden. Anders als herkömmliche Dampftrocknerzylinder, die zur Trocknungswärme auf eine interne Dampfzufuhr angewiesen sind, stabilisieren VAC-Trocknungswalzen die Papierbahn durch Unterdruckadsorption und beschleunigen gleichzeitig den Abtransport der feuchten Luft. Dadurch wird die Gesamttrocknungseffizienz indirekt verbessert, wodurch ein koordiniertes Trocknungssystem aus „Heizung + Papierbahnstabilisierung“ entsteht.

Hinsichtlich des Aufbaus werden Vakuumtrockenwalzen hauptsächlich in zwei Typen unterteilt, um unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten und Produktionsanforderungen gerecht zu werden. Die gerillte Vakuumwalze benötigt keine integrierte Vakuumkammer. Ihre Oberfläche ist mit 5 mm breiten und 4 mm tiefen Rillen versehen. Am Grund der Rillen befinden sich kleine Durchgangslöcher, während die Lochdichte an den Rändern das Einfädeln erleichtert. In Kombination mit einer Luftblasbox erzeugt sie ein Vakuum von ca. 2 kPa. Die Öffnungsrate wird auf 0,1 % bis 0,4 % eingestellt, wodurch die Papierbahn mittels Unterdruck verklebt wird. Ihre Struktur ist relativ einfach und eignet sich für die Produktion auf mittleren und hohen Papiergeschwindigkeiten. Der andere Typ ist die Vakuumwalze mit integrierter Vakuumkammer. Diese verfügt über präzise gestufte oder dicht gelochte Walzen im Walzenkörper und eine Vakuumkammer, deren Breite im Inneren einstellbar ist und die direkt mit der Vakuumpumpe verbunden wird. Es zeichnet sich durch einen höheren Vakuumgrad und eine präzisere Steuerung aus und ist speziell für Hochgeschwindigkeits-Papiermaschinen mit Geschwindigkeiten von über 1000 m/min konzipiert. Dadurch kann es die Papierbahnstabilisierung auch unter extremen Betriebsbedingungen effektiv bewältigen. In einigen High-End-Produktionslinien bilden Vakuumwalzen und Trockenzylinder ein präzises Verhältnis. Beispielsweise verfügt eine hochwertige Druckpapiermaschine mit einer Jahreskapazität von 130.000 Tonnen über eine Trockensektion mit 29 Dampftrockenzylindern und mehreren Vakuumwalzen mit einem Durchmesser von 1500 mm. Die untere Reihe der herkömmlichen Trockenzylinder wurde vollständig durch Vakuumwalzen ersetzt. Dies ermöglicht eine effiziente, kontinuierliche Produktion ohne Seileinfädeln und verbessert die Betriebsstabilität erheblich.

Der Kernnutzen von VAC-Trockenwalzen beruht auf ihrem wissenschaftlichen Funktionsprinzip und ihren Leistungsvorteilen unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen. In der Produktion sorgt die obere Reihe der Dampftrocknerzylinder für die Verdunstung der Feuchtigkeit in der Papierbahn, während die untere Reihe der VAC-Trockenwalzen die Papierbahn durch Unterdruck fest auf der trockenen Sieboberfläche fixiert. Dadurch wird die durch den Hochgeschwindigkeitsbetrieb entstehende Zentrifugalkraft effektiv kompensiert und branchenübliche Probleme wie Flattern, Faltenbildung und Bruch der Papierbahnkanten werden grundlegend gelöst. Gleichzeitig wird die Luft aus der Taschenbelüftung in die Walzenlöcher gesaugt, wodurch die Abfuhr der feuchten Luft beschleunigt, die Feuchtigkeitsschicht auf der Papierbahnoberfläche aufgebrochen und indirekt die Trocknungsrate erhöht wird. Beim Einfädeln verstärkt die dichte Lochanordnung an den Kanten die Adsorption, verbessert die Einfädelungsrate deutlich und verkürzt die Einfädelzeit. Die Umrüstung der Papiermaschine PM15 von Lee & Man Paper bestätigt dies eindrucksvoll. Nach der Umrüstung der ursprünglich doppelwandigen Trockenzylinder auf einfachwandige Trockenzylinder und deren Modernisierung auf Vakuumwalzen, kombiniert mit optimierten Stabilisierungsboxen und Taschenlüftungseinrichtungen, konnte die Papierbahnbruchrate um 60 % gesenkt, die ungeplanten Ausfallzeiten um 30 % reduziert und bei der Produktion von 70–90 g/m² Wellpappenrohpapier mit einer Geschwindigkeit von 1000 m/min der durchschnittliche monatliche Papierbruch nur noch 10-mal reduziert und die Produktionseffizienz um 3 % gesteigert werden.

Im Vergleich zu herkömmlichen Dampftrocknern liegt der Fokus von VAC-Trockenwalzen stärker auf der Stabilisierung der Papierbahnbreite und der zusätzlichen Trocknung. Beide Funktionen ergänzen sich und arbeiten eng zusammen. VAC-Trockenwalzen verfügen über keine eigene Heizung und arbeiten ausschließlich mit Unterdruck, während Dampftrockner Dampf als Wärmequelle nutzen und die eigentliche Wärmeübertragung und Trocknung übernehmen. VAC-Trockenwalzen sind gerillt oder gebohrt, während Dampftrockner meist glatte, verchromte oder gusseiserne Oberflächen aufweisen. VAC-Trockenwalzen konzentrieren sich auf die Stabilisierung der Papierbahnbreite, die zusätzliche Entfeuchtung und die Reduzierung von Papierfehlern, während Dampftrockner den Fokus auf eine effiziente Wärmeübertragung zur vollständigen Verdunstung der Feuchtigkeit in der Papierbahn legen. Die Trocknungsleistung einer einzelnen VAC-Trockenwalze ist begrenzt; etwa zwei bis drei VAC-Walzen entsprechen der Leistung eines Standard-Trockenzylinders. Daher ist es in der Praxis notwendig, die Anzahl der Vakuumwalzen und Dampftrocknerzylinder wissenschaftlich auf die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Papiermenge abzustimmen, um ein Gleichgewicht zwischen Effizienz und Kosten zu erreichen.

Vor dem Hintergrund der fortschreitenden „Dual-Carbon“-Strategie und der intelligenten und energiesparenden Transformation der Papierindustrie muss beim Einsatz von Vakuumtrockenwalzen auch die Kontrolle des Energieverbrauchs und die Optimierung der Wartung berücksichtigt werden. Vakuumtrockenwalzen benötigen unterstützende Vakuum- und Belüftungssysteme. Im Vergleich zu herkömmlichen Trocknungskonfigurationen sind ihr Energieverbrauch und ihre Wartungskosten etwas höher. Durch technische Optimierung lassen sich jedoch Energieeinsparungen und Verbrauchsreduzierungen erzielen. So hat beispielsweise Lee & Man Paper im Zuge der Transformation die SymRun-Vakuumbox modernisiert und dadurch die Last des Zuluftventilators um 30 % reduziert, während gleichzeitig der Vakuumgrad verbessert wurde. Valmet Finland optimierte den Abstand zwischen Vakuumwalzen und Trockenzylindern mittels 3D-Scanning und -Modellierung, vergrößerte den Umschlingungswinkel der Papierbahn, reduzierte die Anzahl der Gebläse und Luftleitungen und senkte so den Energieverbrauch und die Wartungskosten. Bei der täglichen Wartung ist es notwendig, die Löcher und Nuten der Vakuumwalzen regelmäßig mit Druckluft rückzuspülen, um Verstopfungen zu vermeiden, gleichzeitig die Vakuumdichtigkeit und die Lagertemperatur zu überprüfen und den Vakuumgrad innerhalb der Prozessvorgaben zu halten. Die Kombination mit effizienten Taschenlüftungs- und Wärmepumpensystemen kann die Gesamttrocknungseffizienz deutlich verbessern und den Dampfverbrauch reduzieren.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Hochgeschwindigkeits-Papiermaschinentechnologie und der steigenden Nachfrage nach hochwertigen Papierprodukten wird sich auch die technologische Entwicklung von Vakuum-Trockenwalzen in Richtung Präzision, Energieeffizienz und intelligenter Steuerung bewegen. Zukünftig können mithilfe modernster Technologien wie CFD-Simulation und numerischer Berechnung die Lochkonstruktion und die Vakuumkammerstruktur von Vakuumwalzen weiter optimiert werden, um die Genauigkeit der Unterdruckregelung und den Grad der Papierbahnbindung zu verbessern. In Kombination mit intelligenter Sensorik und Big-Data-Analyse lässt sich der Vakuumgrad dynamisch regeln und so an die Produktionsanforderungen verschiedener Papiersorten und Fahrzeuggeschwindigkeiten anpassen. Gleichzeitig können durch Materialverbesserungen und Strukturoptimierungen der Energieverbrauch und der Verschleiß der Anlagen reduziert und die Lebensdauer verlängert werden. Als „Werkzeug zur Qualitätsstabilisierung“ für Hochgeschwindigkeits-Trocknungssysteme in der Papierherstellung lösen Vakuum-Trockenwalzen nicht nur viele Probleme herkömmlicher Trocknungskonfigurationen unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen, sondern helfen Papierherstellern auch, die Produktqualität zu verbessern und die Produktionseffizienz zu optimieren. Dies gibt der hochwertigen Entwicklung der Papierindustrie neue Impulse.