DE4323263C2 - Verfahren zur sektionalen Beeinflussung der Stoffdichte und der Faserorientierung in einem Stoffauflauf einer Papiermaschine und Stoffauflauf zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur sektionalen Beeinflussung der Stoffdichte und der Faserorientierung in einem Stoffauflauf einer Papiermaschine und Stoffauflauf zur Durchführung des Verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf einer Papiermaschine mit mindestens einem Verteiler zum Verteilen der Stoffsuspension über die Maschinenbreite, einem Turbulenzeinsatz zur Erzeugung von Mikroturbulenz und einer Stoffauflaufdüse zum Erzeugen eines Stoffstrahles für das Aufbringen der Stoffsuspension auf ein bzw. zwischen zwei Siebe und ein zugehöriges Verfahren.
Stoffaufläufe dieser Art sind beispielsweise bekannt aus den folgenden Schriften:
  • 1. DE 35 14 554 A1
  • 2. US 4,909,904 A
  • 3. US 5,196,091 A
In der Schrift (1) ist ein Stoffauflauf dargestellt, bei dem über die Maschinenbreite verteilt eine Vielzahl von Zu- bzw. Abfuhrleitungen angebracht sind, durch die Stoffsuspension aus dem Stoffauflauf abgezogen werden kann oder Siebwasser in den Stoffauflauf eingedüst werden kann. Über die genaue Art und Weise der Anbringung der Leitungen, insbesondere deren Winkel in Relation zur Strömungsrichtung an der entsprechenden Stelle im Stoffauflauf ist in dieser Schrift keine Aussage gemacht worden.
In der Schrift (2) ist ebenfalls ein Stoffauflauf dargestellt, in den über die Maschinenbreite verteilt mit Hilfe einer Vielzahl von Röhrchen Verdünnungswasser vor dem Turbulenzeinsatz eingedüst werden kann, wobei in einer detaillierten Beschreibung der Eindüsung darauf Wert gelegt wird, daß die Eindüsung parallel zur Hauptströmrichtung an der entsprechenden Stelle des Stoffauflaufes vorgenommen wird.
In der Schrift (3) ist ebenfalls ein Stoffauflauf dargestellt, in den über eine Vielzahl von Zuleitungen Verdünnungswasser eingedüst wird, wobei bei dieser Schrift darauf Wert gelegt wird, daß die Eindüsung des Verdünnungswassers normal zur Strömungsrichtung der Stoffsuspension an der entsprechenden Stelle vorgenommen wird und weiterhin, daß der Ort der Einleitung des Verdünnungswassers unmittelbar vor dem Turbulenzeinsatz liegt.
Versuche haben gezeigt, daß bei derartigen Einleitungen von Suspension bzw. Verdünnungswasser in den Stoffauflauf sehr hohe Strömungswiderstände hinter der Einleitungsstelle benötigt werden, um eine störende Beeinflussung des Faserorientierungsquerprofils bei Korrekturmaßnahmen am Flächengewichtsquerprofil zu vermeiden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Stoffauflauf darzustellen, der zum einen kostengünstig, d. h. ohne hohen Druckverlust zu betreiben ist, und auf der anderen Seite die Möglichkeit bietet, gezielt Einfluß auf das Flächengewichts-Querprofil und Faserorientierungs- Querprofil nehmen zu können, ohne den jeweils anderen Parameter mit zu beeinflussen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erfaßt.
Die Erfinder haben folgendes erkannt:
  • 1. Soll mit Hilfe des Stoffauflaufes an einer bestimmten Stelle der Papierbahn eine Beeinflussung des Flächengewichts ohne eine gleichzeitige Störung des Faserorientierungs-Querprofiles durch eine Beeinflussung der Stoffkonzentration an der entsprechenden Stelle des Stoffauflaufes vorgenommen werden, so ist es notwendig, an der entsprechenden Stelle Stoffsuspension mit einer zur Hauptströmung unterschiedlichen Konzentration zuzuführen und gleichzeitig an der gleichen Stelle die gleiche Volumenmenge der Hauptströmung zu reduzieren. Dieses läßt sich dadurch bewerkstelligen, daß der Winkel, unter dem der zugeführte Stoffstrahl in den Stoffauflauf eingedüst wird, so eingestellt wird, daß er einerseits den vorbeilaufenden Hauptstrom der Stoffsuspension nur um das Maß sperrt, mit welchem durch ihn neues Volumen in die Hauptströmung eingebracht wird und andererseits auch kein zusätzlicher Beschleunigungsimpuls an die Hauptströmung übertragen wird. Das heißt, ein Strahl, der senkrecht bzw. gegen die Hauptströmungsrichtung einschießt, bewirkt an dieser Stelle eine Reduktion der Strömung, wodurch im Stoffauflauf eine Senke entsteht, die zu einer Störung der Faserorientierung in diesem und den benachbarten Bereichen aufgrund der entstehenden Ausgleichsströmung führt. Den gegenteiligen Effekt erreicht man durch ein paralleles Hinzuführen von Stoffsuspension. Es wird dadurch der Hauptströmung ein zusätzlicher Impuls auferlegt, d. h., es erhöht sich die Geschwindigkeit der Strömung in diesem Bereich, was mit dem Entstehen einer Quelle gleichzusetzen ist und wodurch ebenfalls in diesem und in den benachbarten Bereichen eine Störung der Faserorientierung eintritt.
  • 2. Verwendet man die unter 1. dargestellten Erkenntnisse, so läßt sich durch bewußtes Anwenden dieser Strömungsmechanik in beliebiger Weise und an beliebigen Stellen im Stoffauflauf eine Quelle bzw. eine Senke erzeugen. Setzt man nun zum Erzeugen dieser Quelle bzw. Senke eine Stoffsuspension mit einer Konzentration ein, die der Konzentration des Hauptstromes entspricht, so läßt sich damit die Faserorientierung gezielt beeinflussen, ohne gleichzeitig eine Flächengewichts- Querprofilbeeinflussung zu erhalten, bzw. wenn dies nicht ganz möglich ist, kann durch Einstellung der Konzentration der zudosierten Suspensionsströmung ein unerwünschter Einfluß wieder normalisiert werden.
Durch entsprechende sinnvolle Kombinationen der oben genannten Mechanismen läßt sich damit ein Stoffauflauf konstruieren, der bezüglich seiner Einstellungsmöglichkeiten für das Flächengewichts- Querprofil und Faserorientierungs-Querprofil optimal ausgestattet ist.
Es muß weiterhin angemerkt werden, daß eine allgemein gültige Winkelangabe für die Zuführung eines Nebensuspensionsstroms in den Hauptsuspensionsstrom innerhalb des Stoffauflaufes nicht allgemein gültig möglich ist, da der entsprechend optimale Winkel, bei dem eine Eindüsung eines Nebenstroms keine Veränderungen im nachfolgenden Hauptstrom ergibt, abhängig von den jeweils geometrischen Eigenheiten in der unmittelbaren Umgebung der Einschußstelle ist. Jedoch ist dieser Winkel mit Sicherheit nicht 90° und auch nicht 0° zum Hauptstrom. Abhängig von den jeweils individuellen Strömungsbedingungen liegt der Winkel zwischen 5 und 85° zur Hauptströmrichtung.
Die Erfindung ist anhand der Figuren näher beschrieben. Darin ist im übrigen folgendes dargestellt:
Fig. 1 zeigt einen stilisierten Stoffauflauf mit einem Vorraum 1, in dem durch einen Pfeil die Hauptströmrichtung der Stoffsuspension dargestellt ist, einen daran anschließenden Turbulenzeinsatz 2 mit einer darauf folgenden Auslaufdüse 3. Erfindungsgemäß sind in diesem Stoffauflauf im Bereich des Vorraumes 1 eine Vielzahl von Zuleitungen Z unter einem Winkel von α0 zugeführt werden, wobei α0 dem Winkel entspricht, bei dem keine Änderung des Volumenstroms in Hauptströmrichtung stattfindet, auch wenn eine zusätzliche Eindüsung vorgenommen wird. Auf diese Weise kann durch Zuführen von Siebwasser mit der Stoffkonzentration C1 bei gleichzeitiger Regelung des zugeführten Volumenstromes über das Ventil V1 das Flächengewichts-Querprofil eingestellt werden, ohne die Faserorientierung zu beeinflussen.
Fig. 2 zeigt einen Stoffauflauf, der der Fig. 1 entspricht, jedoch besteht der Unterschied darin, daß die Zufuhrleitungen vor dem Ventil V1 durch wiederum zwei Zufuhrleitungen mit unterschiedlichen Konzentration C1 und gespeist werden, wobei der Zusammenführungswinkel α'0 der einzelnen Zufuhrleitungen mit den Konzentrationen C1 und C2 so gewählt ist, daß der Gesamtvolumenstrom der Zufuhrleitung über das Ventil V1 einstellbar ist und die Stoffdichte über das Ventil V2. Eine Verstellung des Ventils V2 beeinflußt hierbei nicht den Gesamtzufuhrstrom. Das heißt, es werden hierbei die in dem Gebrauchsmuster 92 05 111 U1 dargestellten Eigenheiten eines Mischventils ausgenutzt.
Die Fig. 3-4 zeigen weitere Kombinationsmöglichkeiten von Zuführungen von Nebenströmen in den Hauptstrom des Stoffauflaufes, wobei hier erfindungsgemäß eine Reihe von hintereinander geschalteten Zufuhrleitungen ausgeführt werden, die mit Winkeln ausgestattet sind, die entweder (bei α+) eine Verstärkung des Gesamtvolumenstromes des jeweiligen Abschnittes oder ein Gleichbleiben des Gesamtvolumenstromes (α0) oder auch eine Reduktion des Gesamtvolumenstroms (bei α-) bewirken, wodurch entsprechend der oben geschilderten Technik sowohl das Flächengewichts- Querprofil als auch das Faserorientierungs-Querprofil eingestellt werden kann, ohne jeweils den anderen Parameter zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß ist es natürlich möglich, die Zufuhrleitungen nicht nur in den Ober- oder Unterseiten eines Stoffauflaufes durchzuführen, sondern auch eine Zuführung von Suspension in den Seitenwänden bzw. direkt in den Turbulenzrohren des Turbulenzeinsatzes zu verwirklichen. Im Sinne der Erfindung ist auch ein Einsatz von Zuführungen mit unterschiedlichen Durchmessern, um damit die Eintrittsgeschwindigkeit bei einem gegebenen Durchsatz zu beeinflussen.
Weiterhin ist es im Sinne der Erfindung auch möglich die beschriebenen Merkmale auch auf bei einem Mehrschichten- Stoffauflauf gezielt auf eine Einzige Schicht oder gleichzeitig mehrere Schichten anzuwenden.

Claims (22)

1. Verfahren zur sektionalen Beeinflussung der Stoffdichte und der Faserorientierung in einem Stoffauflauf einer Papiermaschine, bei dem in einem Winkel (Einschußwinkel α) zur Strömungsrichtung des Hauptstromes eine nach Menge und/oder Stoffdichte einstellbare Flüssigkeit in den Hauptstrom eingedüst wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschußwinkel α sowie die Menge und/oder Stoffdichte der eingedüsten Flüssigkeit derart einstellbar sind, daß stromabwärts der Flüssigkeitszuführung im Hauptstrom die gewünschte Stoffdichte und die gewünschte Faserorientierung vorliegen.
2. Verfahren zur sektionalen Beeinflussung der Stoffsuspensionsströmung eines Stoffauflaufes gemäß Anspruch 1, wobei
  • 1. 2.1 in einem Winkel (Einschußwinkel α) zur Hauptströmungsrichtung in den Hauptstrom des Stoffauflaufes Eindüsungen von Flüssigkeit an einer Vielzahl von Einschußstellen vorgenommen werden;
  • 2. 2.2 der Einschußwinkel α zur Ebene des Hauptstromes so gewählt wird, daß
    • 1. 2.2.1 für eine gewünschte sektionale Flächengewichtsänderung
    • 2. 2.2.1.1 der Einschußwinkel α gleich einem Winkel α0 ist, bei dem sich keine Gesamtvolumenstromänderung im strömungsmäßig unmittelbar nachfolgenden Bereich der Einschußstelle im Stoffauflauf ergibt;
    • 3. 2.2.1.2 die Konzentration der eingeschossenen Suspensionsflüssigkeit und die Einschußmenge in Verbindung mit der Hauptströmung die gewünschte sektionale Flächengewichtsänderung ergibt.
3. Verfahren zur sektionalen Beeinflussung der Stoffsuspensionsströmung eines Stoffauflaufes gemäß Anspruch 1, wobei
  • 1. 3.1 in einem Winkel (Einschußwinkel α) zur Hauptströmungsrichtung in den Hauptstrom des Stoffauflaufes Eindüsungen von Flüssigkeit an einer Vielzahl von Einschußstellen vorgenommen werden;
  • 2. 3.2 der Einschußwinkel α zur Ebene des Hauptstromes so gewählt wird, daß
    • 1. 3.2.1 für eine gewünschte sektionale Volumenstromerhöhung der Einschußwinkel α = a+ < α0 gewählt wird;
    • 2. 3.2.2 für eine gewünschte sektionale Volumenstromreduktion der Einschußwinkel α = α- < α0 gewählt wird.
4. Verfahren zur sektionalen Beeinflussung der Stoffsuspensionsströmung eines Stoffauflaufes gemäß Anspruch 1, wobei
  • 1. 4.1 in einem Winkel (Einschußwinkel α) zur Hauptströmungsrichtung in den Hauptstrom des Stoffauflaufes Eindüsungen von Flüssigkeit an einer Vielzahl von Einschußstellen vorgenommen werden;
  • 2. 4.2 der Einschußwinkel α zur Ebene des Hauptstromes so gewählt wird, daß
    • 1. 4.2.1 für eine gewünschte sektionale Flächengewichtsänderung
    • 2. 4.2.1.1 der Einschußwinkel α gleich einem Winkel α0 ist, bei dem sich keine Gesamtvolumenstromänderung im strömungsmäßig unmittelbar nachfolgenden Bereich der Einschußstelle im Stoffauflauf ergibt;
    • 3. 4.2.1.2 die Konzentration der eingeschossenen Suspensionsflüssigkeit und die Einschußmenge in Verbindung mit der Hauptströmung die gewünschte sektionale Flächengewichtsänderung ergibt;
  • 3. 4.3 der Einschußwinkel α zur Ebene des Hauptstromes so gewählt wird, daß
    • 1. 4.3.1 für eine gewünschte sektionale Volumenstromerhöhung der Einschußwinkel α = α+ < α0 gewählt wird;
    • 2. 4.3.2 für eine gewünschte sektionale Volumenstromreduktion der Einschußwinkel α = α- < α0 gewählt wird;
  • 4. 4.4 Einschußstellen unterschiedlicher Winkel α in Hauptströmrichtung bezogen auf die Strömung hintereinander angeordnet sind.
5. Verfahren zur sektionalen Beeinflussung der Stoffsuspensionsströmung eines Stoffauflaufes gemäß Anspruch 1, wobei
  • 1. 5.1 in einem Winkel (Einschußwinkel α) zur Hauptströmungsrichtung in den Hauptstrom des Stoffauflaufes Eindüsungen von Flüssigkeit an einer Vielzahl von Einschußstellen vorgenommen werden;
  • 2. 5.2 der Einschußwinkel α zur Ebene des Hauptstromes so gewählt wird, daß
    • 1. 5.2.1 für eine gewünschte sektionale Flächengewichtsänderung
    • 2. 5.2.1.1 der Einschußwinkel α gleich einem Winkel α0 ist, bei dem sich keine Gesamtvolumenstromänderung im strömungsmäßig unmittelbar nachfolgenden Bereich der Einschußstelle im Stoffauflauf ergibt;
    • 3. 5.2.1.2 Einschußstellen unterschiedlicher Winkel in Hauptströmrichtung bezüglich der Strömung versetzt zueinander angeordnet sind.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der zudosierten Suspensionsströme in seiner Konzentration eingestellt wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zudosierung von Suspensionsflüssigkeit zumindest teilweise direkt in die Kanäle oder Röhrchen des Turbulenzeinsatzes stattfindet.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zudosierung von Suspensionsflüssigkeit zumindest teilweise in den maschinenbreiten Kanal stattfindet.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zudosierung von Suspensionsflüssigkeit sowohl in den maschinenbreiten Kanal - zur Faserorientierungsbeeinflussung - als auch direkt in die Kanäle oder Röhrchen des Turbulenzeinsatzes - zur Flächengewichtsquerprofilbeeinflussung - stattfindet.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Zufuhrleitung durch mindestens zwei Zuleitungen mit Stoffsuspension unterschiedlicher Dichte und Menge gespeist werden.
11. Stoffauflauf einer Papiermaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mindestens einem maschinenbreiten Kanalbereich (Vorraum 1), mit einem Turbulenzeinsatz 2, mit einer Auslaufdüse 3 und mit einer Vielzahl in den Stoffauflauf einmündender, über die Maschinenbreite verteilter Zufuhrleitungen Z, die unter einem Einschußwinkel α zur Hauptströmrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellwinkel jeder Zufuhrleitung Z variabel einstellbar ist.
12. Stoffauflauf gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster maschinenbreiter Kanal durch mindestens eine strömungsmäßig wesentliche Trennwand in Strömungsrichtung unterteilt ist.
13. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschußwinkel α zwischen 5° und 85° von der Normalen zur Hauptströmungsrichtung abweicht.
14. Stoffauflauf einer Papiermaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reihen von Zufuhrleitungen Z hintereinander angeordnet sind und der Einschußwinkel α jeder Reihe sich wesentlich von dem der übrigen Reihen unterscheidet.
15. Stoffauflauf einer Papiermaschine gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
  • 1. 15.1 in Strömungsrichtung mindestens ein maschinenbreiter Kanalbereich mit einer Hauptströmrichtung vorgesehen ist,
  • 2. 15.2 ein Bereich zur Erzeugung von Turbulenz vorgesehen ist,
  • 3. 15.3 ein düsenartig ausgebildeter Bereich vorgesehen ist,
  • 4. 15.4 im Stoffauflauf einmündend, über die Maschinenbreite verteilt eine Vielzahl von Zufuhrleitungen vorgesehen sind,
  • 5. 15.5 in jeder Zufuhrleitung ein Stellglied zur Beeinflussung der Durchflußmenge vorgesehen ist,
  • 6. 15.6 es einen Einschußwinkel α zwischen der Hauptströmrichtung und der Zufuhrleitung gibt;
  • 7. 15.7 in Hauptströmrichtung mindestens zwei Reihen von Zufuhrleitungen hintereinander angeordnet vorgesehen sind, wobei
    • 1. 15.7.1 der Einschußwinkel αi einer Reihe i sich vom Einschußwinkel αj einer anderen Reihe j strömungsmäßig wesentlich unterscheidet.
16. Stoffauflauf gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • 1. 16.1 es sind genau zwei Reihen von Zufuhrleitungen vorgesehen, wobei:
    • 1. 16.1.1 der Einschußwinkel α1 der stromaufwärts liegenden Reihe größer ist als der Einschußwinkel α2 der in Strömungsrichtung nachfolgenden zweiten Reihe.
17. Stoffauflauf gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • 1. 17.1 es sind genau zwei Reihen von Zufuhrleitungen vorgesehen, wobei:
    • 1. 17.1.1 der Einschußwinkel α1 der stromaufwärts liegenden Reihe kleiner ist als der Einschußwinkel α2 der in Strömungsrichtung nachfolgenden zweiten Reihe.
18. Stoffauflauf gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • 1. 18.1 es sind genau drei Reihen von Zufuhrleitungen vorgesehen, wobei:
    • 1. 18.1.1 am Einschußwinkel αi größer ist als der Einschußwinkel α0, bei dem keine Änderung des Gesamtvolumenstromes im Wirkungsbereich der jeweiligen Zufuhrleitung entsteht;
    • 2. 18.1.2 ein Einschußwinkel αj kleiner ist als der Einschußwinkel α0;
    • 3. 18.1.3 ein Einschußwinkel αk gleich dem Einschußwinkel α0 ist.
19. Stoffauflauf gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitungen im Bereich des maschinenbreiten Kanals einmünden.
20. Stoffauflauf gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitungen im Bereich der Auslaufdüse einmünden.
21. Stoffauflauf gemäß einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitungen im Bereich Stirnseite des maschinenbreiten Kanals einmünden.
22. Stoffauflauf gemäß einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der turbulenzerzeugende Bereich eine Vielzahl von Kanälen oder Röhren aufweist, in die zumindest teilweise die Zufuhrleitungen einmünden.
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