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Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von einschichtigen
Faserstoffbahnen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von einschichtigen Faserstoffbahnen wie Papier, Pappe und andere Vliese aus natürlichen und/oder synthetischen Fasern auf einer Langsiebpapiermaschine, deren Sieb mindestens im Bereich des Stoffauflaufes als Steilsieb mit mehreren Saugkästen mit voneinander unabhängigen und regelbaren Unterdrücken zur Entwässerung der Faserstoffsuspension ausgebildet ist.
Ausführungen von Papiermaschinen mit Steilsieben finden Verwendung bei der Verarbeitung verhältnismässig langer Fasern, wie beispielsweise Kunststoffasern, die einen hohen Verdünnungsgrad der Suspension erfordern. Sie werden angewendet für die Herstellung dünner poröser Faservlies, die eine grosse Durchlässigkeit besitzen, wie sie z. B. fur Teebeutelverwendet werden. Diese Faservlies setzen dem Durchtritt des Wassers bei der Entwässerung keinen nennenswerten Widerstand entgegen.
Bei der Herstellung von Faservliesen grösserer Dicke und von dünnen Faservliesen, die eine grosse Dichte aufweisen, können die bisher bekannten Steilsiebmaschinen keine Verwendung finden, da ihnen noch der folgende Nachteil anhaftet :
Beim Durchlauf des Steilsiebes durch die Faserstoffsuspension lagern sich die einzelnen Fasern auf den Maschen des Steilsiebes ab. Es bildet sich ein Blatt. Dieses Blatt besteht im unteren Teil der Blattbildungszone aus vereinzelten, unzusammenhängenden Einzelfasern. Es ist noch zu dünn, unregelmässig
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Siebes durch die Suspension nimmt die Blattbildung zu, und es bildet sich ein dickeres Vlies, das dem abzuziehenden Stoffwasser einen grösseren Widerstand entgegensetzt. Der anwachsende Widerstand bremst die Strömung und verkleinert somit die Entwässerungsleistung.
Dadurch entstehen in dem vor dem Steilsieb sich befindenden Faserstoffsuspensionsquerschnitt unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten, die sich zur freien Oberfläche des Faserstoffsuspension hin verringern. Aus diesem Grund ist in erhöhtem Masse die Gefahr der Wirbelbildung vor dem Steilsieb gegeben. Diese Wirbel lösen teilweise die schon auf dem Steilsieb abgelagerten Fasern wieder ab, so dass sich ein ungleichmässiges, fehlerhaftes Blatt ergibt.
Durch den Einbau einer einzigen, hinter dem Steilsieb angebrachten Vakuumkammer kann die Entwässerungsleistung gesteigert werden. Da das aufgewendete Vakuum über die gesamte wirksame Öffnung der Kammer konstant ist, ist diese Einrichtung zur Herstellung von dünnen und dichten Faservliesen oder von dickeren Faserstoffbahnen aber nicht geeignet, weil das in Laufrichtung des Steilsiebes an Stärke und Dichte zunehmende Vlies der Entwässerung einen immer grösser werdenden Widerstand entgegengesetzt, und dadurch eine ungleichmässige Entwässerung stattfindet.
Zwar ist es bereits vorgeschlagen worden, hinter dem Steilsieb mehrere Saugkasten mit regelbaren Unterdrucken anzuwenden. Diese Saugkästen sind dabei jedoch senkrecht zum Steilsieb angeordnet, d. h. sie bilden einen erheblichen Winkel zur Horizontalen. Infolge dieser Anordnung wird somit das Suspensionswasser während der Entwässerung innerhalb der Blattbildungszone einer starken Umlenkung unterworfen, wodurch eine Wirbelbildung in der Blattbildungszone verstärkt wird. Zudem wird bei dieser Vor-
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richtung nach der USA-Patentschrift Nr. 1, 599, 385 die Faserstoffsuspension der Blattbildungszone auf dem Steilsieb in einem stark turbulenten Zustand zugeleitet. Durch diese Turbulenz wird die Homogenität des sich bildenden Blattes negativ beeinflusst.
So können sogar bereits auf dem Steilsieb abgelegteFasem wieder abgeschwemmt werden. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von synthetischen Fasern der Fall, da diese infolge ihrer glatten Oberfläche auf dem Steilsieb nicht fest genug haften.
Zur Herstellung dicker Faserstoffbahnen werden deshalb bisher kombinierte Papiermaschinen benutzt, bei denen mehrere Langsiebe oder Lang- und Rundsiebpartien vereinigt sind. Die auf den einzelnen Sieben hergestellten Faser5toffbahnen werden dann anschliessend in feuchtem Zustand zusammengegautscht. Eine besonders gute ! ilzung der einzelnen Schichten kann dabei nicht erzielt werden. Auf diese Weise hergestellte Faserstoffbahnen besitzen eine gewisse Neigung zum Aufspalten in einzelne Schichten. Alle diese kombinierten Maschinen erfordern einen erheblichen maschinellen Aufwand.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, mit einem einzigen Stoffauflauf sehr gleichmässige und dichte und gegebenenfalls auch sehr dicke Bahnen aus natürlichen und/oder synthetischen Faserstoffen zu erhalten, bei denen während des Blattbildungs- vorganges keine ileinenswerte, störende Wirbelbildung auftritt.
Dieser Zweck wird erreicht durch ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von einschichtigen Faserstoffbahnen, wie Papier, Pappe und andere Vliese aus natürlichen und/oder synthetischen Fasern auf einer Langsiebpapiermaschine, deren Sieb mindestens im Bereich des Stoffauflaufes als Steilsieb mit mehreren Saugkästen mit voneinander unabhängigen und regelbaren Unterdrücken zur Entwässerung der Faserstoffsuspension ausgebildet ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Faserstoffsuspension in annähernd waagrechter Richtung mit über dem gesamten Strömungsquerschnitt ungefähr gleicher Anström- geschwindigkeit der Blattbildungszone auf dem Steilsieb zugeleitet wird und die Entwässerung der Faserstoffsuspension ohne Änderung der Strömungsrichtung erfolgt,
wobei zweckmässigerweise im vor dem Steilsieb sich befindenden Zuführkanal eine starke Umlenkung der Strömung der Faserstoffsuspension in die vor dem Steilsieb gegebene Strömungsrichtung erfolgt. Da die Faserstoffsuspension mit über dem gesamten Strömungsquerschnitt ungefähr gleicher Anstrdmgeschwindigkeit der Blattbildungszone auf dem Steilsieb zugeführt wird und die Entwässerung der Faserstoffsuspension ohne Änderung der Strómungsrich- tung erfolgt, wird eine Turbulenz in der Blattbildungszone weitgehend vermieden. Infolge der Zuführung der Faserstoffsuspension in einem bestimmten Zustand und entsprechender Entwässerung ergibt sich eine Faserstoffbahn mit guter Homogenität und nur geringen Unterschieden in der Festigkeit in Längs- und Querrichtung der Bahn.
Die unter dem Steilsieb übereinander angebrachten Saugkästen sorgen für eine schnelle Entwässerung.
Durch entsprechende Einstellung der voneinander unabhängig und getrennt regelbaren Unterdrucke in den einzelnen Saugkästen wird erreicht, dass jeder Saugkasten gleich viel Flüssigkeit durch das auf dem Sieb sich befindende, während des Durchlaufens durch die Faserstoffsuspension an Stärke und Dichte zunehmende Blatt hindurchsaugt.
Infolgedessen ergibt sich, dass sich die Anströmgeschwindigkeit der Faserstoffsuspension über dem gesamten Strömungsquerschnitt auf dieselbe Grösse einstellt, und somit eine annähernd laminare Strömung auftritt.
Die Zufuhr der Faserstoffsuspension kann dabei, wie schon gesagt, zweckmässig so erfolgen, dass die Suspension kurz nach dem Eintritt in den Zuführkanal eine starke Umlenkung in die annahernd waagrechte Anströmrichtung vor dem Steilsieb erfährt. Dabei wird eine gute Durchmischung und gleichmässige Verteilung der in der Suspension enthaltenen Einzelfasern erreicht, ohne dass eine Orientierung der Fasern auftritt.
Nach der Durchmischung wird die turbulente Suspensionsströmung in eine annähernd laminare Strömung übergeführt, wobei die unorientierten Fasern ihre Lage beibehalten. Die Bildung der laminaren Strömung kann durch eine entsprechende Ausbildung des Zuführkanals, durch den Einbau von Trennwänden in den Zuführkaual od. ähnl. bekannter Strömungsberuhigungsvorrichtungen unterstützt werden.
Die Trennwände ragen dabei noch in die Anlaufstrecke der Faserstoffsuspension hinein. Sie enden zweckmässig so weit entfernt vom Steilsieb, dass die bei der Ablösung entstehenden schwachen Wirbel ebenfalls vor dem Steilsieb in eine laminare Strömung übergegangen sind.
Bei den bekannten Ausführungen von Steilsieben beträgt das Verhältnis von Siebgeschwindigken zur Anströmgeschwindigkeit etwa 1 : 1. Infolgedessen tritt beim Auflauf auf das Steilsieb einerseits eine merkliche Orientierung der Fasern in Laufrichtung des Siebes auf, anderseits reicht bei stark geneigtem Steilsieb der Sog des abgesaugten Siebwassers, der von der Anströmgeschwindigkeit abhängt, nicht aus, um das sich bildende Blatt auf dem Steilsieb zu halten.
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Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, dass bei der Anwendung einer Anströmgeschwindigkeit der
Faserstoffsuspension mit der 2 - 5-fachen Siebgeschwindigkeit sich diese Mängel vermeiden lassen. Die grossen Flüssigkeitsmengen können mit Hilfe der Saugkästen schnell abgesaugt werden. Durch die hohe
Anströmgeschwindigkeit bedingt, tritt keine wesentliche Orientierung der Einzelfasern in der Blattbil- dungszone auf. Gleichzeitig ergibt sich eine bessere gegenseitige Verfilzung und das Blatt wird fest auf dem Steilsieb gehalten.
Die lange Blattbildungszone, die der Eintauchtiefe des Steilsiebes in der Suspension entspricht, er- möglicht die Herstellung dicker Vliese bei hohen Siebgeschwindigkeiten bei üblicher Verdünnung der
Faserstoffsuspension und bei gleichmässiger Entwässerung in der Blattbildungszone. Auf dem waagrechten
Langsieb erfolgt dann die endgültige Entwässerung auf bekannte Weise.
Die höhere Entwässerungsleistung ermöglicht die Herstellung von Faserstoffbahnen normaler Dicke unter Verwendung von Faserstoffsuspensionen mit geringerer Stoffdichte als üblich. Man erhält dadurch Faserstoffbahnen von grösserer Homogenität bei dennoch hohen Siebgeschwindigkeiten.
Vorteilhaft wird das Verfahren nach der Erfindung auch bei der Herstellung dünner Faserstoffbahnen angewendet. Man erzielt bei hoher Verdünnung der Suspension ein Blatt von guter Durchsicht, gleichmässiger Faserverteilung und hoher Dichtheit.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch besonders gut geeignet zur Herstellung von Vliesen aus synthetischen Fasern grosser Länge, da diese bekanntlich eine hohe Verdünnung des Stoffes erfordern.
Durch entsprechende Einstellung des Unterdruckes in den einzelnen Saugkammern kann ohne die bei
Langsieben gebräuchliche Siebschüttelung, die zur Verbesserung der Durchsicht auf den damit verbundenen Festigkeitseigenschaften dient, und die mit einem erheblichen maschinellen Aufwand verbunden ist, ein gleichmässig entwässertes Vlies von grosser Homogenität erzeugt werden.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Faserstoffbahnen besitzen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, Dichte und Homogenität, und es treten vor allem nur geringe Unterschiede in der Festigkeit in Längs- und Querrichtung der Bahn auf.
Die Auslegung der bekannten Ausführungen von Papiermaschinen erfolgt bei genau festgelegten Bedingungen auf einen optimalen Punkt. Bei einer Änderung dieser Bedingungen, sei es nun durch Verwendung eines andern Fasermaterials, einer andern Suspensionsverdünnung, einer andern Siebgeschwindigkeit usw., sinkt die optimale Leistung ab, die Eigenschaften der hergestellten Faserbahn verschlechtern sich.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt nun weiter darin, dass durch entsprechende Regelung der Siebgeschwindigkeit und der Unterdrücke der einzelnen Saugkammern der Vorrichtung eine Einstellung auf verschiedene Suspensionen ohne weiteres möglich ist ; die Vorrichtung ist in weiten Grenzen variabel. Dieselbe Vorrichtung kann also z. B. zur Herstellung von Zellstoffpapier und nach neuer Einstellung zur Erzeugung von Papier aus synthetischen Fasern benutzt werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den Zeichnungen, die eine Ausführung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Faserstoffbahnen gemäss der Erfindung als Beispiel darstellen.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Stoffzuführung sowie die Siebpartie und Fig. 2 stellt die zu Fig. 1 gehörende Draufsicht dar. Die Faserstoffsuspension wird nach Fig. 1 senkrecht zur Anströmrichtung auf das Steilsieb 4 durch die Leitung 2 dem Zuführkanal 1 zugeleitet. Hier erfolgt eine Umlenkung der Suspension um 900 in die Waagrechte auf das Steilsieb 4 zu. Zur Beruhigung der turbulenten Strömung und damit zur Unterstützung der Bildung einer laminaren Strömung sind vorteilhaft innerhalb der Anlaufstreckederturbulenten Strömung im Zuführkanal 1 noch Leitbleche 3 eingebaut.
Die Leitbleche 3 enden zweckmässig so weit vor dem Steilsieb 4, dass die von der Grenzschichtablösung herrührenden Wirbel bis zum Auflauf auf das Steilsieb 4 in eine annähernd laminare Strömung übergegangen sind. In der laminaren Strömung sind die Fasern gleichmässig verteilt, ohne dass eine Orientierung auftritt. Der Unterdruck in den fünf übereinander angeordneten Saugkästen 6 wird so aufeinander abgestimmt, dass das auf dem Steilsieb 4 sich bildende Blatt gleichmässig entwässert wird. Das abgesaugte Siebwasser wird durch die Entwässerungsrohre 12 der Fasersuspension vor dem Eintritt in den Zuführkanal 1 wieder zugeleitet, wodurch die auftretenden Faserverluste gering gehalten werden können.
Das Steilsieb 4 wird über die Umlenkwalze 7 in eine waagrechte Ebene geführt. Eine Registerpartie 8 und mehrere Saugwannen 9 dienen der weitgehenden Entwässerung des Faserstoffblattes. Die Weiterverarbeitung wird auf die bekannte Weise fortgesetzt.
Der die Saugkästen 6 umfassende Teil der Siebpartie ist in einem geschlossenen Gehäuse unter-
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gebracht, in dem sich mit der Faserstoffsuspension kommunizierendes Siebwasser befindet, das zur Vermeidung von Faserstoffverlusten durch den zwischen der unteren Umlenkwalze 11 und dem Zuführkanal 1 gebildeten Spalt dient.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von einschichtigen Faserstoffbahnen wie Papier, Pappe und andere Vliese aus natürlichen und/oder synthetischen Fasern auf einer Langsiebpapiermaschine, deren Sieb mindestens im Bereich des Stoffauflaufes als Steilsieb mit mehreren Saugkästen zur Entwässerung der Faserstoffsuspension mit voneinander unabhängigen und regelbaren Unterdrucken ausgebildet ist, d a-
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dem gesamten Strömungsquerschnitt ungefähr gleicher Anströmgeschwindigkeit der Blattbildungszone auf dem Steilsieb zugeleitet wird und die Entwässerung der Faserstoffsuspension ohne Änderung der Strömungrichtung erfolgt, wobei zweckmässigerweise im vor dem Steilsieb sich befindenden Zuführkanal eine starke Umlenkung der Strömung der Faserstoffsuspension in die vor dem Steilsieb gegebene Strömungrichtung erfolgt.
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