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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Bearbeitung
einer Faserstoffbahn oder einer Suspensionsschicht in einer Papier-,
Karton- oder Streichmaschine oder Leimpresse zur Beeinflussung eines
Bahneigenschafts-Profiles und das auf diese Weise gewonnene Papier
bzw. der auf diese Weise gewonnene Karton mittels mindestens eines
sektionalen Schallfeldes.
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Da
die vorliegende Erfindung sowohl für Papier-, als auch für Kartonmaschinen
einsetzbar ist, wird aus sprachlicher Vereinfachung nachfolgend
nur von Papiermaschinen gesprochen. Der Übergang von einer Suspensionsschicht
zu einer Faserstoffbahn im Former einer Papiermaschine, wird in
der Fachwelt mit dem sogenannten Immobilitätspunkt bezeichnet. Dieses
ist der Punkt, von dem an sich die Fasern – nach bisheriger Auffassung
der Fachwelt – in
ihrer Lage in der Faserstoffbahn nicht mehr ändern. Weil dieser Punkt aber örtlich nicht
genau zu bestimmen ist und weil mittels der vorliegenden Erfindung
der Immobilitätspunkt
in Richtung Pressenpartie verschiebbar ist, wird auch hier nachfolgend
aus Vereinfachungsgründen
nur von einer Faserstoffbahn gesprochen. Diese sprachlichen Vereinbarung gelten selbstverständlich nicht
für die
Patentansprüche
und die Zusammenfassung dieser Unterlagen.
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Aus
dem Stand der Technik sind vielfältig
Papiermaschinen und deren Baugruppen bekannt. Als Beispiele sollen
die Schriften
EP 0489094
A1 und
EP 0627523
A1 genannt werden. In diesen genannten Schriften werden
speziell Former beschrieben. Diesen Formern ist gemeinsam, daß ein, von
einem Stoffauflauf aus kommender, maschinenbreiter Suspensionsstrahl
zwischen zwei Siebbändern
des Formers eingespritzt wird. Im Former übernehmen dann verschiedene
Entwässerungselemente
das Entwässern
des Suspensionsstrahles, so daß am
Ende des Formers eine zusammenhängende
Faserstoffbahn entstanden ist. Diese Faserstoffbahn weist aber noch eine
derart geringe Festigkeit auf, daß eine Abnahmesaugwalze der
nachfolgenden Pressenpartie die Bahn ohne sogenannten "freien Zug" behutsam übernehmen
muß.
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Die
zwei wesentlichsten Eigenschaften einer Faserstoffbahn am Ende der
Papiermaschine, sind ein gleichmäßiges Flächengewichts-
und ein Faserorientierungs-Querprofil. Seit der Erfindung des sektionalen
(d.h. in Zonen unterteilte Arbeitsbreite), Stoffdichte geregelten
Stoffauflaufes, lassen sich diese Querprofile unabhängig voneinander
im Stoffauflauf einstellen. Dieses ist unter anderem im Sonderdruck p2971 "Faserorientierungs-Querprofil" der Firma Voith
Sulzer Papiertechnik veröffentlicht.
Dennoch gibt es auch bei Verwendung dieser Stoffaufläufe oftmals ein
Faserorientierungs-Querprofil, welches fehlerhaft ist.
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Bei
Stoffaufläufen,
die nicht sektional stoffdichtegeregelt sind, ist die annähernde,
richtige Einstellung der gewünschten
Flächengewichts-
und Faserorientierungs-Querprofile noch wesentlich schwieriger,
wie jeder Fachmann aus Erfahrung weiß.
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Die
Entwässerung
einer Faserstoffbahn im Former erfolgt im wesentlichen durch eine
Formierwalze und quer zur Sieblaufrichtung angeordnete, maschinenbreite,
nachfolgende Entwässerungsleisten.
Zum Teil erfolgt die Entwässerung
aber auch mittels maschinenbreiter Schleppklingen, Foils oder sogenannter
Skimmer. Bei Langsiebpapiermaschinen kamen früher hierfür auch Registerwalzen zum Einsatz.
Trotz der Erfindung des sektionalen, Stoffdichte geregelten Stoffauflaufes,
ergibt sich dennoch ein entscheidendes Problem der Papierherstellung:
Weil die Entwässerungsstrecke
von der Stoffauflaufdüse bis
zu dem Immobilitätspunkt
mehrere Meter beträgt und
weil der Suspensionsstrahl hoch turbulent ist, erfährt die
Faserorientierung bei der Entwässerung
im Former erhebliche Störungen,
die wieder zur Verschlechterung des Faserorientierungs-Querprofiles führen.
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Ein
weiterer Nachteil im Stand der Technik besteht nun auch darin, daß das Faserorientierungs-Querprofil
im Former nur noch geringfügig
beeinflußt werden
kann. Diese Beeinflussung erfolgt beispielsweise durch – über die
Breite der Maschine betrachtet – unterschiedliches
Anpressen der Entwässerungselemente.
Da im Stand der Technik die Entwässerungselemente
im wesentlichen starre Elemente sind, werden selbst bei einem punktförmigen Anpressen
der Entwässerungselemente
an das Sieb auch Nachbarregionen dieses Punktes mit angepreßt. Dadurch
ergibt sich eine quasi "ausstrahlende" Wirkung der Entwässerungselemente.
Insgesamt kann dann der tatsächlich
angepreßte
Bereich des Entwässerungselementes
bis zu 1 Meter betragen. Durch dieses unterschiedliche Anpressen
der Entwässerungselemente
kommt es dann zu Querströmungen
(d.h. quer zur Sieblaufrichtung) innerhalb der Faserstoffbahn. Dieses
bringt wieder die Nachteile – wie
in der zitierten Schrift p2971 beschrieben – der abhängigen Wechselwirkung zwischen
Flächengewichts-,
Faserorientierungs- und Trockengehalts-Querprofil.
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Jedesmal,
wenn das Sieb eines Formers über
ein Entwässerungselement
läuft,
entstehen Druckimpulse auf die Faserstoffbahn. Dieses wird beispielsweise
in der Firmenschrift p3025e "High Technology
Components for Cost Effective Paper Mashine Upgrading" von Voith Sulzer
Paper Technology, Seiten 4 und 5, beschrieben. Ein weiterer Nachteil
im Stand der Technik besteht nun darin, daß die Anzahl der Impulse mit
der Anzahl der Entwässerungselemente übereinstimmt
und daß dadurch
die Anzahl der Impulse begrenzt ist. Außerdem stellt der Impuls selbst einen
technologischen Nachteil dar: Aus der Fourier-Mathematik ist bekannt,
daß ein
Impuls durch Superposition von verschiedenen Sinus- und Cosinusfunktionen,
die ganzzahlige Vielfache einer Grundfrequenz sind, nachgebildet
werden kann. Die Impulsform wird durch die hydrodynamischen Gegebenheiten
zwischen Entwässerungselement und
Sieb bestimmt. Ändern
sich nun diese hydrodynamischen Gegebenheiten geringfügig (beispielsweise
durch Veränderung
des Wasserkeiles zwischen Entwässerungselement
und Sieb), so kann es sein, daß beispielsweise
der für
eine bessere Faserorientierung (oder Retention) verantwortliche
Frequenzanteil, nicht mehr vorhanden ist. Impulsform-Änderungen
wirken sich dabei vor allen Dingen in den höheren Frequenzanteilen aus,
wobei gerade diese höheren
Frequenzen besonders energiereich und damit vorteilhaft sind.
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Ein
weiterer Nachteil im Stand der Technik besteht darin, daß die Impulse
im wesentlichen immer nur senkrecht auf der Faserstoffbahn bzw.
des Siebes stehen. Außerdem
lassen sich die Impulse – über die
Breite der Maschine betrachtet – nur über das
unterschiedliche Anpressen der Entwässerungselemente teilweise
beeinflussen, welches wieder die oben genannten Nachteile der "ausstrahlenden Wirkung" mit sich bringt.
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Aus
der Schrift WO 00/19007 A1 ist bekannt, dass mittels einer Schalleinwirkung
sogenannter "ultrasonic
signal bursts" auf
eine kontinuierlich laufende Papierbahn einwirkt wird. Dieser "burst" ist ein Ultraschallstoß von begrenzter
Dauer. Die Schall emittierenden Balken erstrecken sich dabei über die
gesamte Breite der Bahn. Der „burst" dient dem Entfernen
von Wasser von einer Papier- oder Kartonbahn bzw. einer gestrichenen
Bahn.
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Aus
der Schrift WO 98/41683 A1 ist ein Verfahren bekannt, wo mittels
Ultraschall in einer Siebmaschine auf die Flocken einer Bahn in
der Weise eingewirkt wirkt, indem die Flocken dispergiert werden.
In dem Zusammenhang gibt es dort jedoch eine Sprachverwirrung bezüglich des
Wortes "formation". Zum einen wird
ein fleckiges Erscheinungsbild beim Papier oder Karton mit schlechter
Formation begründet.
Zum anderen werden für
die schlechte Formation die "flocks" verantwortlich gemacht.
Die Flocken sind aber – wie
in der Fachwelt bekannt – das
Ergebnis der so genannten Flokation. Eine Beeinflussung im Sinne
der vorliegenden Erfindung, beispielsweise der Faserorientierung,
stellt eine räumliche
Ausrichtung dieser Fasern dar.
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Aus
einer weiteren Schrift aus dem Stand der Technik
US 3,694,926 A ist das Trocknen
einer Bahn in der Trockenpartie einer Papiermaschine bekannt. Die
laufende Bahn wird von Schallgeneratoren bestrahlt, die wannen-
bzw. trogförmig
gestaltet sind und sich über
die gesamte Breite der Bahn erstrecken. Einzelne Reflektoren sind
sektional ausgebildet. Durch die Schallenergie soll Feuchtigkeit
zum Verdampfen gebracht werden. Eine Ausrichtung der Bestandteile
einer Faserstoffbahn im Raum ist hierbei nicht möglich.
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Es
ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, eine Vorrichtung
und ein Papier zu finden, Entwässerungselemente
teilweise beeinflussen, welches wieder die oben genannten Nachteile
der "ausstrahlenden
Wirkung" mit sich
bringt.
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Es
ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu finden, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik
reduziert oder sogar vermeidet.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 24 gelöst. Die
Unteransprüche
beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Wie
schon beschrieben, gibt es nach Verlassen des Suspensionsstrahles
aus dem Stoffauflauf nur noch eine geringfügige und unzureichende Einflußnahmemöglichkeit
auf das Flächengewichts- und/oder
Faserorientierungs-Querprofil durch die Entwässerungselemente. Generell
besteht das Problem darin, daß die
Faserstoffbahn zwischen zwei Sieben eingeschossen ist. Da sich die
Siebe bewegen, kann man nicht durch diese "hindurch greifen", um z.B. die Faserorientierung zu beeinflussen.
Der führer-
und triebseitige Spalt zwischen den Sieben bietet auch keine Möglichkeit – beispielsweise
auf die Faserorientierung – Einfluß zu nehmen,
da sonst von diesem Spalt aus, mindestens über die halbe Maschinenbreite
in die Faserstoffbahn hinein gewirkt werden müßte. Dieses ist bei Maschinenbreiten
von bis zu 10 Metern und bei einem
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Der
Erfinder suchte deshalb nach einem Konstruktionselement, welches
es ihm gestattet, durch mindestens eines der Siebe "hindurch zu greifen". Dieses Werkzeug
müßte in der
Lage sein, durch die sich bewegenden Siebmaschen in den Bereich zwischen
den Sieben hineinzuwirken, ohne selbst in den Maschen plaziert zu
sein. Da für
den rauhen Einsatz innerhalb einer Papiermaschine kein derart feines,
körperliches
Werkzeug in Frage kommt, kam der Erfinder auf die Idee, eine gerichtete
Energie durch die Siebmaschen zu schicken. Da offene elektrische Energie
wegen der Feuchtigkeit nicht praktikabel ist, fiel die Entscheidung
zu Gunsten von Schall. Zwar werden die Wellenfronten der Schallwellen
durch die Fäden
des Siebes zerstört,
jedoch bilden sich in den Maschen des Siebes Elementarwellen aus,
die – gemäß dem Prinzip
von Huyghens – aber
nach dem Durchdringen der Maschen, wieder zu Wellenfronten miteinander
interferieren.
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Die
Einflußnahme
auf die Faserstoffbahn mittels eines Schallfeldes bringt einen elementaren Vorteil
gegenüber
dem Stand der Technik: Das Schallfeld kann direkt an der zu beeinflussenden Stelle
der Faserstoffbahn, auf der der Faserstoffbahn abgewandten Seite
des Siebes plaziert werden. Der Abstand zu den Fasern zwischen den
Sieboberflächen
beträgt
so weniger als einen Millimeter (bei einer Siebdicke von beispielsweise
0,7 Millimetern) und nicht mehrere Meter wie bisher. Wie gezeigt
wurde, stellt das Sieb selbst kein nennenswertes Hindernis dar.
Ein weiterer Vorteil des Schallfeldes gegenüber den Entwässerungsleisten
besteht darin, daß hier
auch keine quer zur Maschinenlaufrichtung "ausstrahlende Wirkung" vorhanden ist.
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Aus
der Physik sind die Kundtschen Staubfiguren und die Chladnischen
Klangfiguren bekannt. Bei diesen Figuren erfahren Partikel mittels
Schwingungen eine Ausrichtung auf einer waagerechten Ebene (Partikel-Anhäufungen
in der Senkrechten können
wegen der Relation zur waagerechten Ebene vernachlässigt werden).
Eine Ausrichtung der Partikel um eine ihrer Körperachsen – wie es z.B. für eine Beeinflussung
der Faserorientierung erforderlich wäre – ist von diesen Figuren, jedoch
nicht bekannt. Ferner lassen sich die Formen der oben genannten Figuren
nicht zur Faserstoffbahn-Beeinflussung anwenden, weil von einer
Faserstoffbahn Homogenität in
der Ebene erwartet wird.
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Da
bei den heutigen Faserstoffbahn-Breiten von bis zu 10 Metern eine
einzige Schallquelle nicht ausreichen würde, käme es bei der Verwendung von mindestens
zwei – in
Relation zur Maschinenbreite – punktförmigen Schallquellen,
zu Interferenz-Hyperbeln,
die ein homogenes Schallfeld unmöglich
machen würden.
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Es
stellte sich dann die Frage, wie muß die Form eines Schallfeldes
beschaffen sein, um nun beispielsweise die Faserorientierung beeinflussen
zu können.
Außerdem
stellte sich die Frage: Schüttelt ein,
die Faserstoffbahn durchdringendes, Schallfeld die Fasern evtl.
nur auf, so wie die Federn eines Kopfkissens aufgeschüttelt werden,
oder erfahren die Fasern durch die Richtung des Schallfeldes evtl. eine
bestimmte Orientierung? Durch den Artikel "Das Ultraschallfeld als Kaltgasfalle" aus "Spektrum der Wissenschaft" vom Januar 2000
(deutsche Ausgabe) erfuhr der Erfinder von der Möglichkeit, Eiskristalle mittels
eines Ultraschallfeldes schweben zu lassen. In dem Aspekt, daß mit Hilfe
dieser Einrichtung Teilchen zum Schweben gebracht werden können, sah der
Erfinder eine Teillösung
zu den auf einer Ebene liegenden Partikeln der Kundtschen Staubfiguren bzw.
der Chladnischen Klangfiguren. Der Ultraschall ist bei der "Kaltgasfalle" nicht zwingend notwendig, jedoch
bot er sich – weil
er besonders energiereich ist – als
Hilfsmittel an. Beim Studium einer Grundlagen-Literatur (Physik
und Technik des Ultraschalls, Autor Heinrich Kuttruff, S. Hirzel
Verlag, Stuttgart, Ausgabe 1988) entdeckte der Erfinder auf Seite
169 eine Abhandlung über
die sogenannte Pohlman-Zelle. Diese Pohlman-Zelle (Zitat) "...ist ein flaches
Gefäß mit durchsichtigen
Wänden;
die dem einfallenden Schall zugewandte Wand ist eine dünne Folie
und damit schalldurchlässig.
In dieser Zelle befindet sich eine Flüssigkeit, in der zahlreiche
kleine und dünne Metallblättchen suspendiert
sind. Im Ruhezustand sind diese Blättchen regellos orientiert.
Werden sie aber von einer Schallwelle getroffen, so stellen sie sich
senkrecht zur Schalleinfallsrichtung ...". Auch hier gilt, daß der Ultraschall nicht zwingend
erforderlich ist, aber wegen seiner hohen Energiedichte hilfreich
ist. Die beschriebene Ausrichtung der Plättchen kommt durch die aus
der Physik bekannten "Effekte 2.
Ordnung" zustande.
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Aus
produktionstechnischen Gründen
wird in einer Papiermaschine die Faserhauptrichtung meistens in
Maschinenlaufrichtung gewünscht,
weil dadurch in dieser Richtung eine erhöhte Zugfestigkeit des Papieres
vorhanden ist und dadurch die Gefahr der Bahnabrisse reduziert wird.
Will man nun den Effekt der Pohlman-Zelle für eine Faserausrichtung (Fasern
= Holzschliff und Zellstoff) z.B. in Maschinenlaufrichtung ausnutzen,
so muß die
Ausbreitungsrichtung des Schallfeldes quer zur Maschinenlaufrichtung
und zugleich in einem möglichst
spitzen Winkel zum Sieb ausgerichtet werden. Durch diese Ausrichtung
des Schallfeldes richten sich die Fasern der Faserstoffbahn – zumindest
zum Teil – in
einer Ebene aus, die zum einen in Maschinenlaufrichtung weist und
zum anderen schräg
zwischen den Sieben steht. In dieser Ebene können die Fasern aber im Extremfall
mit ihrem einen Ende zu dem einen Sieb und mit ihrem anderen Ende
zum anderen Sieb hin weisen und sind damit nicht in Maschinenlaufrichtung. Deshalb
tragen sie zunächst
nicht zur Festigkeitssteigerung – zur Reißlänge – bei. Hier aber erkannte der Erfinder,
daß durch
die allmähliche
Annäherung
der Siebe im weiteren Entwässerungsverlauf
und der da mit verbundenen Entwässerungsströmung in
Richtung Sieb-Außenfläche, diese
Fasern in oder entgegen Maschinenlaufrichtung – bei Beibehaltung ihrer Lage
in der durch das Schallfeld erzeugten Ebene – umgelegt werden.
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Auch
wenn sich Fasern zusammen mit den Sieben – bei ihrem sich Vorbeibewegen
an dem Schallfeld – evtl.
nur unmerklich in die zur Ausbreitungsrichtung des Schallfeldes
rechtwinklig liegende Ebene bewegen, so erfahren die Fasern dennoch
einen Drehimpuls, der sie auch nach Verlassen des Schallfeldes die
gewünschte
Drehung weiter vollziehen läßt.
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Zur
Vollständigkeit
sei erwähnt,
daß im
Bereich des Formers z.T. die Faserhauptrichtung bewußt – z.B. in
den Randbereichen der Faserstoffbahn – in einem spitzen Winkel zur
Maschinenlaufrichtung gewünscht
wird. Durch den weiteren Entwässerungs- und
Trocknungsprozeß der
Faserstoffbahn erfahren die Fasern beispielsweise eine Schrumpfung,
so daß am
Ende der Papiermaschine schließlich
die Faserhauptrichtung im wesentlichen parallel zur Maschinenlaufrichtung
ist. Das gewünschte
Faserorientierungs-Querprofil am Ende des Formers ist also keineswegs
ein mit der Null-Linie identischer Graph.
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Zusätzlich,
zu der schon beschriebenen Möglichkeit
zur Ausrichtung von Fasern mittels eines Schallfeldes, gibt es aber
auch noch die Alternative, die Fasern zwei Schallfeldern auszusetzen.
Diese zwei Schallfelder wirken entweder – in Maschinenlaufrichtung
betrachtet – nacheinander
auf die Fasern ein oder diese Schallfelder treffen gleichzeitig auf
die Fasern eines Faserstoffbahn-Breitenabschnittes (sektionale Breite).
Wichtig ist bei diesem Erfindungsgedanken, daß die Fasern schließlich keine
Blättchen – wie bei
der zitierten Pohlman-Zelle – sind.
Die Fasern sind eher mit stabförmigen
Körpern vergleichbar.
Deshalb können
sich Fasern sowohl parallel zu der Ebene der Wellenfronten eines
ersten Schallfeldes, als auch zu der Ebene der Wellenfronten eines
zweiten Schallfeldes ausrichten. Die Fasern liegen dann parallel
zur Schnittlinie dieser zwei Schallfelder und erzeugen dadurch eine
neue Faserhauptrichtung. Ist die Faserhauptrichtung in Maschinenlaufrichtung
gewünscht,
so muß die
Schnittlinie der Schallfelder in Maschinenlaufrichtung weisen, welches
durch entsprechendes Schwenken der Schallfelder um ihre senkrecht
zur Faserstoffbahn stehenden Achse erfolgt.
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Die
Beeinflussung einer Faserstoffbahn mittels mindestens eines gerichteten
Schallfeldes hat aber auch noch einen weiteren Vorteil: Hat das Schallfeld
die Faserstoffbahn und ein ggf. weiteres, zweites Sieb durchdrungen,
so wird Siebwasser durch die Außenfläche des
zweiten Siebes gedrückt. Ein
in Maschinenlaufrichtung nachfolgender Skimmer kann dann dieses
Oberflächenwasser
abschöpfen.
Dieses Anheben von Flüssigkeiten
wird in der Physik auch als Levitation bezeichnet. Steht ein Schallfeld hierbei
senkrecht auf der Faserstoffbahn, so ist der Effekt der Levitation
am stärksten.
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Durch
ein gerichtetes Schallfeld kann man aber auch schon miteinander
verhakte Fasern wieder voneinander trennen, weil die die Faserstoffbahn durchdringenden
Wellenfronten Fasern mitreißen, aber
spätestens
auf der Innenfläche
des zweiten Siebes wieder ablegen. Durch diesen Effekt kann der Immobilitätspunkt
in der Entwässerungsstrecke
eines Formers, der weiter in Richtung Pressenpartie verschoben werden.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, daß beim Aufeinanderlegen von
mehreren einzelnen Faserstoffbahnen zu einer mehrlagigen Faserstoffbahn, diese
mittels eines gerichteten Schallfeldes miteinander "verwebt" werden können.
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Ein
anderer Vorteil der Erfindung ist durch die Entkoppelung der Beeinflussung
der Faserorientierung und des Flächengewichtes
im Stoffauflauf gegeben. Mit anderen Worten: Mittels der Erfindung kann
die Faserorientierung allein durch gerichtete Schallfelder bewerkstelligt
werden, während
der Stoffauflauf lediglich für
das gewünschte
Flächengewichts-Querprofil
zuständig
ist. Es versteht sich aber, daß auch
bei Verwendung eines Stoffdichte geregelten, sektionalen Stoffauflaufes,
die Faserorientierung im nachfolgenden Former mittels der vorliegenden Erfindung
verbessert werden kann.
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Aber
nicht nur Fasern lassen sich in ihrer Ausrichtung mittels eines
gerichteten Schallfeldes beeinflussen: Farbpartikel haben im allgemeinen
keine Kugelform. Das in der Papierfabrikation verwendete Kaolin
hat sogar eine blättchenförmige Struktur. Wie
auf Grund des bisher Ausgeführten,
wird deutlich, daß auch
Farbpartikel ausgerichtet werden können. Wenn diese Farbpartikel – oder auch
beispielsweise feine Metallblättchen – der Fasersuspension beigemischt
werden, so erfahren sie durch parallel zur Faserstoffbahn-Oberfläche liegende
Wellenfronten eines Schallfeldes, eine ebenfalls parallele Ausrichtung
dieser Partikel zur Oberfläche
der Faserstoffbahn. Wirkt bei dieser Ausgestaltung der Erfindung
das – mindestens
eine – Schallfeld
nicht über die
gesamte Breite der Faserstoffbahn, so kann hier eine farbliche Signatur
eingebracht werden, die durch das Papier hindurchscheint. Wird zusätzlich das
Schallfeld oszillierend und intermittierend betrieben, so kann sogar
eine linien- und/oder rasterförmige
Signatur gestaltet werden. Dieses hat den Vorteil, daß beispielsweise
Dokumentenpapiere und auch Papiergeld mit einer Signatur versehen
werden können,
die in dem Papier liegt, nicht aufgedruckt ist und damit besonders
fälschungssicher
ist. Aber auch Fasern lassen sich so ausrichten und mit einer Signatur versehen,
die dann beispielsweise mit Hilfe einer speziellen Lampe gelesen
und überprüft werden
können.
Diese Methode des Lesens funktioniert dann nach dem Prinzip der
Licht-Reflexion und/oder Licht-Transmission.
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Auch
Farbpartikel in der Farbwanne einer Streichmaschine oder Farbpartikel
auf der Faserstoffbahn in einer Streichmaschine können parallel zur
Faserstoffbahn-Oberfläche
mittels der Erfindung ausgerichtet werden. Dieses hat den Vorteil,
daß die regellosen
Farbblättchen
schichtweise angeordnet werden und dadurch beim Auftragen oder beim
Abrakeln besser gegeneinander gleiten können; d.h. die Scherkräfte in der
Streichfarbe werden mittels der Erfindung reduziert. Durch dieses
Gleiten kommt es nicht zum gegenseitigen Verhaken oder Blockieren der
Farbpartikel, welches sonst zu einer höheren – und vor allen Dingen unregelmäßigen – Auftragsstärke führt. Als
positiver Nebeneffekt kann ein Schallfeld in der Farbwanne einer
Streichmaschine auch Farbklumpen auflösen und/oder gelöste Gase
in der Streichfarbe entfernen.
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Ein
weiterer, sehr wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin,
daß die
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schallfeldes in Flüssigkeit
etwa 1500 m/s beträgt,
während
die Arbeitsgeschwindigkeit einer modernen Papiermaschinen nur bei
etwa 30 m/s liegt. Wird beispielsweise ein Schallfeld von etwa 100
mm Breite und einer Frequenz von 20.000 Hz verwendet, so erfahren
die Fasern bei ihrem Überstreichen
dieses Schallfeldes insgesamt 67 Schwingungen. Gegenüber den
bisherigen Former-Konstruktionen – mit ihrer nur sehr begrenzten Gesamtzahl
von Leisten (Entwässerungselemente) – stellt
ein erfindungsgemäßes Schallfeld
eine wesentlich höhere
Anzahl von Impulsen dar, wobei die Impulse/Schwingungen eines Schallfeldes
nicht nur die Entwässerung
beeinflussen, sondern auch noch die Faserorientierung gezielt beeinflussen.
Dieser eben genannte Vorteil wird noch verstärkt, wenn die Frequenz beispielsweise
noch deutlich höher
gewählt wird.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung – in Maschinenlaufrichtung
betrachtet – sehr
schmal ist, kann sie beispielsweise zwischen zwei Leisten oder anstelle
von nur wenigen Leisten (Entwässerungselementen)
eingesetzt werden. Damit bleibt mindestens eine wesentliche Anzahl
der Leisten für
den Entwässerungsprozeß erhalten.
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Die
erfindungsgemäßen Schallfelder
werden durch elektrisch betriebene Sender erzeugt. Die Sender bestehen
aus einer Antriebseinheit und einem Gehäuse. Der Antrieb erfolgt entweder
mittels Spule, Anker und Membran oder Piezo-Elementen oder funktioniert
nach dem magnetostriktiven oder kapazitiven Prinzip. Die das Schallfeld
abgebende Oberfläche
der Antriebseinheit übt
dabei einen im wesentlichen parallelen Hub aus. Da die Sender elektrisch betrieben
sind, lassen sich die Ansteuerungen für die Antriebseinheiten mit
den Mitteln der Elektrotechnik und Elektronik vielfältig gestalten. Über eine
zentrale Ansteuerungseinheit lassen sich für jede Antriebseinheit individuell
Schwingungen einstel len. Durch Überlagerung
von Schwingungen können
auch beliebige periodische Impulse erzeugt werden. Die Schwingungen
werden beispielsweise in der Ansteuerungseinheit in ihrer Amplitude,
Phasenlage, Frequenz und Energie definiert. Damit nicht für jede Antriebseinheit
ein separates Kabel gelegt werden muß, ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Ansteuerung über
einen zentralen Steuerungs-Bus erfolgt. Da auf einer Papiermaschine
die Fabrikation verschiedener Papiersorten erfolgt und die Produktionsparameter sehr
vielfältig
sind, ist es vorteilhaft, wenn die Parameter der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Datenbank der Ansteuerungseinheit gespeichert werden. Bei
erneuter Produktion einer Papiersorte werden diese Parameter dann
wieder abgerufen. Dieses spart Zeit für die erneute Findung der Parameter
und senkt damit die Produktionskosten. Außerdem ist es vorteilhaft,
wenn die Ansteuerungseinheit mit einem Online-Meßsystem – beispielsweise einem sogenannten
Meßrahmen – gekoppelt
ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden
nachstehend anhand der in den 9 bis 43 dargestellten
Ausführungsbeispiele
beschrieben. Die 1 bis 8 zeigen
erläuternden
Stand der Technik.
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1:
Ausführungsbeispiel
eines Formers;
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2:
Weiteres Ausführungsbeispiel
eines Formers;
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3:
Former-Ausschnitt mit Entwässerungselementen
(Leisten und Klingen);
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4:
Entwässerungselement
Foil;
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5:
Entwässerungselement
Registerwalze;
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6:
Graph eines Faserorientierungs-Querprofiles;
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7:
Ausschnitt und Draufsicht aus einer Faserstoffbahn mit eingezeichneten
Faserhauptrichtungen;
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8:
Vergrößerter Ausschnitt
aus 7;
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9:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit einem dazu senkrechten
Schallfeld;
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10:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit einem dazu schrägen Schallfeld;
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11:
Schnitt A-A aus 10;
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12:
Schnitt A-A aus 10 zu einem späteren Zeitpunkt
als in 11;
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13:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit zwei schrägen Schallfeldern
in Maschinenlaufrichtung hintereinander angeordnet;
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14:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit zwei schrägen Schallfeldern
direkt miteinander interferierend;
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15:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit zwei schrägen Schallfeldern
direkt miteinander interferierend, aber wechselseitig angeordnet;
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16:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit zwei schrägen Schallfeldern
direkt miteinander interferierend und mit Schallfeld-Duplizierer;
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17:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit einem Ursprungs-Schallfeld
direkt miteinander interferierend und mehreren Schallfeld-Duplizierern;
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18:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit keilförmigem Ursprungs-Schallfeld und divergierendem
Reflektor;
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19:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit kegelförmigem Ursprungs-Schallfeld und rotierendem,
divergierendem Reflektor;
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20:
Wie 19, jedoch reflektiertes Schallfeld senkrecht
auf Faserstoffbahn;
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21:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit rotierender Lochblende;
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22:
Ausschnitt aus einer Faserstoffbahn mit verschiedenen Signaturen;
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23:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit trapezförmigem Schallfeld;
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24:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit Anordnung für stehende
Wellen;
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25:
Graph eines Faserorientierungs-Querprofiles;
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26:
Ausschnitt aus einer Faserstoffbahn;
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27:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit keilförmigem Wasserspalt
zwischen schrägem
Sender und erstem Sieb;
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28:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit keilförmigem Wasserspalt
zwischen senkrechtem Sender und erstem Sieb;
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29:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn mit parallelem Wasserspalt
zwischen senkrechtem Sender und erstem Sieb;
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30:
Draufsicht auf Faserstoffbahn mit Vorrichtung zum Zeichnen einer
Signatur;
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31:
Schnitt A-A aus 30;
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32:
Schnitt durch "Fresnel"-Reflektor;
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33:
Draufsicht zu 32;
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34:
Schnitt durch Tripel-Prismen-Reflektor;
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35:
Ausschnitt von Ansicht A aus 34;
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36:
Detailansicht aus 35;
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37:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn, Sender und zwei Reflekoren;
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38:
Querschnitt durch Siebe und Faserstoffbahn, Sender und drei Reflekoren;
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39:
Schnitt A-A aus den 37 und 38;
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40:
Alternativer Schnitt A-A aus den 37 und 38;
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41:
Streichaggregat einer Streichmaschine;
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42:
Ausschnitt A aus 41;
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43:
Ausschnitt B aus 41;
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In
der
1 wird eine Former-Variante aus der bereits zitierten
Schrift
EP 0489 094
A1 gezeigt. Der aus dem Stoffauflauf
3 kommende
Suspensionsstrahl wird von den zwei Sieben
1 und
2 eingeschlossen
und zunächst
in einem ersten Entwässerungsabschnitt
I mittels eines gekrümmten
Entwässe rungselementes
(hier Formierschuh) entwässert.
Der nachfolgende Entwässerungsabschnitt
II ist durch teilsweise feststehende und teilweise nachgiebige Leisten
5 gekennzeichnet.
Der abschließende
Entwässerungsabschnitt
III verfügt über mindestens
ein stationäres
Entwässerungselement
(z.B. Formierschuh, Saugkasten oder Flachsauger). Der Formierschuh
4 besteht
ebenfalls aus Leisten, die aber im Gegensatz zu den Leisten
5,
fester Bestandteil des Formierschuhes
4 sind.
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Bei
dem Former der
2 handelt es sich um ein Ausführungsbeispiel
aus der Schrift
EP
0627 523 A1 . Das erste Entwässerungselement nach dem Stoffauflauf
3 ist
hier eine Formierwalze
10, der ein Formierschuh
4 folgt.
In einer weiteren Einheit sind Doppelleisten
9 und einfache
Leisten
5 angebracht. Die Entwässerung in dieser Doppelsiebzone
endet mit einem Saugkasten
8 und einer Saugwalze
7.
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Mit
der
3 wird die Anordnung von Federblechen
11 und
Leisten
5 in einer Doppelsiebzone eines Formers veranschaulicht
(
6 aus
EP
0516 601 A1 ). Die Leisten
5 weisen an ihren dem
Sieb
1 zugewandten Enden Keramikbeläge auf, die mittels einer Schwalbenschwanz-Passung
fixiert sind. Die Federbleche
11 bewirken – ähnlich wie
die Leisten
5 – Druckimpulse
auf die Siebe
1 und
2 bzw. auf die dazwischen
liegende Faserstoffbahn
12 bei deren Bewegung in Maschinenlaufrichtung
15.
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Das
in 4 dargestellte Foil streift mit Hilfe einer vorgezogenen
Nase das Siebwasser ab, welches einen Druckimpuls auf die Faserstoffbahn 12 ausübt. Bei
dem weiteren Weg des Siebes 2 gelangt dieser Siebabschnitt
in dem sich öffnenden
Keil zwischen Foil 13 und Sieb 2. Der Siebaußenfläche anhaftendes
Siebwasser bewirkt dann durch die weitere Bewegung des Siebes eine
Sogwirkung auf die Faserstoffbahn 12.
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In
dem Beispiel der 5 wird das relativ alte Entwässerungsprinzip
der Entwässerungs-Impulserzeugung
durch Registerwalzen 14 gezeigt. Dabei war im allgemeinen
nur auf der Unterseite der Faserstoffbahn ein Sieb 2 angeordnet.
Bei dem – in
Maschinenlaufrichtung 15 betrachtet – sich verjüngenden Zwickel zwischen Registerwalze 14 und
Sieb 2 entsteht ein Druckimpuls. Auf der anderen Seite
der Registerwalze 14 ist ein sich öffnender Zwickel, der saugend
auf die Faserstoffbahn 12 wirkt.
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Den
Ausführungsbeispielen
in den 1 bis 5 zum Stand der Technik, ist
gemeinsam, daß die
Anzahl der Impulse für
die Entwässerung
und die Faserorientierung bzw. Formation sehr begrenzt ist und eine
individuelle Einstellbarkeit der Leistenanpressung für Breitenabschnitte
(sektionale Einstellbarkeit) der Papiermaschine nur unzureichend
gegeben ist.
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Die 6 bis 8 müssen im
Zusammenhang betrachtet werden. Die 6 zeigt
einen Graphen mit einem gemessenen 17 und einem gewünschten 18 Faserorientierungs-Querprofil.
Der Buchstabe A steht hier beispielsweise für die Führerseite einer Papiermaschine
und der Buchstabe B steht dementsprechend für die Triebseite. Auf der linken,
senkrechten Achse ist der Winkel der Faserhauptrichtung zur Maschinenlaufrichtung 15 aufgetragen.
In der 7 ist der zu dem Graphen der 6 zugehörige Ausschnitt
der Faserstoffbahn 12 dargestellt. Die durchgezogen gezeichneten
Faserhauptrichtungen 20 entsprechen dem Graphen 17; die
gestrichelt gezeichneten Faserhauptrichtungen 20 entsprechen
dem Graphen 18. Die Längen
der Faserhauptrichtungen 20 sollen den Betrag der jeweiligen
Reißlänge wiedergeben,
die in diesem Beispiel für
jede Faserhauptrichtung 20 gleich lang bzw. gleich groß gewählt wurde.
Die 8 zeigt quasi den mikroskopisch vergrößerten Ausschnitt
aus der 7. Die Fasern 21 sind
zwar nicht alle in eine Richtung – der Faserhauptrichtung 20 ausgerichtet – aber es
läßt sich
erkennen, daß dennoch
die Mehrzahl der Fasern in der Richtung der Faserhauptrichtung 20 liegen.
Würden
jetzt noch mehrere Fasern in Faserhauptrichtung 20 ausgerichtet
werden, so würde
sich die Reißlänge in dieser
Richtung – zu
Lasten der quer dazu befindlichen Reißlänge – erhöhen. Ein Reißlängenverhältnis aus
Reißlänge längs (=RL) durch Reißlänge quer (=RQ)
würde sich
also, durch eine weitere Verlagerung von Fasern 21 in Faserhauptrichtung 20,
erhöhen.
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Mit
der 9 wird ein Grundgedanke der Erfindung dargestellt.
Zur besseren Darstellung der Erfindung sind in der 9 (und
teilweise auch nachfolgend) die Siebe 1 und 2 und
die Faserstoffbahn 12, gegenüber den anderen Bauteilen,
stark vergrößert dargestellt.
Die zwischen den Sieben 1 und 2 eingeschlossene
Faserstoffbahn 12 wird von einem senkrecht zu der Siebebene
stehenden Schallfeld 25 durchdrungen. Das Schallfeld 25 wird
von einem Sender 22 erzeugt, der aus einer Antriebseinheit 23 und
einem Gehäuse 24 besteht.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist, zwischen dem Gehäuse 24,
der Siebaußenfläche des
Siebes 2 und der dem Sieb 2 zugewandten Oberfläche der
Antriebseinheit 23, das Übertragungsmedium 27 eingeschlossen.
Von der Oberfläche
der Antriebseinheit 23 gehen in diesem Ausführungsbeispiel
ebene Wellenfronten 26 des Schallfeldes 25 aus.
Nach dem bereits erläuterten Prinzip
der Pohlman-Zelle richten sich die Fasern 21 parallel zu
der Oberfläche
der Antriebseinheit 23 aus. Bevor die Fasern in das Schallfeld 25 gelangen
(in der Figur links dargestellt), sind sie regellos. In dem Schallfeld 25 richten
sich die Fasern 21 parallel zu den Ebenen der Wellenfronten 26 aus.
Die punktförmig
gezeichneten Fasern 21 im Schallfeld 25 – und auch
rechts davon – stellen
Fasern dar, die zwar "stabförmig" sind, aber senkrecht
zur Bildebene liegen. Die senkrechte Anordnung des Schallfel des 25 bewirkt
einen Schalldruck, der Siebwasser aus der Faserstoffbahn austreibt
und an die Oberfläche
des Siebes 1 transportiert. Dieses Oberflächenwasser 31 kann
dann durch einen Skimmer 6 abgeschöpft werden. Trotz der Durchlässigkeit
eines Siebes, gegenüber
einem Schallfeld 25, stellt es dennoch einen Widerstand
dar. Je durchlässiger
das Sieb in diesem Ausführungsbeispiel
ausgeführt
ist, desto mehr Oberflächenwasser 31 wird
erzeugt.
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Das
flüssige Übertragungsmedium 27 ist dem
Siebwasser in der Zusammensetzung und Beschaffenheit sehr ähnlich;
weil die Möglichkeit
des sich miteinander Vermischens besteht, ist es sinnvoll, wenn
das Übertragungsmedium 27 selber
aus Siebwasser oder auch aus Klarwasser besteht. Das Übertragungsmedium 27 ist
insofern wichtig für
die Erfindung, weil dadurch eine gute akusto-mechanische Koppelung
zwischen der Antriebseinheit 23 und der Faserstoffbahn 12 erfolgt.
Wäre beispielsweise – zumindest
zum Teil – ein
Luftpolster zwischen der Antriebseinheit 23 und der Faserstoffbahn 12 vorhanden,
so würde
die Energie der Antriebseinheit 23 nur im geringen Maße auf die
Faserstoffbahn 12 übertragen
werden. Ein Luftpolster in den Siebmaschen ist in der Entwässerungsstrecke
eines Formers nicht zu erwarten, weil die Maschen der Siebe hier
mit Siebwasser gefüllt
sind.
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Im
Gegensatz zu der 9, ist in der 10 der
Sender 22 um den Winkel 30 gegen die Ebenen der Faserstoffbahn 12 geneigt.
Die Fasern 21 richten sich hier nicht parallel zu den Sieben 1 und 2 aus, sondern
sie sind parallel zu der Schnittebene A-A. Die 11 zeigt
die Schnittebene A-A und die Ausrichtung aller Fasern in dieser
Ebene. Hat sich die Schnittebene A-A weiter in Maschinenlaufrichtung 15 bewegt
und die Siebe 1 und 2 haben sich weiter einander
genähert,
so nehmen schließlich
alle Fasern 21 eine Ausrichtung quer zur Maschinenlaufrichtung 15 ein.
Da diese Ausrichtung meistens nicht gewünscht ist, kann man durch Ändern des
Schwenkwinkels 29 des Senders 22, eine andere
Ausrichtung der Fasern 21 – bezogen auf die Maschinenlaufrichtung 15 – eingestellt
werden. Durch die Neigung des Senders 22 gegen die Faserstoffbahn 12 wird
der Effekt des Siebwasser-Austreibens verringert, aber dennoch wäre auch
in der 10 eine Anordnung eines Skimmers 6 denkbar.
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Durch
die Anordnung eines geneigten Senders 22 in der 10,
ist eine Ausrichtung der Fasern 21 möglich, die auf das Faserorientierungs-Querprofil
eine Auswirkung hat.
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Mit
der 13 wird ein weiterer Grundgedanke der Erfindung
gezeigt. In Maschinenlaufrichtung 15 betrachtet, wird die
Faserstoffbahn 12 nacheinander von zwei Schallfeldern 25 beeinflußt. Wenn sich
die Fasern 21 zunächst
nach dem linken Schallfeld 25 ausrichten, so werden beim
Durchlaufen der Fasern 21 des rechten Schallfeldes 25,
diejenigen Fasern 21 ausgerichtet, die zum rechten Schallfeld 25 quer
liegen. Spätestens
nach Durchlaufen der Faserstoffbahn 12 durch das rechte
Schallfeld 25 sind alle Fasern quer zur Maschinenlaufrichtung 15 ausgerichtet.
Die Ausrichtung der Fasern 21 mit zwei sich kreuzenden
Schallfeldern 25 ist dann besonders wirkungsvoll, wenn
die Schallfelder 25 zueinander im rechten Winkel stehen.
Da meistens eine Faserausrichtung in Maschinenlaufrichtung 15 gewünscht wird,
ist das in Maschinenlaufrichtung 15 nacheinander erfolgende
Einwirken zweier Schallfelder 25 noch nicht die konstruktiv
günstigste
Lösung.
Wäre in
dieser Figur die Maschinenlaufrichtung senkrecht zur Bildebene,
so könnten
sich parallel zu der Bildebene liegende Schallfelder 25 mit
denen dieser Bildebene kreuzen.
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In
der 14 sind zwei Schallfelder 25 derart angeordnet,
daß sie
sich in der Faserstoffbahn 12 schneiden. Die eingezeichnete
Maschinenlaufrichtung 16 (senkrecht zur Bildebene) macht
deutlich, daß nun
die Fasern mit der Maschinenlaufrichtung 16 parallel sind.
Auch hier gilt wieder, daß eine
besonders wirkungsvolle Ausrichtung der Fasern 21 dann erfolgt,
wenn die Schallfelder 25 im rechten Winkel zueinander stehen.
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Die
sich in der Faserstoffbahn 12 kreuzenden Schallfelder 25 müssen aber
nicht von einer Seite der Faserstoffbahn 12 her einwirken.
Mit der 15 wird eine Lösung gezeigt,
bei der die Schallfel der 25 von je einer Seite der Faserstoffbahn 12 her,
auf diese einwirken. Diese Anordnung ist aber konstruktiv noch nicht
zufriedenstellend, weil bei einer Änderung der gewünschten
Faserausrichtung, möglichst
beide Schallfelder 25 synchron um einen Schwenkwinkel 29 geschwenkt
werden müssen.
Dieses erfordert beiderseits der Faserstoffbahn 12 je einen
Verstellmechanismus.
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Eine
bessere Lösung
wird in der 16 gezeigt. Hier wirken ebenfalls
zwei sich kreuzende Schallfelder 25 auf die Faserstoffbahn 12 ein.
Das erste Schallfeld 25 wird direkt durch einen Sender 22 erzeugt.
In diesem Schallfeld 25 ist ein sogenannter Duplizierer 32 angeordnet.
Dieser Duplizierer 32 besteht aus einer vorzugsweise ebenen
Wand. Die Form des zweiten Schallfeldes 25 entsteht nach
den Reflexionsgesetzen für
Schall auf der Oberfläche
der Duplizierer-Wand. Die Neigung des Duplizierers 32 gegenüber dem
ersten Schallfeld 25 ist so gewählt, daß beide Schallfelder sich in
der Faserstoffbahn 12 kreuzen (der Winkel der Duplizierer-Wand zur Mittellinie
des ersten Schallfeldes ist halb so groß wie der Winkel zwischen den
Schallfelder-Mittellinien). Der Vorteil dieser Konstruktion besteht
darin, daß nur noch
ein Sender 22 benötigt
wird, dennoch aber zwei Schallfelder 25 vorhanden sind
und im Falle eines Schwenken des Senders 22 auf einen anderen Schwenkwinkel 29,
nur ein Schwenkmechanismus benötigt
wird.
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Auch
in der 17 gibt es sich kreuzende Schallfelder 25,
die mittels Duplizierer 32 erzeugt wurden. Der Unterschied
zu 16 besteht darin, daß nur ein Sender 22 (in
diesem Falle senkrecht auf der Faserstoffbahn 12 stehend)
und mehrere Duplizierer die Schallfelder 25 erzeugen. Durch
das senkrecht stehende Schallfeld 25 wird zugleich auch
der Effekt der Levitation gefördert.
Wegen der hier verwendeten Vielzahl von Duplizierern 32 kann
aus Gründen
der Geometrie der Abstand von der Oberfläche der Antriebseinheit 23 – zu der
ihr zugewandten Oberfläche
des Siebes 2 – sehr
kurz gestaltet werden. Durch geeignete Wahl der Parameter a, b,
c für die
Duplizierer 32, lassen sich die Breite und der Ablenkwinkel
der duplizierten Schallfelder 25 beeinflussen bzw. lassen
sich dadurch die "freien
Durchgänge" für das nicht
abgelenkte Schallfeld 25 bestimmen. Die gestrichelt, senkrecht
gezeichneten Linien stellen weitere Sender 22 dar – die in
Maschinenlaufrichtung 16 betrachtet – beispielsweise hinter der
Bildebene angeordnet sind. Die anderen gestrichelt gezeichneten
Linien stellen Schallfelder 25 und Duplizierer 32 dieser
weiteren Sender 22 dar. Zusätzlich könnte der Sender 22 auch
um eine Sieb-Normale schwenkbar sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann der Sender 22 – allein
oder zusammen mit seinen Duplizierern 32 – auch zur
Ebene der Faserstoffbahn 12 geneigt sein.
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Die
Wellenfronten 26 müssen
im Rahmen der Erfindung aber nicht immer eben sein. Bei der 18 sind die
Wellenfronten 26 schalenförmig. Dieses wird durch eine
rinnenförmige
Oberfläche
der Antriebseinheit 23 erzielt. Dadurch laufen die Wellenfronten 26 auf
einen Brennpunkt zu. Hier befindet sich ein Reflektor 34 mit
einer – vorzugsweise – Parallel-Kompensation.
Wenn der Reflektor 34 zweidimensional annähernd parabolförmig ausgestaltet
ist und der Brennpunkt der schalenförmigen Wellenfronten 26 mit
dem Brennpunkt des Reflektors 34 zusammenfällt, dann
werden ebene Wellenfronten 26 in der gezeigten Weise auf
die Faserstoffbahn gelenkt. Bei der angegebenen Maschinenlaufrichtung 15 ergibt sich
dann eine Faserorientierung quer zu dieser. Wenn zusätzlich ein
Reflektor 33 – beispielsweise
als ebenes Gebilde – verwendet
wird, so würde
das vom Reflektor 34 kommende Schallfeld zur Faserstoffbahn 12 zurückgeworfen
werden und eine weitere Ausrichtung der Fasern 21 gemäß der 13 bewirken.
Die rinnenförmige
Antriebseinheit 23 hat den Vorteil, daß die Energie eines gegebenenfalls
schwachen, schalenförmigen
Schallfeldes gebündelt
wird. Weil die schalenförmigen
Wellenfronten 26 – zumindest
nahe dem Brennpunkt – keine
eindeutige Ausrichtung der Fasern 21 bewirken können, eignet
sich ein derartiges Schallfeld ohne einen Reflektor 34 nicht
zum Ausrichten von Fasern 21. Diese schalenförmigen Wellenfronten 26 sind
aber geeignet, um beispielsweise Siebwasser aus der Faserstoffbahn 12 auszutreiben
oder die Faserstoffbahn 12 zu erwärmen, um beispielsweise ihren
Entwässungs- und/oder
Trocknungsprozeß zu
unterstützen.
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In
der 19 ist die Oberfläche der Antriebseinheit 23 hohlkugelförmig gestaltet,
wodurch das Schallfeld 25 kugelschalenförmig wird. Der Reflektor 34 ist
vorteilhafterweise dreidimensonal parabolförmig gestaltet, damit das reflektierte
Schallfeld im wesentlichen ebene Wellenfronten 26 aufweist.
Der Reflektor 34 ist mittels Halterungen 37 mit
einem ringförmigen
Motor-Läufer 38 verbunden.
Der ringförmigen Motor-Läufer 38 wird
von Führungen 39 im
Gehäuse 24 des
Senders 22 geführt.
Außen
am Gehäuse 24 ist
ein ringförmiger
Motor-Ständer 35 angebracht. Vorteilhafterweise
ist dieser Motor ein Schrittmotor. Über das Anschlußkabel 36 kann
dann der Schrittmotor mittels der Schrittfrequenz, der Steuerung
der Laufrichtung und der Anzahl der Schritte in der entsprechenden
Laufrichtung gesteuert werden. So sind verschiedene Drehzahlen,
Vor- und Rückwärtslauf, Schwenkbewegungen
(ggf. nur um Bruchteile eines Winkelgrades) oder auch bestimmte
Winkelpositionen möglich.
Das die Faserstoffbahn 12 treffende Schallfeld 25 ist
somit nicht mehr ortsfest und kann dann zusammen mit der Bewegung
der Faserstoffbahn 12 in Maschinenlaufrichtung 15 oder 16 "schreiben". Fasern, Farbpartikel
oder Blättchen – beispielsweise
aus Metall – erfahren
durch das Schallfeld in der Faserstoffbahn 12 eine definierte
Ausrichtung, die dann bei der weiteren Annäherung der Siebe 1 und 2 im
weiteren Entwässerungsprozeß, als Signatur 40 im
fertigen Papier zu sehen sind. Ein optionaler Reflektor 33 kann
hierbei das Schallfeld in die Faserstoffbahn zurückwerfen. Hiermit wird je nach
Dimensionierung des sich in der Faserstoffbahn 12 befindlichen
Schallfeldes, entweder eine parallele Signatur 40 erzeugt
oder bei sich kreuzenden Schallfeldern, die Signatur intensiver
ausgeprägt.
Wenn das von der Antriebseinheit 23 kommende Schallfeld 25 intermittierend
betrieben wird, so kann man über
eine Steuerungslogik in Abhängigkeit
von der Maschinenlaufrichtung 15 bzw. 16, der
dazugehörigen
Geschwindigkeit die Bewegungen und die Geschwindigkeit des Motorläufers 38 und
des Betriebes der Antriebseinheit eine Signatur 40 (als
definiertes Muster oder definierten Schriftzug) in das Papier hineinschreiben.
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Im
Unterschied zur 19, ist in der 20 das
Schallfeld 25 senkrecht zu der Faserstoffbahn 12.
Dieses ist möglich,
weil das von der Antreibseinheit 23 kommende Schallfeld
mittels einer Umlenkung 41 in den Reflektor 34 geleitet
werden kann. Das senkrechte Schallfeld bewirkt nun ein zur Faserstoffbahn-Oberfläche paralleles
Ausrichten der Fasern und der ggf. vorhandenen Farbpartikel bzw.
Metallblättchen,
ohne daß die
nachfolgende Annäherung
der Siebe 1 und 2 erforderlich ist. Durch eine
optionale Verwendung eines Reflektors 33 und einer abgestimmten
Schall-Wellenlänge,
kann sogar das Schallfeld in der Faserstoffbahn, als stehende Welle gestaltet
werden. Eine stehende Welle hat grundsätzlich die konstruktive Gestaltungsmöglichkeit,
daß sich
in den Wellenbäuchen
die schwerere Materie ansammelt. Abseits der Wellenbäuche konzentriert sich
dann die leichtere Materie. Dadurch ergibt sich eine gezielte Schichtenbildung,
die zusammen mit dem "Schreiben" mittels eines Schallfeldes 25,
eine dreidimensionale Signatur-Möglichkeit
schafft, die auch nach dem Trocknen des Papieres erhalten bleibt
und damit sogar fühlbar
wird. Ist bei der beschriebenen Schichtenbildung beispielsweise
das Siebwasser die leichtere Materie, so wird es den Sieben zugeführt und
kann diese leichter verlassen. Auch kann diese Methode dazu dienen,
daß kleinste – die Maschen
der Siebe verstopfende – Fasern
sich dort losreißen
und sich zum Wellenbauch hin bewegen. Auf diese Weise ist sogar
eine Siebreinigung möglich.
Es versteht sich, daß der
Einsatz von stehenden Wellen auch ohne ein "schreibendes" Schallfeld eingesetzt werden kann.
Dieses wird bei späteren
Figuren noch behandelt.
-
In
der 21 wird eine weitere Variante zu den 19 und 20.
Hier nun trifft das von der Antriebseinheit 23 her kommende – in diesem
Beispiel – ebene
Schallfeld 25 direkt auf die Faserstoffbahn 12.
Um ein schmales Schallfeld zum "Schreiben" zu erhalten, ist
in dem Motor-Läufer 38 eine Lochblende 42 – beispielsweise
mit nur einem exzentrischen Loch – angeordnet. Die 21 soll
dieses Ausführungsbeispiel
nur exemplarisch zeigen. Der hier gezeigte, relativ lange Weg von
der Oberfläche der
Antriebseinheit 23 zur Faserstoffbahn 12, kann konstruktiv
noch verkürzt
werden.
-
Die 22 zeigt
verschiedene Signaturen 40. Die Signatur im Beispiel a)
wurde mittels eines kreisenden Schallfeldes 25 und der
Bewegung der Faserstoffbahn 12 erzeugt. Im Beispiel b)
führte
das Schallfeld 25 unterschiedliche Schwenkbewegungen aus,
die mit der Bewegung der Faserstoffbahn 12 überlagert
wurden. Beim Beispiel c) schließlich
kreiste das Schallfeld 25, welches wiederum mit der translatorischen
Bewegung überlagert
wurde, jedoch war das Schallfeld im intermittierenden Betrieb, so
daß ein "Schreiben mit Absetzen
des Stiftes" möglich war. Selbstverständlich sind
auch noch andere Figuren im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, so
z.B. Lissajous-Figuren, Zykloiden, Epizykloiden, Lemniskaten usw.
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In
der Beschreibung der 18 wurde darauf eingegangen,
daß schalenförmige Wellenfronten 26 – zumindest
nahe dem Brennpunkt – für eine Ausrichtung
der Fasern 21 nicht geeignet sind. In der 23 wird
ein Schallfeld 25 mit schalenförmigen Wellenfronten 26 gezeigt.
Die die Faserstoffbahn 12 durchdringenden Wellenfronten 26 entsprechen
etwa aus dem mittleren Abschnitt eines Schallfeldes 25 zwischen
der Oberfläche
der Antriebseinheit 23 und dem Brennpunkt des Schallfeldes 25.
In diesem Abschnitt sind die Wellenfronten 26 ausreichend
eben, so daß zusätzlich zur
Levitation in einer Faserstoffbahn 12, auch eine begrenzte
Faserorientierung möglich
ist. Entstammen die die Faserstoffbahn 12 durchdringenden
Wellenfronten 26, aus einem Abschnitt des Schallfeldes 25,
der noch näher
zur Oberfläche
der Antriebseinheit 23 liegt, so sind sie in einem noch
besseren Maße
für die
Faserorientierung zu verwenden. Wird der Sender 22 gegen
die Ebene der Faserstoffbahn 12 bzw. der Siebe 1 und 2 geneigt,
so läßt sich
sogar das Faserorientierungs-Querprofil
einer Faserstoffbahn 12 beeinflussen.
-
Mit
der 24 soll nun näher
auf die Ausgestaltung der Erfindung in einer – hier geneigten – Entwässerungsstrecke
eines Formers eingegangen werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind im linken Bereich
der Faserstoffbahn 12 zwei sich gegenüberliegende Sender 22 angeordnet.
Die zwischen den Antriebseinheiten 23 dieser Sender 22 vorhandenen Übertragungsmedien 27,
sind mit Zufuhr- 43 und Abzugsleitungen 44 versehen.
Die Gehäuse 24 der Sender 22 sind
zur Grenzfläche
der Siebe 1 und 2, mit Gleitbelägen 45 (vorzugsweise
aus Keramik) versehen. Der Gleitbelag 45 ist in seinem
Inneren mit einer Öffnung
versehen, damit das Übertragungsmedium 27 und
damit auch die Wellenfronten 26, in schwingungsmechanischer
Verbindung mit der Faserstoffbahn 12 stehen. Durch die
Bewegung der Siebe 1 und 2 in Maschinenlaufrichtung 15,
wird ggf. das Übertragungsmedium 27 mitgerissen.
Um diesen Verlust von Übertragungsmedium 27 zu
kompensieren, sind die Zufuhrleitungen 43 vorhanden. Da
in dem aktuellen Ausführungsbeispiel
die Sender 22 derart betrieben werden, daß sich zwischen
ihnen eine ste hende Welle 49 ausbildet und deshalb Siebwasser
aus der der Faserstoffbahn 12 abgewandten Seite der Siebe 1 und 2 austreten
kann, müssen
die Räume
mit dem Übertragungsmedium 27,
auch mit einer Abzugsleitung 44 versehen sein, damit es
nicht zum Stau von Siebwasser bzw. Übertragungsmedium 27 bzw.
Wasser kommt. Weil es im Rahmen der Erfindung, beim Arbeiten mit
Schallfeldern 25, besonders im hochfrequenten Bereich,
zu Luftbläschenbildung
im Übertragungsmedium 27 kommen kann,
ist es wichtig, daß die
Abzugsleitung 44 am höchsten
Punkt des Übertragungsmediums 27 liegt, damit
die Luftbläschen
abgeführt
werden können.
Bei einem gleichzeitigen Vorhandensein einer Zufuhrleitung 43 und
einer Abzugsleitung 44 ist ein kontinuierlicher Austausch
des Übertragungsmedium 27 möglich. Dieses
ist von Vorteil, weil das Übertragungsmedium 27 auch
als Kühlung
der Antriebseinheit 23, der Gleitbeläge 45 und der Siebe 1 und 2 dient.
Außerdem
ist ein möglicherweise,
allmählich
sich verschmutzendes Übertragungsmedium 27,
dadurch immer wieder erneuerbar. Bei gleichzeitigem Einsatz von
Zufuhr- 43 und Abzugsleitungen 44 sollte darauf geachtet
werden, daß im Übertragungsmedium 27 kein Überdruck
gegenüber
der Faserstoffbahn 12 entsteht, weil sonst das Übertragungsmedium 27 in die
Faserstoffbahn 12 gedrückt
wird. Bei der oberen Anordnung in der 24, ist
dem Sender 22 ein Reflektor 33 mit einem Sensor 47 zugeordnet.
Dieser Sensor 47 ist mit einer Sensor-Meßleitung 48 ausgestattet.
Diese Meßleitung 48 gestattet
es, über
einen Regelkreis, diesen Sender 22 in seiner Frequenz derart
einzustellen, daß die
gewünschte
Wellenform – hier
stehende Welle 49 – erzeugt
wird. Die Gleitbeläge 45 des
Reflektors 33 und der Sender 22 sind – den Sieben 1 und 2 zugewandt – mit einem
Radius oder einer keilförmigen
Fase versehen, so daß geringe Mengen
von Oberflächenwasser 31 einen
Wasserfilm erzeugen. Dadurch kommt es zu keiner trockenen Reibung
zwischen den Gleitbelägen 45 und
den Sieben 1 und 2.
-
Die 25 und 26 müssen gemeinsam betrachtet
werden. Schon bei den 6 und 7 wurde
der Zusammenhang zwischen Faserorientierungs-Querprofil dargelegt.
Die 25 zeigt ein gewünschtes Faserorientierungs-Querprofil 18.
Die 26 veranschaulicht einen Ausschnitt aus einer Faserstoffbahn 12 mit
den darunter angeordneten Schallfeldern 25. Die Ellipsenform
der Schallfelder 25 ergibt sich, weil runde Schallfelder
geneigt auf die Faserstoffbahn 12 fallen. Die gestrichelte
Linie, die mit dem kleineren Durchmesser der Ellipse deckungsgleich
ist, zeigt die Schnittlinie der Wellenfronten 26 mit der
Faserstoffbahn 12 und damit zugleich die eingestellte Faserhauptrichtung 20.
Wenn aus Platzgründen
die Schallfelder 25 – und
damit die Sender 22 – sich
nicht quer zur Maschinenlaufrichtung 15, nebeneinander
anordnen lassen, so ist auch ohne Nachteil für ein einzustellendes Faserorientierungs-Querprofil,
die Anordnung der Schallfelder 25 bzw. der Sender 22 auch
in zwei Reihen möglich. Diese
zweireihige Anordnung empfiehlt sich in Ver bindung mit einer Überdeckung 51 der
Schallfelder 25 sogar, weil damit nahezu alle Fasern 21 der
Faserstoffbahn 12 ungefähr
gleich langen Zeitabschnitten bzw. gleich langen Energiemengen,
bei ihrem Überstreichen
der Schallfelder 25, ausgesetzt sind. Da zwischen dem Former
und der Pressenpartie einer Papiermaschine Randstreifen 50 abgetrennt
werden, ist ein Einsatz von Schallfeldern bis zum äußersten
Rand einer Faserstoffbahn 12 nicht nötig.
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In
den 27, 28 und 29 soll
die Maschinenlaufrichtung senkrecht zur Bildebene sein. In diesen
Figuren handelt es sich um Sender die – beispielsweise – magnetostriktiv
betrieben werden. Das Übertragungsmedium 27 ist
in diesen Ausführungsbeispielen
nur als Flüssigkeitsfilm
vorhanden. In den 27 und 28 ist
ein keilförmiger
Spalt zwischen der Senderoberfläche
und dem Sieb 2 vorhanden. Außerdem ist die Senderoberfläche zur Schwingungsrichtung 52 geneigt.
Wenn die Wellenfronten 26 die Senderoberfläche verlassen,
so werden sie durch den Übergang
vom dichteren zum dünneren
Medium (=flüssiges Übertragungsmedium 27) in
der gezeigten Weise abgelenkt. Dieses stellt eine Brechung eines
Schallfeldes 25 dar. Ein durch die Bewegung der Siebe 1, 2 und
der Faserstoffbahn 12 bedingter Verlust an Übertragungsmedium 27 wird durch
Oberflächenwasser 31 ausgeglichen.
-
Mit
den 30 und 31 wird
ein Schreibkopf 53 zum Schreiben bzw. Zeichnen von Signaturen 40 ge zeigt.
Dieser Schreibkopf 53 ist eine alternative Vorrichtung
zu den Vorrichtungen aus den 19 bis 21.
Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß – abgesehen von den Antriebseinheiten 23 – keine
beweglichen Teile erforderlich sind. In der 30 wird
die Draufsicht auf den Schreibkopf 53 – ohne Sieb 1 – gezeigt.
Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sender 22 – evtl.
auch in Ebenen übereinander – sternförmig um
den zu beschreibenden Bereich einer Faserstoffbahn 12 angeordnet sind.
Diese sternförmige
Anordnung gestattet es, daß Schallfelder 25 kompakt
um den zu beschreibenden Bereich einer Faserstoffbahn 12 angeordnet werden
können.
Die Schallfelder 25 werden mittels Kanäle 55 in den zu beschreibenden
Bereich geleitet. Durch das Überstreichen
der Faserstoffbahn 12 dieses Schreibkopfes 53,
entstehen zeilenförmige
Bereiche, für
die jeweils mindestens ein Sender 22 die Schreibarbeit
erledigt. Durch eine geeignete Steuerung – ähnlich der Steuerung für einen
Nadel- oder Tintenstrahldrucker – kann aus
einzelnen Schallfeld-Aktivitäten,
insgesamt eine Figur oder ein Zeichen oder eine andersartige Signatur
erzeugt werden. Die Durchmesser der Kanäle 55 sind evtl. nur wenige
Millimeter groß.
Hieraus resultiert, daß die Faserstoffbahn 12 bei
ihrem Überstreichen
der Kanäle 55 nur
Bruchteile einer Sekunde über
diesen Kanälen 55 verweilt,
diese Bereiche der Faserstoffbahn 12 aber durch eine entsprechende
Frequenz der Schallfelder 25 – vorzugsweise im Ultraschallbe reich – ausreichend
mit Wellenfronten 26 beaufschlagt werden können.
-
Mit
der 31 soll der Weg der Schallfelder 25 von
den Sendern 22 zur Faserstoffbahn 12 deutlicher
hervorgehoben werden. Die Kanäle 55 erfahren mittels
der Reflektoren 33 eine Umlenkung. Die Oberfläche des
Schreibkopfes 53 ist zum Sieb 2 entweder beabstandet
(wobei dieser Spalt mit Oberflächenwasser 31 benetzt
ist) oder diese Oberfläche
ist mit einem Gleitbelag 45 versehen. Um die Energie, der – durch
das Sieb 1 möglicherweise
austretenden – Schallfelder 25 zurückzugewinnen,
kann ein ebener Reflektor 33 hier angeordnet werden. Bei
geeigneter Abstimmung der Wellenlänge kann man sogar stehende
Wellen 49 zwischen Reflektor 33 und der Oberfläche der
Antriebseinheit 23 – und
damit auch in der Faserstoffbahn 12 – erzeugen.
-
Die 32 zeigt
einen Reflektor 33, der ein, zu den Sieboberflächen bzw.
zur Faserstoffbahn 12, geneigtes Schallfeld 25 in
sich zurückwerfen
soll. Hierfür
ist erforderlich, daß die
reflektierenden Flächen
des Reflektors 33 zu den Wellenfronten 26 parallel
sind. Durch den gezeigten sägeförmigen Querschnitt
kann der Reflektor 33 sehr flach gebaut werden. Hier wurde
gewissermaßen
das Prinzip der flachen Fresnel-Linse angewendet. Die angedeutete, strichpunktierte
Form des Reflektors 33 hat einen einfachen Aufbau aber
baut mehr in die Höhe
und ist deshalb ggf. konstruktiv nicht geeignet.
-
Die
Draufsicht zu der 32 wird in der 33 gezeigt.
Der unvollständig
dargestellte Sender 22 liegt hier unterhalb der Siebe und
der Faserstoffbahn 12. Im Zentrum der 33 ist
eine Ellipse zu sehen. Dieses ist die Schnittfläche des Schallfeldes 25 mit
der Ebene der Siebe bzw. der Faserstoffbahn 12. Die senkrechten,
gestrichelten Linien, zeigen die Kanten der Rippen des sägeförmigen Reflektors 33.
Damit der Raum zwischen dem Sieb 1 und der reflektierenden
Oberfläche
gefüllt,
gespült und/oder
gekühlt
werden kann, verfügt
der Reflektor 33 über
eine Zufuhr- 43 und eine Abzugsleitung 44 für das Übertragungsmedium.
Ist für
eine Korrektur des Faserorientierungs-Querprofiles ein anderer Schwenkwinkel 29 des
Schallfeldes 25 erforderlich und man will die Reflexion
des Schallfeldes 25 in sich, beibehalten, so ist auch eine
synchrone Änderung
des Schwenkwinkels des Reflektors 54 erforderlich.
-
Eine
weitere Ausführungsform
des Reflektors 33 wird mit den 34 bis 36 gezeigt.
Hier besteht die reflektierende Oberfläche aus mehreren, zusammengesetzten
Tripel-Spiegeln. Diese Tripel-Spiegel sind aus der Optik bekannt
und reflektieren einen Lichtstrahl auf den drei senkrecht zueinander
stehenden Spiegelflächen
nach dreimaliger Reflexion wieder zu seinem Ursprung zurück. Diese
Reflexion gilt auch für
die Wellenfronten 26 eines Schallfeldes 25. Dieser
Tripel-Spiegel-Reflektor hat gegenüber dem sägeförmigen Reflektor den entscheidenen Vorteil,
daß bei
einem Schwenken des Schallfeldes 25, ein gleichzeitiges
Verschwenken des Reflektors nicht erforderlich ist. Dieses spart
die Verstellmimik und ist zudem von der Handhabung her leichter
und schneller zu bedienen. Wenn eine Zufuhrleitung 43 für das Übertragungsmedium
in der gezeigten Weise angebracht wird und Kanäle 55 das Übertragungsmedium 27 in
die äußerste Ecke
eines jeden Tripel-Spiegels
leiten, so kann es in den Ecken nicht zu dem hier besonders leicht
auftretenden Festsetzen von Faserresten oder Schmutz kommen.
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Die 35 stellt
die Ansicht A aus der 34 dar. Hier wird auch der lamellenartige
Aufbau der Tripel-Spiegel-Anordnung sichtbar. Dieser lamellenartige
Aufbau ist deshalb von großem
Vorteil, weil mit einem zerspanenden oder einem schleifenden Werkzeug
nicht die Ecken eines "hohlen" Tripel-Spiegels bearbeitet
werden können.
Mittels Fixiermöglichkeiten 56 – beispielsweise
Spannschrauben – können so
aus vielen Lamellen, große
Tripel-Spiegel-Platten
montiert werden. Die 36 zeigt Lamellen in der Einzelschau,
wobei die erste (obere) Lamelle das gleiche Muster an Flächen aufweist,
wie die letzte. Wenn man sich die dritte Lamelle um 180 Grad in
der Papierebene gedreht vorstellt, so stellt man fest, daß auch diese
mit der ersten und der letzten Lamelle identisch ist.
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Mit
den 37 und 38 erfolgt
eine annähernd
realistische Wiedergabe der Größenverhältnisse
der Siebe 1, 2 bzw. der Faserstoffbahn 12,
zu den anderen Bauteilen. Bisher wurden in den Figuren – aus Gründen der
Veranschaulichung – die
Siebe und die Faserstoffbahn vergrößert dargestellt.
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In
der 37 sind zwei Schallfelder 25 – die von
nur einem Sender erzeugt werden – zueinander gekreuzt. Der
eingezeichnete Winkel ist vorzugsweise ein rechter Winkel. Nachdem
das Schallfeld 25 die Oberfläche des Senders 22 verlassen
hat, wird es nach Durchdringen der Siebe 1, 2 und
der Faserstoffbahn 12 an dem waagerechten Reflektor 13 zum
geneigten Reflektor 33 hin reflektiert. Schon jetzt sind zwei
sich kreuzende Schallfelder 25 in der Faserstoffbahn 12 vorhanden.
Dadurch richten sich die Fasern 21 in Maschinenlaufrichtung 16 aus.
Um das reflektierte Schallfeld energetisch weiter nutzen zu können, ist
der geneigte Reflektor derart ausgerichtet, daß er das reflektierte Schallfeld
wieder in sich zurückwirft.
Damit gelangt das Schallfeld erneut zum waagerechten Reflektor 33 und
von da aus zur Oberfläche
des Senders 22. Durch eine geeignete Auswahl der Wellenlänge und
der Abstandsmaße,
kann sogar eine stehende Welle erzeugt werden, deren Wellenbauch
in der Ebene der Faserstoffbahn liegt.
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Der
Raum zwischen dem Sieb 2 und der – vorzugsweise über die
ganze Maschinenbreite sich erstreckenden – Traverse 57 ist
mit dem Übertragungsmedium 27 ge füllt. Der
Sender 22 und der geneigte Reflektor 33 sind vorteilhafterweise
auf einer Montage-Scheibe 58 angeordnet. Dadurch fallen
der Schwenkwinkel 29 des Senders und der Schwenkwinkel 54 des – hier geneigten – Reflektors 33 zusammen
und somit ist nur eine Verstellmimik erforderlich. Die Traverse 57 dient
in diesem Beispiel als Montage-Ebene, an oder auf der die anderen
Bauteile angeordnet werden. Die Montage-Scheibe 58 ist mittels
eines Halteringes 60 an der Traverse 57 drehbar
gelagert. Eine Dichtung 59 verhindert ein Durchsickern
des Übertragungsmediums 27 in
den unteren Teil des Gehäuses 61,
der wegen der elektrischen Leitungen 46 trocken bleiben
soll. Zwischen dem runden Kranz der Montage-Scheibe 58 – der beispielsweise
mit einer Verzahnung versehen ist – und – beispielsweise – dem Haltering 60 kann
ein Stellmotor für
die Schwenkwinkel 29, 54 angebracht sein.
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Die
in der 38 gezeigte Vorrichtung soll eine
verbesserte Variante zu der Vorrichtung aus der 37 zeigen.
In der 37 ist der Durchmesser des Halteringes 60 etwa
dreimal so groß,
wie die Breite der gekreuzten Schallfelder in der Faserstoffbahn 12.
Dadurch müßten auf
der Traverse 57 – in Maschinenlaufrichtung 16 betrachtet – mindestens drei
hintereinander liegende Reihen von Montage-Scheiben 58 angeordnet sein,
die dann quer zur Maschinenlaufrichtung 16 zueinander versetzt
sein müssen,
damit die gesamte Breite einer Faserstoffbahn 12 mit gekreuzten
Schallfeldern abgedeckt wer den kann. Durch die Verwendung eines
weiteren Reflektors 33 – hier senkrecht gezeichnet – wird eine
andere Positionierung des Senders 22 möglich, so daß der Durchmesser
des Halteringes 60 deutlich reduziert werden kann. Bei
einer gewünschten Überdeckung 51 (siehe
bei 26), genügt
bei der Vorrichtung der 38 insgesamt
eine zweireihige Anordnung der gekreuzten Schallfelder. Eine zweireihige Anordnung
läßt sich
damit eher zwischen Leisten 5 eines Formers einbauen. Obwohl
in der 38 die gezeigte Entfernung (Verlauf
der strichpunktierten Linie = mittlerer Wellenstrahl) vom geneigten
zum waagerechten Reflektor anders ist, als die Entfernung von waagerechten
Reflektor zur Oberfläche
des Senders 22, kann dennoch ein Wellenbauch in der Ebene der
Faserstoffbahn positioniert werden, indem für die Gesamtstrecke mehrere
Wellenbäuche
(= stehende Wellen) erzeugt werden und einer dieser Wellenbäuche in
die Ebene der Faserstoffbahn 12 gelegt wird.
-
Der
in den 37 und 38 angedeutete Schnitt
A-A kann in den
Varianten der 39 und 40 ausgeführt werden.
Der Verlauf der Schallfelder 25 in den 37 und 38 wurde
mit dem Reflektor der 39 gezeigt. Um den Verlauf des
einfallenden Schallfeldes 25 zu dem reflektierten Schallfeld 25 besser
hervorzuheben, wurde von einem geringfügigen Schwenkwinkel 29 des
Senders bzw. wurde von einem geringfügigen Schwenkwinkel 54 des
Reflektors ausgegangen.
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Durch
die Aussparung beim Reflektor 33 der 40 kommt
es zur Verlagerung der Reflexionsebene. Damit die Reflexion eines
Schallfeldes mit möglichst
wenig Energieverlust vonstatten geht, muß diese Aussparung mit Übertragungsmedium 27 gefüllt sein.
Weil Schallfelder 25 Siebwasser aus die Siebe 1, 2 bzw.
die Faserstoffbahn 12 austreiben können, ist der Reflektor 33 mit
einer Aussparung und einer Abzugsleitung 44 vorteilhaft,
weil dann das Siebwasser abfließen
kann. Zusätzlich
stellen die das Sieb 1 berührenden Flächen, zwei Leisten 5 bzw. eine
Doppelleiste 9 mit den bekannten Vorteilen dar. Je nach
den hydrodynamischen Gegebenheiten erfolgt evtl. auch eine Ergänzung des Übertragungsmediums 27 über die
Zufuhrleitung 43. Da über
die Breite der Papiermaschine eine Vielzahl dieser Zufuhr- 43 und
Abzugsleitungen 44 vorhanden sind, können diese Öffnungen 43 und 44 auch
zum Spülen der
Aussparung und zum Kühlen
des Reflektors 33 verwendet werden.
-
Es
soll an dieser Stelle auch erwähnt
sein, daß Siebe
mit engen Maschen – je
nach Energie des Schallfeldes – derart
dicht sein können,
daß sie
auch die Funktion eines ebenen Reflektors erfüllen können.
-
Mit
den 41 bis 43 soll
ein weiteres Anwendungsgebiet von gerichteten Schallfelder gezeigt
werden. Es wurde schon erläutert,
daß nicht
nur Fasern, sondern auch Zusätze
der Papierfabrikation durch gerichtete Schallfelder ausgerichtet
werden können.
In den 41 bis 43 handelt
es sich um die Anwendung in einer Streichmaschine, aber die beschriebene
Lösung
kann auch beim sogenannten Leimen einer Faserstoffbahn benutzt werden.
-
In
der 41 dreht sich die Gegenwalze 62 einer
Streichmaschine in die angegebenen Richtung. Die Faserstoffbahn 12,
die teilweise die Gegenwalze 62 umschlingt, wird dabei
mitbewegt. In einer Farbwanne 64 taucht eine Auftragswalze 63 teilweise
in die Streichfarbe ein. In dem Nip zwischen Auftragswalze 63 und
der Gegenwalze 62 läuft
die Faserstoffbahn 12 hindurch und übernimmt dabei von der Auftragswalze 63 die
Streichfarbe. Im weiteren Verlauf der Drehung der Gegenwalze 62,
wird überschüssige Streichfarbe
mittels eines Rakels 67 von der Faserstoffbahn 12 abgestreift.
Die Rakel 67 kann dabei sowohl als Klinge, als auch als
Roll-Rakel ausgebildet sein.
-
Wenn – wie in
der 41 dargestellt – ein Sender 22 zwischen
der Rakel 67 und der Auftragswalze 63 angeordnet
wird, so erfahren die Farbpartikel eine parallele Ausrichtung zu
den Wellenfronten (die Streichfarbe ist hierbei das Übertragungsmedium 27 für die Wellenfronten).
Wegen des großen Durchmessers
der Gegenwalze 62 sind die Partikel dann auch quasi parallel
zu deren Oberfläche
und zur Oberfläche
der Faserstoffbahn 12. Farbpartikel, die eine blättchenförmige Grundform
haben – wie
beispiels weise Kaolin – sind
bei dieser parallelen Ausrichtung dann in Schichten angeordnet.
Wenn dann die Rakel die überschüssige Farbe
abstreifen will, so gleiten die zueinander parallelen Farbblättchen besser
gegeneinander. Die Scherkräfte
in der Streichfarbe werden dadurch deutlich heruntergesetzt. Bei
einer ausreichend hohen Anpreßkraft
der Rakel, kann ein Farbauftrag von der Höhe nur eines Farbblättchens
realisiert werden. Dieses spart Streichfarbe und technischen Aufwand
für die
Trocknung bzw. Energie für
die Trocknung. Die Farbpartikel können aber auch schon in der
Farbwanne 64 unterhalb der Oberfläche des Farbbades 65 und
in der Nähe
der Auftragswalze 63 mittels eines Senders 22 ausgerichtet werden,
so daß der
Sender 22 zwischen Auftragswalze 63 und Rakel 67 gegebenenfalls
entfallen kann. Der Sender 22 in der Farbwanne 64 hat
zudem den Vorteil, daß Farbklumpen
aufgelöst
werden können und/oder
die Streichfarbe entgast werden kann.
-
Die
Gegenwalze 62 und die Auftragswalze 63 stellen
für die
hier gezeigten Sender (22) in gewisser Weise einen Reflektor
dar. Wenn die Oberflächen der
Sender (22) zudem noch konkav gewölbt sind und außerdem noch
den gleichen Krümmungsmittelpunkt
haben, wie die ihnen zugeordneten Walzen, so kann man auch hier
trotz der gewölbten
Oberflächen, stehende
Wellen erzeugen.
-
Die 42 zeigt
die Vergrößerung der
Ansicht A und die 43 zeigt die Vergrößerung der Ansicht
B aus der 41. Diese Figuren bedürfen keiner
weiteren Erklärung,
da sie – vor
allen Dingen in Verbindung mit der Bezugszeichenliste – selbsterklärend sind.
-
- 1
- Sieb
- 2
- Sieb
- 3
- Stoffauflauf
- 4
- Gekrümmter Formierschuh
- 5
- Leiste
- 6
- Skimmer
- 7
- Saugwalze
- 8
- Saugkasten
- 9
- Doppelleiste
- 10
- Formierwalze
- 11
- Federblech
- 12
- Faserstoffbahn/Suspensionsschicht
- 13
- Foil
- 14
- Registerwalze
- 15
- Maschinenlaufrichtung
in der Bildebene
- 16
- Maschinenlaufrichtung
senkrecht zur Bildebene
- 17
- gemessenes
Faserorientierungs-Querprofil
- 18
- gewünschtes
Faserorientierungs-Querprofil
- 19
- Winkel
der Faserhauptrichtung
- 20
- Faserhauptrichtung
- 21
- Faser
- 22
- Sender
- 23
- Antriebseinheit
- 24
- Gehäuse
- 25
- Schallfeld
- 26
- Wellenfront
- 27
- Übertragungsmedium
- 28
- Ausbreitungsrichtung
des Schallfeldes
- 29
- Schwenkwinkel
des Senders
- 30
- Neigung
des Senders zur Sieb-Normalen
- 31
- Oberflächenwasser
- 32
- Duplizierer
- 33
- Reflektor
- 34
- Reflektor
mit Parallel-Kompensation
- 35
- Ringförmiger Motor-Ständer
- 36
- Anschlußkabel
- 37
- Halterung
- 38
- Ringförmiger Motor-Läufer
- 39
- Führung für Motor-Läufer
- 40
- Signatur
- 41
- Umlenkung
- 42
- Lochblende
- 43
- Zufuhrleitung
für Übertragungsmedium
- 44
- Abzugsleitung
für Übertragungsmedium
- 45
- Gleitbelag
- 46
- Elektrischer
Anschluß
- 47
- Sensor
- 48
- Sensor-Meßleitung
- 49
- Stehende
Welle
- 50
- Randstreifen
- 51
- Überdeckung
- 52
- Schwingungsrichtung
- 53
- Schreibkopf
- 54
- Schwenkwinkel
des Reflektors
- 55
- Kanal
- 56
- Fixierungsmöglichkeit
- 57
- Traverse
- 58
- Montage-Scheibe
- 59
- Dichtung
- 60
- Haltering
- 61
- Gehäuse
- 62
- Gegenwalze
- 63
- Auftragswalze
- 64
- Farbwanne
- 65
- Oberfläche des
Farbbades
- 66
- Farbauftrag
- 67
- Rakel