DE10084722B3

DE10084722B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn

Info

Publication number: DE10084722B3
Application number: DE10084722.6T
Authority: DE
Inventors: Vaughn J. Wildfong; Jeffrey C. Irwin; Jay A. Shands; Robert L. Clarke
Original assignee: Valmet Technologies Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2014-10-23
Anticipated expiration: 2020-06-17
Also published as: CA2377574A1; DE10084722T1; JP2003502527A; JP5025741B2; AU5815700A; US6372091B2; JP4582282B2; CA2377574C; FI20012351A; US20010025697A1; WO2000079041A1; JP2010090528A

Abstract

Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn aus Formstoff in einer Papiererzeugungsmaschine, wobei die Vorrichtung mindestens ein schleifenförmiges Papiermaschinenformsieb (40, 42) mit inneren und äußeren Oberflächen zur Bewegung in Richtung der Ausbildung der Papierbahn aufweist, und einen Auflaufkasten (44) zum Deponieren von Formstoff auf die äußere Oberfläche des mindestens einen Papiermaschinenformsiebs (40, 42) zur Bewegung darauf in eine Maschinenrichtung abwärts, in Kombination umfassend: ein Formerschuh-Bauteil (10) angebracht in der Vorrichtung innerhalb des mindestens einen Papiermaschinenformsiebs (40, 42), wobei das Formerschuh-Bauteil (10) mindestens einen Formerschuh (10) mit einer führenden Kante (26) und einer gekrümmten vorderen Oberfläche (14) zum Berühren des mindestens einen Papiermaschinenformsiebs (40, 42) umfasst, die vordere Oberfläche (14) einen porösen Teil (19) umfasst, der abwärts der führenden Kante (26) beginnt und sich abwärts von einem Nasenteil (28) auf der vorderen Oberfläche (14) zu einem abwärts gelegenen Ort darin ausdehnt; den Auflaufkasten (44), der eine Düse oder einen Schlitz zur Projektierung des Formstoffs auf das mindestens eine Papiermaschinenformsieb (40, 42) an einem ausgewählten Auftreffort über der vorderen Oberfläche (14) des Formerschuhs (10) aufweist, um es dem porösen Teil (19) zu ermöglichen, die Entfernung von Wasser aus dem Formstoff durch das mindestens eine Papiermaschinenformsieb (40, 42) in einer kontrollierten Weise zu beeinflussen, um die Papierbahn-Ausbildung zu verbessern, während das Papiermaschinenformsieb (40, 42) sich abwärts über den Formerschuh (10) bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Teil (19) des mindestens einen Formerschuhs (10) eine Vielzahl an Löchern aufweist, um Wasser, das durch das Papiermaschinenformsieb gepresst wird, zu ermöglichen, durch den Formschuh (10) zu laufen und dass die Löcher (62) lochgitterförmig angeordnet sind und den porösen Teil (19) bilden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Feld der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Ausbildung einer Papierbahn aus einem wässrigen Brei bestehend aus zermahlenen Holzfasern („wood pulp fibres”), allgemein Formstoff genannt. Genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hochgeschwindigkeitsausbildung von Papier in der Anfangsphase einer solchen Ausbildung, indem ein Formstoffstrom gegen (zwischen) ein sich bewegendes Papiermaschinenformsieb(e) an einem Ort über der porösen Oberfläche eines Formerschuhs projektiert wird. Noch genauer betrifft die Erfindung eine solche Ausbildung einer Papierbahn, bei der ein Formerschuh verwendet wird, wobei die poröse Oberfläche eine Vielzahl an Löchern aufweist, die lochgitterförmig angeordnet sind.
Beschreibung des Stands der Technik
Bei der Erzeugung von Papier aus einem wässrigen Brei aus zermahlenen Holzfasern wird, ob die anfängliche Ausbildung über ein einzelnes Papiermaschinenformsieb, wie in einem Fourdrinier-Ausbildungsbereich, oder in einer Maschine mit zwei Papiermaschinenformsieben, wie ein sogenannter „Gap-Former”, bei dem ein Paar schleifenförmige, einander gegenüber stehende Papiermaschinenformsiebe in einen konvergierenden, gemeinsamen Bewegungspfad über einem Formstoffstrom, der von einem Auflaufkasten zwischen den Papiermaschinenformsieben projektiert wird, geleitet werden, geschieht, das Wasser aus dem Formstoff durch das Papiermaschinenformsieb(e) entzogen, um mit der Ausbildung der Papierbahn zu beginnen, indem die zermahlenen Holzfasern auf dem Papiermaschinenformsieb oder zwischen sich gemeinsam bewegenden Papiermaschinenformsieben zufällig verteilt zurückgelassen werden.
Abhängig von der Papierart oder dem Karton, der hergestellt werden soll, werden verschiedene Formstoffe verwendet. Die Rate, mit der Wasser aus den verschiedenen Formstoffen entzogen werden kann, um ein qualitativ hochwertiges Papierprodukt zu erzeugen, ist eine Funktion vieler Faktoren, wie zum Beispiel dem Papierprodukt, der gewünschten Stärke des zu erzeugenden Papierprodukts, die Herstellungsgeschwindigkeit der Papiererzeugungsmaschine und dem gewünschten Feinstoffanteil („levels of fines”), Faseranteil und Fülleranteil im fertigen Papierprodukt.
Die Verwendung von Formerschuhen, um ein oder zwei Papiermaschinenformsiebe in dem Formerbereich einer Papiererzeugungsmaschine zu leiten ist im Stand der Technik bekannt. Auch bekannt ist die Verwendung einer sogenannten Formerrolle, die manchmal aus einem punktierten Überzug zur Aufnahme von Wasser, das durch das Papiermaschinenformsieb und in die Formerrolle vom Formstoff, der auf der äußeren Oberfläche des Papiermaschinenformsiebs getragen wird, läuft, konstruiert ist.
Es ist des Weiteren bekannt, einen Formerschuh zu verwenden, der Rillen in seiner Oberfläche aufweist, wobei die Rillen abwärts („downstream”) der führenden Kante des Formerschuhs beginnen und sich mit einem kleinen Winkel zu der Maschinenrichtung (d. h. die Richtung der Bewegung der Papierbahn durch die Papiererzeugungsmaschine) ausweiten.
Innerhalb des Formerbereichs einer Papiererzeugungsmaschine sind viele Arten von Vorrichtungen bekannt, wie Foilschneiden, Vakuumgehäuse, Wenderollen, Saugrollen und Rollen mit offener Oberfläche, die in verschiedenen Konfigurationen und Sequenzen verwendet werden, um die Entfernung des Wassers bei der Ausbildung der naszierenden Papierbahn in Rate, Zeit und Ort zu optimieren. Papiererzeugung ist immer noch teilweise Kunst, teilweise Wissenschaft, da die einfache Entfernung von Wasser so schnell wie möglich kein Papierprodukt der höchsten Qualitätsstufe erzeugt. In anderen Worten, die Erzeugung eines qualitativ hochwertigen Papierprodukts bei hohen Geschwindigkeiten, wie zum Beispiel etwa 6.000 ft/min (2.000 m/min) ist eine Funktion der Wasserentfernungsrate, der Art der Wasserentfernung, der Dauer der Wasserentfernung und dem Ort, an dem Wasser aus dem Formstoff auf dem Papiermaschinenformsieb oder zwischen den Papiermaschinenformsieben entfernt wird.
In der Vergangenheit, als die Geschwindigkeiten vin Papiererzeugungsmaschinen niedriger waren, wie zum Beispiel 3.000–4.000 ft/min (914–1219 m/min), kann die Anwendung der vorher erwähnten Faktoren anders gewesen sein, um die gewünschte Qualität des Papierprodukts zu erzeugen. Des Weiteren treten, wie bei den meisten Prozessen, wenn man die Qualität eines Produkts erhalten oder erhöhen möchte, während die Produktionsgeschwindigkeit erhöht werden soll, nicht vorher bekannte Probleme auf, die bewirken, dass entweder die Produktionsrate gesenkt werden muss, um die gewünschte Qualität zu erhalten oder zu erreichen, oder die gewünschte Qualität muss geopfert werden, um eine höhere Produktionsrate zu erzielen.
Schneideelemente („blade elements”) oder Foils nach dem Stand der Technik für Formerschuhe, ob der Formerschuh gekrümmt ist oder eine flache Oberflächenkonfiguration aufweist, enthalten manchmal eine Vielzahl an Spalten, die zwischen einer Vielzahl an Schneideelementen, die sich longitudinal entlang der Länge der Schneideelemente ausdehnen, ausgebildet sind. Die Spalte hingegen definieren führende Kanten auf den Schneideelementen, die senkrecht zur Maschinenrichtung angeordnet sind, senkrecht zur Bewegungsrichtung des Papiermaschinenformsiebs. Eine solche Anordnung arbeitet gut. Der Formstoffstrom wird gegen einen Papiermaschinenformsieb über der führenden Kante des Formerschuhs/Foils projektiert, so dass ein Teil des Formstoffstroms durch den Papiermaschinenformsieb und unter den Schuh/Foil läuft. Jedes Foil, Schneideelement oder Formerschuh ist entweder am Boden offen für atmosphärischen Druck oder sie sind mit einer Quelle unter-atmosphärischen Drucks verbunden, um den Entwässerungsprozess zu verstärken, indem das Wasser in die Spalte zwischen den benachbarten Foils oder Schneideelementen, die die vorderen oder oberen Oberflächen des Foils oder Formerschuhs definieren, gezwungen wird.
Während jedoch die Geschwindigkeiten von Papiererzeugungsmaschinen zunehmen, um das Papierprodukt wirtschaftlicher herzustellen, treten neue Phänomene, die mit der Lauffähigkeit der Papiererzeugungsvorrichtung als auch mit dem Erscheinungsbild und der internen Struktur des erzeugten Papierprodukts zusammenhängen. Die meisten dieser Änderungen sind nicht wünschenswert.
Diese Phänomene können verschiedene Formen annehmen, wie nicht wünschenswerte Verteilung von Feinstoffanteilen und Füllern in der Oberfläche oder im Inneren des Papierprodukts, und die erste Durchlauf-Zurückbehaltung oder Zurückbehaltung des Feinstoff-Materials nimmt ab. Diese Variationen und Fehler sind schädlich für das Papierprodukt und wirken sich auf seine Verkaufbarkeit aus.
Im druckschriftlich belegten Stand der Technik zeigt:

die US 5 582 688 A eine geschlitzte perforierte Platte als Oberfläche eines Formerschuhs;
die DE 14 61 162 C3 einen gekrümmten Formerschuh, in dem sich in Laufrichtung erstreckende Leisten auf einer durchbrochenen Halteplatte angeordnet sind, wobei das Sieb lediglich mit den Leisten in Berührung kommt; und
die DE 39 27 597 A1 einen Formerschuh, der von Leisten gebildet ist, die sich in Maschinenquerrichtung erstrecken.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die oben genannten Fehler, Mängel und Faktoren, die die Produktion und die Qualität des Papierprodukts beeinflussen, hervorgerufen durch einen Formerschuh oder Foil-Bereich im Formerbereich der Papiererzeugungsmaschine werden durch diese Erfindung umgangen oder entschärft.
Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn sowie ein Verfahren dafür vorzuschlagen, das einen einfach herzustellenden Formerschuh verwendet, der eine gute Produktqualität liefert.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
In dieser Erfindung wird ein Formerschuh verwendet, der eine poröse Oberfläche aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die poröse Oberfläche eine Vielzahl an kleinen Öffnungen, wie Löcher.
Des Weiteren ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Krümmungsradius des porösen Formerschuhs ein zusammengesetzter Radius, wie zum Beispiel auf einem Formerschuh mit einer vorderen Oberfläche, die sich etwa 18 Inch in Maschinenrichtung ausweitet, ein Radius von bis zu etwa 60 Inch, vorzugsweise von etwa 30–40 Inch für die ersten vier Inch an Länge in der Maschinenrichtung und ein Radius von etwa 100–200 Inch für die folgenden zehn bis zwölf Inch abwärts in Maschinenrichtung und ein Radius von etwa 10 Inch für die hinteren zwei bis vier Inch der Länge der vorderen Oberfläche. Jedoch wird es in Erwägung gezogen und beabsichtigt, im Geltungsbereich der Erfindung zu sein, dass der zusammengesetzte Radius zwei Radien und zwei separate Schneiden im Schuh umfassen kann, wobei sich jede Schneide etwa sieben Inch in Maschinenrichtung ausdehnt. Es gibt dann einen engen Spalt zwischen den Schneiden so wie zum Beispiel von etwa einem Inch oder weniger. Die Radien sind dann zum Beispiel 40 Inch für die ersten vier Inch der vorderen Oberfläche und etwa 100–200 Inch für den Rest der vorderen Oberfläche („face surface”) in einem Formerschuh mit einer Gesamtlänge von etwa 15 Inch.
Es wird auch beabsichtigt, dass sich der Krümmungsradius kontinuierlich verändert, in der Art einer französische Krümmung („french curve”), vom führenden Teil oder Nasenteil des Formerschuhs, durch den mittleren oder porösen Teil des Formerschuhs und durch den hinteren Teil des Formerschuhs, der porös oder nicht-porös sein kann. Dies ist eine sich kontinuierlich ändernde zusammengesetzte Krümmung. Der augenblickliche Krümmungsradius an jedem gegebenen Ort ist derart, dass die Rate der Wasserentfernung am Auftreffort des Formstoffstroms und über den porösen Teil konstant oder beinahe konstant ist, so wie gewünscht.
Im Falle einer porösen vorderen Oberfläche aufgrund einer Vielzahl an Öffnungen, wie kleine Löcher, stellt die Kleinheit der individuellen Öffnungen relativ zur Fläche der vorderen Oberfläche, die keine kleinen Öffnungen enthält, den gleichen Nutzen bereit. Wie in 11 gezeigt sind die Schlitze gewinkelt, um Rückfluss, Rückbefeuchtung der Bahn und ein Abschälen (”stripping”) des Feinstoff-Materials zu verhindern.
Unbeachtet der betrachteten Konfiguration der porösen Oberfläche umfasst die Erfindung des Weiteren das Konzept des Auftreffens des Formstoffstroms auf die gekrümmte vordere Oberfläche des Formerschuhs über der porösen Oberfläche und nicht über der führenden Kante des Formerschuhs, wie es im Stand der Technik stattfindet.
Des Weiteren wird das starke Pulsen im Formstoff oben auf dem Papiermaschinenformsieb in Anordnungen nach dem Stand der Technik, bedingt durch die starke Änderung der Schlitze und folgenden Anschlussflächenbereichen in Foils oder Formerschuhen in dieser Erfindung entschärft, da eine kleine Fläche an Formstoff, das bedeutet eine kleine Fläche eines wässrigen Breis aus zermahlenen Holzfasern, auf dem Papiermaschinenformsieb der Vielzahl an Löchern, die die poröse Oberfläche ausbilden, für eine längere Zeit ausgesetzt, da die poröse Oberfläche die Auftreffkraft des Formstoffstroms durch Passieren eines Teils des Wassers in die poröse Oberfläche und dadurch Verkleinerung der Ausbildung eines jeden Pulses absorbieren kann. Diese Pulsabsorption nimmt die Form an, dass der auftreffende Formstoff sich über dem Papiermaschinenformsieb über Öffnungen in der porösen Oberfläche befindet.
Dieses Verfahren funktioniert auch zum Ausgleichen von Variationen in Papierbahn-Basisgewicht senkrecht zur Maschinenrichtung und es entschärft Pulse im Formstoff, der über die vordere Oberfläche des Formerschuhs läuft. Es hilft bei der Steigerung der Geschwindigkeiten der Papiererzeugungsmaschinen, während die Ausbildung der Papierbahn beibehalten oder gar verbessert wird.
Demzufolge ist es Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Entwässerung des Formstoffs im Formerbereich einer Papiererzeugungsmaschine zur Ausbildung einer entstehenden Papierbahn in einer frühen Phase der Papierausbildung, wenn der Auflaufkasten einen Formstoffstrom auf das Papiermaschinenformsieb über dem porösen Formerschuh entlädt, zur Verfügung zu stellen.
Eine andere Eigenschaft der Erfindung besteht darin, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn unter Verwendung eines Formerschuhs, der eine poröse Oberfläche aufweist, zur Verfügung gestellt wird.
Eine andere Eigenschaft der Erfindung besteht darin, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Formerschuhs, der eine Oberfläche, die eine Vielzahl an kleinen Öffnungen enthält, aufweist, zur Verfügung gestellt wird.
Eine noch andere Eigenschaft der Erfindung besteht darin, dass ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn unter Verwendung eines Formerschuhs, der eine poröse Oberfläche aufweist, die substanziell konstanten Wasserentzug in der Abwärtsrichtung bereitstellt, zur Verfügung gestellt wird.
Diese und andere Objekte, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann nach Lesen der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erkennbar werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt eine Seitenansicht eines gerillten Formerschuhs gemäß einem nicht beanspruchten Erläuterungsbeispiel; jede Rille läuft von einem Anfang in der Nase des Formerschuhs zum Ende des Formerschuhs.
1A zeigt eine Seitenansicht des Endes des Formerschuhs entlang Linien A-A in 1, in der die Rillen in größerem Detail gezeigt werden.
2 zeigt eine Draufsicht des Formerschuhs, der in 1 gezeigt wird, und zeigt die Vielzahl an Schlitzen, die sich parallel zueinander von ihrem Anfang die Nase abwärts in die vordere Oberfläche des Formerschuhs ausweiten.
3 zeigt eine Seitenansicht eines Formerschuhs gemäß einem nicht beanspruchten Erläuterungsbeispiel; in Verbindung mit einer Auflaufkastendüse zur Projektion eines Formstoffstroms zwischen zwei miteinander laufenden Papiermaschinenformsieben, die sich über dem Formerschuh annähern.
4 zeigt eine andere Seitenansicht eines Formerschuhs und eines Auflaufkastens mit einer Düse zur Projektion eines Formstoffstroms über den Formerschuh, ähnlich wie in 3 gezeigt, aber in einer substanziell vertikalen Richtung.
5 zeigt eine Seitenansicht eines Paars gerillter Formerschuhe gemäß einem nicht beanspruchten Erläuterungsbeispiel; wobei der führende Formerschuh einen kleineren Krümmungsradius seiner vorderen Oberfläche als der hintere Formerschuh aufweist.
6 zeigt eine Grafik des Rillenwinkels relativ zur Maschinenrichtung gemessen gegen prozentuale Filtratkonsistenz.
7 zeigt eine Grafik der Rillenbreite gemessen gegen prozentuale Filtratkonsistenz.
8 zeigt eine Grafik der Endtiefe der Rille gemessen gegen des Entwässern am Sieb.
9 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Formerschuhs mit einer gekrümmten vorderen Oberfläche mit einem einzelnen Krümmungsradius, wobei die Oberfläche eine Vielzahl an Löchern, die sich durch den Formerschuh ausweiten, aufweist.
9A zeigt eine Seitenansicht eines Formerschuhs mit einer gekrümmten vorderen Oberfläche mit einer entlang seiner Länge sich konstant ändernden Krümmung von kleineren zu größeren Radien.
9B zeigt eine Seitenansicht Formerschuhs mit einer gekrümmten vorderen Oberfläche mit einer entlang seiner Länge sich konstant ändernden Krümmung.
10 zeigt eine Seitenansicht einer Formerschuh-Anordnung, die drei Formerschuhe in Tandem-Anordnung umfasst.
11A, B, C zeigen Seitenansichten einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formerschuhs, wobei die poröse Oberfläche eine Vielzahl an Löchern umfasst.
12 zeigt eine Draufsicht eines Formerschuhs, wie in 11A–C gezeigt, und zeigt die Löcher in der vorderen Oberfläche.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN SOWIE NICHT BEANSPRUCHTER ERLÄUTERUNGSBEISPIELE ZUR ERLÄUTERUNG DER WIRKUNGSWEISE DER ERFINDUNG
Mit Bezugnahme auf 1 und 2 weist ein Formerschuh gemäß Erläuterungsbeispiel, allgemein durch das Bezugszeichen 10 ausgewiesen, einen Körper 24, der einen T-förmigen Schlitz 12 zur gleitenden Berührung einer Konsole („mounting bracket”) im Formerbereich einer Papiererzeugungsmaschine umfasst, auf. Die Oberseite des Formerschuhs weist eine vordere Oberfläche 14 auf, die eine Vielzahl an Anschlussflächen 16 umfasst, die eine Vielzahl an parallelen Rillen 18 definieren, wobei Anschlussflächen und Rillen sich Seite an Seite in substanziell paralleler Anordnung über die effektive Breite des Formerschuhs in die Richtung des Pfeils 20 ausweiten.
Die Rillen weiten sich in der Vorderseite des Formerschuhs über die vordere Oberfläche 14 substanziell, aber nicht exakt, in die Richtung des Pfeils 22 aus. Da Pfeil 22 die Bewegungsrichtung des Papiermaschinenformsiebs repräsentiert, weiten sich die Rillen nicht parallel zu Pfeil 22 aus, sondern mit einem kleinen Winkel zum Pfeil. Jede der Rillen ist substanziell identisch zu den anderen Rillen, so dass separate Rillen nicht individuell ausgewiesen werden.
In der Ausdrucksweise der Papiererzeugungsindustrie ist die Maschinenrichtung die Richtung des Formerbereichs, wo der wässrige Brei aus zermahlenen Holzfasern (allgemein Formstoff genannt) seine Ausbildung zu einer Papierbahn beginnt, zur Bandspule, wo die trockene Papierbahn zur weiteren Prozessierung um eine Spule gewickelt wird, wie bei Aufwickeln zu einer gleichmäßige Rolle, um in einem Druckverfahren verwendet zu werden. Somit bewegt sich das Papiermaschinenformsieb oder die Papiermaschinenformsiebe, auf dem der Formstoff deponiert wird, um den Papierbahn-Ausbildungsprozess zu beginnen, in der Maschinenrichtung, wie durch Pfeil 22 angezeigt.
Gemäß dieser Definition bedeutet aufwärts die Richtung zum Auflaufkasten (nasses Ende) und abwärts liegt in der Richtung der Bewegung des Papiermaschinenformsiebs zur Bandspule (trockenes Ende).
Die Richtung senkrecht zur Maschinenrichtung ist demnach die Richtung entlang der Breite der Papiererzeugungsmaschine, die sich senkrecht oder im rechten Winkel zur Maschinenrichtung erstreckt.
Der Formerschuh weist einen Körper 24 auf, der sich longitudinal zu sich miterstreckenden führenden und hinteren Kanten 26, respektive 27, die senkrecht zur Maschinenrichtung angeordnet sind, wie in 2 gezeigt, wenn sich der Formerschuh in Betriebsposition befindet, erstreckt.
Die vordere Oberfläche des Formerschuhkörpers weist eine Nase 28 auf, die gekrümmt ist. Wenn sich der Formerschuh in Betriebsposition befindet, ist der Nasenteil der vorderen Oberfläche bereit, sich abwärts in Aufwärtsrichtung zu krümmen relativ zum Rest der vorderen Oberfläche. Die Oberfläche der Nase, die sich der führenden Kante 26 am nächsten befindet, ist glatt, stetig, ohne Rillen und für die Wasserpassage dadurch undurchdringbar.
Der Nasenteil 28 der vorderen Oberfläche 14 weist vorzugsweise einen kleineren Radius 15 auf als der Radius 17 des abwärts gelegenen Teils der vorderen Oberfläche. Zum Beispiel wird die Oberfläche des Formerschuhs durch eine Krümmung mit zusammengesetztem Radius geformt. Auf einem Schuh mit einer vorderen Oberfläche, die sich 18 Inch weit in Maschinenrichtung ausdehnt, können die ersten vier Inch der Nase zum Beispiel einen Radius von etwa 30–40 Inch (76,2–101,6 cm) aufweisen, die folgenden zwölf Inch der vorderen Oberfläche einen Radius von etwa 100 Inch (254 cm) und die hinteren etwa zwei Inch des Schuhs können zum Beispiel einen Radius im Bereich von etwa 150–200 Inch (381–508 cm) aufweisen.
Falls die Rate der Wasserentfernung aus der Bahn in einem porösen hinteren Teil gesteigert werden muss, wird der Krümmungsradius relativ zum Krümmungsradius des mittleren Teil wieder kleiner. Falls die Nase 28 eine simple, stetige Krümmung aufweist, kann der Rest der Vorderseite abwärts des Nasenteils eine Krümmung mit viel größerem Radius, der zum Beispiel 200 Inch (508 cm) erreichen kann, umfassen.
Genauso kann die Krümmung des porösen Teils der vorderen Oberfläche zwei oder mehr Radien umfassen, angefangen mit dem Nasenteil 28. Die Radien liegen zum Beispiel anfänglich bei etwa 30–40 Inch (76,2–101,6 cm), steigen dann auf etwa 100 Inch (254 cm) an und enden bei etwa 200 Inch (508 cm) (9A).
Falls für die Nase und die vordere Oberfläche des Schuhs (9) ein einfacher, stetiger Radius verwendet wird, kann dieser Radius zum Beispiel bei etwa 100–200 Inch liegen. Es ist vorgesehen, dass sich der Krümmungsradius entlang der vorderen Oberfläche des Formerschuhs kontinuierlich ändern kann, um die Entfernung von Wasser zu verstärken.
Die Gesamtbreite der Vorderseite 29 des Schuhs (d. h. die Distanz in Maschinenrichtung wenn sich der Schuh in Betriebsposition befindet) beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform 15–18 Inch. Dies stellt genügend Platz für Konfigurationen bereit, die zwei oder mehr Radien über der vorderen Oberfläche, sich ausdehnend vom Nasenteil 28 zum hinteren Teil 31, verwenden. Die vordere Oberfläche ist entlang ihrer Breite in einen nicht-porösen Nasenteil 28, einen mittleren porösen Teil 19 und einen hinteren Teil 31 aufgeteilt.
In der Ausführungsform, in der zwei Formerschuhe in Tandem-Anordnung verwendet werden, wie in 4 und 5 gezeigt, kann der Formerschuh ein Paar Schuhe oder Scheiden aufweisen, wobei jede Schneide eine Breite der vorderen Oberfläche von zwischen etwa 5–8 Inch aufweist, mit einer Breite von zum Beispiel etwa 0,5–4 Inch zwischen Schuh- oder Schneidesegmenten. In solch einer Ausführungsform weist der erste (führende) Schuh/Schneide einen einzelnen Krümmungsradius im Bereich von etwa 30–60 Inch auf. Dieser Radius kann ein zusammengesetzter Radius sein. Der zweite (hintere) Schuh/Schneide weist einen einzelnen Krümmungsradius im Bereich von etwa 100–200 Inch auf.
In dieser Beschreibung wird der Terminus „porös” verwendet, um die mittleren und hinteren Teile der vorderen Oberfläche des Formerschuhs zu beschreiben, die gerillt sind oder erfindungsgemäß Löcher aufweisen, um Wasser vom Formstoff durch das benachbarte Papiermaschinenformsieb aufzunehmen. Solche Öffnungen können in Form von Löchern, Schlitzen, bienenwabenförmigen Strukturen oder dergleichen ausgebildet sein. Abhängig davon, ob die poröse Eigenschaft durch Rillen oder eine Öffnung bereitgestellt wird, wird das Wasser entweder mittels des offenen Endes (Rille) oder durch den Formerschuh (Öffnungen) hinausgeleitet.
Wie in 1 und 2 gezeigt, weist jede der Rillen eine vordere Überschneidung 30 auf, die sanft den Übergang zwischen der substanziell geraden unteren Oberfläche 32 der Rille und der Stelle, an der sich die untere Oberfläche 32 mit der abwärts gekrümmten, nicht-porösen Nasenoberfläche überschneidet. Demzufolge ist ein Teil der Rille, der sich in den abwärts gekrümmten Nasenteil der oberen, vorderen Oberfläche in Richtung der führenden Kante 26 weniger tief als der abwärts gelegene Teil der Rille. Wenn jedoch am Anfang einer Rille ein höheres Vakuum gewünscht wird, ist vorgesehen, dass der Anfang der Rille schlagartig beginnt. Dies ermöglicht es dem gesamten Schuh, innerhalb seiner Aufhängung rotiert zu werden, um die Entwässerungsrate zu kontrollieren, indem die Wassermenge, die in die Rillen bei einem bestimmten Ort auf dem Schuh einfließen kann, kontrolliert wird. Eine solche graduelle Abhängigkeit der Rille in der Richtung abwärts nimmt auch zusätzliches Wasser auf, das in die Rillen einfließt ohne die Rillen zu überfluten.
In einer gekrümmten vorderen Oberfläche ist es vorgesehen, dass die maximale Tiefe der Rillen im Zentrum oder in der Mitte des Formerschuhs in Maschinenrichtung liegen kann.
Die vordere Oberfläche für die Arbeitsbreite des Formerschuhs, die sich senkrecht zur Maschinenrichtung ausdehnt, wenn sich der Formerschuh in Betriebsposition befindet, dehnt sich lateral senkrecht zur Maschinenrichtung aus entlang der longitudinalen Länge des Schuhs unterhalb des Papiermaschinenformsiebs. Jede Rille wird durch eine untere Oberfläche 32 und zwei parallele Seitenoberflächen 34, 36 definiert (1A), die in oberen Kanten 37, 39 enden, wobei sich alle dies substanziell in Maschinenrichtung ausdehnen, aber mit einem kleinem Winkel zur Maschinenrichtung, zum Beispiel zwischen etwa 2°–20° in einer bevorzugten Ausführungsform, wie durch Winkel β in 2 gezeigt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die untere Oberfläche 32 gerade (während sie in Tiefe zunimmt), aber es ist vorgesehen, dass sie gekrümmt sein kann. Wie in 2 gezeigt dehnt sich die Arbeitsbreite des Formerschuhs substanziell über die Oberfläche des Formerschuhs zur rechten Seite des Pfeils 38 zu einem ähnlichen Punkt auf der rechten Seite des Formerschuhs, der nicht gezeigt ist, aus.
Mit weiterer Bezugnahme auf 1 und 2 ist der Formerschuh, in Betriebsposition, in der Papiererzeugungsmaschine angebracht, so dass seine führenden und hinteren Kanten 26, 27 sich senkrecht zur Maschinenrichtung entlang der Länge des Formerschuhs ausweiten. Daher ist der Formerschuh so angebracht, dass seine longitudinale Länge sich in die Richtung der Breite der Papiererzeugungsmaschine senkrecht zur Maschinenrichtung ausdehnt.
Die Vielzahl an Rillen dehnt sich daher nach der selben Konvention substanziell entlang der Breite des Formerschuhs aus und diese Formerschuhbreite dehnt sich wiederum in Maschinenrichtung der Papiererzeugungsmaschine aus.
Mit Bezugnahme auf 3 wird eine zwei-Papiermaschinenformsieb-Anordnung gezeigt, die den Formerschuh verwendet. In dieser Anordnung werden obere und untere Papiermaschinenformsiebe 40, 42 geführt, um in miteinander-laufender Konvergenz über den Formerschuh 10 zu laufen. Das obere Papiermaschinenformsieb 40 wird über die gesamte vordere Oberfläche des Formerschuhs geführt, einschließlich der Nase 28. Das obere Papiermaschinenformsieb konvergiert mit dem unteren Papiermaschinenformsieb weiter abwärts über dem porösen Teil der vorderen Oberfläche.
Eine Düse 44 von einem Auflaufkasten (nicht gezeigt) projektiert einen Formstoffstrom 46 in den konvergierenden Bereich 48 zwischen den Papiermaschinenformsieben über dem porösen oder nicht-porösen Teil der vorderen Oberfläche des Formerschuhs. Einige Auflaufkästen verwenden eine Öffnung 52, genannt Schlitz (4), die analog zu einer Düse ist, so wie Düse 44, um einen Formstoffstrom zu projektieren. Diese Konvergenz zwingt und unterstützt das Entwässern des Formstoffs in die Rillen 18 auf sanfte Weise über der relativ großen Breite des Formerschuhs. Der Auftreffort 49 des Formstoffstroms auf das untere Papiermaschinenformsieb 42, oder zwischen den Papiermaschinenformsieben 40, 42, liegt vorzugsweise über dem porösen Teil (d. h. gerillt wie in 3 gezeigt) der vorderen Oberfläche des Formerschuhs. Es ist jedoch vorgesehen, dass der Auftreffort des Formstoffstroms über dem nicht-porösen Nasenteil liegen kann. Die Entwässerungsrate durch das untere Papiermaschinenformsieb wird durch die offene, poröse vordere Oberfläche und Querschnittsfläche der individuellen Rillen als auch durch die Tatsache, dass keine Entwässerung durch den Formerschuh auftritt, entweder in Form eines Durchgangs zu Atmosphärendruck unter dem Formerschuh oder durch Auftreten unter-atmosphärischen Drucks (d. h. Vakuum) bei einem solchen Durchgang durch den Schuh, kontrolliert.
Stattdessen wird das Wasser an der führenden Kante 27 des Formerschuhs mittels den offenen Enden 50 der Rillen entfernt, wie in 2 gezeigt.
Abhängig von der Einstellung des Formerschuhs relativ zur Ebene des sich bewegenden Papiermaschinenformsieb(en), können die divergierenden Rillen ein Vakuum erzeugen, falls sie auch nur eine kleine Menge an Wasser enthalten, wenn das Wasser evakuiert wird. Die Größe des Vakuums hängt von Faktoren ab wie Maschinengeschwindigkeit, Rillentiefe und Rillenwinkel. Des Weiteren ist das Vakuum eine Funktion der Entwässerungsrate. Dementsprechend nimmt die Tiefe der Rillen in Abwärtsrichtung zu, um zusätzliches Wasser aufzunehmen während ausreichend offenes Volumen bereit gestellt wird, um ein leichtes Vakuum in jeder Rille zu erzeugen.
4 zeigt eine zwei-Papiermaschinenformsieb-Anordnung ähnlich der in 3 gezeigten, die aber zwei Papiermaschinenformsiebe in Tandemanordnung verwendet. 4 zeigt auch die Auflaufkastenschlitzöffnung 52 und Siebleitwalzen („wire turning rolls”) 54, 56, um die oberen und unteren Papiermaschinenformsiebe über dem porösen Teil des führenden Formerschuhs in Konvergenz zu bringen. In diesem Fall wird die poröse Eigenschaft durch Rillen in der vorderen Oberfläche jedes Schuhs bereitgestellt. Abwärts des Formerschuhs befindet sich ein gekrümmter Entwässerungsbereich 58, der eine Vielzahl an Folien 60 umfasst, die derart angeordnet sind, dass sie einen gekrümmten Bewegungspfad der Papiermaschinenformsiebe mit großem Radius definieren, wobei die auszubildende Papierbahn dazwischen zusammengepresst wird, um die Papierbahn in einer sanften Art weiter zu entwässern.
Zuletzt kann in 4 auch der zweite Formerschuh 10a, der abwärts des anfänglichen Formerschuhs 10 angebracht ist, mit anderen Öffnungen als Rillen ausgestattet werden, wie oben gezeigt und beschrieben. Es ist vorgesehen, dass zwei oder mehr Formerschuhe in einer Schuh-Segment-Anordnung verwendet werden können, um einen Formerbereich auszubilden, der einen zusammengesetzten Radius, der mehr als zwei Radien umfasst, beinhaltet, um bestimmte wünschenswerte Wasserentzugsbedingungen, die mit dem gewünschten Grad an Papiervliessausbildung bei einer ausgewählten Maschinen-Richtungsposition konsistent sind, zur Verfügung zu stellen oder zu fordern. Eine derartige Konfiguration wird in 5 gezeigt, wobei R₅₁ etwa 30–40 Inch und R₅₂ etwa 150–200 Inch betragen kann.
Während in 3 und 4 zwei-Papiermaschinenformsieb-Anordnungen gezeigt wurden, ist es vorgesehen, dass die Erfindung auf Einzel-Papiermaschinenformsieb-Anordnungen im wesentlichen in der selben Art wie in Zusammenhang mit den zwei-Papiermaschinenformsieb-Anordnungen beschrieben angewendet werden kann. Die Einzel-Papiermaschinenformsieb-Anordnung ist horizontaler angeordnet, um den Formstoff auf dem Papiermaschinenformsieb während des Entwässerungsprozesses aufrechtzuerhalten. In einer auf einzel-Sieb-Anordnung nimmt die poröse Oberfläche in einer Rillen-Schuh-Ausführungsform die Form von Rillen, die in einer substanziell ebenen Oberfläche ausgebildet sind, an. In einer derartigen Anordnung liegt der Auftreffort des Formstoffstroms auf oder vor der Spitze.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 gelangt in Betrieb Wasser, das durch das untere Papiermaschinenformsieb gedrückt wird, in die Rillen, während das Papiermaschinenformsieb(e), auf oder zwischen denen der Formstoff projektiert wird, sich über den Anfang einer Rille bei der Überschneidung 30 zwischen der unteren Oberfläche einer Rille und der Oberfläche der Nase hinausbewegt. Zu Anfang bewegt sich mindestens das Papiermaschinenformsieb 42 vorübergehend über die nicht-punktierte oder glatte führende Oberfläche der Nase, das Wasser läuft aus dem Formstoff in die Spalten des Papiermaschinenformsiebs ab. Während sich das Papiermaschinenformsieb über die glatte Überschneidung 30 der unteren Oberfläche einer Rille hinwegbewegt, beginnt das Wasser sehr sanft damit, aus dem Papiermaschinenformsieb in den vorderen, relativ flachen Teil der Rille zu laufen, während das Papiermaschinenformsieb über die Vorderseite des Formerschuhs geführt wird.
Es steigt die Tiefe der Rillen 18 allmählich (sanft) abwärts der Nase 28 an, um mehr Wasser aufzunehmen, wobei durch die untere Oberfläche des Papiermaschinenformsiebs 42 auf den Formerschuh sanft entwässert wird, während sich das Papiermaschinenformsieb abwärts bewegt. Das Wasser wird aus dem offenen Ende 50 des hinteren Endes 31 jeder Rille entladen.
Da sich die Rillen mit einem kleinen Winkel zur Bewegungsrichtung des Siebs ausdehnen, der von etwa 2° bis etwa 20° reicht, insbesondere 6°, unterbrechen die oberen Kanten 37, 39 der Rillen die innere Oberfläche des schleifenförmigen Papiermaschinenformsiebs unter dem selben kleinen Winkel, so dass Wasser aus der unteren, inneren Oberfläche des schleifenförmigen Papiermaschinenformsiebs in die Rille gedrängt wird, um es zu entfernen.
Des Weiteren beträgt die Rillentiefe (genauer die Rillentiefe am Ende) etwa 0,05–0,75 Inch, insbesondere 0,20 Inch, die Rillenbreite etwa 0,0625–0,75 Inch, insbesondere 0,25 Inch, aber es ist vorgesehen, dass kleine Abweichungen von diesen Parametern vorgenommen werden können.
Es ist der Anfang jeder Rille, bezeichnet als Überschneidung 30, in Verbindung mit dem niedrigen Winkel und der Länge der Rille entlang der Breite des Formerschuhs derart ausgebildet, dass ein bestimmter Ort auf der unteren Oberfläche des Papiermaschinenformsiebs, der sich über eine Überschneidung 30 (d. h. Anfang) einer Rille in der Nasenoberfläche bewegt, sich auch über einen hinteren Ort 31 (2) einer benachbarten Rille bewegen wird. Jedoch ist vorgesehen, dass, abhängig von den Betriebsparametern, wie Maschinengeschwindigkeit, Rillenbreite und Rillentiefe, ein derartiger bestimmter Ort auf der inneren Seite des schleifenförmigen Papiermaschinenformsiebs sich über den hinteren Teil einer nicht-benachbarten Rille, wie eine Rille, die sich seitlich einer benachbarten Rille befindet, bewegen kann. In einem solchen Fall bewegt sich der sich bewegende Punkt über zwei oder mehr Rillen während seiner Bewegung über den porösen Teil der vorderen Oberfläche des Formerschuhs.
Der Auftreffort 49 des Formstoffstroms vom Auflaufkasten liegt jenseits der Überschneidung 30 des Anfangs der Rillen in der Nasenoberfläche. Die Rillenanordnung im Nasenteil und in der gesamten vorderen Oberfläche des Formerschuhs verbessert die Interaktion des Auftreffens des Formstoffs auf den Formerschuh mit dem Prozess der Entfernung das Wassers, um Ausbildung der Papierbahn in der frühesten Stufe der Ausbildung zu verbessern.
Unter Bezugnahme auf 6 wird eine Graphik gezeigt, bei der der Rillenwinkel relativ zur Maschinenrichtung in Grad gegen die prozentuale Filtratkonsistenz, gemessen von der Oberseite des erzeugten Papierbogens zur Unterseite, aufgetragen ist. In Bezug darauf gilt, je kleiner der prozentuale Konsistenzunterschied ist, desto besser ist die Qualität des erzeugten Papierbogens durch den gesamten Papierbogen hindurch. Wie in 6 gezeigt, tendiert der Papierbogen dazu, bei einem Rillenwinkel unterhalb etwa 2°, durchwachsener zu werden, als es qualitativ annehmbar ist. Zwischen etwa 2° und etwa 20° ist die prozentuale Filtratkonsistenz annehmbar für einen qualitativ hochwertigen Papierbogen. Bei einem Winkel von etwa 6° wird die optimale prozentuale Filtratkonsistenz durch den gesamten erzeugten Papierbogen hindurch erreicht.
Unter Bezugnahme auf 7 wird die Rillenbreite gegen den prozentualen Filtratkonsistenzunterschied von der Oberseite des erzeugten Papierbogens zu seiner Unterseite aufgetragen (linke Ordinate), und gegen die Ausbildung des erzeugten Papierbogens, gemessen nach dem Kajaani Ausbildungsverfahren. Wie gezeigt wird die optimale Kombination von Filtratunterschied und Ausbildung des erzeugten Bahnbogens bei einer Rillenbreite von etwa 0,125 Inch bis etwa 0,375 Inch erreicht.
Unter Bezugnahme auf 8 wird die Rillentiefe gegen den Wasserentzug in die Rillen unter den Papiermaschinenformsieben aufgetragen. Je höher die Menge des Wasserentzugs in die Rillen ist, desto besser. Wie diese Graphik zeigt, beträgt die optimale Rillentiefe zwischen etwa 0,125 Inch und etwa 0,50 Inch.
9, 9A, 10, 11A–C und 12 beziehen sich auf eine Ausführungsform der Erfindung, worin der poröse Teil der vorderen Oberfläche des Formerschuhs eine Vielzahl an Öffnungen, wie gebohrte Löcher, kleine Schlitze, bienenwabenförmige Perforationen und dergleichen aufweist, um es Wasser, das durch das benachbarte Papiermaschinenformsieb gepresst wird, zu ermöglichen, durch den Formerschuh in kontrollierter Weise zu laufen, um es aus der Papiererzeugungsvorrichtung zu entfernen.
Unter Bezugnahme auf 9 und 9A zeigt 9 einen Formerschuh mit einer vorderen Oberfläche 14, die einen porösen Teil 19, der sich abwärts von dem Nasenteil 28 zum Ende des hinteren Teils 21 ausweitet, aufweist. Der hintere Teil kann wie gewünscht, unter Bezugnahme auf 2 und 9A, porös oder nicht-porös sein. In 9 ist der Krümmungsradius des Nasenteils 28 R₉₁; der Krümmungsradius des mittleren porösen Teils 19 ist R₉₂; der Krümmungsradius des hinteren Teils 21 ist R₉₃; alle Radien sind gleich.
In 9A sind die Krümmungsradien des Nasenteils 28, des mittleren (porösen) Teils 19 und des hinteren (nicht-porösen) Teils verschieden und variieren kontinuierlich entlang ihrer gekrümmten Oberflächen. Dies entspricht einer Französischen Krümmung bis dahingehend, dass R_9A1, R_9A2 und R_9A3 von klein nach groß variieren. Das Konzept hierbei ist, dass die Wasserentzugsrate als Funktion anderer Parameter, wie Maschinengeschwindigkeit, Formstoffkonsistenz und die Art des gewünschten Papierprodukts, kontrolliert werden kann.
In 9B ändert sich der Radius der vorderen Oberfläche des Formerschuhs stetig von einem kleinen Radius R (30 Inch–40 Inch) zu einem größeren Radius R (100 Inch–200 Inch) und dann zurück zu einem kleinen, abnehmenden R (10 Inch). Dies wird durch die Vielzahl an Radien, die von R_9B1 bis R_9B2 gehen, gezeigt.
10 zeigt eine Formerschuh-Vorrichtung, worin die Schuh-Entwässerungsfunktion durch drei separate Formerschuhe 10A, 10B und 10C, die in Tandem-Anordnung angebracht sind, bereitgestellt wird. Wie in allen der Ausführungsformen wird das Papiermaschinenformsieb, oder die Siebe 40, 42, mit dem porösen Teil 19 der vorderen Oberfläche 14 auf dem führenden Formerschuh in Kontakt gebracht, so dass das Wasser sofort durch die poröse vordere Oberfläche gezogen wird, während der Formstoffstrom 46 von der Auflaufkasten-Düse 46 oder dem Auflaufkasten-Schlitz 52 projektiert wird.
Der Krümmungsradius der vorderen Oberfläche 14 des führenden Formerschuhs 10A ist R₁₀₁. Der Krümmungsradius der vorderen Oberfläche des zweiten Formerschuhs 10B, in Maschinenrichtung durch Pfeil 22 angezeigt, ist R₁₀₂. Entsprechend ist der Krümmungsradius des dritten Formerschuhs R₁₀₃. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Radius R₁₀₁ zwischen etwa 30–60 Inch. Radius R₁₀₂ ist etwa 150–200 Inch. Radius R₁₀₃ ist an seinem Ende etwa 10 Inch oder weniger. Radius R kann sich kontinuierlich in sanfter Weise ändern entsprechend einer Französischen Krümmung. In 11A, B und C können die Öffnungen 62, die den porösen Teil der vorderen Oberfläche des Formerschuhs ausbilden, unter verschiedenen Winkeln α₁, α₂ und α₃ angeordnet sein, so dass sie zum Beispiel vorwärtsgerichtet gegen die Bewegungsrichtung gewinkelt sind, um die Art, mit der sie dadurch Wasser zum Wasserentzug aus der Formervorrichtung aufnehmen, zu ändern. So repräsentiert α₁ Löcher, deren zentrale Achse _64 senkrecht zu einer Tangentialebene angeordnet ist, wo die zentrale Achse den Formerschuh betritt. Entsprechend kann Winkel α₂ etwa 22,5° zwischen einer zentralen Achse und einer Linie senkrecht zur einer Tangentialebene am Ort des Lochs auf der vorderen Oberfläche betragen, und Winkel α₃ kann beispielsweise 45° zwischen einer zentralen Achsenlinie und einer Linie senkrecht zu einer Tangentialebene, wo ein Loch die vordere Oberfläche betritt, betragen.
12 zeigt im Grundriss die Gleichmäßigkeit einer Ausführungsform, worin die poröse Eigenschaft (d. h. Öffnung 62) durch Löcher, wie gebohrte Löcher im mittleren Teil und möglicher Weise auch im hinteren Teil des Formerschuhs, bereitgestellt wird. Die Zwischenräume im punktierten Bereich der vorderen Oberfläche des Formerschuhs ermöglichen es, dass Wasser durch den Schuh in relativ sanfter Weise läuft, bedingt durch die geringe Größe der Zwischenräume (d. h. gebohrte Löcher weisen zum Beispiel einen Durchmesser von etwa 0,30 Inch auf). Dies ermöglicht die Kontrolle der Wasserentzugsrate.
In den Ausführungsformen, worin die poröse Eigenschaft durch Öffnungen, wie Löcher, und unter spezieller Bezugnahme auf die drei-Formerschuh-Vorrichtung, die in 10 gezeigt wird, bereitgestellt wird, sind die Krümmungsradien R₁₀₁, R₁₀₂, R₁₀₃ der vorderen Oberfläche in einer bevorzugten Ausführungsform unterschiedlich, um verschiedene Entwässerungsraten an verschiedenen Orten entlang der porösen Oberfläche, oder Oberflächen, zu ermöglichen und um die Entwässerungsrate zu beeinflussen, so dass eine gleichmäßige oder substanziell konstante Entwässerungsrate an verschiedenen Orten entlang des Bewegungspfads wie gewünscht ermöglicht wird. Daher weist der dritte Formerschuh R₁₀₃, unter Bezugnahme auf 10, einen kleinen Krümmungsradius der vorderen Oberfläche auf, um angestiegenen Druck gegen die zu erzeugende Papierbahn bereitzustellen, da der Druck eine inverse Funktion des Radius und eine direkte Funktion der Spannung des Papiermaschinenformsiebs, oder der Papiermaschinenformsiebe, ist. Da die Papierbahn zum Zeitpunkt, an dem sie den dritten Formerschuh erreicht, stärker entwässert ist, ist ein höherer Druck erforderlich, um den selben, oder größeren, Druck zur Einwirkung auf die Entwässerungsfunktion aufrechtzuerhalten, damit die Entwässerungsrate wie gewünscht substanziell konstant oder annähernd konstant bleibt. Die unterschiedlichen Radien in der Viel-Schuh-Ausbildungsanordnung gestattet es, die Entwässerungsrate zu optimieren und zu steigern, während Bahnausbildung bei höheren Maschinengeschwindigkeiten aufrechterhalten oder verbessert wird.
Jedoch ist es vorgesehen, dass, unter Bezugnahme auf 10, jeder der Radien R₁₀₁, R₁₀₂ und R₁₀₃ kontinuierlich in der Art wie in 9B gezeigt und beschrieben variieren kann.
Während sich die führende Kante in Richtung senkrecht zur Maschinenrichtung mit rechten Winkeln zur Maschinenrichtung ausweitet, ist es vorgesehen, dass auf den kleinen Winkel, unter dem die Rillen wünschenswerter Weise relativ zur Maschinenrichtung/Bewegungsrichtung des Papiermaschinenformsiebs angeordnet werden, Einfluss genommen werden kann, indem der gesamte Formerschuh leicht schräg gestellt wird, so dass die Rillen sich in rechten Winkeln zum führenden Rand ausweiten können und innerhalb der Papiererzeugungsmaschine noch immer unter dem gewünschten kleinen Winkel ausgerichtet sind, um die gewünschte sanfte Entwässerung bereitzustellen. Demzufolge besteht das Konzept darin, eine sanftere Entwässerung bei einer hohen Maschinengeschwindigkeit bereitzustellen, indem die Rillen unter kleinem Winkel zur Maschinenrichtung angeordnet werden. Ob dies geschieht, indem die Rillen unter kleinem Winkel zur führenden Kante im Formerschuh angeordnet werden, und dann der Formerschuh in Betriebsposition angeordnet wird, mit der führenden Kante in Richtung senkrecht zur Maschinenrichtung, oder indem die Rillen senkrecht zur führenden Kante angeordnet werden und dann der gesamte Formerschuh auf einen kleinen Winkel zur Richtung senkrecht zur Maschinenrichtung schräg gestellt wird, oder indem eine Kombination dieser beiden Verfahren angewandt wird.

Claims

Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn aus Formstoff in einer Papiererzeugungsmaschine, wobei die Vorrichtung mindestens ein schleifenförmiges Papiermaschinenformsieb (40, 42) mit inneren und äußeren Oberflächen zur Bewegung in Richtung der Ausbildung der Papierbahn aufweist, und einen Auflaufkasten (44) zum Deponieren von Formstoff auf die äußere Oberfläche des mindestens einen Papiermaschinenformsiebs (40, 42) zur Bewegung darauf in eine Maschinenrichtung abwärts, in Kombination umfassend: ein Formerschuh-Bauteil (10) angebracht in der Vorrichtung innerhalb des mindestens einen Papiermaschinenformsiebs (40, 42), wobei das Formerschuh-Bauteil (10) mindestens einen Formerschuh (10) mit einer führenden Kante (26) und einer gekrümmten vorderen Oberfläche (14) zum Berühren des mindestens einen Papiermaschinenformsiebs (40, 42) umfasst, die vordere Oberfläche (14) einen porösen Teil (19) umfasst, der abwärts der führenden Kante (26) beginnt und sich abwärts von einem Nasenteil (28) auf der vorderen Oberfläche (14) zu einem abwärts gelegenen Ort darin ausdehnt; den Auflaufkasten (44), der eine Düse oder einen Schlitz zur Projektierung des Formstoffs auf das mindestens eine Papiermaschinenformsieb (40, 42) an einem ausgewählten Auftreffort über der vorderen Oberfläche (14) des Formerschuhs (10) aufweist, um es dem porösen Teil (19) zu ermöglichen, die Entfernung von Wasser aus dem Formstoff durch das mindestens eine Papiermaschinenformsieb (40, 42) in einer kontrollierten Weise zu beeinflussen, um die Papierbahn-Ausbildung zu verbessern, während das Papiermaschinenformsieb (40, 42) sich abwärts über den Formerschuh (10) bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Teil (19) des mindestens einen Formerschuhs (10) eine Vielzahl an Löchern aufweist, um Wasser, das durch das Papiermaschinenformsieb gepresst wird, zu ermöglichen, durch den Formschuh (10) zu laufen und dass die Löcher (62) lochgitterförmig angeordnet sind und den porösen Teil (19) bilden.
Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn aus Formstoff in einer Papiererzeugungsmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Loch (62) in dem porösen Teil (19) der vorderen Oberfläche (14) des Formerschuhs (10) eine zentrale Achse aufweist und unter einem Winkel α zu der Oberfläche vorwärtsgerichtet gegen die Bewegungsrichtung angeordnet ist, wobei der Winkel gebildet wird zwischen der zentralen Achse des Lochs (62) und einer Linie senkrecht zu einer Tangentialebene, wo die zentrale Achse den Formerschuh (10) betritt.
Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn aus Formstoff in einer Papiererzeugermaschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel 0° ≤ α ≤ 45° ist.
Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte vordere Oberfläche (14) einen sich kontinuierlich von ihrer führenden Kante (26) zu ihrer hinteren Kante (27) von klein nach groß verändernden Radius aufweist.
Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte vordere Oberfläche (14) einen führenden nicht-porösen Nasenteil (28) umfasst, einen mittleren porösen Teil (19) und einen hinteren Teil (31); der Nasenteil (28) und der mittlere Teil (19) verschiedene Krümmungsradien haben, wobei der Nasenteil (28) einen kleineren Radius als der mittlere Teil (19) aufweist.
Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte vordere Oberfläche einen sich verändernden Radius aufweist, der um 30–40 Inch im Nasenteil (28) variiert, auf 100–200 Inch im mittleren porösen Teil (19) steigt und auf 10 Inch in einem hinteren Teil (31) der vorderen Oberfläche (14) abfällt.
Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formerschuh-Bauteil (10A, 10B) mindestens zwei Formerschuhe (10A, 10B) angebracht als Tandem innerhalb des mindestens einen Papiermaschinenformsiebs (40, 42) zur operativen Berührung damit umfasst, so dass führende und hintere Formerschuhe (10A, 10B) relativ zur Bewegung des Formstoffs, der von dem mindestens einen Papiermaschinenformsieb (40, 42) getragen wird, um die Papierbahn auszubilden, bereitgestellt werden; der führende Formerschuh (10A) einen ersten Krümmungsradius aufweist; der folgende Formerschuh (10B) einen zweiten Krümmungsradius aufweist, wobei der zweite Krümmungsradius größer ist als der erste Krümmungsradius; jeder der Formerschuhe (10A, 10B) einen porösen Teil (19) aufweist, der in ihren vorderen Oberflächen (14) ausgebildet ist; wobei die Düse oder der Schlitz des Auflaufkastens (44) zum Ausstoß des Formstoffstroms ausgerichtet ist, dass der Formstoffstrom auf dem mindestens einen Papiermaschinenformsieb (40, 42) über dem porösen Teil (19) des führenden Formerschuhs (10A) auftrifft.
Verfahren zur Ausbildung einer Papierbahn aus Formstoff in einer Vorrichtung zur Ausbildung einer Papierbahn gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung mindestens ein schleifenförmiges Papiermaschinenformsieb (40, 42) mit inneren und äußeren Oberflächen zur Ausbildung und zum Transport der Papierbahn in einen Formerbereich in der Vorrichtung aufweist, und einen Auflaufkasten (44) zur Leitung eines Formstoffstromes auf die äußere Oberfläche des mindestens einen Papiermaschinenformsiebs zur Bewegung darauf in eine Maschinenrichtung (22) abwärts, umfassend die Schritte: 1) Leiten des mindestens einen Papiermaschinenformsiebs (40, 42), so dass es abwärts läuft, mit seiner äußeren Oberfläche gegen einen Teil einer gekrümmten vorderen Oberfläche (14) eines Formerschuhs (10), der führende (26) und hintere Kanten (27) aufweist; 2) Leiten des Formstoffs von dem Auflaufkasten (44) auf das mindestens eine Papiermaschinenformsieb (40, 42) an einen Auftreffort über dem Formerschuh (10), der innerhalb des schleifenförmigen Papiermaschinenformsiebs angebracht ist, wobei der Formerschuh (10) führende und hintere Kanten aufweist; 3) Entfernen des Wassers über die vordere Oberfläche (14) des Formerschuhs (10) mittels einer Vielzahl an Löchern (62) zum Leiten von Wasser durch den Formerschuh (10), wobei die Löcher (62) lochgitterförmig angeordnet sind und den porösen Teil (19) bilden.