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Die
Erfindung betrifft einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung
einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder Kartonbahn, aus
mindestens einer Faserstoffsuspension, mit mindestens einer die mindestens
eine Faserstoffsuspension zuführenden Zuführvorrichtung
und mit mindestens einem Turbulenzerzeugungsmittel, in welchem beim
Betrieb des Stoffauflaufs die mindestens eine Faserstoffsuspension
durch eine Vielzahl von je eine Einlaufseite und eine Auslaufseite
aufweisenden Strömungskanälen strömt, dadurch
in turbulente Faserstoffsuspensionsteilströme aufgeteilt und nach dem
Austritt aus dem Turbulenzerzeugungsmittel in einer vorzugsweise maschinenbreiten
Kammer wieder zusammengeführt wird,
wobei die jeweilige Auslaufseite eine ebene, durch das Ende des
jeweiligen Strömungskanals
gebildete Auslauffläche
aufweist.
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Ein
derartiger Stoffauflauf ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 31 42 292 A1 bekannt.
Die Strömungskanäle des Turbulenzerzeugungsmittels
weisen dabei entweder kreisrunde oder vieleckige Querschnittsflächen auf.
Die vieleckigen Querschnittsflächen
können
eine rechteckige, insbesondere eine quadratische, oder eine sechseckige
Form annehmen. Alle dargelegten Formenarten besitzen hierbei wenigstens
eine gleiche Eigenschaft: sie weisen senkrechte Stege oder Anteile
an senkrechten Wandungen auf. Es hat sich in der Praxis nun gezeigt,
dass diese genannte Eigenschaft eine Gitternachlaufströmung in
der mindestens einen Faserstoffsuspension erzeugt, die sich negativ
auf die Eigenschaften der herzustellenden Faserstoffbahn auswirkt.
Zudem bewirkt die genannte Eigenschaft auch Entmischungseffekte
in der mindestens einen Faserstoffsuspension. Die Entmischungseffekte
treten hierbei insbesondere bei einer Unterlastsituation im Stoffauflauf
in Erscheinung.
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Es
ist also Aufgabe der Erfindung, einen Stoffauflauf der eingangs
genannten Art derart zu verbessern, dass die genannten Nachteile
des Stands der Technik weitestgehend, vorzugsweise vollständig vermieden
werden und somit eine möglichst
homogene Strömung
unmittelbar stromabwärts des
Turbulenzerzeugungsmittels erzeugt wird. Insbesondere sollen die
Gitternachlaufströmung
und etwaige Entmischungseffekte auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Auslaufflächen
der Strömungskanäle jeweils
aus einem mehrere Polygonseiten aufweisenden Polygon gebildet sind,
welches zumindest zwei Innenwinkel aufweist, die kleiner als 90°, insbesondere
kleiner als 75° sind,
und dass alle Polygonseiten des jeweiligen Polygons von der Senkrechten
des Turbulenzerzeugungsmittels abweichend ausgerichtet sind. Die
Senkrechte des Turbulenzerzeugungsmittels ist dabei per Definition
orthogonal zur Maschinenquerrichtung (CD-Richtung) ausgerichtet;
sie entspricht also der so genannten z-Achse bei örtlicher
Betrachtung in oder entgegen der Maschinenlaufrichtung (MD-Richtung).
Die abweichende Ausrichtung kennzeichnet eine nicht parallele Ausrichtung
der Polygonseiten zur Senkrechten des Turbulenzerzeugungsmittels.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Durch
diese erfindungsgemäße Maßnahme, insbesondere
durch das Erfordernis von zumindest zwei Innenwinkeln, die kleiner
als 90°,
insbesondere kleiner als 75° sind,
und der Eigenschaft, dass alle Polygonseiten des jeweiligen Polygons
von der Senkrechten des Turbulenzerzeugungsmittels abweichend ausgerichtet
sind, werden sowohl senkrechte Stege als auch Anteile an senkrechten
Wandungen im Bereich des Turbulenzerzeugungsmittels zur Gänze vermieden.
Zudem werden die zwischen den Auslaufflächen gelegenen Landflächen gegenüber dem
Stand der Technik deutlich reduziert. Hieraus resultierend werden
die bisherigen Probleme bezüglich
Gitternachlaufströmung
und etwaige Entmischungseffekte merklich verringert.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
sind zumindest einige der Polygone aus Dreiecken, vorzugsweise aus
gleichseitigen Dreiecken gebildet. Dabei ist eine Seite des Dreiecks
entlang der Grundlinie, also quer zur Strömungsrichtung der mindestens
einen Faserstoffsuspension, ausgerichtet. Die Dreiecke weisen den
nicht zu vernachlässigenden
Vorteil auf, dass die Landflächen
auf ein Mindestmaß reduziert
werden. Selbstverständlich
können auch
alle Strömungskanäle dreieckige
Auslaufflächen
aufweisen.
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Der
Stoffauflauf kann auch in mehreren Zeilen angeordnete Strömungskanäle aufweisen.
Dabei können
die Strömungskanäle zumindest
zweier benachbarter Zeilen spiegelbildlich oder gleichgerichtet zueinander
angeordnet sein. In Ergänzung
können sie
auch versetzt, vorzugsweise hälftig
versetzt zueinander angeordnet sein. Somit kann für eine ausgesuchte
Betriebsart des Stoffauflaufs eine optimale Anordnungsmöglichkeit
gewählt
werden.
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Damit
in der mindestens einen Faserstoffsuspension ein Mindestmaß an einer
Mikroturbulenz erhalten bleibt bzw. erzeugt wird, ist zumindest
zwischen zwei, vorzugsweise zwischen allen benachbarten Zeilen eine
Lamelle angeordnet, die mittels eines vorzugsweise scharnierartigen
Lamellenhalters gelenkig mit dem Turbulenzerzeugungsmittel verbunden
ist.
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In
zwei weiteren bevorzugten Ausführungsformen
sind zumindest einige der Polygone aus Rauten oder aus Drachenvierecken
gebildet. Dabei können
die Strömungskanäle zumindest
zweier benachbarter Zeilen wiederum spiegelbildlich und hälftig versetzt
zueinander angeordnet sein. Auch hierbei ergeben sich die bereits
genannten Vorteile.
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Weiterhin
weisen die Strömungskanäle bevorzugt
Strömungsquerschnitte
auf, die sich in Strömungsrichtung
der mindestens einen Faserstoffsuspension stetig und/oder stufenförmig erweitern.
Dadurch kann gezielt Einfluss auf die Turbulenz in der mindestens
einen Faserstoffsuspension genommen werden.
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Im
Hinblick auf strömungstechnisch
optimale Einlaufbedingungen in das Turbulenzerzeugungsmittel weisen
die Strömungskanäle auf der
Einlaufseite bevorzugt runde, das heißt rotationsymmetrische Einlaufflächen auf.
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Das
Turbulenzerzeugungsmittel ist in bevorzugter praktischer Ausführung ein
Turbulenzerzeuger oder eine Röhrenbank.
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Im
Falle seiner Ausführung
als Turbulenzerzeuger ist diesem in Strömungsrichtung der mindestens
einen Faserstoffsuspension eine vorzugsweise maschinenbreite Zwischenkammer
vorgeordnet und in Strömungsrichtung
der mindestens einen Faserstoffsuspension eine maschinenbreite Stoffauflaufdüse nachgeordnet.
Hingegen ist im Falle seiner Ausführung als Röhrenbank dieser in Strömungsrichtung
der mindestens einen Faserstoffsuspension die Zuführvorrichtung
unmittelbar vorgeordnet und in Strömungsrichtung der mindestens
einen Faserstoffsuspension eine vorzugsweise maschinenbreite Zwischenkammer
nachgeordnet.
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Die
Strömungskanäle sind
bevorzugt aus einer Vielzahl von Turbulenzrohren und/oder Turbulenzrohrinserts
gebildet. Diese Bauteile sind in bevorzugter Weise zumindest teilweise
an den Berührungsflächen zu
den benachbarten Bauteilen mit diesen verschweißt, verlötet und/oder verklebt.
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Der
erfindungsgemäße Stoffauflauf
eignet sich in hervorragender Weise zur Verwendung in einer Maschine
zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier- oder
Kartonbahn.
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Dabei
kann der Stoffauflauf in weiterer Ausgestaltung auch mit einer aus
einer Vielzahl an Druckschriften bekannten Verdünnungswasser-Regelung versehen
sein. Die in der Maschine mit einem erfindungsgemäßen Stoffauflauf
hergestellte Faserstoffbahn weist somit durchwegs hervorragende
Eigenschaften auf, da unter anderem die Regelung sowohl ihres Faserorientierungsquerprofils
als auch ihres Flächengewichtsquerprofils
möglich
ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es
zeigen
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1a und 1b zwei
vertikale Längsschnitte
durch bekannte Stoffaufläufe
einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn; und
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2 bis 6 schematische
Ansichten des mindestens einen Turbulenzerzeugungsmittels des Stoffauflaufs
der 1 entgegen der Strömungsrichtung
der Faserstoffsuspension.
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Die 1a und 1b zeigen
vertikale Längsschnitte
durch Stoffaufläufe 1 einer
Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere Papier-
oder Kartonbahn, aus einer Faserstoffsuspension 2. Die
dargestellten Stoffaufläufe 1 können selbstverständlich auch
als Mehrschichtenstoffaufläufe
ausgebildet sein, die zumindest zwei unterschiedliche Faserstoffsuspensionen
zur Herstellung einer Faserstoffbahn verwenden. Die Faserstoffbahn kann
dabei insbesondere eine Papier-, Karton- oder Tissuebahn sein.
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Der
in der 1a dargestellte Stoffauflauf 1 weist
eine die Faserstoffsuspension 2 zuführende Zuführvorrichtung 3, beispielsweise
in der Ausführung
eines dargestellten Querverteilrohrs 4 oder eines nicht
dargestellten Rundverteilers mit einer Vielzahl an Schläuchen, auf.
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Weiterhin
verfügt
der Stoffauflauf 1 über
einen der Zuführvorrichtung 3 in
Strömungsrichtung
R (Pfeil) der Faserstoffsuspension 2 nachgeordneten Turbulenzerzeuger 5 (Turbulenzerzeugungsmittel). Dieser
Turbulenzerzeuger 5 weist eine Vielzahl von vorzugsweise
in Zeilen Z.1 bis Z.4 und in Spalten S (2) angeordneten
und lediglich schematisch dargestellten Strömungskanälen 6 (2)
auf. Die Strömungskanäle 6 sind
in bekannter Weise vorzugsweise als dünnwandige Turbulenzrohre und/oder
Turbulenzrohrinserts mit zumindest streckenweise konstanten, zumindest
streckenweise divergierenden, zumindest streckenweise konvergierenden
und/oder sprunghaften Strömungsquerschnitten
ausgebildet.
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Beim
Betrieb des Stoffauflaufs 1 werden die Strömungskanäle 6 von
der Faserstoffsuspension 2 durchströmt, wobei sie in turbulente
Faserstoffsuspensionsteilströme 7 (2)
aufgeteilt und nach dem Austritt aus dem Turbulenzerzeuger 5 in
einer dem Turbulenzerzeuger 5 in Strömungsrichtung R (Pfeil) der
Faserstoffsuspension 2 nachgeordneten Stoffauflaufdüse 8 wieder
zusammengeführt
wird, um die Bildung einer maschinenbreiten Faserstoffbahn zu ermöglichen.
Die Stoffauflaufdüse 8 kann
dabei als maschinenbreite Kammer betrachtet werden.
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Der
in der 1b dargestellte Stoffauflauf 1 entspricht
zumindest im zweiten Teil des Strömungswegs der Faserstoffsuspension 2 dem
in der 1a dargestellten Stoffauflauf.
Somit wird hiermit auf dessen Beschreibung Bezug genommen.
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In
Erweiterung zu dem in der 1a dargestellten
Stoffauflauf 1 weist der Stoffauflauf 1 der 1b zwischen
der die Faserstoffsuspension 2 zuführenden Zuführvorrichtung 3 und
dem Turbulenzerzeuger 5 und in Strömungsrichtung R (Pfeil) der
Faserstoffsuspension 2 sowohl eine Röhrenbank 9 (weiteres
Turbulenzerzeugungsmittel) als eine vorzugsweise maschinenbreite
Kammer 10 auf. Die auch als Zwischenkammer bezeichnete
Kammer 10 kann in weiterer Ausgestaltung mehrere Trennwände aufweisen,
die sie zumindest streckenweise in mehrere sektionierte Teilkammern
unterteilt.
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Die
Röhrenbank 9 weist
eine Vielzahl von vorzugsweise in Zeilen Z.1 bis Z.4 und in Spalten
S (2) angeordneten und lediglich schematisch dargestellten
Strömungskanälen 6 (2)
auf. Die Strömungskanäle 6 sind
in bekannter Weise vorzugsweise als dünnwandige Turbulenzrohre und/oder
Turbulenzrohrinserts mit zumindest streckenweise konstanten, zumindest
streckenweise divergierenden, zumindest streckenweise konvergierenden
und/oder sprunghaften Strömungsquerschnitten
ausgebildet.
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Beim
Betrieb des Stoffauflaufs 1 werden die Strömungskanäle 6 von
der Faserstoffsuspension 2 durchströmt, wobei sie in turbulente
Faserstoffsuspensionsteilströme 7 (2)
aufgeteilt und nach dem Austritt aus der Röhrenbank 9 in der
vorzugsweise maschinenbreiten Kammer 10 wieder zusammengeführt wird.
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Der
der vorzugsweise maschinenbreiten Kammer 10 in Strömungsrichtung
R (Pfeil) der Faserstoffsuspension 2 nachgeordnete Turbulenzerzeuger 5 kann ähnlich oder
sogar identisch mit dem in der 1a dargestellten
Turbulenzerzeuger 5 sein.
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Der
jeweilige in den beiden 1a und 1b dargestellte
Stoffauflauf 1 kann sowohl eine gerade Grundkontur (1a)
als auch eine gekrümmte
Grundkontur (1b) aufweisen.
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Die
in den beiden 1a und 1b dargestellten
Strömungskanäle 6 der
Turbulenzerzeugungsmittel 5, 9 haben je eine Einlaufseite 11 und eine
Auslaufseite 12. Die jeweilige Auslaufseite 12 weist
eine ebene, durch das Ende des jeweiligen Strömungskanals 6 gebildete
Auslauffläche 13 auf. Auf
der Einlaufseite 11 weisen die Strömungskanäle 6 runde Einlaufflächen 14 auf.
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Die 2 bis 6 zeigen
schematische Ansichten des mindestens einen Turbulenzerzeugungsmittels 5, 9 des
Stoffauflaufs 1 der 1a und 1b entgegen
der Strömungsrichtung
R (Pfeil) der Faserstoffsuspension 2.
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Dabei
sind deutlich die Auslaufseiten 12 der in Zeilen Z und
Spalten S angeordneten Strömungskanäle 6 mit
ihren Auslaufflächen 13 zu
erkennen. In den Darstellungen sind die Strömungskanäle 6 lediglich in
einer Zeile Z oder in zwei Zeilen Z angeordnet. Diese Anordnungen
sind lediglich exemplarisch, selbstverständlich können die Strömungskanäle 6 jeweils
in einer Vielzahl an Zeilen Z angeordnet sein. Zudem weist jedes
Turbulenzerzeugungsmittel 5, 9 eine Senkrechte
A (Doppelpfeil) auf, die per Definition orthogonal zur Maschinenquerrichtung
(CD-Richtung) ausgerichtet ist, also der so genannten z-Achse bei örtlicher
Betrachtung in oder entgegen der Maschinenlaufrichtung (MD-Richtung) entspricht.
Die Maschinenquerrichtung (CD-Richtung) ist identisch mit der Ausrichtung
der mindestens einen Zeile Z.
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Die
Auslaufflächen 13 der
Strömungskanäle 6 sind
jeweils aus einem mehrere Polygonseiten 15.1 bis 15.3 (2 bis 4 und 6), 15.1 bis 15.4 (5)
aufweisenden Polygon 15 gebildet, welches zumindest zwei
Innenwinkel α, β aufweist,
die kleiner als 90°,
insbesondere kleiner als 75° sind.
Die Innenwinkel α, β sind der Übersichtlichkeit
halber lediglich für
eine Auslauffläche 13 eines
Strömungskanals 6 angegeben.
Selbstverständlich
weisen alle Auslaufflächen 13 aller
Strömungskanäle 6 derartige
Innenwinkel α, β auf.
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Weiterhin
sind die Polygonseiten 15.1 bis 15.3 (2 bis 4 und 6), 15.1 bis 15.4 (5)
des jeweiligen Polygons 15 von der Senkrechten A (Doppelpfeil)
des Turbulenzerzeugungsmittels 5, 9 abweichend
ausgerichtet. Die Polygonseiten 15.1 bis 15.3 (2 bis 4 und 6), 15.1 bis 15.4 (5)
des jeweiligen Polygons 15 sind der Übersichtlichkeit halber lediglich
für eine
entsprechende Auslauffläche 13 mindestens
eines Strömungskanals 6 angegeben.
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In
den Ausführungen
der 2, 3 und 6 sind alle
Polygone 15 aus gleichen Dreiecken 16 gebildet.
Die Dreiecke 16 sind hierbei gleichseitige Dreiecke, so
dass sie drei Innenwinkel α, β, γ aufweisen,
die kleiner als 90°,
insbesondere kleiner als 75° sind.
Im vorliegenden Fall sind die drei Innenwinkel α, β, γ jeweils genau 60°.
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Die
Dreiecke 16 sind allgemein zumindest als gleichschenklige,
vorzugsweise und dargestellt sogar als gleichseitige Dreiecke ausgebildet.
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In
der Ausführung
der 2 sind die Strömungskanäle 6 zumindest
zweier benachbarter Zeilen Z spiegelbildlich zueinander angeordnet.
Die Spiegelachse 17 wird dabei von einer Linie gebildet. Alternativ
sind sie gleichgerichtet und versetzt, vorzugsweise hälftig versetzt
zueinander angeordnet.
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Hingegen
sind in der Ausführung
der 3 die Strömungskanäle 6 zumindest
zweier benachbarter Zeilen Z gleichgerichtet zueinander angeordnet.
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In
einer weiteren Ausführung
gemäß 4 sind
zumindest einige der Polygone 15 der Zeile Z aus Rauten 18 gebildet.
Die zwischen den benachbarten Rauten 18 einer Zeile Z vorhandenen
Freiräume 19 können in
angedeuteter Weise wiederum mit Strömungskanälen 6 versehen sein,
deren Auslaufflächen 13 aus
zumindest gleichschenkligen, vorzugsweise gleichseitigen Dreiecken 20 gebildet
sein können.
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Wie
bereits erwähnt,
weist jede Raute 18 zumindest zwei Innenwinkel α, β auf, die
kleiner als 90°, insbesondere
kleiner als 75° sind.
Gleiches gilt selbstverständlich
auch für
die Dreiecke 20. Die Dreiecke 20 sind hierbei
gleichseitige Dreiecke, so dass sie drei Innenwinkel α, β, γ aufweisen,
die kleiner als 90°,
insbesondere kleiner als 75° sind.
Im vorliegenden Fall sind die drei Innenwinkel α, β, γ jeweils genau 60°.
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In
der Ausführung
der 5 sind zumindest einige der Polygone 15 einer
Zeile Z aus Drachenvierecken 21 gebildet. Die zwischen
den benachbarten Drachenvierecken 21 einer Zeile Z vorhandenen Freiräume 22 können in
angedeuteter Weise wiederum mit Strömungskanälen 6 der benachbarten,
spiegelbildlich und hälftig
versetzt, oder der gleichen Zeile Z versehen sein. Die Spiegelachse 17 wird
dabei von einer Linie gebildet. Je nach Anordnung und Lage können die
Auslaufflächen 13 der
Strömungskanäle 6 aus
Drachenvierecken 21 oder aus zumindest gleichschenkligen,
vorzugsweise gleichseitigen Dreiecken 23 gebildet sein.
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Wiederum
wie bereits erwähnt,
weist jedes Drachenviereck 21 zumindest zwei Innenwinkel α, β auf, die
kleiner als 90°,
insbesondere kleiner als 75° sind.
Gleiches gilt selbstverständlich
auch für
die gleichschenkligen Dreiecke 23, die jeweils zwei Innenwinkel α, β aufweisen,
die kleiner als 90°,
insbesondere kleiner als 75° sind.
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Die
6 zeigt
eine weitere mögliche
Ausführungsform
des Turbulenzerzeugungsmittels des Stoffauflaufs
1 in Form
eines Turbulenzerzeugers
5. Dabei ist zumindest zwischen
zwei benachbarten Zeilen Z eine dem Fachmann bekannte Lamelle
24 (
1a und
1b)
angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen allen benachbarten Zeilen
Z jeweils eine Lamelle
24 angeordnet. Die Lamelle
24 ist
mittels eines dem Fachmann bekannten und beispielsweise in der deutschen
Offenlegungsschrift
DE
199 62 709 A1 offenbarten und vorzugsweise scharnierartigen
Lamellenhalters
25 gelenkig mit dem Turbulenzerzeugungsmittel
5,
9 verbunden.
Der Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit zum Gegenstand der vorliegenden
Beschreibung gemacht.
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Die
dargestellte Ausführungsform
an Strömungskanälen 6 entspricht
der Ausführungsform
der 2. Es ist selbstverständlich, dass auch die Ausführungsformen
der 3 und 4 ihre entsprechende Verwendung
finden können.
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Die
Merkmale der in den 2 bis 6 gezeigten
Ausführungsformen
der Strömungskanäle 6 des
Stoffauflaufs 1 können
für den
Fachmann in nahe liegender Weise auch zumindest teilweise miteinander
kombiniert werden.
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Der
in den Figuren, insbesondere in den 2 bis 6 dargestellte
Stoffauflauf 1 eignet sich insbesondere zur Verwendung
in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere
Papier- oder Kartonbahn.
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Zusammenfassend
ist festzuhalten, dass durch die Erfindung ein Stoffauflauf der
eingangs genannten Art geschaffen wird, der die genannten Nachteile
des Stands der Technik weitestgehend, vorzugsweise vollständig vermeidet
und somit eine möglichst
homogene Strömung
unmittelbar stromabwärts
des Turbulenzerzeugungsmittels erzeugt. Insbesondere werden die
Gitternachlaufströmung
und etwaige Entmischungseffekte auf ein Mindestmaß beschränkt.
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- 1
- Stoffauflauf
- 2
- Faserstoffsuspension
- 3
- Zuführvorrichtung
- 4
- Querverteilrohr
- 5
- Turbulenzerzeuger
- 6
- Strömungskanal
- 7
- Faserstoffsuspensionsteilstrom
- 8
- Stoffauflaufdüse
- 9
- Röhrenbank
- 10
- Kammer
- 11
- Einlaufseite
- 12
- Auslaufseite
- 13
- Auslauffläche
- 14
- Einlauffläche
- 15
- Polygon
- 15.1
bis 15.3
- Polygonseite
- 15.1
bis 15.4
- Polygonseite
- 16
- Dreieck
- 17
- Spiegelachse
- 18
- Raute
- 19
- Freiraum
- 20
- Dreieck
- 21
- Drachenviereck
- 22
- Freiraum
- 23
- Dreieck
- 24
- Lamelle
- 25
- Lamellenhalter
- A
- Senkrechte
(Doppelpfeil)
- R
- Strömungsrichtung
(Pfeil)
- S
- Spalte
- Z,
Z.1 bis Z.4
- Zeile
- α
- Innenwinkel
- β
- Innenwinkel
- γ
- Innenwinkel