DE102010001610A1

DE102010001610A1 - Stoffauflauf und Blattbildungseinheit mit einem Stoffauflauf

Info

Publication number: DE102010001610A1
Application number: DE102010001610A
Authority: DE
Inventors: Hans 89129 Loser; Markus 89542 Häußler; Wolfgang 89542 Ruf
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-08-11
Also published as: EP2531647B1; WO2011095577A1; CN102770597B; EP2531647A1; CN102770597A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf (1) mit mindestens einer, wenigstens eine Faserstoffsuspension (FS) zuführenden Zuführvorrichtung (5), einer einen Austrittsspalt (11) aufweisenden Düse (4) zur Ausgabe der Faserstoffsuspension (FS) in einem Freistrahl an eine nachgeordnete Funktionseinheit einer dem Stoffauflauf (1) nachgeordneten Formiereinheit (2) und einer in Strömungsrichtung der Düse (4) unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) mit einer Vielzahl von mindestens einen Fluidisierungsbereich aufweisenden turbulenzerzeugenden Kanälen (7, 7.xy, 7.11–7.4n) zurmen und Beaufschlagung der Düse (4), wobei die einzelnen Kanäle (7, 7.xy, 7.11–7.4n) in Querrichtung der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) parallel zueinander unter Ausbildung von Reihen (R1–Rx, R1–R4) angeordnet sind und die Reihen (R1–Rx, R1–R4) senkrecht zur Querrichtung neben- oder übereinander angeordnet sind. Der erfindungsgemäße Stoffaufauf (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass der die Düse (4) über eine vordefinierte Längeneinheit quer zur Durchströmungsrichtung beaufschlagende Teil einer Reihe (R1–Rx, R1–R4) turbulenzerzeugender Kanäle (7, 7.xy, 7.11–7.4n) eine hydraulische Einheit (EH) bildet und die Düse (4) und die Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) derart ausgebildet sind, dass der als Volumen (Vhydr.Einheit) der hydraulischen Einheit bezeichnete und durch eine einzelne hydraulische Einheit beaufschlagbare beschreibbare Volumenanteil am Gesamtvolumen der Düse pro vordefinierter Längeneinheit ≤ 0,005 m3 beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf mit mindestens einer, wenigstens eine Faserstoffsuspension zuführenden Zuführvorrichtung, einer einen Austrittsspalt aufweisenden Düse zur Ausgabe der Faserstoffsuspension in einem Freistrahl an eine nachgeordnete Funktionseinheit einer dem Stoffauflauf nachgeordneten Formiereinheit und einer in Strömungsrichtung der Düse unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung mit einer Vielzahl von mindestens einen Fluidisierungsbereich aufweisenden turbulenzerzeugenden Kanälen zur Führung der Faserstoffsuspension in Teilströmen und Beaufschlagung der Düse, wobei die einzelnen Kanäle in Querrichtung der Turbulenzerzeugungseinrichtung parallel zueinander unter Ausbildung von Reihen angeordnet sind und die Reihen senkrecht zur Querrichtung neben- oder übereinander angeordnet sind.
Die Erfindung betrifft ferner eine Blattbildungseinheit für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, umfassend einen Stoffauflauf und eine diesem nachgeordnete Formiereinheit.
Die Stoffdichte einer Faserstoffsuspension bestimmt maßgeblich die Qualität einer im Ergebnis des Herstellungsprozesses vorliegenden Faserstoffbahn. Dabei kann bei Verwendung von Faserstoffsuspensionen mit höherer Stoffdichte eine sich verschlechternde, durch die makroskopische und mikroskopische Verteilung von Fasern und Füllstoffen beschreibbare Formation beobachtet werden. Um dennoch befriedigende Ergebnisse hinsichtlich der Qualität der Faserstoffbahn zu erzielen, werden derzeit mit den bekannten Stoffaufläufen Faserstoffsuspensionen mit Stoffdichten im Bereich von 0,8 bis 1,0 Prozent in eine nachgeordnete Formiereinheit eingebracht. Höhere Stoffdichten führen bereits beim Austritt des Strahls aus dem Stoffauflauf durch die starke Faserflockung zu einer grobwolkigen Formation. Daher ist es erforderlich, Maßnahmen zu treffen, die der Zerstörung dieser unerwünschten Flocken und der rechtzeitigen Fixierung der Strömung dienen. Ziel ist die Bereitstellung eines über die gesamte Breite des Stoffauflaufes möglichst flockenfreien Faserstoffsuspensionsstrahles am Austrittsspalt des Stoffauflaufs. Dazu werden verschiedenartigste Mittel, insbesondere turbulenzerzeugende und hydraulische Einheiten eingesetzt, die gewöhnlich eine Vielzahl von Kanälen zur besseren Fluidisierung aufweisen. Diese können verschiedenartig ausgeführt sein und sind im einfachsten Fall durch stufenartige Querschnittsänderungen des Strömungsquerschnittes charakterisiert. Die sich daran anschließenden Düsen weisen im Allgemeinen eine Länge zwischen 600 bis 700 mm auf, um eine ausreichende Strahlstabilität zu erhalten. Die aus der Gitternachlaufströmung entstehenden Wirbel können dabei innerhalb der Düse über diese Länge ausreichend gedämpft werden. Jedoch wird dadurch die Verweildauer für die Faserstoffsuspension innerhalb der Düse größer als die Reflockulationszeit, so dass es zu einer erneuten Flockenbildung kommt. Um befriedigende Formationskennwerte für die auszubildende Faserstoffbahn zu erzielen, ist eine Reflockulation der Faserstoffsuspension nach der letzten erfolgten Fluidisierung im Stoffauflauf möglichst gänzlich zu vermeiden. Dies erfordert entsprechend kurz gebaute Einheiten.
Die Problematik der Flockenbildung und deren Auswirkung auf die Qualität der entstehenden Faserstoffbahn ist eingehend in der Druckschrift EP 1 313 012 B1 beschrieben. Zur Lösung wird eine Ausführung eines Stoffauflaufes mit einer Modifizierung der Turbulenzerzeugungseinrichtung vorgeschlagen, durch welche innerhalb der Turbulenzerzeugungseinrichtung lediglich einmal in einer Stufe eine Fluidisierung in jedem turbulenzerzeugenden Kanal vorgenommen wird, wodurch eine Beschleunigung der Strömung und kurze Verweildauer der Faserstoffsuspension im Stoffauflauf erzielt wird. Der Fluidisierungsgrad kann dann durch die spezielle Gestaltung der Lamellen innerhalb der Düse beibehalten werden. Zur Fluidisierung werden den Fluidisierungsbereich bildende stufenartige Änderungen der Querschnittsflächen und Längen der einzelnen Teilbereiche der Strömungskanäle der Turbulenzerzeugungseinrichtung vorgeschlagen, welche eine Gesamtlänge der Turbulenzerzeugungseinrichtung in einem vorgeschriebenen Bereich ergeben.
Zur Verbesserung der Formation der entstehenden Faserstoffbahn ist des weiteren eine Vielzahl von Maßnahmen vorbekannt, die durch eine Modifikation der Düse oder der Turbulenzerzeugungseinrichtung charakterisiert sind.
Die Druckschrift DE 101 06 684 A1 offenbart eine Ausführung eines Stoffauflaufes mit zur Vermeidung von Strömungsinstabilitäten innerhalb der Düse und damit einer Schwingungsanregung speziell ausgeführten Lamellenende, das eine Schräge an der zur Düsenwand gerichteten Seite aufweist und an der von dieser weggerichteten Seite mit einer Struktur versehen ist.
Zur Formationsbeeinflussung innerhalb der Düse ist es gemäß der Druckschrift DE 199 02 621 A1 vorbekannt, die Düse mit unterschiedlichen geometrischen Bereichen zur Erzeugung unterschiedlicher Strömungsquerschnitte innerhalb der Düse auszubilden.
Die Druckschrift WO 2008/077585 A1 offenbart die Begünstigung der Ausbildung symmetrischer Eigenschaften in Z-Richtung über symmetrisch ausgebildete Stoffauflaufdüsen und die Ausgestaltung und Dimensionierung dieser.
Maßnahmen zur Verbesserung der Quersteifigkeit durch Ausrichtung der Fasern im Bereich des Austritts aus der Düse sind in der Druckschrift EP 1 022 378 A2 beschrieben. Die Ausbildung der Düse erfolgt mit einem Bereich mit stetiger Querschnittsverringerung und sich daran anschließendem Bereich mit stetiger Querschnittserweiterung.
Um beim Austritt des Freistrahls aus der Düse ein Aufplatzen dessen zu verhindern, offenbart die Druckschrift DE 297 13 433 U1 eine Ausführung eines Stoffauflaufes mit einer aus maschinenbreit verlaufenden Begrenzungsflächen gebildeten Düsen, bei welcher zumindest eine der Begrenzungsflächen durch zumindest drei Abschnitte mit unterschiedlichem Konvergenzwinkel charakterisiert ist.
Die Druckschrift DE 102 34 550 A1 offenbart eine Ausführung eines Stoffauflaufes in einem Blattbildungssystem, bei welchem die Düse durch eine Länge größer 400 mm charakterisiert ist, wobei die Länge der dieser vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung vorzugsweise ebenfalls in diesem Bereich liegt.
Die bekannten Maßnahmen reichen nicht aus, die Reflockulation bei höheren Stoffdichten der Faserstoffsuspension, beispielsweise von über 1,0 Prozent, insbesondere von über 1,2 Prozent, im gewünschten Maß zu unterbinden beziehungsweise zu reduzieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stoffauflauf der eingangs genannten Art für den Einsatz in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden und die Reflockulation der Faserstoffsuspension nach dem letzten Fluidisierungsbereich vermindert oder unterbunden wird. Dabei ist insbesondere auf eine Verringerung der Verweildauer der Faserstoffsuspension im Stoffauflauf bei gleichbleibender Strahlqualität abzustellen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Stoffauflauf mit mindestens einer, wenigstens eine Faserstoffsuspension zuführenden Zuführvorrichtung, einer einen Austrittsspalt aufweisenden Düse zur Ausgabe der Faserstoffsuspension in einem Freistrahl an eine nachgeordnete Funktionseinheit einer dem Stoffauflauf nachgeordneten Formiereinheit und einer in Strömungsrichtung der Düse unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung mit einer Vielzahl von mindestens einen Fluidisierungsbereich aufweisenden turbulenzerzeugenden Kanälen zur Führung der Faserstoffsuspension in Teilströmen und Beaufschlagung der Düse, wobei die einzelnen Kanäle in Querrichtung der Turbulenzerzeugungseinrichtung parallel zueinander unter Ausbildung von Reihen angeordnet sind und die Reihen senkrecht zur Querrichtung neben- oder übereinander angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass der die Düse über eine vordefinierte Längeneinheit beaufschlagende Teil einer Reihe turbulenzerzeugender Kanäle eine hydraulische Einheit bildet und die Düse und die Turbulenzerzeugungseinrichtung derart ausgebildet sind, dass der durch eine einzelne hydraulische Einheit beaufschlagbare Volumenanteil am Gesamtvolumen der Düse pro vordefinierter Längeneinheit ≤ 0,005 m3 beträgt.
Unter einem Fluidisierungsbereich wird ein Bereich verstanden, in welchem eine homogene Verteilung der die Faserstoffsuspension enthaltenden Bestandteile, wie beispielsweise Fasern und Füllstoffe, vorliegt. Die Einwirkung kann dabei aktiv durch hinsichtlich ihrer Wirkung steuerbare Elemente, wie beispielsweise statische Mischeinrichtungen oder passiv durch die geometrische Ausgestaltung des Strömungsweges und die dadurch bedingte Erzeugung von Turbulenzen auf die Faserstoffsuspension unter Auflösung von Ansammlungen, insbesondere Flocken erfolgen. Der Bereich kann in Durchströmungsrichtung betrachtet örtlich auf einer Linie in Maschinenquerrichtung beschränkt oder aber sich in Durchströmungsrichtung erstreckend ausgeführt sein.
Unter einer hydraulischen Einheit wird eine Einheit zur Erzeugung eines oder mehrerer Gitterströme oder Gitterteilströme über zumindest einen Teilbereich der Austrittsbreite mit vordefinierter Erstreckung in Maschinenquerrichtung, das heißt Breitenrichtung der Turbulenzerzeugungseinrichtung verstanden. Die einzelne hydraulische Einheit beaufschlagt die Düse. Die für die Beschreibung des Querschnittes der Gitternachlaufströmung in der Düse maßgebliche Fläche wird durch die Abmessungen der hydraulischen Einheit, insbesondere deren Erstreckung quer zur Durchströmungsrichtung und damit in Maschinenquerrichtung und der Höhe senkrecht zur Durchströmungsrichtung bestimmt. Diese Fläche entspricht der der hydraulischen Einheit zugeordneten Anteilsfläche an der Querschnittsfläche am Eintritt in die Düse, das heißt Düsenanfang.
Die erfindungsgemäße Lösung nutzt gezielt den Zusammenhang zwischen dem Querschnitt der Gitternachlaufströmung einer hydraulischen Einheit in der Düse und der Länge der Düse und definiert darüber das Düsengesamtvolumen als Kriterium für eine kurze Verweildauer bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Vorgaben. Durch die Abstimmung des Düsenvolumens über die einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle beaufschlagbaren Volumenanteile der Düse kann eine optimierte Faser- und Füllstoffverteilung und damit Formation in der Faserstoffsuspension beim Austritt dieser in einem Freistrahl in die Formiereinheit durch Vermeidung von Faser- und Füllstoffballungen bei gleichzeitig ausreichender Dämpfungswirkung erzielt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung beträgt der durch eine einzelne hydraulische Einheit beaufschlagbare beschreibbare Volumenanteil am Gesamtvolumen der Düse pro vordefinierter Längeneinheit, insbesondere pro m als Funktion der Höhe der einzelnen hydraulischen Einheit und der Länge der Düse
mit

Vhydr.Einheit: Volumen der hydraulischen Einheit;
hD: Höhe der hydraulischen Einheit; und
LD: Länge der Düse.

Die Länge der Düse ist durch den Abstand zwischen Austritt aus der vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung und Austrittspalt der Düse charakterisiert und wird senkrecht zur Austrittsfläche aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung gemessen. Die Länge der Düse ergibt sich dabei in Abhängigkeit der gewünschten Formgebung des Düsenvolumens. Die Länge kann damit bei vorgegebenen Volumen über die Formgebung variiert werden.
Das Gesamtvolumen der Düse pro vordefinierter Längeneinheit beträgt dann V_D = n·V_hydr.Einheit mit

n: Anzahl der hydraulischen Einheiten; und
Vhydr.Einheit: Volumen einer hydraulischen Einheit.

Ein derartig erfindungsgemäß ausgebildeter Stoffauflauf wird vorzugsweise in einer Blattbildungseinheit für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, umfassend des Weiteren eine dieser nachgeordnete Formiereinheit, in welcher die Faserstoffsuspension aus dem Austrittsspalt des Stoffauflaufs auf eine Bespannung unter Definition einer Auftrefflinie in einem Freistrahl auf- bzw. eingebracht wird, zum Einsatz gelangen. Dabei erfolgt die Ausführung des Stoffauflaufes gemäß der Erfindung derart, dass die Verweildauer der Faserstoffsuspension in der Düse und in der Turbulenzerzeugungseinrichtung möglichst gering gehalten wird.
Die Formiereinheit kann dabei als Hybridformer, Spaltformer, umfassend zwei einen Einlaufspalt für die Faserstoffsuspension bildende Siebbänder oder Langsiebformer ausgeführt sein, umfassend ein Siebband, auf dessen Oberfläche die Faserstoffsuspension mittels des Stoffauflaufes aufgebracht wird.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht anhand eines Diagramms den Zusammenhang zwischen der Größe der Stoffdichte der verwendeten Faserstoffsuspension und der Formation;
2 verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus einem Axialschnitt einer Blattbildungseinheit einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn einen erfindungsgemäßen Stoffauflauf;
3a zeigt im Detail einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Stoffauflauf gemäß 2;
3b zeigt eine Ansicht A-A gemäß 3a; und
4a bis 4c zeigen unterschiedliche Düsenformen.
Die 1 verdeutlicht anhand eines Diagramms den Einfluss der Stoffdichte SD einer Faserstoffsuspension FS auf die Formation. Das Diagramm veranschaulicht im Einzelnen die Ausbildung der Flockenstruktur FL im sich bei Austritt der Faserstoffsuspension FS aus einer Düse eines Stoffauflaufes ergebenden Freistrahl hinsichtlich der Dimension der sich ausbildenden Flocken FL in Abhängigkeit von der Stoffdichte SD. Daraus ersichtlich ist der Zusammenhang zwischen hoher Stoffdichte SD und einer hinsichtlich der Anordnung der Fasern und Füllstoffe ungleichen und grobwolkigen Formation durch erhöhte Flockenbildung (Pfeil FL+), das heißt die Tendenz zum Vorliegen größerer Flocken FL im aus dem Austrittsspalt eines Stoffauflaufes austretenden Freistrahl einer Faserstoffsuspension FS bei herkömmlichen bekannten Stoffaufläufen. Ersichtlich ist ferner, dass bei Faserstoffsuspensionen FS mit geringeren Stoffdichten (Pfeil FL–) unterhalb eines Stoffdichtekennwertes SDk von ca. 1,2% die Flockenbildung geringer ist, das heißt nur noch kleinere Flocken in einem Freistrahl am Austritt aus dem Austrittsspalt des Stoffauflaufes zu beobachten sind. Die 1 verdeutlicht dabei lediglich den Grundzusammenhang zwischen der Konsistenz einer Faserstoffsuspension FS und der Flockenneigung. Diese ist auch vom gewählten Faserstoff selbst abhängig.
Die 2 verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung einen Ausschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Stoffauflaufes 1 für den Einsatz in Maschinen zur Herstellung von Materialbahnen, insbesondere Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen in Form von Papier-, Karton- oder Tissuebahnen mit erfindungsgemäßer Länge L der Düse 4 zur Reduzierung der Reflockulation, das heißt Rückflockung innerhalb der Faserstoffsuspension FS vor oder beim Austritt aus dem Stoffauflauf 1. Der Stoffauflauf 1 ist einer Formiereinheit 2, welche hier nur anhand einer Bespannung beispielhaft angedeutet ist, vorgeordnet und bildet mit dieser eine Blattbildungseinheit 3. Die Funktion des Stoffauflaufes 1 besteht dabei im maschinenbreiten Ausbringen zumindest einer Faserstoffsuspension FS in die Formiereinheit 2, was über zumindest eine Düse 4 erfolgt. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen wird an den dargestellten Ausschnitt aus der beispielhaft wiedergegebenen Blattbildungseinheit 3 ein Koordinatensystem angelegt. Die X-Richtung beschreibt die Längsrichtung der Maschine und wird auch als Maschinenrichtung MD bezeichnet. Diese fällt mit der Durchlaufrichtung der Faserstoffbahn zusammen. Die Y-Richtung beschreibt die Richtung quer zur Durchlaufrichtung der Faserstoffbahn F, insbesondere Breitenrichtung der Maschine, und wird daher auch als Maschinenquerrichtung CD bezeichnet, während die Z-Richtung der Höhenrichtung entspricht. Im dargestellten Fall fällt die Durchströmungsrichtung im Stoffauflauf 1 mit der Maschinenrichtung MD zusammen. Denkbar sind jedoch auch andere Anordnungen, insbesondere mit Neigung gegenüber der Maschinenrichtung MD.
Der Stoffauflauf 1 umfasst eine Zuführvorrichtung 5, über welche die zumindest eine Faserstoffsuspension FS über die gesamte Breite des Stoffauflaufes 1 verteilt werden kann. Diese umfasst im einfachsten Fall ein sich in Maschinenquerrichtung CD erstreckendes, einen Verteilkanal bildendes Element, insbesondere ein Verteilrohr, das in Durchströmungsrichtung in Maschinenquerrichtung CD verjüngend ausgebildet ist. Von der Zuführvorrichtung 5 gelangt die Faserstoffsuspension FS über zumindest eine Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 zur Düse 4. Dargestellt ist hier lediglich eine der Düse 4 in Strömungsrichtung unmittelbar vorgeordnete Turbulenzerzeugungseinrichtung 6. Denkbar sind jedoch auch Ausführungen von Stoffaufläufen 1 mit einer Mehrzahl von Turbulenzerzeugungseinrichtungen, welche nacheinander unter Zwischenordnung von Mischern und/oder Mischkammern durchlaufen werden. An den Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 schließt sich die Düse 4 unter Ausbildung eines Düsenraumes 8 an, der geeignet ist, im Betrieb die Strömung der Faserstoffsuspension FS wesentlich zu beschleunigen und die Faserstoffsuspension FS durch einen Austrittsspalt 11 an die Formiereinheit 2 zur Herstellung einer Materialbahn abzugeben. Der Austrittsspalt 11 wird hier beispielhaft von einer Blende 9 und den Düsenwandungen 10.1, 10.2 begrenzt.
Innerhalb der einzelnen Turbulenzerzeugungseinrichtung, hier der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6, wird die Faserstoffsuspension FS entsprechend einer vordefinierten Teilung aufgeteilt und in Teilströmen verteilt geführt. Die Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 umfasst dazu eine Vielzahl von sich in Durchströmungsrichtung und mit zumindest einer Richtungskomponente in Maschinenrichtung MD erstreckenden turbulenzerzeugenden Kanälen 7.xy, welche entweder maschinenbreit ausgebildet sind oder in Maschinenquerrichtung CD parallel zueinander in Reihen Rx mit x ≥ 1 und in vertikaler Richtung, das heißt senkrecht zu einer durch die Durchströmungsrichtung und die Maschinenquerrichtung CD beschreibbaren Ebene in Spalten SPy mit y ≥ 1 parallel zueinander angeordnet sind. Der erste Index nach der Bezugsziffer beschreibt die Anordnung des einzelnen Kanals in der jeweiligen Reihe Rx, während der zweite Index die Anordnung in der jeweiligen Spalte SPy senkrecht zur Maschinenquerrichtung CD wiedergibt. Der Begriff „Kanal” beschreibt keine konkrete fest definierte konstruktive Ausführung und ist funktional als Strömungsgang zu verstehen. Dieser kann von einzelnen Komponenten oder in einen Vollkörper integrierten beziehungsweise eingearbeiteten Durchgangsöffnungen gebildet werden. Erkennbar sind hier die einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle 7.11 bis 7.31 der ersten Spalte SP1. Die Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 bildet ein Strömungsgitter und kann dazu verschiedenartig ausgeführt sein. Im einfachsten Fall umfasst diese eine die turbulenzerzeugenden Kanäle 7.xy beschreibende und Durchgangsöffnungen aufweisende Lochplatte und/oder ein die einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle 7.xy bildendes Rohrbündel. Der einzelne turbulenzerzeugende Kanal 7.xy ist ein Strömungskanal, welchem Mittel zur Erzeugung von Turbulenzen zugeordnet oder in diesem integriert sind. Über die Mittel erfolgt ein Energieeintrag in den im jeweiligen Kanal geführten Teilstrom unter Ausbildung von Turbulenzen. Dieser Bereich wird auch als Fluidisierungsbereich 12 bezeichnet, wobei innerhalb eines turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy zumindest ein derartiger Fluidisierungsbereich 12, in welchem eine Druckänderung im in diesen geführten einzelnen Teilstrom der Faserstoffsuspension FS erzeugt wird, vorgesehen ist. Dieser kann durch die geometrische Ausführung des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy, insbesondere eine örtliche Änderung der diesen in Durchströmungsrichtung beschreibenden Querschnittsfläche und/oder die Anordnung von zusätzlichen Einrichtungen zum Einbringen eines zusätzlichen Energieeintrages in den einzelnen, im jeweiligen turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy geführten Teilstrom erzielt werden.
Der erfindungsgemäße Stoffauflauf 1 ist derart ausgebildet und ausgeführt, dass die Verweilzeit der Faserstoffsuspension FS in der Düse 4 unter Beibehaltung einer ausreichenden Qualität des aus dem Austrittsspalt 11 austretenden Freistrahles reduziert wird. Zur Reduzierung der Verweildauer in der Düse 4 bei noch ausreichender Strahlqualität im Austrittsspalt 11 ist erfindungsgemäß als Funktion des Düsenvolumens VD bestimmt. Das Volumen VD der Düse ergibt sich dabei aus der nachfolgenden Beziehung: V_D = n·V_hydr.Einheit mit

n: Anzahl der hydraulischen Einheiten, insbesondere Anzahl der übereinander angeordneten Strömungsgänge; das heißt der Reihe der Rohre oder Kanäle; und
Vhydr.Einheit: Volumen einer hydraulischen Einheit frei von Einbauten in der Düse wie um Beispiel Lamellen usw.

Als hydraulische Einheit E_H wird dabei der sich über einen vordefinierten Längenbereich quer zur Durchströmungsrichtung, insbesondere Breitenrichtung des Stoffauflaufes 1 erstreckende Teil turbulenzerzeugender Kanäle 7.xy einer Reihe von Kanälen verstanden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung wird als kleinste hydraulische Einheit E_H ein oder eine Mehrzahl in einer Reihe angeordneter, vorzugsweise über einen vordefinierten Bereich der Auslaufbreite AB von 1 m angeordneten turbulenzerzeugenden Kanälen verstanden.
Die Bestimmung und Darstellung dieser Größen ist in den 3a und 3b beispielhaft anhand eines Ausschnittes aus einem Stoffauflauf 1 gemäß 2 wiedergegeben.
Die 3a zeigt die Düse 4 und die dieser unmittelbar in Strömungsrichtung vorgeordnete Turbulenzerzeugungseinrichtung 6. Zur Veranschaulichung sind hier lediglich turbulenzerzeugende Kanäle 7.11 bis 7.41 in vier Reihen mit den Fluidisierungsbereichen 12.11 bis 12.41 dargestellt. Dargestellt mittels Schraffur ist das Volumen einer derartigen hydraulischen Einheit. Dieses ist mit Vhydr.Einheit bezeichnet. Dieses Volumen entspricht dem, welches durch die einzelnen turbulenzerzeugenden Strömungskanäle 7.11 bis 7.xy charakterisiert ist und die beispielhaft auf eine vordefinierte Längeneinheit der Auslaufbreite AB festgelegt sind. Das Volumen der kleinsten hydraulischen Einheit pro Meter Auslaufbreite Vhydr.Einheit wird erfindungsgemäß durch nachfolgende Beziehung bestimmt:
mit

Vhydr.Einheit: Volumen der hydraulischen Einheit;
hD: Höhe der hydraulischen Einheit; und
LD: Länge der Düse

_A

_D

Die 3b zeigt beispielhaft in einer Ansicht A-A gemäß 3a eine Ansicht auf den Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 mit sich in Maschinenquerrichtung CD erstreckenden, beispielhaft in vier Reihen R1 bis R4 und den Spalten SPy, hier SP1 bis SPn angeordneten einzelnen turbulenzerzeugenden Kanälen 7.11 bis 7.4n, wobei die einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle 7.11 bis 7.1n, 7.21 bis 7.2n, 7.31 bis 7.3n und 7.41 bis 7.4n innerhalb einer einzelnen Reihe R1 bis R4 jeweils vorzugsweise parallel zueinander in Maschinenquerrichtung CD mit vorzugsweise der gleichen Teilung angeordnet sind und die Anordnung der Reihen R1 bis R4 senkrecht zur Maschinenquerrichtung CD und zur Durchströmungsrichtung ebenfalls vorzugsweise parallel zueinander erfolgt. Wiedergegeben ist eine theoretisch kleinste hydraulische Einheit EH, umfassend im dargestellten Fall in einer Reihe, hier der Reihe R2 angeordneten Strömungskanälen 7.21 bis 7.24. Der von dieser beaufschlagbare Düsenanfangsquerschnittsbereich und die Länge LD der Düse 4 bestimmen das Düsenvolumen.
Für die Ausbildung des erfindungsgemäßen Düsenvolumens ist die Form der Düse 4 selbst nicht relevant. Diese kann verschiedenartig ausgeführt sein. Die 4a bis 4c verdeutlichen dabei mögliche Ausgestaltungen der einzelnen Düsen 4, insbesondere der diese parallel zur Strömungsrichtung begrenzenden Düsenwände 10.1, 10.2. Die Länge LD der Düsen 4 in Strömungsrichtung ist dabei unterschiedlich, wobei diese zwischen den einzelnen Ausführungen in den 4a bis 4c variiert. Die jeweiligen Längen sind mit LD1, LD2 und LD3 bezeichnet, die entsprechenden Volumina der Düsen 4 mit VD1, VD2 und VD3. Erkennbar ist in 4a eine Düse 4 mit einer geneigten Düsenwandung 10.2, die auf die Düsenwandung 10.1 zulaufend ausgeführt ist. Bei dieser Ausführung ändert sich der Düsenquerschnitt in Durchströmungsrichtung betrachtet stetig durch Änderung der Neigung nur einer Düsenwandung 10.2. Demgegenüber verdeutlicht die 4c eine Ausführung mit ebenfalls stetiger Änderung des Düsenquerschnittes in Durchströmungsrichtung, wobei diese durch die aufeinander zulaufende Ausführung der einzelnen Düsenwände 10.1 und 10.2 realisiert wird. Die 4b verdeutlicht eine Ausführung mit sprungartiger Änderung des Düsenquerschnittes durch sprungartige Änderung des Verlaufes der Düsenwandung 10.1. Bei allen Ausführungen können die einzelnen Düsenwände 10.1, 10.2 eben oder gekrümmt oder eine Kombination aus beiden bilden.
Die in den 4a bis 4c dargestellten Ausführungen sind beispielhaft. Denkbar ist jedoch auch jede andere Düsengeometrie. Entscheidend ist, dass diese genannten Bedingungen auch für alle Stoffaufläufe mit Lamellen und/oder Verdünnungswassertechnologie gelten. Die Düsenvolumina VD1, VD2 und VD3 aller Düsen sind gleich. Die Düsen 4 der 4a bis 4c unterscheiden sich nur hinsichtlich ihrer Längen, das heißt LD1 ≠ LD2 ≠ LD3.
Ein derart ausgestalteter Stoffauflauf 1 kann in beliebiger Art und Weise weiter modifiziert werden. Es kann sich dabei um Stoffaufläufe handeln, welche mit Lamellen ausgestattet sind und/oder mit der Verdünnungswasertechnologie, das heißt zumindest einer Zudosiereinrichtung zur Zudosierung mindestens eines weiteren Fluids in die Faserstoffsuspension charakterisiert sind.
Der erfindungsgemäße Stoffauflauf 1 kann ferner in Kombination mit beliebig ausgebildeten Formiereinheiten 2, insbesondere Langsieb, Hybridformer und Doppelsiebformer eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Stoffauflauf
2: Formiereinheit
3: Blattbildungseinheit
4: Düse
4E: Eintritt in Düse, insbesondere Düsenanfang
5: Zuführvorrichtung
6: Turbulenzerzeugungseinrichtung
6A: Austritt aus der turbulenzerzeugenden Einrichtung
7; 7.xy: Turbulenzerzeugender Kanal
7.11–7.1n, 7.21–7.2n: Turbulenzerzeugender Kanal
7.31–7.3n, 7.41–7.4n: Turbulenzerzeugender Kanal
8: Düsenraum
9: Blende
10.1, 10.2: Düsenwandung
11: Austrittsspalt
12, 12.11–12.31: Fluidisierungsbereich
A-A: Ansicht
AB: Breite des Düsenanfangsquerschnittes bzw. der Turbulenzerzeugungseinrichtung in Maschinenquerrichtung
CD: Maschinenquerrichtung
DA: Düsenanfangshöhe
EH: Hydraulische Einheit
FL: Flocken
FS: Faserstoffsuspension
hD: Höhe der hydraulischen Einheit
LD: Länge der Düse
LD1, LD2, LD3: Länge der Düse
MD: Maschinenrichtung
n: Anzahl
R1–R4; Rx: Reihe
SD: Stoffdichte
SDk: Stoffdichtekennwert
SP1–SPy: Spalte
VD1, VD2, VD3: Düsenvolumina
Vhydr.Einheit: Volumen der kleinsten hydraulischen Einheit
X, Y, Z: Koordinaten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1313012 B1 [0004]
DE 10106684 A1 [0006]
DE 19902621 A1 [0007]
WO 2008/077585 A1 [0008]
EP 1022378 A2 [0009]
DE 29713433 U1 [0010]
DE 10234550 A1 [0011]

Claims

Stoffauflauf (1) mit mindestens einer, wenigstens eine Faserstoffsuspension (FS) zuführenden Zuführvorrichtung (5), einer einen Austrittsspalt (11) aufweisenden Düse (4) zur Ausgabe der Faserstoffsuspension (FS) in einem Freistrahl an eine nachgeordnete Funktionseinheit einer dem Stoffauflauf (1) nachgeordneten Formiereinheit (2) und einer in Strömungsrichtung der Düse (4) unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) mit einer Vielzahl von mindestens einen Fluidisierungsbereich aufweisenden turbulenzerzeugenden Kanälen (7, 7.xy, 7.11–7.4n) zur Führung der Faserstoffsuspension (FS) in Teilströmen und Beaufschlagung der Düse (4), wobei die einzelnen Kanäle (7, 7.xy, 7.11–7.4n) in Querrichtung der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) parallel zueinander unter Ausbildung von Reihen (R1–Rx, R1–R4) angeordnet sind und die Reihen (R1–Rx, R1–R4) senkrecht zur Querrichtung neben- oder übereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der die Düse (4) über eine vordefinierte Längeneinheit quer zur Durchströmungsrichtung beaufschlagende Teil einer Reihe (R1–Rx, R1–R4) turbulenzerzeugender Kanäle (7, 7.xy, 7.11–7.4n) eine hydraulische Einheit (E_H) bildet und die Düse (4) und die Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) derart ausgebildet sind, dass der als Volumen (V_hydr.Einhet) der hydraulischen Einheit bezeichnete und durch eine einzelne hydraulische Einheit beaufschlagbare beschreibbare Volumenanteil am Gesamtvolumen der Düse pro vordefinierter Längeneinheit ≤ 0,005 m³ beträgt.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch eine einzelne hydraulische Einheit (E_H) beaufschlagbare beschreibbare Volumenanteil am Gesamtvolumen (V_D) der Düse (4) als Funktion der Höhe der einzelnen hydraulischen Einheit (E_H) und der Länge (L_D) der Düse (4)
mit V_hydr.Einheit Volumen der hydraulischen Einheit; h_D Höhe der hydraulischen Einheit (E_H); und L_D Länge der Düse (4) pro vordefinierter Längeneinheit, insbesondere pro m beträgt.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtvolumen (V_D) der Düse (4) pro vordefinierter Längeneinheit V_D = n·V_hydr.Einheit mit n Anzahl der hydraulischen Einheiten (E_H); und V_hydr.Einheit Volumen einer hydraulischen Einheit (E_H) beträgt.
Blattbildungseinheit (3) für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, umfassend einen Stoffauflauf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 und eine dieser nachgeordnete Formiereinheit (2), in welcher die Faserstoffsuspension (FS) aus dem Austrittsspalt (11) des Stoffauflaufes (1) in einem Freistrahl auf- bzw. eingebracht wird.
Blattbildungseinheit (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formiereinheit (2) als eine der nachfolgenden Einheiten ausgeführt ist: – Hybridformer; – Spaltformer, umfassend zwei einen Einlaufspalt für die Faserstoffsuspension (FS) bildende Bespannungen, insbesondere Siebbänder; – Langsiebformer, umfassend ein Siebband, auf dessen Oberfläche die Faserstoffsuspension (FS) mittels des Stoffauflaufes (1) aufgebracht wird.