DE102010001614A1

DE102010001614A1 - Stoffauflauf und Blattbildungseinheit mit einem Stoffauflauf

Info

Publication number: DE102010001614A1
Application number: DE102010001614A
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: EP2531648A1; CN102782214A; WO2011095582A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf (1) mit mindestens einer, die wenigstens eine Faserstoffsuspension (FS) zuführenden Zuführvorrichtung (5), einer einen Austrittsspalt (11) aufweisenden Düse (4) zur Abgabe der Faserstoffsuspension (FS) in einem Freistrahl (F) und einer in Strömungsrichtung der Düse (4) unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung (6), in welcher bei Betrieb des Stoffauflaufes (1) die mindestens eine Faserstoffsuspension (FS) durch eine Vielzahl von turbulenzerzeugenden Kanälen (7, 7.xy, 7.11–7.4n) in Teilströmen geführt wird, wobei innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) zumindest ein, ein Fluidisierungsbereich (12, 12.11–12.31) bildender Bereich vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Stoffauflauf (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtvolumen (VTE) eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) in Abhängigkeit des nach dem in Durchströmungsrichtung letzten Fluidisierungsbereich (12, 12.11–12.31) durchströmbaren Volumen (VF) dieses einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) bis zum Austritt (6A) aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) beträgt: VTE = k2·VF mit VTE Gesamtvolumen eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n); k2 Konstante, mit 1 ≤ k2 ≤ 2, bevorzugt 1 ≤ k2 ≤ 1,5; und VF durchströmtes Volumen der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) nach dem Fluidisierungsbereich (12, 12.11–12.31).

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf für den Einsatz in einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen aus wenigstens einer Faserstoffsuspension, mit mindestens einer, die wenigstens eine Faserstoffsuspension zuführenden Zuführvorrichtung, einer einen Austrittsspalt aufweisenden Düse zur Abgabe der Faserstoffsuspension in einem Freistrahl und einer in Strömungsrichtung der Düse unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung, in welcher die mindestens eine Faserstoffsuspension durch eine Vielzahl von turbulenzerzeugenden Kanälen in Teilströmen führbar ist, wobei innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals zumindest ein, einen Fluidisierungsbereich bildender Bereich vorgesehen ist.
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, insbesondere der Turbulenzerzeugungseinrichtung und der Düse bei gleichbleibender Strahlqualität abzustellen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 10 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Bei einem erfindungsgemäßen Stoffauflauf für den Einsatz in einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen aus wenigstens einer Faserstoffsuspension mit mindestens einer, die wenigstens eine Faserstoffsuspension zuführenden Zuführvorrichtung, einer einen Austrittsspalt aufweisenden Düse zur Abgabe der Faserstoffsuspension in einem Freistrahl und einer in Strömungsrichtung der Düse unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung, in welcher die mindestens eine Faserstoffsuspension durch eine Vielzahl von turbulenzerzeugenden Kanälen in Teilströmen führbar ist, wobei innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals zumindest ein, einen Fluidisierungsbereich bildender Bereich vorgesehen ist, ist die Turbulenzerzeugungseinrichtung derart ausgebildet, dass das Gesamtvolumen eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals in Abhängigkeit des nach dem in Durchströmungsrichtung letzten Fluidisierungsbereich durchströmbaren Volumens dieses einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals bis zum Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung beträgt: V_TE = k2·V_F mit

VTE: Gesamtvolumen eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals;
k2: Konstante, mit 1 ≤ k2 ≤ 2, bevorzugt 1 ≤ k2 ≤ 1,5; und
VF: durchströmtes Volumen der Turbulenzerzeugungseinrichtung nach dem letzten Fluidisierungsbereich.

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.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet durch die erfindungsgemäße Abstimmung von Gesamtvolumen eines turbulenzerzeugenden Kanals und durchströmbaren Volumen eines turbulenzerzeugenden Kanals nach dem Fluidisierungsbereich den Vorteil der Schaffung sehr kurzer Kanäle, die die Entmischungsneigung erheblich verringern.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung wird auch das nach dem in Durchströmungsrichtung letzten Fluidisierungsbereich innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals durchströmbare Volumen bis zum Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung im Hinblick auf eine geringe Verweildauer des einzelnen Teilstromes optimiert. Das durchströmbare Volumen beträgt dazu als Funktion der offenen Fläche des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals am Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung
mit

VF: durchströmtes Volumen der Turbulenzerzeugungseinrichtung nach dem letzten Fluidisierungsbereich;
k1: Konstante, mit 1 ≤ k1 ≤ 10, bevorzugt 3 ≤ k1 ≤ 7; und
BTO: offene Querschnittsfläche des turbulenzerzeugenden Kanals am Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung.

Durch die Abstimmung von durchströmbaren Volumen eines turbulenzerzeugenden Kanals und Austrittsquerschnitt können geringe zu durchströmende Volumen nach dem Fluidisierungsbereich zur Reduzierung der Reflockulation vorgesehen werden und andererseits gleichzeitig die Austrittsquerschnittes des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals am Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung optimal befüllt werden. Ferner wird durch die Kombination der Maßnahmen die Fläche der strömungsbegrenzenden Wände innerhalb eines turbulenzerzeugenden Kanals minimiert.
Die geometrische Ausbildung des durchströmbaren Volumens in einem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal nach dem letzten Fluidisierungsbereich kann verschiedenartig erfolgen, insbesondere kann die Form des Volumens bezüglich der Strömungsführung beliebig gewählt werden. Gemäß einer ersten vorteilhaften Variante weist das nach dem in Durchströmungsrichtung letzten Fluidisierungsbereich innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals durchströmbare Volumen bis zum Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung zumindest einen Volumenbereich mit in Durchströmungsrichtung konstanten Strömungsquerschnitt auf. Gemäß einer zweiten vorteilhaften Variante weist das nach dem in Durchströmungsrichtung letzten Fluidisierungsbereich innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals durchströmbare Volumen bis zum Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung zumindest einen Volumenbereich mit in Durchströmungsrichtung stetig zu- oder abnehmenden Strömungsquerschnitt auf. Gemäß einer weiteren dritten Variante können jeweils Ausführungen gemäß der ersten oder zweiten vorteilhaften Variante miteinander kombiniert werden und/oder aber Ausführungen gemäß der ersten und zweiten vorteilhaften Variante miteinander. Durch die Möglichkeit der beliebigen Formgebung kann weiteren Aspekten Rechnung getragen werden und es kann auch die Länge des durchströmbaren Volumens variiert und beeinflusst werden.
Bezüglich der Realisierung des Druckverlustes innerhalb des in Strömungsrichtung letzten Fluidisierungsbereichs vor der Düse besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Dabei kann der letzte Fluidisierungsbereich in Strömungsrichtung betrachtet örtlich stark begrenzt oder aber über einen Teilbereich des turbulenzerzeugenden Kanals in Durchströmungsrichtung erstreckend ausgebildet werden. Der Druckverlust kann gemäß einer ersten Variante passiv, im einfachsten Fall als Funktion der Geometrie und/oder Dimensionierung des Strömungswegs im einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal oder aktiv durch Vorsehen zusätzlicher Einrichtungen und/oder Möglichkeiten zum Energieeintrag in die Faserstoffsuspension innerhalb des turbulenzerzeugenden Kanals erzeugt werden.
Im Fluidisierungsbereich erfolgt ein Energieeintrag unter Erzeugung eines Druckverlustes. Dieser kann verschiedenartig erzeugt werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung einer ersten Variante zur Erzeugung eines Druckverlustes wird der letzte Fluidisierungsbereich vor dem Eintritt in die Düse von einer örtlichen, stufenartigen Änderung der Querschnittsfläche des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals in Durchströmungsrichtung betrachtet gebildet. Die Querschnittsfläche des Kanals ist durch eine geometrische Form und Dimension beschreibbar. Die stufenartige Änderung bietet den Vorteil der einfachen Erzeugung höherer Druckänderungen in einem örtlich stark begrenzten Bereich innerhalb des Strömungswegs unter Erzeugung einer sehr starken Turbulenz zum Aufbrechen von Flocken, wodurch die Fluidisierung insgesamt verbessert wird. Die dadurch eingestellte hohe Fasermobilität wird dann durch die durch das erfindungsgemäß geringe Volumen bedingte kurze Verweildauer bis zum Austritt aus der Düse beibehalten.
In einer weiteren zweiten Variante kann der letzte Fluidisierungsbereich vor dem Eintritt in die Düse von einer stetigen Änderung der Querschnittsfläche des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals in Durchströmungsrichtung betrachtet gebildet werden. Die Größe der Änderung der Querschnittsfläche bei stufenartiger oder stetiger Änderung von der minimalen Querschnittsfläche zur maximalen Querschnittsfläche, welche als Differenz der die Querschnittsflächen charakterisierenden hydraulischen Durchmesser beschreibbar ist, wird dabei zur Erzeugung der erforderlichen Mindestdruckänderung geeignet gewählt.
Gemäß einer weiteren dritten Variante kann die Druckänderung zusätzlich oder alternativ durch zumindest eine im Fluidisierungsbereich vorzusehende statische Mischeinrichtung oder zumindest ein Mittel zum Energieeintrag unter Erzeugung des gewünschten Duckverlusts in der Faserstoffsuspension hervorgerufen werden. Diese Möglichkeiten bieten den Vorteil einer einfach zu realisierenden freien Einstellbarkeit der Druckänderung, unabhängig von der Geometrie im turbulenzerzeugenden Kanal.
Um in einer vorteilhaften Weiterentwicklung neben der Länge der Turbulenzerzeugungseinrichtung auch die Länge der Düse und damit die Verweildauer in dieser zu reduzieren, ist die Düse derart ausgeführt, dass diese eine Länge aufweist, die als Funktion der Größe der einem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal zugeordneten und eine Teilungsfläche beschreibenden Anteilsfläche der Querschnittsfläche der Düse am Eintritt in die Düse beträgt:
mit

L: Länge der Düse;
k: Konstante, wobei 10 ≤ k ≤ 20; und
BT: Teilungsfläche

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 erfindungsgemäße Lösung nutzt gezielt den Zusammenhang zwischen der hydraulischen Teilung und dem Querschnitt in der Düse, wobei die Ausbildung der Länge der Düse entsprechend dem erfindungsgemäßen funktionalen Zusammenhang den Vorteil einer kurzen Verweildauer der Faserstoffsuspension in der Düse bei gleichzeitiger Beibehaltung der Strahlqualität am Austritt aus dem Austrittsspalt bietet. Durch die Abstimmung der Länge der Düse auf die den einzelnen turbulenzerzeugenden Kanälen zugeordneten Teilungsflächen der Querschnittsfläche am Eintritt in die 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.
Die Definition der Teilungsfläche kann verschiedenartig erfolgen. Je nach Ausführung basiert die Bestimmung entweder auf den Abmessungen an der Düse und dem Aufbau der Turbulenzerzeugungseinrichtung oder der Turbulenzerzeugungseinrichtung allein. Die Größe der einzelnen Teilungsfläche wird gemäß einer ersten besonders vorteilhaften Ausführung durch den Quotienten aus der Querschnittsfläche der Düse, insbesondere der Größe der Querschnittsfläche am Eintritt in die Düse und der Anzahl der einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle in der der Düse unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung bestimmt. Diese Definition ist nahezu frei vom Einfluss von Toleranzen.
In einer zweiten Ausführung ist die Größe der einzelnen Teilungsfläche durch die Geometrie der Querschnittsfläche der einzelnen, einen turbulenzerzeugenden Kanal aufweisenden oder bildenden hydraulischen Einheit am Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung bestimmt. Unter einer hydraulischen Einheit wird die einen einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal allein oder als Bestandteil einer Gesamteinheit aufweisende oder beinhaltende Einheit verstanden. Diese umfasst den Kanal und zumindest eine diesen bildende beziehungsweise umschließende Wandung.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist der einzelne turbulenzerzeugende Kanal der Turbulenzerzeugungseinrichtung derart ausgebildet, dass das Verhältnis des Strömungsquerschnittes des Kanals am Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung und der diesem zugeordneten Teilungsfläche der Querschnittsfläche der Düse am Eintritt in die Düse im Bereich von jeweils einschließlich 0,5 bis 0,95, vorzugsweise im Bereich von jeweils einschließlich 0,75 bis 0,95, besonders bevorzugt im Bereich von jeweils einschließlich 0,75 bis 0,9 beträgt.
Ein derartig erfindungsgemäß ausgebildeter Stoffauflauf wird vorzugsweise in einer Blattbildungseinheit für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, umfassend desweiteren 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 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 4d zeigen mögliche geometrische Ausbildungen der durchströmbaren Volumen nach dem letzten Fluidisierungsbereich in einem turbulenzerzeugenden Kanal.
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 Verweildauer der Faserstoffsuspension FS, insbesondere der einzelnen Teilströme in der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 oder, vorzugsweise jedoch und der Düse 4 unter Beibehaltung einer ausreichenden Qualität des aus dem Austrittsspalt 11 der Düse 4 des Stoffauflaufes austretenden Freistrahles reduziert wird.
Zur Reduzierung der Verweildauer der Faserstoffsuspension FS in der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6, insbesondere des einzelnen Teilstromes in einem turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy, wird dieser derart ausgeführt, dass deren Länge möglichst gering gehalten wird, um die Entmischungsneigung zu verringern. Dazu wird der einzelne turbulenzerzeugende Kanal 7.xy derart ausgeführt und ausgebildet, dass dessen Gesamtvolumen VTE, welches aus der Summe der Einzelvolumina einzelner Teilbereiche eines turbulenzerzeugenden Kanales 7.xy bestimmt wird, möglichst, gering gehalten wird. Das Gesamtvolumen VTE des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy bestimmt sich dabei in Abhängigkeit des durchströmtes Volumens VF der Turbulenzerzeugungseinrichtung nach dem Fluidisierungsbereich 12 nach folgender Beziehung: V_TE = k2·V_F mit

VTE: Gesamtvolumen eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy;
k2: Konstante, mit 1 ≤ k2 ≤ 2, bevorzugt 1 ≤ k2 ≤ 1,5; und
VF: durchströmtes Volumen der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 nach dem Fluidisierungsbereich 12.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird das vom einzelnen Teilstrom durchströmbare beziehungsweise durchströmbare Volumen V_F derart gewählt, dass eine gute Füllung der offenen Querschnittfläche B_TO in Form der offenen Fläche am Austritt 6a aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 und somit am Eintritt 4E in die Düse 4 erreicht wird. Das durchströmte Volumen V_F wird dabei von einem Teilbereich des turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy gebildet, welcher sich vom Fluidisierungsbereich 12 bis zum Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 erstreckt. Dabei sollte das Volumen V_F, welches den Bereich eines turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy charakterisiert, der sich vom Bereich der Fluidisierung 12 bis zum Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung erstreckt, möglichst klein sein, um eine möglichst geringe Reflockulation zu gewährleisten. Erfindungsgemäß beträgt dabei das durchströmte Volumen für den Teilbereich des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy, der sich vom Fluidisierungsbereich 12 bis zum Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 erstreckt und damit dem offenen beziehungsweise der vorliegenden offenen Querschnittsfläche B_TO entspricht,
mit

VF: durchströmtes Volumen der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 nach dem letzten Fluidisierungsbereich 12;
k1: Konstante, mit 1 ≤ k1 ≤ 10, bevorzugt 3 ≤ k1 ≤ 7; und
BTO: offene Querschnittsfläche des turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy am Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der erfindungsgemäße Stoffauflauf 1 derart ausgebildet und ausgeführt, dass auch 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 die Länge L der Düse 4 als Funktion der hydraulischen Teilung der Gitternachlaufströmung in der Düse 4 bestimmt.
Im Einzelnen ist die Länge L der Düse 4 als Funktion einer Teilungsfläche B_T festgelegt. Je kleiner die Teilungsfläche B_T ist, je kürzer ist die Länge L der Düse 4. Die Länge L der Düse 4 entspricht der Erstreckung beziehungsweise des Abstandes zwischen dem Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 bis zum Austrittsspalt 11. Die Länge L der Düse 4 wird in Strömungsrichtung gemessen, das heißt senkrecht zum Austrittsquerschnitt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6. Um die gewünschte Strahlqualität im Austrittsspalt 11 zu erzielen, beträgt die ausgeführte Länge L der Düse 4 als Funktion der hydraulischen Teilung:
mit

L: Länge der Düse 4;
k: Konstante, wobei 10 ≤ k ≤ 20; und
BT: Teilungsfläche.

Die Teilungsfläche B_T entspricht dem einer hydraulischen Einheit E_H zugeordneten Flächenanteil an der Querschnittsfläche der Düse 4 am Düsenanfang beziehungsweise Düseneintritt 4E. Dabei wird die einen einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy allein oder als Bestandteil einer Gesamteinheit aufweisende oder beinhaltende Einheit als hydraulische Einheit E_H bezeichnet. Diese umfasst den Kanal und zumindest eine diesen bildende beziehungsweise umschließende Wandung. Die Teilungsfläche B_T kann daher aus dem Quotienten der Querschnittsfläche am Düsenanfang beziehungsweise Eintritt 4E und der Anzahl N der vereinzelten Strömungsquerschnitte, das heißt der Anzahl N der einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle 7.xy bestimmt werden.
Die Bestimmung und Darstellung dieser Größen ist in den 3a und 3b beispielhaft anhand eines Ausschnittes aus einem Stoffauflauf 1 gemäß 2 wiedergegeben.
3a zeigt die Düse 4 und die dieser unmittelbar in Strömungsrichtung vorgeordnete Turbulenzerzeugungseinrichtung 6. Zur Veranschaulichung sind hier lediglich turbulenzerzeugende Kanäle 7.11 bis 7.31 in drei Reihen mit den Fluidisierungsbereichen 12.11 bis 12.31 dargestellt.
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. Der von einem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.11 bis 7.xy beaufschlagbare Düsenanfangsquerschnittsbereich wird dabei als Teilungsfläche BT bezeichnet. Die einzelne hydraulische Einheit EH ist hier beispielhaft in Form der den einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.11 aufweisenden Einheit wiedergegeben. Der dem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.11 zugeordnete Anteil am Gesamtquerschnitt am Eintritt 4E in die Düse 4 ergibt sich aus dem Quotienten aus der Querschnittsfläche Q4E am Düsenanfang beziehungsweise Eintritt 4E in die Düse 4 und der Anzahl N der turbulenzerzeugenden Kanäle 7.xy.
mit

Q4E: Querschnittsfläche am Düsenanfang/Eintritt 4E in die Düse 4; und
N: Anzahl der einzelnen Strömungsgänge in der vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung, insbesondere Anzahl der turbulenzerzeugenden Kanäle.

Die Querschnittsfläche Q_4E am Düsenanfang 4E bestimmt sich als Funktion der Erstreckung der Düse 4 in Maschinenquerrichtung CD, das heißt aus der Breite AB und der Höhe h_D, welche mit der Breite und der Höhe der der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 am Austritt 6A zusammenfallen, das heißt Q_4E = AB·h_D
Der dem turbulenzerzeugenden Kanal 7.11 zugeordnete Anteil am Gesamtquerschnitt am Eintritt 4E in die Düse 4 als Teilungsfläche B_T kann ferner bei der dargestellten Ausführung mit vollständig aneinander angrenzenden Wandungen der hydraulischen Einheiten E_H bei rechteckigem Querschnitt durch das Produkt aus den Abmessungen der hydraulischen Einheit E_H, insbesondere die Seitenlängen t1 und t2 bestimmt werden. Die Teilungsfläche B_T entspricht dabei der Fläche der einzelnen hydraulischen Einheit E_H, das heißt der Querschnittsfläche des turbulenzerzeugenden Kanals am Ausgang aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 und des sich durch die Wandstärke d ergebenden Flächenbereiches, das heißt der Summe aus offener und geschlossener Fläche einer hydraulischen Einheit E_H. Sind die einzelnen hydraulischen Einheiten E_H derart ausgebildet, dass deren Wandungen frei von einer Berührung miteinander sind, entsprechen die Seitenlängen t1 und t2 den Längen einer dem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy zugeordneten Gittermasche eines an den Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 angelegten theoretischen Gitternetzes.
In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung wird die Verweildauer in der Düse 4 ferner durch die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des einzelnen Teilstromes beim Übertritt vom einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy in die Düse 4 beeinflusst. Nach Möglichkeit soll diese Änderung so gering wie möglich gehalten werden. Erfindungsgemäß wird dazu die Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 derart ausgeführt und angeordnet, dass die am Eintritt 4E in die Düse 4 offene Querschnittsfläche B_TO der Teilungsfläche B_T der Querschnittsfläche der Düse 4 am Düsenanfang, derart ausgeführt und dimensioniert ist, dass das Austrittsverhältnis B_TO zu B_T > 0,5, vorzugsweise > 0,75 beträgt. Das Austrittsverhältnis ist mit z bezeichnet, ergibt sich aus
und definiert das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten des in Strömungsrichtung letzten Strömungsquerschnittes in der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 und des Anfangsquerschnittes der Düse 4. B_TO entspricht dabei der Querschnittsfläche des jeweiligen turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy am Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 und beschreibt damit den Strömungsquerschnitt des jeweiligen turbulenzerzeugenden Kanals am Austritt 6A.
Das durchströmte Volumen VF kann hinsichtlich der Form der Strömungsführung beliebig ausgebildet werden. Die 4a bis 4d verdeutlichen beispielhaft unterschiedliche Ausführungen, wobei auch beispielhaft unterschiedliche Möglichkeiten der Ausbildung des Fluidisierungsbereiches 12 für eine einen turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy aufweisende hydraulische Einheit EH am Beispiel eines Turbulenzrohres.
4a verdeutlicht die Unterteilung in zumindest zwei Teilbereiche auf, einen ersten Teilbereich 18 und einen zweiten, das durchströmte Volumen VF beschreibenden Teilbereich 13. Dieser ist bis zum Erreichen des Austrittsquerschnittes am Austritt 6A der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 durch einen konstanten Strömungsquerschnitt in Durchströmungsrichtung charakterisiert. Der Fluidisierungsbereich 12 wird hier örtlich in Durchströmungsrichtung begrenzt durch eine stufenartige Querschnittsänderung 17, insbesondere Vergrößerung zwischen dem ersten und zweiten Teilbereich 18 und 13 gebildet.
Die 4b verdeutlicht beispielhaft eine weitere Ausbildung einer einen turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy aufweisenden hydraulischen Einheit EH, bei welcher der das durchströmte Volumen VF beschreibende Bereich von einer Mehrzahl von Teilbereichen unterschiedlichster Querschnittsausführungen gebildet wird. Der das durchströmte Volumen VF beschreibende Bereich ist hier beispielhaft durch drei Teilbereiche 13.1, 13.2 und 14 charakterisiert, wobei die Teilbereiche 13.1 und 13.2 sich in Strömungsrichtung erstreckend mit konstanten, jedoch unterschiedlich großen Strömungsquerschnitten ausgebildet sind, die über einen Zwischenbereich bildenden Teilbereich 14 miteinander verbunden sind. Der Teilbereich 14 ist durch eine stetige Querschnittsänderung in Strömungsrichtung charakterisiert, die als Querschnittszunahme ausgebildet ist. Demgegenüber verdeutlicht 4c die Ausbildung des Zwischenbereiches als Teilbereich 15 mit stetiger Querschnittsabnahme. In beiden Ausführungen wird der Fluidisierungsbereich 12 über einen Teilbereich der hydraulischen Einheit EH in Durchströmungsrichtung erstreckend ausgeführt, wobei die Ausbildung als Funktion der Geometrie und/oder Dimensionierung des Strömungswegs im Einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy, hier den Teilbereich 16 mit verringertem Querschnitt gegenüber den benachbarten Bereichen erfolgt.
Die 4d zeigt eine Ausführung gemäß 4b mit Ausbildung des Fluidisierungsbereiches 12 durch zumindest eine im Fluidisierungsbereich vorzusehende statische Mischeinrichtung 19 oder zumindest ein Mittel zum Energieeintrag unter Erzeugung des gewünschten Duckverlusts in der Faserstoffsuspension hervorgerufen werden.
Ausführungsbeispiel:
Die einzelnen hydraulischen Einheiten E_H der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 sind als Auslassrohre mit quadratischen Querschnitt ausgebildet. Die Seitenlängen t1 und t2 betragen 25 mm. Die Wandstärke d beträgt 1 mm.
Die Teilungsfläche B_T ergibt sich aus B_T = t1·t2 = 625 mm
Die Länge L der Düse 4 entspricht mit
zwischen einschließlich 250 mm bis 500 mm. Dieser Längenbereich ermöglicht eine ausreichend kurze Verweildauer bei gleichzeitiger Beibehaltung einer ausreichend hohen Strahlqualität.
Das Austrittsverhältnis z ergibt für das Ausführungsbeispiel mit k = 10 einen Wert von 0,84.
Das durchströmbare Volumen
ergibt für:
V_F(k1 = 1) = 12167 mm³
V_F(k1 = 10) = 121670 mm³
V_F(k1 = 3) = 36500 mm³
V_F(k1 = 7) = 85000 mm³
Die erfindungsgemäße Lösung gilt für Stoffaufläufe 1, die mit oder ohne Lamellen ausgebildet sind. Entscheidend ist hier die Wahl der Länge L der Düse 4 in Abhängigkeit der Teilungsfläche B_T, welche dem Anteil einer einzelnen hydraulische Einheit am Düsenanfangsquerschnitt entspricht und als Quotient aus dem Düsenanfangsquerschnitt Q_4E und der Anzahl N der einzelnen hydraulischen Einheiten E_H bestimmt werden kann.
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 Verdünnungswassertechnologie, 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: Turbulenzerzeugende Kanäle
7.31–7.3n, 7.41–7.4n: Turbulenzerzeugende Kanäle
8: Düsenraum
9: Blende
10.1, 10.2: Düsenwandung
11: Austrittsspalt
12, 12.11–12.31: Fluidisierungsbereich
13, 13.1, 13.2: Teilbereich
14: Teilbereich
15: Teilbereich
16: Teilbereich
17: Stufenartige Querschnittsänderung
18: Teilbereich
19: Mischeinrichtung
A-A: Ansicht
AB: Breite des Düsenanfangsquerschnittes bzw. der Turbulenzerzeugungseinrichtung in Maschinenquerrichtung
BT: Teilungsfläche
BTO: Offene Fläche der Teilungsfläche; offene Querschnittsfläche des turbulenzerzeugenden Kanals am Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung
CD: Maschinenquerrichtung
d: Wandstärke
EH: Hydraulische Einheit
FL: Flocken
FS: Faserstoffsuspension
hD: Höhe der Düse, Höhe der Turbulenzerzeugungseinrichtung
k: Konstante
k1: Konstante
k2: Konstante
L: Länge der Düse
MD: Maschinenrichtung
N: Anzahl
Q4E: Querschnittsfläche am Düsenanfang 4E
R1–R4; Rx: Reihe
SD: Stoffdichte
SDk: Stoffdichtekennwert
SP1–SPy: Spalte
t1, t2: Seitenlänge
VF: Durchströmtes Volumen
VTE: Gesamtvolumen eines turbulenzerzeugenden Kanals
X, Y, Z: Koordinaten
z: Austrittsverhältnis

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) für den Einsatz in einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen aus wenigstens einer Faserstoffsuspension (FS), mit mindestens einer, die wenigstens eine Faserstoffsuspension (FS) zuführenden Zuführvorrichtung (5), einer einen Austrittsspalt (11) aufweisenden Düse (4) zur Abgabe der Faserstoffsuspension (FS) in einem Freistrahl und einer in Strömungsrichtung der Düse (4) unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung (6), in welcher die mindestens eine Faserstoffsuspension (FS) durch eine Vielzahl von turbulenzerzeugenden Kanälen (7, 7.xy, 7.11–7.4n) in Teilströmen führbar ist, wobei innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) zumindest ein, einen Fluidisierungsbereich (12, 12.11–12.31) bildender Bereich vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass das Gesamtvolumen (V_TE) eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) in Abhängigkeit des nach dem in Durchströmungsrichtung letzten Fluidisierungsbereich (12, 12.11–12.31) durchströmbaren Volumen (V_F) dieses einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) bis zum Austritt (6A) aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) beträgt: V_TE = k2·V_F mit V_TE Gesamtvolumen eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n); k2 Konstante, mit 1 ≤ k2 ≤ 2, bevorzugt 1 ≤ k2 ≤ 1,5; und V_F durchströmtes Volumen der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) nach dem Fluidisierungsbereich (12, 12.11–12.31).
Stoffauflauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass das nach dem in Durchströmungsrichtung letzten Fluidisierungsbereich (12, 12.11–12.31) innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) durchströmbare Volumen (V_F) bis zum Austritt (6A) aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) als Funktion der offenen Querschnittsfläche (B_TO) des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) am Austritt (6A) aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) beträgt:
mit VF durchströmtes Volumen der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) nach dem letzten Fluidisierungsbereich (12, 12.11–12.31); k1 Konstante, mit 1 ≤ k1 ≤ 10, bevorzugt 3 ≤ k1 ≤ 7; und B_TO offene Querschnittsfläche des turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) am Austritt (6A) aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6).
Stoffauflauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das nach dem in Durchströmungsrichtung letzten Fluidisierungsbereich (12, 12.11–12.31) innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) durchströmbare Volumen (V_F) bis zum Austritt (6A) aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) zumindest einen Volumenbereich (13, 13.1, 13.2) mit in Durchströmungsrichtung konstanten Strömungsquerschnitt aufweist.
Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nach dem in Durchströmungsrichtung letzten Fluidisierungsbereich (12, 12.11–12.31) innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) durchströmbare Volumen (V_F) bis zum Austritt (6A) aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) zumindest einen Volumenbereich (14, 15) mit in Durchströmungsrichtung stetig zu- oder abnehmenden Strömungsquerschnitt aufweist.
Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der letzte Fluidisierungsbereich (12, 12.11–12.31) vor dem Eintritt (4E) in die Düse (4) von einer örtlichen, stufenartigen Änderung (17) der Querschnittsfläche des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) in Durchströmungsrichtung und/oder einer Mischeinrichtung (19) betrachtet gebildet wird.
Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (4) eine Länge (L) aufweist, die als Funktion der Größe der einem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal (7, 7.xy, 7.11–7.4n) zugeordneten und eine Teilungsfläche (B_T) beschreibenden Anteilsfläche der Querschnittsfläche (Q_4E) der Düse (4) am Eintritt (4E) in die Düse (4) beträgt:
mit L Länge der Düse (4); k Konstante, wobei 10 ≤ k ≤ 20; und BT Teilungsfläche.
Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der einzelnen Teilungsfläche (B_T) dem Quotienten aus der Querschnittsfläche (Q_4E) der Düse (4) am Eintritt (4E) in die Düse (4) und der Anzahl (N) der einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle (7, 7.xy, 7.11–7.4n) in der der Düse (4) unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) entspricht.
Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Teilungsfläche (B_T) von der Querschnittsfläche der einzelnen, einen turbulenzerzeugenden Kanal (7, 7.xy, 7.11–7.4n) aufweisenden oder bildenden hydraulischen Einheit (E_H) am Austritt (6A) aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) gebildet wird.
Stoffauflauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne turbulenzerzeugende Kanal (7, 7.xy, 7.11–7.4n) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass das Verhältnis (Z) der den Strömungsquerschnitt am Austritt (6A) aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) beschreibenden offenen Querschnittsfläche (B_TO) des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11–7.4n) und der diesem zugeordneten Teilungsfläche (B_T) der Querschnittsfläche (Q_4E) am Eintritt (4E) in die Düse (4) im Bereich von jeweils einschließlich 0,5 bis 0,95, vorzugsweise im Bereich von jeweils einschließlich 0,75 bis 0,95, besonders bevorzugt im Bereich von jeweils einschließlich 0,75 bis 0,9 beträgt.
Blattbildungseinheit (3) für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, umfassend einen Stoffauflauf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 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 10, 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.