DE10317720A1

DE10317720A1 - Stoffauflauf

Info

Publication number: DE10317720A1
Application number: DE2003117720
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ruf; Hans Loser
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2005-02-17
Also published as: EP1486608A3; EP1486608A2

Abstract

Ein Stoffauflauf (1) in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn aus einer Faserstoffsuspension mit einem Zulauf (20), einem Turbulenzerzeuger (2) und einem Auslauf (4) ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Stoffauflauf (1) ein Sensor (10, 11) zur Messung des Flockungszustands der Faserstoffsuspension angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn aus einer Faserstoffsuspension mit einem Zulauf, einem Turbulenzerzeuger und einem Auslauf.
Bei bekannten Maschinen zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papierbahn, wird eine Steuerung oder Regelung der Formation der Faserstoffbahn dadurch erreicht, dass deren Entstehung etwa im Bereich des Siebformers oder in einem dem Siebformer in Fertigungsrichtung nachgeordneten Aggregat vorgenommen wird. Dabei ist es nicht möglich, die Effekte, die die Formation der aus dem Stoffauflauf auf das Siebband aufgebrachten Faserstoffsuspension beeinflussen, zu berücksichtigen. Insbesondere lässt sich nicht ermitteln, welchen Einfluss die Geometrie des Stoffauflaufs, beispielsweise die Form der Lamellen des Stoffauflaufs, auf die Formation der Faserstoffbahn hat.

Stoffaufläufe sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt. Beispielsweise ist aus der DE 40 19 593 C2 ein Stoffauflauf für eine Papiermaschine mit einem quer liegenden Verteiler zum Verteilen der zugeführten Faserstoffsuspension über die Arbeitsbreite der Papiermaschine bekannt. Dabei ist ein Turbulenzeinsatz für die Stoffsuspension vorgesehen, der eine Vielzahl von Löchern oder Kanälen aufweist. Es ist ein maschinenbreiter Auslaufkanal mit einem Auslaufspalt zum Abgeben der Stoffsuspension an ein Papiermaschinensieb vorhanden. Weiter sind Mittel zum Einstellen der Stoffdichte der Faserstoffsuspension über die Arbeitsbreite hinweg bestimmt, wobei Leitungen für geregelte Suspensionsströme – Sektionsströme – mit individuell einstellbaren Eigenschaften wie der Stoffkonzentration oder dem Stoffdurchsatz vorhanden sind. Bei diesem Stoffauflauf sind über seine Breite hinweg Trennwände vorgesehen, die in Sektionen unterteilt sind. Je Sektion ist wenigstens ein Anschluss zum Zuführen eines Sektionsstromes vorgesehen. An den sektionierten Abschnitt schließt sich ein Turbulenzeinsatz an. Die Trennwände erstrecken sich strömungsmäßig über einen wesentlichen Teil des Strömungsweges zwischen der Zuführung der Sektionsströme und dem Turbulenzeinsatz. Mittels des Turbulenzerzeugers wird eine Faserorientierung quer zur Maschinenlaufrichtung erreicht, wobei der Stoffauflauf hierbei grundsätzlich in Sieblaufrichtung „zeigt".

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine neue Möglichkeit zur Beeinflussung der Faserorientierung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Stoffauflauf der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass an dem Stoffauflauf ein Sensor zur Messung des Flockungszustands der Faserstoffsuspension angeordnet ist.

In einem erfindungsgemäßen Stoffauflauf wird die Faserverteilung im Stoffauflauf direkt erfasst. Dadurch wird auch die Voraussetzung für eine Regelung des Prozesses geschaffen. Beispielsweise lässt sich die Stoffdichte über der Spaltbreite regeln. Ebenso kann eine Retentionsmittelregelung oder eine Regelung der Lamellenlänge vorgesehen werden. Damit ist es möglich, den Prozess der Entstehung der Faserstoffbahn besser zu führen, da zwischen von dem Stoffauflauf und von dem Former hervorgerufenen Effekten differenziert werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung in Verbindung mit den Figuren.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Sensor ein optischer oder radiometrischer Sensor ist.

Hierbei kann mit Vorteil der Sensor entweder an einer Oberlippe oder einer Unterlippe des Auslaufs bzw. der Düse angeordnet werden.

Der Sensor ist – in Strömungsrichtung gesehen – vorzugsweise in der letzten Hälfte, vorzugsweise im letzten Viertel des Auflaufs (4) angeordnet, da sich hierdurch die Qualität der Messdaten deutlich verbessert.

Als vorteilhaft erweist es sich auch, wenn der Stoffauflauf ein Mittel zur Beeinflussung der Faserverteilung in der Faserstoffsuspension aufweist.

Ebenso kann mit Vorteil vorgesehen werden, dass dieses Mittel eine Vorrichtung zur Erhöhung des Turbulenzgrades der Faserstoffsuspension ist.

Zusätzlich oder alternativ wird ein Vorteil erzielt, wenn ein Mittel zur Änderung der Länge von Lamellen des Stoffauflaufs vorhanden ist.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, den Stoffauflauf mit einem verschiebbaren Turbulenzerzeuger auszustatten.

Ebenso besteht ein Vorteil darin, dass in dem Stoffauflauf ein Mittel zur Veränderung des Durchmessers des Turbulenzerzeugers vorhanden ist.

Mit Vorteil lässt sich der Stoffauflauf auch so ausgestalten, dass in ihm ein Mittel zur Veränderung der Geometrie der Düse angeordnet ist.

Als Mittel zur Veränderung der Geometrie wird vorteilhaft ein Einbau in der Düse eingesetzt, dessen Volumen, insbesondere pneumatisch, veränderbar ist.

Neben dem Stoffauflauf selbst bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Aufbereitung einer Faserstoffsuspension anhand von mittels eines Sensors nach einem der auf den Stoffauflauf bezogenen Patentansprüche.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren beispielsweise in vorteilhafter Weise so ausgestaltet, dass die Faserverteilung durch ein elektrisches Feld beeinflusst wird.

Mit Vorteil wird das Verfahren so ausgestaltet, dass die Faserverteilung durch Ultraschall und/oder Magnetfelder beeinflusst wird.

Ebenso besteht eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens darin, dass die Faserverteilung durch die Steuerung der Retentionsmittelzugabe beeinflusst wird.

In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Faserverteilung durch die Steuerung der Zugabe chemischer Hilfsmittel beeinflusst wird.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Faserverteilung durch eine Regelungseinrichtung geregelt wird, der als Signalgrößen von mindestens einem Sensor gemessene Werte der Faserstoffsuspension zugeführt werden.

Durch die gemäß der Erfindung vorgesehenen Maßnahmen wird auf diese Weise eine schnelle Formationsregelung ermöglicht, während nach dem Stand der Technik lediglich Daten vom ausgangsseitigen Teil einer Papiermaschine oder aus dem Labor vorliegen, um den Produktionsprozess zu beeinflussen.

Durch die Ausgestaltung des Stoffauflaufs nach der Erfindung lässt sich nach den Einflussgrößen differenzieren, die die Formation der Faserstoffbahn beeinflussen, nämlich der Prozess vor dem Stoffauflauf, d. h. der konstante Teil der Papierproduktion, in dem die Faserstoffsuspension aufbereitet wird, der Stoffauflauf selber und der Former.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass, da nur eine homogene Faser- oder Flockenbildung in der Faserstoffsuspension auch zu einer homogenen Blattbildung auf dem Former führt, die Formationsmessung im Bereich des Stoffauflaufs stattfinden muss.

Vorzugsweise geschieht dies nach oder innerhalb eines Bereichs von Aktuatoren zur Beeinflussung der Formation, also im Turbulenzerzeuger oder an den Lamellen des Stoffauflaufs.

Die Faserverteilung, d.h. das Aufreißen von Faserflocken, lässt sich innerhalb des Stoffauflaufs dadurch beeinflussen, dass der Turbulenzgrad der Suspensionsströmung durch Einbringung zusätzlicher Scherkräfte beeinflusst wird.

Die Erfindung lässt sich auch einsetzen bei einem aus der EP 0 774 540 A2 bekannten Verfahren zum Herstellen einer Papierbahn mit einem im wesentlichen homogenen Flächengewichtsprofil und einem weiteren im wesentlichen homogenen Bahneigenschaftsquerprofil. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bahneigenschaftsprofil über die Faserlage derart eingestellt wird, dass das Verhältnis der Reißlänge in Längsrichtung zu der Reißlänge in Querrichtung über die Bahnbreite im wesentlichen konstant ist. Um dies zu erreichen, wird etwa die Faserlage durch die sektionale Rauigkeit der strömungsführenden Wände des Stoffauflaufs eingestellt. Die Faserlage kann auch durch sektional unterschiedliche Volumenströme, durch sektional unterschiedliche Stoffdichten im Stoffauflauf oder durch sektional unterschiedliche Differenzgeschwindigkeiten zwischen der Siebgeschwindigkeit und dem Stoffstrom eingestellt werden.

Ebenso lässt sich die Erfindung verwenden bei einem aus der DE 197 15 790 A1 bekannten Stoffauflauf, bei dem ein Mittel zur Erzeugung einer Turbulenz in Maschinenrichtung verstellbar oder verschiebbar vorgesehen ist. Durch diese Verschiebung ist es im einfachsten Fall möglich, den Abstand zwischen dem Düsenauslaufspalt und dem Turbulenzerzeuger entsprechend den unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder hydraulischen Eigenschaften der Faserstoffsuspension anzupassen. Diese Anpassung kann entweder durch eine diskrete Verstellung eines Turbulenzgitters oder eines sonstigen Turbulenzeinsatzes oder dessen Verschiebung innerhalb des Bereichs des Stoffauflaufs mit parallel verlaufenden Wänden erfolgen.

Hierzu sind beispielsweise mindestens zwei Mittel zur Erzeugung der Turbulenz vorhanden, wobei das in Strömungsrichtung erste Mittel zur Erzeugung einer Turbulenz, z. B. ein Turbulenzgitter, fixiert ausgeführt ist, während das oder die weiteren, stromabwärts liegenden Turbulenzerzeuger in Maschinenrichtung verschoben werden.

Außerdem lässt sich die Erfindung bei einem in der DE 199 42 047 A1 beschriebenen Stoffauflauf verwenden, der eine Vielzahl an Turbulenzrohren aufweist. Dabei verändert mindestens ein Turbulenzrohr im Strömungsverlauf seinen freien Strömungsquerschnitt mindestens einmal von einem ersten Querschnitt auf einen zweiten Querschnitt. Zumindest eine Querschnittsänderung wird durch mindestens einen in dem betreffenden Turbulenzrohr eingebrachten Einsatz (Insert) erzeugt. An dem Einsatz in dem Turbulenzrohr sind Mittel vorgesehen, durch die eine Veränderung des Verhältnisses L/D des Abstandes L einer Querschnittsveränderung zum Ende des Turbulenzrohrs zum engsten hydraulischen Durchmesser D dieser Querschnittsveränderung bewirkt werden kann. Durch diese Maßnahme wird vor allem bei der Herstellung eines Papiers durch einen Lamellen aufweisenden Stoffauflauf der Turbulenzgrad der Strömung sowie die Verweilzeit der Turbulenz in der Düse genau auf einander abgestimmt. Gleichzeitig wird durch diese Maßnahme die mechanische Stabilität des Stoffauflaufs und des darin angeordneten Turbulenzerzeugers nicht vermindert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei diesem Stoffauflauf die Insertposition und/oder der Durchmesser des Turbulenzrohrs verändert.

Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines Stoffauflaufs,
2 eine Ansicht einer auslaufseitigen Lamelle eines Stoffauflaufs und
3 einen Stoffauflauf einschließlich eines Zulaufs, ebenfalls schematisch im Querschnitt dargestellt.
Eine erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahme betrifft eine Änderung der Düsengeometrie, die anhand von 1 beschrieben wird: ein Stoffauflauf 1 weist einen Turbulenzerzeuger 2 mit einem Turbulenzgitter 3 auf. An diesen schließt sich in Strömungsrichtung ein Auslauf 4 oder eine Auslaufdüse 4 mit einer Oberlippe 5 und einer Unterlippe 6 an.
An der Auslaufdüse 4 sind in deren Innenraum hineinragende Einbauten 7, 8 angeordnet, deren Volumen beispielsweise pneumatisch veränderbar ist. Hierzu haben diese elastische kompressible Wandungen, mit denen sie in den Innenraum der Auslaufdüse 4 hineinragen. Beide Einbauten 7, 8 sind jeweils mit einer Regeleinheit 9 verbunden, die ihre Regelsignale durch einen auf der Oberlippe 5 oder auf der Unterlippe 6 angebrachten Sensor 10 bzw. 11 erhält. Als Führungsgröße für die Regeleinheit 9 dient dabei eine die Formation der Faserstoffbahn beschreibende Größe, beispielsweise das Verhältnis der Reißlänge in Längsrichtung zu der Reißlänge in Querrichtung (vgl. EP 0 774 540 A2 ).
Anstelle der Einbauten 7, 8 können auch andere veränderbare Strukturen, etwa eine Struktur 12 auf einer Lamelle 13 (2) eines Stoffauflaufs eingesetzt werden.
Mit Hilfe der Erfindung lassen sich Sensoren 10, 11 an einem Stoffauflauf einsetzen, die bestimmte Parameter der Fasern und/oder des in ihnen eingebrachten Füllstoffs messen, um innerhalb des Stoffauflaufs die Faserverteilung zu beeinflussen, wozu beispielsweise auch elektrische Felder, magnetische Felder, Ultraschall, die Änderung oder die Steuerung der Retentionsmittelzugabe oder die Änderung oder Steuerung der Zugabe chemischer Hilfsmittel eingesetzt werden. Alle diese Verstellungen oder Änderungen lassen sich erfindungsgemäß in ein Regelungskonzept einbinden.
Beispielsweise lässt sich anhand der von den Sensoren 10, 11 gemessenen Werte (3) eine Eigenschaft des Turbulenzgitters 3 verändern, welches über eine Datenleitung 14 mit der Regeleinheit 9 verbunden ist. Ebenso ist beispiels weise auch die Oberlippe 5 über eine Datenleitung 15 mit der Regeleinheit 9 verbunden. Aufgrund eines Regelsignals wird die Oberlippe 5 beispielsweise über ein Gelenk 16 verschwenkt, über das sie beweglich mit der Außenwand des Stoffauflaufs 1 verbunden ist. In entsprechender Weise lässt sich auch eine an der vorderen Kante der Oberlippe 5 angebrachte Blende 17 verstellen, die über eine Datenleitung 18 mit der Regeleinheit 9 verbunden ist. Ebenso kann auch ein Parameter innerhalb eines über eine Datenleitung 19 mit der Regeleinheit 9 verbundenen Zulaufs 20 verändert bzw. geregelt werden. Auch in dem dem Stoffauflauf 1 vorgeschalteten Bereich zur Aufbereitung der Faserstoffsuspension können Parameter aufgrund von von den Sensoren 10, 11 gemessenen Werten in der Auslaufdüse 4 verändert oder geregelt werden, beispielsweise die Zugabe des Füllstoffs oder die Zugabe von Hilfsstoffen.

1: Stoffauflauf
2: Turbulenzerzeuger
3: Turbulenzgitter
4: Düse (Auslauf)
5: Oberlippe
6: Unterlippe
7: Einbau
8: Einbau
9: Regeleinheit
10: Sensor
11: Sensor
12: Struktur
13: Lamelle
14: Datenleitung
15: Datenleitung
16: Gelenk
17: Blende
18: Datenleitung
19: Datenleitung
20: Zulauf

Claims

Stoffauflauf (1) in einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn aus einer Faserstoffsuspension mit einem Zulauf (20), einem Turbulenzerzeuger (2) und einem Auslauf (4), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Stoffauflauf (1) ein Sensor (10, 11) zur Messung des Flockungszustands der Faserstoffsuspension angeordnet ist.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10, 11) ein optischer oder radiometrischer Sensor ist.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10, 11) an einer Oberlippe (5) oder einer Unterlippe (6) des Auslaufs (4) angeordnet ist.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10, 11) – in Strömungsrichtung gesehen – in der letzten Hälfte, vorzugsweise im letzten Viertel des Auflaufs (4) angeordnet ist.
Stoffauflauf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Mittel zur Beeinflussung der Faserverteilung in der Faserstoffsuspension aufweist.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine Vorrichtung zur Erhöhung des Turbulenzgrades der Faserstoffsuspension ist.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Änderung der Länge von Lamellen (13) des Stoffauflaufs vorhanden ist.
Stoffauflauf (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbulenzerzeuger (2) verschiebbar angeordnet ist.
Stoffauflauf (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stoffauflauf (1) ein Mittel zur Veränderung des Durchmessers des Turbulenzerzeugers (2) vorhanden ist.
Stoffauflauf (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stoffauflauf (1) ein Mittel zur Veränderung der Geometrie des Auslaufs (4) angeordnet ist.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Einbau (7, 8) in dem Auslauf (4) ist, dessen Volumen, insbesondere pneumatisch, veränderbar ist.
Verfahren zur Aufbereitung einer Faserstoffsuspension anhand von mittels eines Sensors (10, 11) nach einem vorstehenden Ansprüche gewonnenen Messwerte, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverteilung durch ein elektrisches Feld beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverteilung durch Ultraschall und/oder Magnetfelder beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverteilung durch die Steuerung der Retentionsmittelzugabe beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverteilung durch die Steuerung der Zugabe chemischer Hilfsmittel beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverteilung durch eine Regelungseinrichtung (9) geregelt wird, der als Signalgrößen von mindestens einem Sensor (10, 11) gemessene Werte der Faserstoffsuspension zugeführt werden.