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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Papier-und Zellstoffbahnen
Beim Herstellen von Papier- und Zellstoffbahnen haben bekanntlich die Fasern das
Bestreben, sich in der Faserstoffaufschwemmung in die Strömungsrichtung einzustellen.
Dadurch ergibt sich in den fertigen Bahnen eine schlechte Verfilzung und eine zu
geringe Festigkeit.
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Zur Behebung dieser Mängel sind bereits Vorschläge gemacht worden,
die jedoch keine vollkommene Lösung herbeizuführen vermochten. So ist ein Verfahren
zur Herstellung von Faserstoffbahnen bekannt, bei dem das Stoff-Wasser-Gemisch vor
dem Auffließen auf das Langsieb Rüttelungen in senkrechter Richtung erfährt. Die
Schwingungen des Rüttelelements werden dabei mit hoher Frequenz und großer Intensität
durchgeführt, so daß für den verhältnismäßig schweren, in ziemlicher Stärke aufgebrachten
Stoffbrei eine gute Verteilung der Fasern. d. h. eine bessere Verfilzung. erreicht
wird. Es ist ferner ein Verfahren zur Unterstützung der Verteilung der Fasern und
Bildung einer Faserstoffbahn bekannt, bei dem die die Bahn bildende Fläche einer
Vibration von verhältnismäßig hoher Frequenz und kleiner Amplitude mit einer Komponente
senkrecht zu dieser Fläche unterworfen wird. Auch hierbei wird eine gute Verteilung
der Fasern, und zwar bei der Bildung von dünnen Papierbahnen eine gute Verteilung
der Fasern mit Bezug auf ihre Menge je Flächeneinheit, erreicht. Mit diesen und
anderen bekannten Verfahren mit mechanischer Schwingungserzeugung läßt sich trotz
der Verwendung hochfrequenter Schwingungen zwar eine einmal entstandene einseitige
Faserausrichtung vermindern und eine flächenmäßig gute Verteilung sowie eine gute
Verfilzung erreichen, jedoch besteht keine Möglichkeit, eine willkürliche Beeinflussung
der Faserrichtung im Papierblatt zu erzielen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Papier- und Zellstoffbahnen,
bei dein der Faserlängsausrichtung im Stoffauflauf der Maschine ebenfalls durch
Einwirkung hochfrequenter Schwingungen auf die Faserstoffaufschwemmung entgegengewirkt
wird, die je nach Intensität oder Frequenz einen mehr oder weniger großen Anteil
der Fasern quer stellen, unterscheidet sich von den bisher bekannten Verfahren dadurch,
daß die Fasern parallel zu ihrer Strömungsrichtung durch Schall- oder Ultraschallwellen
beaufschlagt werden, durch die sie quer zur Fortpflanzungsrichtung der Wellen steuerbar
ausgerichtet werden. Selbstverständlich muß dabei die einstellbare Intensität bziv.
Frequenz jeweils der Strömungsgeschwindigkeit der Faserstoffaufschwemmung, der mittleren
Länge der Fasern und den konstruktionstechnischen Gegebenheiten des Stoffauflaufs
angepaßt werden. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß es zwar ferner bereits
bekannt ist, Schall- oder Ultraschallwellen zur Behandlung von noch unfertigen Papierbahnen
zu verwenden. Da aber hierbei die Beschallung erst im Saugerbereich der Siebpartie,
d. h. nach der Bildung des Papierflieses, angewendet wird, ist überhaupt keine Beeinflussung
der Faserausrichtung mehr möglich.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren dagegen läßt sich eine Ausrichtung
der Fasern willkürlich steuern, d. h., der Anteil der sich mehr oder weniger stark
quer stellenden Fasern kann je nach den Erfordernissen geändert werden. Vorzugsweise
werden dabei die Fasern in oder entgegengesetzt zu ihrer Strömungsrichtung durch
die Schall- oder Ultraschallwellen beaufschlagt, so daß den Fasern in irgendeinem
gewünschten Maße eine beliebige Vorzugsausrichtung aufgezwungen und damit eine Erhöhung
der Zugfestigkeit des erzeugten Papierblattes in dieser Richtung erzielt werden
kann.
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Eine besonders intensive Beeinflussung der Einstellung bzw. Ausrichtung
der Fasern ergibt sich, wenn stehende Schall- oder Ultraschallwellen verwendet werden.
Ebenso läßt sich die Beeinflussung dadurch verstärken. daß Schall- oder Ultraschallwellen
verwendet werden, deren Länge gleich der doppelten Faserlänge oder größer ist als
diese.
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Eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung der Erfindung ist z.
B. gekennzeichnet durch eine oder mehrere im Stoffauflauf angeordnete, parallel
zur Strömungsrichtung der Fasern auf diese einwirkende Schall- oder Ultraschallquellen.
Dabei können mehrere synchron schwingende Schall- oder Ultraschallquellen über die
Breite des Stoffauflaufs hinweg aneinandergereiht werden, so daß sie wie eine einzige
langgestreckte
stabförmige Schallquelle wirken, die für große Siebbreiten
verwendbar ist. Schließlich können entsprechend, vorzugsweise parabolisch geformte
Reflektoren zum Bündeln der Schäll--oder Ultraschall= wellen vorgesehen sein.
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Zunächst sei an einem Beispiel erläutert, wie das erfindungsgemäße
Verfahren praktisch angewendet wird. Eine Papiermaschine erzeuge- 7eitungsdruckpapier
mit einer Geschwindigkeit von 250 m/Min. Darin herrsche im Mittelteil @ des SFoffauflaufes,
es möge ein offener Hbclldruckstoffauf,4uf sein, eine Strömungsgeschwindigkeit von
ungefähr 0,3 in/Sek. Die mittlere Faserlänge betrage etwa 2 bis 3 inne, so daß de-r
beste Effekt mit einer Wellenlänge von 6 min erzielt wird. Der Doppler-Effekt, d.
h. Veränderung der Wellenlänge durch Bewegung des schalltragenden Gases oder der
Flüssigkeit gegenüber der ruhenden Schallquelle, kann vernachlässigt werden, da
er bei der vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit nur Veränderungen der Wellenlänge
in der Größenordnung von '/io min bewirkt. Da im Wasser hei 30° C die Schallgeschwindigkeit
ungefähr 1500 m/Sek. beträgt, wird nach dem Gesetz c = f -i (c = Fortpflanzungsgeschwindigkeit,
f = Frequenz, a = Wellenlänge) eine Frequenz von
benötigt. Bei anderen Papieren mit anderer Faserlänge ist dann eine entsprechend
größere oder kleinere Frequenz am günstigsten. Außerdem muß die Temperatur des Wassers
beachtet werden, denn die Schallgeschwindigkeit im Wasser ändert sich mit der Temperatur.
Genaue Daten geben physikalische Handbücher an.
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In der Zeichnung sind in Abb. 1, 2 und 3 drei Vorrichtungen schematisch
im Querschnitt dargestellt, die einige Ausführungsbeispiele für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen In der in Abb. 1 dargestellten Vorrichtung
sind punktförmige Schallquellen 1 am Boden des Stoffauflaufs in einer Reihe nebeneinander
und über die ganze Breite desselben hinweg gleichmäßig verteilt angeordnet. Diese
punktförmigen Schallquellen wirken in ihrer Gesamtheit wie eine einzige stabförmige
Schallquelle. und sie können natürlich durch eine solche ersetzt werden, sobald
deren Herstellung technisch möglich ist. Unter jeder Schallquelle ist ein Reflektor
2 vorgesehen, der die Schallwellen parallel und entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
3 der Faserstofffaufschwemmung bündelt. Dabei soll die Intensität der Schwingungen
nur so groß sein, daß infolge der Schallabsorption die Schall- oder Ultraschallwellen
nicht bis zur Oberfläche 4 der Aufschwenlmung gelangen.
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Eine entsprechende Anordnung der Schallquellen zeigt auch die Vorrichtung
gemäß Abb. 2, die schematisch einen geschlossenen Hochdruckstoffauflauf darstellt,
mir mit dem Unterschied, daß hiernach die Schallwellen parallel und in Strömungsrichtung
3 der Faserstoffaufschwemmung gebündelt werden.
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Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 ist nur für einen offenen Stoffauflauf
geeignet, sei es nun ein Hochdruckstoffauflauf. sei es ein Stoffauflauf mit Formatwagen
und Schaumlatten. Bei dieser Ausführungsform sind die nebeneinanderliegenden Schallquellen
5 so angeordnet, daß sie etwa 10 bis 15 cm tief in die Faserstoffaufschwemmung eintauchen
und vom Boden 6 einen-' solchen Abstand haben, daß stehende Wellen entstehen. Dieser
Abstand muß genau gleich
sein, wobei n eine positive ganze ungerade Zahl ist. Um die Schallquellen herum
sind wieder Reflektoren 7 vorgesehen, die zur Ausnutzung der vollen Intensität der
Schall- oder Ultraschallquellen alle Wellen parallel und in Richtung der Strömung
bündeln.
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Selbstverständlich sind zahlreiche Abwandlungen der dargestellten
Ausführungsbeispiele möglich, ohne von dem eigentlichen Erfindungsgedanken abzuweichen.
Wesentlich ist, daß die Fasern_parallel zu ihrer Strömungsrichtung durch Schall-
oder Ultraschallwellen beaufschlagt werden, wodurch sie quer zur Fortpflanzungsrichtung
der.ZVelleii -s-teuerbar ausgerichtet werden.
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Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bestellt
darin, daß gleichzeitig eine Entlüftung der Faserstoffaufschweinmung bewirkt und
eine Ansammlung von Füllstoffschlamm an Kanten und in Ecken des Stoffauflaufs verhindert
wird.