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Schalldämpfer für Papiermaschinensaugwalzen Die Erfindung bezieht
sich auf Schalldämpfer für Saugwalzen, die in Papiermaschinen verwendet werden.
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Bei der Papierherstellung besteht eine der wesentlichsten Aufgaben
darin, das Wasser aus der Faserstoffaufschwemmung, die der Maschine zugeführt wird,
zu entfernen. Gewöhnlich läuft diese Aufschwemmung, die von einem Sieb getragen
wird, über Saugkästen, die sich auch im Inneren einer drehbaren Walze befinden können.
Der Unterdruck gelangt durch Bohrungen in dem Walzenmantel zur Einwirkung auf die
sich bildende Papierbahn. Wenn diese Löcher über den feststehenden Saugkasten hinwegstreichen,
fließt plötzlich Luft durch die Löcher des Walzenmantels. Diese Wirkung ähnelt der
Wirkung einer Sirene und erzeugt ein heftiges Geräusch, welches für mit Saugwalzen
arbeitende Papiermaschinen kennzeichnend ist.
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Wegen der großen Menge der durchfließenden Luft und der Länge der
Walze, die bei den modernen Papiermaschinen ungefähr 6 m betragen kann, ist die
Intensität des Lärmes sehr groß. Lautstärken von 100
bis 120 Dezibel (die
von der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine abhängen) sind im Maschinenraum ganz
gewöhnlich. Außer der äußeren Störung, die durch diesen Lärm verursacht wird, ist
auch die Verständigung sehr schwierig, und was noch wichtiger ist, es treten Schädigungen
des Gehöres der Arbeiter auf.
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Es sind in der Vergangenheit Versuche unternommen worden, den Lärm
auf eine Höhenlage und Intensität zu senken, die dem Arbeiter nicht schädlich ist.
Einer dieser Versuche besteht darin, einen festen keilförmigen Teil als Schalldämpfer
an der Ablaufkante des Saugkastens anzubringen. Dabei hat die obere Oberfläche dieses
Keiles einen Krümmungsradius, der ungefähr gleich der innenseitigen Oberfläche der
Saugwalze, aber nicht konzentrisch mit ihr ist. Die Oberfläche dieses Keiles steht
nahezu in Kontakt mit der Ablaufkante der Verschlußleiste des Saugkastens. Der Spalt
zwischen der oberen Oberfläche der Kante des Keiles und der inneren Oberfläche der
Saugwalze nimmt mit der Entfernung von der Ablaufkante zu.
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Im Betrieb mit dem oben beschriebenen Schalldämpfer kommt es vor,
daß sich die Spalteinstellung beim Gebrauch des Schalldämpfers ändert. Da die Größe
des Spaltes aber für die Schalldämpfung maßgebend ist, befindet sich der Schalldämpfer
nach verhältnismäßig kurzer Zeit außer Funktion. Ein zweiter beachtenswerter Mißstand
desselben liegt darin, daß der Spalt sich rasch durch den Papierstoff verstopft,
der von der Saugwalze getragen wird. Wenn infolgedessen keine Einrichtungen vorgesehen
sind, um den Spalt periodisch zu reinigen, hört die Wirkung des Schalldämpfers meist
nach einigen Tagen auf.
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Es ist ferner ein Schalldämpfer für Saugwalzen, insbesondere Papiermaschinensaugwalzen,
die radial verlaufende Bohrungen im Walzenmantel sowie einen ortsfesten, mit dem
inneren Umfang des Walzenmantels bei Drehung desselben zusammenwirkenden Saugkastens
aufweisen, bekannt, bestehend aus einer längs der Ablaufkante des Saugkastens angeordneten
Kammer, die sich im wesentlichen über die volle Länge der Walze erstreckt und einerseits
mit Bohrungen des Saugwalzenmantels und andererseits mit der Atmosphäre in Verbindung
steht.
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Mit einem Schalldämpfer dieser Art wird aber das bei mit Saugwalzen
arbeitenden Anlagen auftretende Geräusch noch nicht in ausreichendem Maß vermindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher erreichte Schalldämpfung noch
weiter fühlbar zu verbessern. Dies geschieht dadurch, daß die Kammer über einen
engen, sich ebenfalls längs des inneren Umfanges des Walzenmantels, im wesentlichen
über die volle Länge der Walze erstreckenden Spalt mit den Bohrungen des Walzenmantels
verbunden ist.
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Der erfindungsgemäße Schalldämpfer erlaubt durch die Anordnung des
erwähnten engen Spaltes den Eintritt einer gerade ausreichenden Menge Luft in die
Bohrungen des Walzenmantels, wodurch der Unterdruck in dem kleinen Zeitabschnitt,
währenddessen diese über den Spalt hinweglaufen, so verringert wird,
daß
der Lärm auf ein erträgliches Maß absinkt, ohne jedoch die Nachteile der bekannten
Schalldämpfer, wie sie vorstehend beschrieben sind, aufzuweisen.
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Der Spalt ist vorzugsweise enger als jede der radial sich erstreckenden
Bohrungen des Walzenmantels. Der Spalt kann in einer die Kammer verschließenden
Leiste angeordnet sein, die wenigstens zweimal so breit ist wie der Durchmesser
der Bohrungen des Walzenmantels.
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Vorzugsweise durchsetzt der Spalt nur den oberen Teil der Leiste,
steht aber durch in ihn einmündende Bohrungen im unteren Teil der Leiste mit der
Kammer in Verbindung.
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Der Spalt kann auch von der Ablaufkante der Saugkammer einerseits
und der Abdeckung der ihr nachgeordneten Kammer andererseits gebildet sein.
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Es ist ferner vorteilhaft, wenn die mit der Atmosphäre in Verbindung
stehenden Öffnungen in der Kammer mit Einrichtungen ausgestattet sind, die es ermöglichen,
den Luftdurchgang zu regulieren.
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Die Spaltweite übersteigt vorteilhaft 0,56 cm nicht und liegt vorteilhaft
etwa zwischen 0,05 und 0,08 cm. Die Erfindung ist nachfolgend an Hand von Beispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist Fig. 1
ein Querschnitt einer Ausführungsform des Schalldämpfers nach der Erfindung, der
die Größe, Form und Lage des Schalldämpfers erkennen läßt, Fig, 2 ein Querschnitt
einer anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 eine vergrößerte teilweise Ansicht
einer abgeänderten Form des Lufteinlasses in die Kammer des Schalldämpfers, Fig.
4 eine graphische Darstellung, die die Änderung des Druckes mit der Zeit in den
Bohrungen der Saugwalze zeigt, nachdem die unter Unterdruck stehenden Bohrungen
plötzlich dem atmosphärischen Druck ausgesetzt werden, Fig. 5 drei graphische Darstellungen
(a), (b) und (c), die andere Verhältnisse des Druckes innerhalb der Bohrungen
der Saugwalze mit der Zeit darstellen.
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Der Schalldämpfer nach der Erfindung hat eine Kammer 1, die sich im
wesentlichen über die volle Länge der Saugwalze erstreckt und in der Nähe der Ablaufkante
3 des Saugkastens 4 der Walze angeordnet ist. Der Saugwalzenmantel2 hat radiale
Bohrungen 5, die mit den gewünschten Zwischenräumen sich quer über den größten Teil
desselben erstrecken. Der Saugkasten 4 liegt gegen die Innenseite der Saugwalze
an und ist mit einer weiten Öffnung versehen, durch die die Saugwirkung durch die
radialen Bohrungen 5 auf das sich bildende Papier od. dgl. wirkt, welches tangential
zur äußeren Oberfläche der Saugwalze bewegt wird. Nach Fig. 1 steht die Ablaufkante
3 des Saugkastens 4 mit der Saugwalze mit Hilfe einer Dichtungsleiste 6 in Berührung,
doch könnte auch jedes andere geeignete Mittel zum Abdichten des Saugkastens gegen
die Saugwalze verwendet werden.
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Der Schalldämpfer 1 besitzt eine Kammer mit einem schmalen Spalt 7
an der oberen linken Ecke der Kammer. Der Spalt 7 ist in einer Leiste 8 ausgeschnitten,
die an der oberen Kante der Kammer 1 angeordnet ist. Damit der Spalt 7 mit der Kammer
1 in Verbindung steht, sind in die Leiste 8 Öffnungen 9b gebohrt, die einen Raum
der Leiste 8 begrenzen, der in Fig. 1 mit 9 bezeichnet ist. Die Öffnungen 9 b, die
den Raum 9 umgrenzen, liegen so nahe beieinander, wie es für die erforderliche Festigkeit
der Leiste 8 zulässig ist. Die Breite der Leiste 8 ist mindestens zweimal so groß
wie der Durchmesser der Bohrungen 5 des Saugwalzenmantels 2. Die Kammer 1 ist wenigstens
an einer ihrer Seitenwände mit mindestens einem Lufteinlaßkanal10 versehen, der
Luft in dem gewünschten Außmaß in das Innere der Kammer 1 eintreten iäßt.
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Die Ausführung der Erfindung nach Fig. 2 besitzt einen Spalt 7, der
unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung einer Leiste in die Kammer 1 führt. Wie
bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Kammer 1 in der Nähe der Ablaufkante
3 des Saugkastens 4 angeordnet. Die Kammer 1 ist ebenfalls an wenigstens
einer ihrer Wände mit mindestens einer Lufteinlaßleitung 10 versehen, um Luft unter
dem gewünschten Druck in die Kammer 1 zu leiten und den Druck innerhalb der Kammer
zu kontrollieren und zu regeln.
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Fig. 3 zeigt eine Anordnung, die bei der Ausführung nach Fig. 1 und
2 verwendet werden kann. Der Eimaß 10 ist mit einem Rohr 10A versehen, in dem ein
geeignetes Ventil, beispielsweise eine Drosselklappe 11 angeordnet ist, die in die
gewünschte Winkelstellung eingestellt werden kann. Ein Vorteil der Verwendung eines
solchen Ventiles liegt darin, daß es unnötig ist, genau die Größe des Einlasses
10 für den Durchgang der erforderlichen Menge an Luft bei einer gegebenen Geschwindigkeit
der Saugwalze zu berechnen. Außerdem ermöglicht es ein derartiges Ventil, Änderungen
in der Geschwindigkeit der Saugwalze zu kompensieren.
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Fig. 4 zeigt die Änderung des Druckes in den Bohrungen 5 im Verhältnis
zur Zeit, die vergangen ist, nachdem die Bohrungen, die unter Unterdruck stehen,
plötzlich der Atmosphäre ausgesetzt werden. Der Betrag der Abnahme des Druckes oder,
mit anderen Worten, der Betrag, bei dem die Oszillationen die Neigung haben, abzuklingen
und der Druck die Neigung hat, sich dem atmosphärischen Druck zu nähern, wird durch
den Betrag an Energieverlust des Systems bestimmt. Eine Frequenz f der Oszillation
bei einer gegebenen Länge L der Bohrung, die an einem Ende geschlossen ist und plötzlich
am offenen Ende einem Druck ausgesetzt wird, der von dem Druck innerhalb der Bohrung
verschieden ist, kann annähernd durch die Formel
angegeben werden, in der c die Schallgeschwindigkeit ist.
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Fig. 5 zeigt andere Formen der Verhältnisse des Druckes zur Zeit innerhalb
der Bohrungen 5 in Abhängigkeit von der Dämpfung. Wenn die Dämpfung gering ist,
so wird das Verhältnis das sein, welches in Fig. 5, (a) dargestellt ist. Wenn die
Dämpfung stark ist, so wird das Verhältnis das sein, welches in Fig. 5, (b) dargestellt
ist, und wenn die Dämpfung sich sehr hoch über dem kritischen Wert befindet, wird
das Verhältnis das sein, welches in Fig. 5, (c) dargestellt ist.
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Die Breite des Spalts 7 wird für einen wirkungsvollen Betrieb im Verhältnis
zur Durchschnittsgeschwindigkeit, mit der die Saugwalze rotieren soll, der effektiven
Länge ihrer Bohrungen 5 und dem Druck in dem Saugkasten 4 gewählt. Sie ist sehr
klein, beispielsweise, wie schon erwähnt, ungefähr 0,051 bis 0,08 cm, kann aber
auch bis zu 0,56 cm sein.
Da die Bohrungen 5 bei Betrieb der Walze
mehrere Male unter atmosphärischem Druck stehen (siehe die Schnittpunkte der Abszisse
in Fig. 4), ist es im Prinzip möglich, daß Ende derselben jedesmal in diesen Zeitpunkten
zu schließen. So wird sichergestellt, daß der Durchschnittsdruck der atmosphärische
ist, obgleich die Luft sich im allgemeinen in einem turbulenten Zustand befindet
und die Bohrungen infolgedessen noch Luft abgeben, wenn sie der Atmosphäre ausgesetzt
werden. Indessen erfolgen das Öffnen und Schließen der Bohrungen 5 nicht plötzlich,
so daß die Oszillationen in den Bohrungen 5 gedämpft werden. Infolgedessen tritt
keine wesentliche Luftabgabe ein, wenn die Bohrungen 5 der offenen Luft ausgesetzt
werden.
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Wie erwähnt, ist die Kammer 1 mit wenigstens einer Einlaßleitung 10
versehen. Die Größe der Leitung ist vorteilhaft so, däß eine Luftmenge in der Größenordnung
von 0,34 ms/sec in die Kammer eingeführt werden kann, wenn die Saugwalze mit durchschnittlicher
Geschwindigkeit umläuft.
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Der Schalldämpfer nach der vorliegenden Erfindung ist für Saugwalzen
jeder Art, wie sie in der Industrie verwendet werden, geeignet, besonders aber für
Saugwalzen, wie sie in schnellaufenden Zeitungspapiermaschinen verwendet werden,
bei denen die Länge der Walze 600 cm und mehr und der Durchmesser 120 cm und mehr
sein kann. Die Ummantelung der Walze kann ungefähr 2,5 bis 4 cm stark sein und der
Durchmesser der Bohrungen im allgemeinen in der Größenordnung von 1,3 cm liegen.
Infolge der sehr geringen Breite des Spaltes 7 ist die Berührungszeit zwischen
dem offenen Raum des Spaltes 7 und dem offenen Raum der Bohrungen 5, wie erwähnt,
sehr gering, und das äußere Ende derselben braucht nur während dieser kurzen Zeit
geschlossen zu werden.
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Natürlich besteht eine optimale Breite für den Spalt 7. Versuche ergaben
ein Maximum an Schalldämpfung bei einer Spaltbreite von 0,06 cm, wenn der Druck
im Saugkasten 28 cm Quecksilber unter Atmosphärendruck war.
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Da die Spaltbreite nur annähernd errechnet werden kann, ist es wünschenswert,
eine Steuerung während des Betriebes zur Verfügung zu haben. Die Regulierung des
Druckes in der Kammer schafft diese Steuerung. Wenn bei dem Betrieb einer Saugwalze
mit dem Schalldämpfer der vorliegenden Erfindung gefunden wurde, daß die Spaltbreite
7 größer war als genügend, um die Bohrungen 5 auf den atmosphärischen Druck zu bringen,
ohne darüber hinauszugehen, so wurde die Kammer unter Atmosphärendruck gehalten
(durch einfaches Einengen der Lufteinlaßleitung, beispielsweise durch das Ventil
11 in Fig. 3). Umgekehrt wurde die Kammer über Atmosphärendruck gehalten, wenn die
Drehgeschwindigkeit der Saugwalze größer war als gewöhnlich, so daß der Spalt in
Berührung mit den Bohrungen während eines untunlich kurzen Zeitraumes blieb. Die
letzte erwähnte Maßnahme ist indessen unvorteilhaft, da sie eine besondere Pumpanlage
erforderlich macht.
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Die Kammer des Schalldämpfers kann aus jedem geeigneten Material hergestellt
ein. Es muß nur Vorsorge getroffen werden, daß qan ein Material verwendet, welches
den Ton gen gend verringert, um sicherzustellen, daß die ausstr'öende Tonenergie
zu vernachlässigen ist.