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Verfahren und Vorrichtung zum Entwässern von aufgeschwemmten Faserstoffen
zur Herstellung von Papier- oder Kartonbahnen Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und: eine Einrichtung zum Entwässern von aufgeschwemmten Faserstoffen,
aus denen Papier-, Karton- oder dergleichen Bahnen hergestellt werden, mittels einer
Saugwalze.
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Im allgemeinen werden bekanntlich die Faserstoffbahnen in der Siebpartie
entwässert, die im wesentlichen aus einer Brustwalze, einem Siebtisch, Registerwalzen,
Saugkästen und einer Siebsaugwalze besteht. Bedingt durch die Vielzahl dieser für
eine; genügende Entwässerung erforderlichen Bauelemente weisenderartige Siebpartien,
insbesondere wenn sie für hohe Maschinengeschwindigkeiten ausgebildet sind, sehr
große Baulängen auf.
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Man hat deshalb zur Beschleunigung des Entwässerungsvorganges, d.
h. zur Steigerung der spezifischen Entwässerung und einer dadurch möglichen Verkürzung
der Siebpartie bereits vorgeschlagen, die Brustwalze als Saugwalze auszubilden und
dazu in der Walze eine Saugkammer anzuordnen, die beispielsweise entweder mit feststehenden
oder mit ,entlang dem Umfang der Saugwalze schwenkbaren Begrenzungswänden ausgebildet
ist. Es ist auch bekannt, an Stelle der festen Begrenzungswände der Saugkammer eine
Kette von zur Drehachse der Saugwalze parallel angeordneten kleinen Vollmantelwalzen
anzuordnen. In der Saugkammer wird zur Erzielung einet raschen Entwässerung während
des Betriebes ein Unterdruck aufrechterhalten, der durch eine an einer Stirnseite
oder an beiden Stirnseiten der Saugwalze angeschlossene Saugpumpe erzeugt wird,
die gleichzeitig das aus den aufgeschwemmten Faserstoffen durch das Sieb in die
Saugkammer eintretende Stoffwasser abführt. Dem Ausmaß der mit einer solchen Brustwalze
zu erzielendes Entwässerung sind aber enge Grenzen gesetzt, welche durch die Bauweise
der seitlich an der Saugkammer angeschlossenen Entwässerungsleitung, insbesondere
deren Que@rschmmtsfläche, bedingt sind. Die bekannten Brustsaugwalzen vermögen deshalb
kaum die bei Beginn der Entwässerung anfallenden großen Wassermengen abzuführen.
Außerdem entstehen durch die seitliche Absaugung des Stoffwassers Druckunterschiede
über die Breite, der Bahn, welche eine unregelmäßige Blattbildung zur Folge haben.
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Eine Besonderheit derartiger Brustsaugwalzen besteht insbesondere
darin, daß die Saugkammer in Bewegungsrichtung der sich bildenden Bahn einen etwa
konstanten Druckverlauf hat. Die aufgeschwemmten Faserstoffe werden dadurch beim
Eintritt in die Saugzone sofort einem großen Druckunterschied ausgesetzt (praktisch
auf das Sieb »geknallt«), so daß die feinen Fasern zu einem großen Teil durch die
Maschen des Siebes hindurchtreten. Man hat zwar schon versucht, die plötzliche Einwirkung
eines großen Druckunterschiedes dadurch zu vermeiden, daß man mehrere Saugkammern
in Umlaufrichtung der Saugwalze hintereinander anordnet und diese mit unterschiedlichen
Drücken betreibt, um einen absatzweisen Druckverlauf zu erreichen. Dazu sind aber
besonders ausgebildete Saugpumpen erforderlich, welche die Anlage nicht gerade einfacher
gestalten.
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Es ist ferner bekannt, einer nicht als Saugwalze ausgebildeten Brustwalze
einer Papiermaschine eine antreibbare, urgelochte, die auf dem Sieb ausgebreitete
Faserstoffaufschwemmung von oben her berührende Walze zuzuordnen, welche in Bewegungsrichtung
des Siebes derart gegen die Brustwalze versetzt ist, daß zwischen den beiden Walzen
ein konvergierender Kanal entsteht. Die Faserstoffaufschwemmung strömt hierbei in
einen Raum mit abnehmendem Querschnitt ein, wobei das Stoffwasser durch die Maschen
des Siebes abläuft und aus den auf dem Sieb verbleibenden Fasern sich eine Faserstoffbahn
bildet. Ein wesentlicher Nachteildieser Einrichtung besteht daiün, daß das Sieb
über eine größere Strecke frei, hängt und deshalb auf dieser Strecke stark beansprucht
wird. Ein weiterer Nachteil ist, .daß, in Richtung des Sieblaufes gesehen, hinter
der Berührungsstelle der Oberwalze und der Bahnoberfläche ein Unterdruck entsteht,
der die gebildete Bahn vom Sieb abzuheben vermag.
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Weiterhin ist bekannt, zur Herstellung von Faserstoffbahneu aus einem
unter Druck ausfließenden Strom einer Faserstoffsuspension durch Entwässern.
derselben
auf :einem endlosen, umlaufenden Sieb den Druck und die Geschwindigkeit der Suspension
im Bereich der bahnbildenden Zone des Siebes unabhängig von der Bewegung desselben
zu regeln. Zu diesem Zweck wird durch einen umlaufenden Zylinder, der im Bereich
der bahnbildenden Zone liegt, nämlich durch die von oben her auf der Suspension
aufliegende antreibbare sogenannte Formwalze, eine mechanische Kraft auf die Suspension
ausgeübt. Dabei wird der Suspensionsstrom zu einem Wirbel geformt, dessen Umfang
im Bereich der bahnbildenden Zone des Siebes liegt, und dieser Wirbel durch geregelte
Zuführung mechanischer Kraft aufrechterhalten. Eine in dieser Weise wirkende Vorrichtung
hat vor allem den Nachteil, daß die Formwalze die obere Begrenzungsfläche, tlie
sich auf dem Sieb bildende Bahn die untere Begrenzungsfläche der Stoffauflaufdüse
des Druckstoffauflaufs bildet und damit die geometrische Form dieser Begrenzungsflächen
im wesentlichen festgelegt ist. Deshalb kann bei dieser Bauweise :die Stoffauflaufdüse
nicht nach den für die Zuführung des Stoffstromes zum Sieb vorteilhaftesten Gesichtspunkten
ausgebildet werden. Der in der bahnbildenden Zone erzielbare Anstieg des Überdruckes
ist gering und dementsprechend die Verbesserung der Entwässerungsleistung einer
solchen Einrichtung beschränkt. Zur Verbesserung der Entwässerungsleistung erfordert
deshalb in der Regel diese Einrichtung den Einsatz einer als Saugwalze ausgebildeten
Brustwalze. Der durch die Rotation der Formwalze bedingte starke Stoffrückstrom
in den Stoffauflaufbehälter hinein verursachtdort nachteilige Druckschwankungen,
welche die Blattbildung auf dem Sieb ungünstig beeinflussen. Der am Ende der bahnbildenden
Zone angeordnete Sporn bewirkt ebenfalls erhebliche Störungen in der Stoffströmung
und verschlechtert dadurch die gleichmäßige Ablage der Fasern auf dem Sieb.
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Gemäß der Erfindung wird zur Vermeidung dieser Nachtedle beim Entwässern
aufgeschwemmter Faserstoffe zwecks Herstellung von Papier- oder Kartonbahnen mit
einem über eine Lochwalze geführten Sieb durch einen auf die Faserstoffe im Umschlingungsbereich
des Siebes einwirkenden Unterdruck vorgeschlagen, den Unterdruck in der Lochwalze
selbst zu erzeugen, und zwar derart, daß er längs jeder Mantellinie einen konstanten
Wert aufweist und von der Stelle des beginnenden Faserstoffzutritts zur Lochwalze
in :deren Umfangsrichtung nach einer stetig verlaufenden Kurve zunimmt.
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Durch die Kombination dieser Merkmale des im Inneren der Saugwalze
gebildeten Unterdruckes, nämlich eines über,die Breite der Bahn konstanten Wortes
mit einem in Bewegungsrichtung der Bahn nach einer stetigen Kurve zunehmenden Wert
des Unterdruckes, wird vor allem eine gleichmäßige und kräftige, aber die Faseun
schonende Entwässerung erzielt. Bei der Anwendung als Brustsaugwalze wird zudem
eine sehr gleichmäßige Blattbildung sowie eine ausgezeichnete Verfilzung der Fasern
erreicht. Infolge .des in Bewegungsrichtung der Bahn nach einer stetigen Kurve und
nicht nach einem mit Absätzen versehenen Linienzug zunehmenden Unterdruckes erfolgt
auch die Entwässerung der aufgeschwemmten Faserstoffe und der daraus gebildeten
Bahn in stetiger Weise. Die Fasern .haben :die Möglichkeit, sieh sanft auf :das
Sieb oder die bereits gebildete Faserschicht abzusetzen. Insbesondere die wertvollen
feinen Fasern bleiben bei der schonenden Entwässerung schon von Beginn der Bahnbildung
an auf dem Sieb erhalten, ohne mit dem Stoffwasser durch die Poren des Siebes mitgeführt
zu werden, und zwar selbst dann, wenn die Entwässerung der aufgeschwemmten Faserstoffe
im Bereich der Brustwalze bereits sehr weit getrieben wird. Durch die vergleichsweise
große Länge der Bahnbildungszone kann den Faserstoffen eine größere Wassermenge
entzogen werden als mit den bekannten Saugwalzen, so daß beispielsweise in einer
Langsiebpapiermaschine ein beträchtlicher Teil der Registerwalzen und gegebenenfalls
auch der Saugkästen eingespart werden kann.
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Dadurch, daß der Unterdruck in der Lochwalze selbst erzeugt wird,
braucht keine besondere Saugpumpe zur Erzeugung des Unterdruckes außerhalb der Lochwalze
aufgestellt zu werden. Auch entfallen die Anschlüsse der Rohrleitungen von der Saugpumpe
her an den. Stirnseiten der Lochwalze, welche bei -den Saugwalzen bekannter Bauart
benötigt werden.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung nimmt der Unterdruck von
seinem Höchstwert bis nahe zu der Stelle des beginnenden Faserstoffzutritts zur
Ableitung des Stoffwassers wieder ab. Dadurch wird erreicht, daß ein kontinuierlicher
Stoffwasserstrom durch den sichelförmigen Raum im Inneren der Lochwalze besteht
und somit die vorteilhafte Unterdruckverteilung im Umschlingungsbereich des Siebes
kontinuierlich aufrechterhalten wird.
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Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird in weiterer
Ausbildung derselben eine Vorrichtung mit einer Saugwalze, die einen hohlzylindrischen,
über den ganzen Umfang mit kleinen Bohrungen versehenen Mantel aufweist, vorgeschlagen,
den: Saugwalzenmantel und die Stim$ächen der Walze mit geringem Abstand durch eine
Abdeckung zu umschließen, welche Öffnungen für den Zutritt der Faserstoffe im Bereich
der Blattbildungszone, Öffnungen für die beiderseitigen Lagerzapfen sowie öffnungen
für die Ableitung des Stoffwassers und für den Durchlaß des Siebes beim Auflauf
auf die Saugwalze enthält, und innerhalb des Saugwalzenmantels eine diesen unter
Bildung eines sichelförmigen Raumes an einer Stelle vor dem Beginn des Faserstoffzutritts
berührende Walze anzuordnen. In dem sichelförmigen Raum entsteht, insbesondere bei
gleichsinniger Rotation der beiden Walzen, entsprechend den gleichen, hydraulischen
Gesetzen, welche die Registerwalzenströmung beherrschen, in der Stoffwassexströmung
ein längs jeder Mantellinie einen konstanten Wert aufweisender, in Fortschnttsriichtung
der Bahn aber nach einer stetig verlaufenden Kurve zunehmender Unterdruck.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sind die Öffnungen in der
Abdeckung für die Ableitung des Stoffwassers über die Breite der Bahn reichende
Schlitze. Durch diese Ausbildung,der CSffnungen wird erreicht, daß :das durch :die
Bohrungen imSaugwalzemmantel gleichmäßig über die Breite der Bahn in den sichelförmigen
Raum eintretende Stoffwasser nach dem Durchströmen des sichelförmigen Raumes in
breiter Schicht gleichmäßig über die Bahnbreite vorteilt durch die Bohrungen des
Saugwalzenmantels wieder austritt und durch .die Schlitzöffnungen in der Abdeckung
abfließt. Somit wird vermieden, daß die Strömung im sichelförmigen Raum über die
Breite der Bahn ungleichmäßig verteilt wird, weil ein solcher Strömungsverlauf die
Druckverteilung in der bahnbildenden Zone nachteilig beeinflussen könnte.
Die
Schlitzöffnungen zum Ableiten des Stoffwassers aus dem sichelförmigen Raum werden
zweckmäßig im Bereich unmittelbar vor dem Auflaufen des Siebes auf die Saugwalze
oder zwischen der Auflaufstelle des Siebes und der Berührstelle der beiden Walzen
angeordnet. Es ist weiterhin vorteilhaft, die Schlitzöffnungen in die Atmosphäre
münden zu lassen. Die Anordnung der Schlitzöffnungen hängt von der Art und Weise
ab, in welcher das Sieb auf die Saugwalze aufläuft, genauer gesagt, von :der Größe
-des Umschlingungsbereiches des Siebes zwischen der Auflaufstelle und der Stelle
des beginnenden Faserstoffzutritts. Ist :dieser Umschlingungsbereich schmal, so
ist es in der Regel erforderlich, eine einzelne Schlitzöffnung außemhalb des Umschlingungsbereiches
des Siebes anzuordnen. Bei breitem Umschlingungsbereieh ist in :der Regel unterhalb
der Stoffauflaufdüse genügend Platz, um innerhalb des Umschlingungsbereiches eine
Schlitzöffnung zum Ableiten :des Stoffwassers anzuordnen. Dies ist vorteilhaft,
weil dann die Bohrungen des Saugwalzenmantels, die Poren des Siebes und die Schlitzöffnung
mit Stoffwasser gefüllt sind, welches eine wirksame Abdichtung der Durchtrittsstelle
des Siebes gegen die Atmosphäre bildet. Bei sehr großem Stoffwasseranfall und dementsprechend
weitem sichelförmigem Raum ist es zuweilen erforderlich, :noch eine weitere Schlitzöffnung
außerhalb des Umschlingungsbereiches des Siebes anzuordnen. Dann wird durch diese
letztgenannte Schlitzöffnung der größere Teil des anfallenden Stoffwassers abgeführt,
während der Rest durch die innerhalb des Umschlingungsbereiches des Siebes befindliche
Schlitzöffnung nach außen tritt.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist die Lichtweite der
Öffnungen bzw. der Schlitze zum Ableiten des Stoffwassers einstellbar. Dadurch wird
erreicht, daß der Austrittsquerschnitt der öffnungen bzw. der Schlitze dem Stoffwasseranfall
angepaßt und bei geringem Stoffwasseranfall das Eindringen von Luft durch die Schlitzöffnung
in das Innere der Saugwalze verhindert werden kann, so daß die Stoffwasserströmung
im sichelförmigen Raum nicht durch eindringende Luft gestört wird.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird die Drehzahl der exzentrisch
gelagerten Walze einstellbar gemacht. Dadurch kann die Stärke der Saugwirkung in
weiten Grenzen beeinflußt werden. Da die Saugwalze zum schonenden Transport des
über sie geführten Siebes mit Siebgeschwindigkeit umläuft, wird zur Erzielung eines
möglichst großen Unterdruckes die exzentrisch gelagerte Walze gleichsinnig mit der
Drehung der Saugwalze angetrieben. Zu diesem Zweck wird die exzentrisch gelagerte
Walze mit einem in seiner Drehzahl regelbaren Motor verbunden.
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Um die Saugzone. in Umfangsrichtung der Saugwalze verstellen zu können,
ist in weiterer Ausbildung der Erfindung die exzentrisch gelagerte Walze um die
Achse der Saugwalze schwenkbar angeordnet. Dadurch wird insbesondere bei der Verwendung
der Saugwalze als Brustwalze einer Langsiebpartie eine Anpassung der Saugzone an
den Stoffauflauf ermöglicht, dessen Strömungsverhältnisse am Anfang der bahnbildenden
Zone von vornherein nie ganz genau zu übersehen sind.
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Erfindungsgemäß ausgebildete Saugwalzen sind nicht nur für den Einsatz
als Brustwalzen in der Siebpartie von Langsiebpapiermaschinen geeignet, sondern
können auch als Siebsaugwalzen am Ende der Siebpartie oder als Saugwalzen an beliebiger
Stelle eingesetzt werden. Auch ist eine Anwendung der Erfindung auf Rundsiebzyhnder
vorteilhaft, bei welchen das Sieb die Saugwalze auf ihrem ganzen Umfang bedeckt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer als Brustsaugwalze
in der Siebpartie einer Langsiebpapiermaschine eingesetzten, gemäß der Erfindung
ausgebildeten Saugwalze schematisch im Querschnitt dargestellt. Die Maßverhältnisse
der Walzen zueinander weichen in .der Zeichnung aus Gründen :der Deutlichkeit von
der Wirklichkeit ab. Das Ausführungsbeispiel ist in den folgenden Abschnitten an
Hand der Zeichnung beschrieben.
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Aus dem Stoffauflauf 1, der in bekannter Weise in der Stirnwand
2 eine Auslaßöffnung aufweist, an die sich eine Stoffauflaufdüse 3 anschließt,
strömen die aufgeschwemmten Fasersrtoffe auf das einen Teil :dar Saugwalze umschließende
Sieb 4. Die Saugwalze läuft entsprechendder durch die Pfeile angedeuteten
Fortschrittsrichtung :des Siebes um. Diese Saugwalze besitzt einen zylindrischen,
über den ganzen Umfang mit kleinen Bohrungen versehenen Mante15. Der Saugwalzenmante15
ist auf denStimseitenund auf dem größten Teil seines Umfangs, nämlich von der Stelle
7, in Umlaufrichtung gesehen, bis zur Stelle 10, mit in Achsrichtung der
Saugwalze schlitzartig ausgebildeten Unterbrechungen 8 und 9 mittels einer Abdeckung
20 gegen Luftzutritt abgedichtet. Innerhalb des Sauwalzenmantels 5 ist eine
hohl ausgebildete Walze 6 exzentrisch zur Achse der Saugwalze und parallel zu dieser
drehbar gelagert, und zwar so, daß sie die Innenfläche des Saugwalzenmantels an
der :dem Stoffauflauf 1 zugewandten Seite beruh .t. Dadurch entsteht zwischen der
Innenfläche des Saugwalzenmantels 5 und der Außenfläche der Walze 6 ein sichelförmiger
Raum 15, der beim Betrieb vollständig mit Stoffwasser gefüllt ist. Die Walze
6 ist mit einem in seiner Drehzahl regelbaren, in der Zeichnung nicht dargestellten
Motor gekuppelt, durch den sie im Betrieb mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit
und dem gleichen Drehsinn wie die Saugwalze oder aber in einer davon abweichenden
Weise angetrieben wird. In dem sichelförmigen Raum 15 entsteht alsdann beim Hindurchströmen
von Stoffwasser ein in Bewegungsrichtung der Bahn vom Werte Null an dar Berührungsstelle
der beiden Walzen aus stetig zunehmender Unterdruck. Der Unterdruck Null an der
Berührungsstelle entspricht also etwa dem absoluten Druck der Strömung in der Stoffauflaufdüse
an der Stelle 10.
Etwa an der Stelle 7 erreicht der absolute Druck seinen
Tiefstwert, der Unterdruck somit seinen Höchstwert. Bei Annäherung an die Stelle
8 nimmt der Unterdruck in Umlaufrichtung wieder ab und erreicht etwa an der Stelle
des Schlitzes 8 den äußeren Atmosphärendruck. Infolgedessen kann dort ein großer
Teil des Stoffwassers durch die Bohrungen des Saugwalzenmantels 5 und .durch die
Schlitzöffnung 8 aus dem sichelförmigen Raum nach außen treten. Die restliche Stoffwasserströmung
tritt durch die Schlitzöffnung 9 aus, welche sich an der Auflaufstelle des Siebes
auf die Saugwalze befindet. Das aus den Schlitzöffnungen 8 und 9 austretende Stoffwassex
wird in den Behältern 16, 17 aufgefangen und von da durch die Leitungen
18, 19 abgeführt. Die Lichtweite der Schlitzöffnungen 8, 9 ist zur Anpassung
an die anfallende Stoffwassermenge einstellbar. Das durch
die Schlitzöffnung
9 strömende Stoffwasser dichtet die Duxichlaßöffnung in der Abdeckung
20 für das Sieb 4
gegen den Eintätt von Luft in die Saugwalze ab.