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Stoffauflauf für Papiermaschinen Ein Stoffauflauf, der im allgemeinen
aus einem in eine Düse auslaufenden Strömungskanal oder Stoffverteilkasten besteht,
dient nicht nur zur Zuführung des Faserstoff-Wasser-Gemisches auf die Siebpartie
mit einer Geschwindigkeit, die etwa der Laufgeschwindigkeit des Siebes entspricht,
seine Aufgabe ist vielmehr auch die Erzeugung eines über die gesamte Maschinenbreite
gleichmäßigen Stoffflusses an der Düse, der frei von makroskopischer Turbulenz und
Querströmungen ist, die zu Unregelmäßigkeiten im fertigen Papier führen können.
Andererseits soll sich der Stoffstrom in einem Zustand mikroskopischer Turbulenz
befinden, um eine Entmischung des Faserbreis und ein Absetzen von Rückständen im
Stoffauflauf zu verhindern. Der Stoffauflauf hat insbesondere auch die Aufgabe,
die Strömung zwischen der Düse und einem Stoffverteiler, beispielsweise einem Querstromverteiler,
zu beruhigen, der eine flächenhafte Stoffströmung durch einen Drosselspalt in den
Verteilerkasten liefert.
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Um die gewünschte Beruhigung des Stoffstromes zu erreichen, enthalten
die bekannten Stoffaufläufe im allgemeinen einen langen Strömungsweg, in dessen
Verlauf sich die unerwünschte Makroturbulenz und Querströmungen verringern. Die
Stoffverteilkästen erhalten dadurch, besonders bei großen Durchsätzen, ein erhebliches
Volumen und beträchtliche Länge. Es ist auch bekannt, den Strömungskanal zwischen
Verteiler und Auslaufdüse abwechselnd divergieren und konvergieren zu lassen, und
es sind umfangreiche Untersuchungen angestellt worden, welcher Divergenzwinkel toleriert
werden kann, ohne daß die Strömung dazu neigt, von den Wänden des Verteilerkastens
abzureißen und Wirbel zu bilden. Es ist auch bekannt, im Strömungskanal Verteiler-
oder Beruhigungswalzen anzuordnen, die die gewünschte Mikroturbulenz erzeugen. Diese
Verteilerwalzen besitzen jedoch im allgemeinen einen sehr geringen Strömungswiderstand.
Nach allgemeiner Ansicht darf der Abstand dieser Walzen zu den Wänden des Stoffauflaufes
nur gering sein, damit verhindert wird, daß der Stoff entlang der Wand schneller
strömt als durch die Walze. Man hat deshalb die Wand der Walze soweit wie möglich
genähert, beispielsweise auf etwa 3 mm, und außerdem längs der Wand etwa 10 mm breite
Streifen angebracht, um die Strömungsrichtung zu ändern und das Absetzen von Fasern
zu verhindern. Derartige Anordnungen sind natürlich dementsprechend teuer in der
Herstellung.
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Es sind ferner Stoffverteiler bekannt, die sich von einem Querstromverteiler
in der Richtung zur Auslaufdüse laufend verengen, wobei kurz vor der Auslaufdüse
Schlitze zur Absaugung der Flüssigkeitsgrenzschicht vorgesehen sind, um eine Stabilisierung
der Strömung an der Düse zu erreichen. Es ist ebenfalls bekannt, vor der Auslaufdüse
einen Kiemenkopf anzuordnen, an dem sich Schaum und ausperlende Luft sammeln, die
dann durch einen Unterdruckraum abgesaugt werden. Es ist schließlich ein Pumpen-Stoffauflauf
bekannt, bei dem die Stoffwasserzuführung über einen Querstromverteiler und einen
Drosselschlitz erfolgt. An den Drosselschlitz schließt sich ein senkrechter Verzögerungskanal
mit schwach divergierenden Wänden an, auf den ein Steigkanal folgt, dessen Wände
eine gewisse Strecke parallel zueinander verlaufen, dann parallel zueinander in
einem Bogen geführt sind und sich schließlich zur Auslaufdüse hin einander nähern.
Zwischen Verzögerungskanal und Auslaufdüse sind mehrere Lochwalzen angeordnet. Auch
diese bekannte Anordnung besitzt eine sehr große Baulänge.
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Durch die Erfindung soll nun ein Stoffauflauf angegeben werden, der
einfach im Aufbau ist, ohne enge Toleranzen auskommt und auch bei hohen Durchsätzen
kleine Abmessungen besitzt. Der Stoffauflauf nach der Erfindung liefert eine gleichmäßige
und luftfreie Flächenströmung an der Auslaufdisse.
Eine Unterbrechung
der Strömung und eine Ansammlung von Luftblasen wird verhindert. Es wird ferner
eine Anordnung angegeben, die das Abziehen einer luftreichen Grenzschicht erlaubt,
ohne daß dadurch die Strömung an der Auslaufdüse gestört wird und Ungleichmäßigkeiten
im fertigen Papier entstehen können.
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Ein Stoffauflauf für Papiermaschinen, bestehend aus einem mit seitlichen
geraden Wänden versehenen Strömungskanal, welcher einerseits über einen Drosselspalt
an einen Stoffverteiler, der einen einzigen, im wesentlichen in Längsrichtung des
Strömungskanals gerichteten Stoffstrom liefert, angeschlossen ist und sich vom Drosselspalt
an zunächst erweitert und andererseits in einen Auslauf übergeht und mehrere Einrichtungen
zur Erzielung eines Druckabfalles aufweist, die in Strömungsrichtung im Abstand
voneinander angeordnet sind, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß
die Wände des Strömungskanals direkt hinter dem Drosselspalt zuerst für eine kurze
Strecke so stark divergieren, daß der Divergenzwinkel mehr als 70° beträgt, und
daß sich eine der Einrichtungen zum Erzielen eines Druckabfalles an der weitesten
Stelle des Strömungskanals in einem Abstand vom Drosselspalt befindet, der höchstens
gleich der größten Weite des Strömungskanals ist, welche ihrerseits wenigstens doppelt
so groß ist wie die des Drosselspaltes.
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Der Strömungskanal kann unter einem Winkel von mehr als 70° etwa geradlinig
divergieren, dabei wird bewußt das Entstehen von Wirbeln zwischen dem Drosselspalt
und der Widerstandseinheit, vorzugsweise einer Lochwalze, zugelassen. Diese Wirbel
sind jedoch stabil und erreichen wegen des geringen zur Verfügung stehenden Raumes
nur relativ kleine Amplituden. Es ist andererseits auch möglich, das Entstehen solcher
Wirbel zu vermeiden, indem die sich an den Drosselspalt anschließenden divergierenden
Wände des Strömungskanals so gekrümmt werden, daß sie sich im wesentlichen dem Umfang
einer als - Widerstandseinheit verwendeten Lochwalze anpassen. Der Divergenzwinkel
beträgt hier direkt am Drosselspalt 180° (gemessen zwischen den Tangenten der am
Drosselspalt ansetzenden gekrümmten Wände), er nimmt dann bis zum weitesten Teil
des eine Expansionskammer oder einen Verzögerungskanal bildenden Teiles des Strömungskanals
stetig auf Null hin ab. Die Lochwalze befindet sich dann in einem Abstand von wenigen
Millimetern zur Kammerwand direkt vor der öffnung des Drosselspaltes. Eine Divergenz
von 70° ist also nicht für den gesamten divergierenden Teil zwischen dem Drosselspalt
und der größten Weite des Strömungskanals erforderlich.
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Bei einer geschlossenen Ausführungsform für Pumpendruckbetrieb konvergieren
die Wände des Strömungskanals im Anschluß an den divergierenden Teil kontinuierlich
zur Auslaufdüse hin. Dadurch wird eine größtmögliche Stabilität der Strömung bei
gleichzeitig geringstmöglicher Länge erreicht.
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Enge Abstandstoleranzen zwischen den Widerstandseinheiten oder Walzen
und den Wänden sind nicht erforderlich, eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit längs
der Wände ist sogar erwünscht.
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Nachstehend sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand
der Zeichnungen beschrieben. Es bedeutet F i g. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene,
teilweise weggebrochene Seitenansicht eines Teiles einer Papiermaschine mit einer
bevorzugten Ausführungsform eines Stoffauflaufes, F i g. 2 eine Aufsicht auf einen
etwas abgewandelten Stoffverteiler zur Verwendung mit einem Stoffauflauf, F i g.
3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 2, F i g. 4 einen Vertikalschnitt
durch das stromaufwärts gelegene Ende einer etwas abgewandelten Ausführungsform
eines Stoffauflaufes, F i g. 5 einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform
eines Stoffauflaufes, F i g. 6 einen Vertikalschnitt durch eine weitere Abwandlung.
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F i g. 7 einen Vertikalschnitt durch wieder eine andere Ausführungsform,
F i g. 8 eine teilweise im Schnitt gehaltene Ansicht, aus der eine bevorzugte Art
der Lagerung für Widerstands- bzw. Lochwalzen geringen Durchmessers ersichtlich
ist, F i g. 9 eine zwischen einer Düse und dem Hauptteil des Einlasses gelegene
Vorrichtung zum Abziehen von Luft, F i g. 10 eine teilweise weggebrochene Aufsicht
auf die Anordnung nach F i g. 9, F i g. 11 einen Teil der in F i g. 10 gezeigten
Anlage in vergrößertem Maßstab, F i g. 12 eine F i g. 11 ähnliche Ansicht, jedoch
in einem verkleinerten Maßstab, einer anderen Ausführungsform, F i g. 13 eine Ansicht
ähnlich F i g. 11, aus der eine weitere Möglichkeit zum Abziehen der Luft ersichtlich
ist.
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Der in F i g. 1 dargestellte Stoffauflauf 10 wird durch ein schwenkbar
montiertes Zuleitungsrohr 12 (Stoffverteiler) gespeist und liefert das Faserstoff-Wasser-Gemisch
zu und durch eine Auslaufdüse 14
auf ein Sieb 16, das über eine Brustwalze
18 läuft.
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Im Vertikalschnitt ist der Stoffverteilkasten 10
über die ganze
Breite der Maschine gleichförmig, die beispielsweise 5 m breit sein kann. über die
gesamte Breite der Maschine wird der Stoffauflauf durch zwei sich quer erstreckende
Wände 20 und 22 gebildet, die unterbrochen sein können, um zum Reinigen geöffnet
werden zu können. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält die äußere Querwand
20 einen Teil 20 a, der zur Erleichterung des Reinigens von den Teilen 20b, 20c
und 20d getrennt werden kann.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wird das Faserstoff-Wasser-Gemisch
senkrecht durch das Zuleitungsrohr 12 zugeführt, das am Ende in Aufsicht
gesehen eine divergierende Form besitzt, ähnlich wie bei der in F i g. 2 dargestellten
Ausführungsform, so daß dem Einlaß 24 des Stoffverteilkastens 10 der Papiermaschine
über die gesamte Breite ein durchgehender, flächenförmiger Strom zugeführt wird.
Das stromaufwärts gelegene Ende des Stoffauflaufes enthält ein geringfügig konvergierendes
Stück 26, das in einen Drosselspalt 28
mit einer lichten Weite von
etwa 5 cm endet. Unmittelbar stromaufwärts von dem Drosselspalt 28 divergieren die
Wände 20 und 22 symmetrisch zu einer senkrechten Ebene, die den Spalt
28 mit einem Winkel von 90° erweitert, und direkt oberhalb dieser Öffnung
sind eine Widerstandswalze bzw. gelochte Walzen 30 angeordnet, deren Achse in der
genannten Vertikalebene liegt und deren Oberfläche tangential zu den Teilen der
Querwände liegt, die mit einem Winkel von 90° voneinander divergieren.
Die
Widerstandswalze, die auf irgendeine bekannte Weise, vorzugsweise drehbar montiert
ist, kann einen Durchmesser von etwa 25 cm und eine Wanddicke von etwa 10 mm besitzen
und mit Öffnungen von 12,5 mm Durchmesser derart durchbrochen sein, daß sich
eine offene Fläche von 36'% ergibt. Vorzugsweise sind die inneren und äußeren Enden
der Perforationen in nicht dargestellter Weise abgerundet, um ein Haften von Fasern
zu verhindern.
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Der Stoffverteilkasten 10 besitzt seine größte Tiefe bzw. einen Bereich
größter Querschnittsfläche in einer Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung im
wesentlichen dort, wo diese Ebene die Achse der Widerstandswalze 30 schneidet. Stromabwärts
von dieser Ebene verringert sich die Einlaß- oder Strömungsdicke senkrecht zur Hauptströmungsrichtung
kontinuierlich, die Wände 20 und 22 konvergieren fortlaufend, bis der Strom zur
Düse 14 gelangt.
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Stromabwärts von der Widerstandswalze 30 liegen kleinere Widerstandswalzen
32 und 34, der Mittelabstand zwischen je zwei Widerstandswalzen kann geeigneterweise
in der Größenordnung von etwa 40 cm sein, die gesamte Länge des Stoffverteilkastens
10 ist geeigneterweise in der Größenordnung von 1,5m.
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Ein geeigneter Durchmesser für die Widerstandswanze 34 beträgt etwa
15 cm bei einer Wanddicke von etwa 10 mm, sie ist von 12-mm-Löchem durchbohrt, die
in einer um 60° gestaffelten Anordnung verteilt sind und eine offene Fläche von
4311/o ergeben.
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Die mittlere Widerstandswalze 32 mit einem Durchmesser zwischen dem
der Walzen 30 und 34 kann geeigneterweise eine Wanddicke und einen
Lochabstand aufweisen, die im wesentlichen denen der Walze 30 entsprechen.
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Stromabwärts von der kleinsten Widerstandswalze 34 befindet sich ein
Schlitz 36, der sich über die gesamte Breite der Maschine erstreckt und durch den
eine obere Schicht des durch den Einlaß strömenden Faserstoff-Wasser-Gemisches laufend
abgezogen werden kann; diese Schicht ist erwiesenermaßen besonders reich an eingeschlossener
Luft, so daß dieses Abziehen im hohen Maße einen Schutz dagegen bildet, daß der
Auslaufdüse Luft zugeführt wird. Diese Vorrichtung wird.später noch näher beschrieben
werden.
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Dieser Stoffverteilkasten mit seinen hydrodynamischen Eigenschaften
und seinem kurzen, gedrängten Aufbau kann direkt als Düsenanordnung für das Faserstoff-Wasser-Gemisch
bezeichnet werden.
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In den F i g. 2 und 3 ist ein abgewandelte Ausführungsform eines Flüssigkeitsverteilers
dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel speisen die übergangsstücke oder Diffusoren
112 direkt durch die enge Öffnung 128 in die Expansionskammer 140 des Stoffeinlasses
110. Die Expansionskammer ist bei jeder Einlaßordnung der stromabwärts von der engen
Öffnung gelegene Teil, wo die Divergenz beginnt, und der stromaufwärts einer durch
das Widerstandselement normal zur Hauptströmungsrichtung gezogenen Ebene gelegene
Teil. Die in den beiden Ausführungsformen beschriebenen übergangsstücke 12 und
112 divergieren unter einem Winkel von 12°, dem Maximalwert, der zuverlässig
ist, ohne daß eine Ablösung von den Wänden eintritt.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 und 3 wird das Faserstoff-Wasser-Gemisch
den übergangsstücken 112 durch Abzweigrohre 142 zugeführt, die senkrecht von einem
verlaufenden, geneigten einendigen Verteiler 144 ausgehen.
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Bekannterweise besitzt die Strömungsgeschwindigkeit naturgemäß längs
der Breite der Strömung unterschiedliche Werte, wenn das Gemisch zu einer kontinuierlichen
Flächenströmung vereinigt wird (in F i g. 2 und 3 an der Öffnung 128 und in F i
g. 1 am Einlaß 24). Die Strömungsgeschwindigkeit besitzt dabei im Bereich der Mittellinien
der einzelnen Stoffverteiler 12 und 112 einen Maximalwert, während die Minimalwerte
dazwischen erreicht werden, wo die einzelnen Stoffverteiler aneinandergrenzen.
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Im Betrieb wird das Faserstoff-Wasser-Gemisch durch den Verteiler
144, die Abzweigrohre 142 und die Übergangsstücke 12 oder
112 gepumpt, vorzugsweise mit einer Zentrifugalpumpe, die so ausgelegt ist,
daß sie eine möglichst gleichmäßige und urverwirbelte Strömung liefert, obwohl Bekannterweise
auch andere Pumpen verwendet werden können. Sowohl von den Unregelmäßigkeiten der
Strömung vor und im Verteiler 144 und in und durch die Abzweigrohre und übergangsstücke
ergeben sich makroskopische Turbulenzen und quergerichtete Strömungskomponenten.
Der kontinuierliche, breite, flächenförmige Strom tritt dann durch die Öffnung 28
oder 128, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 50 cm weit ist, und wird
in der Expansionskammer 40 bzw. 140 auf etwa das Fünffache expandiert.
Der Divergenzwinkel gleich unterhalb der Öffnung 28 bzw. 128 beträgt 90° und erzeugt
direkt unterhalb der Öffnung stabile Wirbel, welche einen beträchtlichen Druckabfall
zur Folge haben. Die Widerstandswalze 30 verursacht infolge ihrer Wanddicke und
dem geringen Lochdurchmesser und Prozentsatz an offener Fläche ebenfalls einen beträchtlichen
Druckabfall von etwa 30 cm (Zentimeterangaben bedeuten durchweg Zentimeter-Wassersäule).
Der gesamte sich aus diesen beiden Faktoren ergebende Druckverlust vom Drosselspalt
28 bzw.128 durch die Widerstandwalze 30 ist in der Größenordnung von 45 bis 61 cm,
wenn der Durchsatz etwa 751/min pro Zentimeter Einlaßbreite beträgt.
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Der sich aus diesem kombinierten Effekt ergebende beträchtliche Verlust
bewirkt im hohen Maße eine Dämpfung der makroskopischen Turbulenz und einen Ausgleich
von Querkomponenten der Strömung. Weitere Verluste, die in der gleichen Richtung
wirken, treten an den Widerstandswalzen 32 und 34 auf, die gleichfalls ein Entstehen
der erwünschten Mikroturbulenz anregen. Die im wesentlichen kontinuierlich konvergierende
Form der Querwände des Einlasses von der Expansionskammer zur Auslaufdüse gewährleisten
Stabilität, während die auf die beschriebene Weise erzeugten sehr beträchtlichen
Verlusthöhen eine sehr kurze und gedrängte Düsenkastenanordnung ermöglichen.
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Die Walzen 30, 32 und 34 brauchen nicht mit engen Toleranzen in die
Wände 20 und 22 eingepaßt zu sein. Die Abstände können 6 mm betragen. Eine größere
Strömungsgeschwindigkeit beidseitis der Walzen in Bezug auf eine Strömung durch
die Walzen ist oft ausdrücklich wünschenswert, da dadurch ein reinigendes Scheuern
längs der Wände auftritt.
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In F i g. 4 ist eine geringfügig abgewandelte Ausführungsform eines
Stoffverteilkastens gemäß der Erfindung dargestellt. Hier ist der stromaufwärts
befindliche enge Teil des Einlasses 226 um einen
Winkel von 26°
gegenüber der Senkrechten geneigt. Wie in dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel
läuft die Mittellinie durch den engen Einlaßteil ebenso durch die Achse der Widerstandswalze
230, in diesem Falle sind jedoch die Wände 220 und 222
bis zum stromabwärts
gelegenen Ende der Walze 230
symmetrisch in bezug auf die Ebene angeordnet,
die die Öffnung 226 zweiteilt und durch die Achse der Widerstandswalze 230 geht.
Bei dieser Ausführungsform beträgt der Divergenzwinkel zwischen den Wänden 220 und
222 direkt stromabwärts von der Öffnung 228 85°, und der Abstand zwischen der Öffnung
228 und dem stromaufwärts gelegenen Ende der Walze 230 ist wesentlich geringer als
die Tiefe des Einlasses an seiner weitesten Stelle in einer Ebene durch die Achse
der Walze 230 senkrecht zur Hauptströmungsrichtung.
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Eine weitere Ausführungsform ist in F i g. 5 dargestellt. Bei dieser
Ausführungsform verlaufen die Wände 320 und 322 über den größten Teil der Länge
des Einlasses symmetrisch um eine waagerechte Achse und verschmutzen dadurch im
Betrieb wesentlich leichter, insbesondere die Außenwand 320. Diese Ausführungsform
arbeitet jedoch zufriedenstellend, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten genügend
hoch sind und ein Faserstoff-Wasser-Gemisch verwendet wird, das wenig Additive und
Bindemittel enthält, wie beispielsweise bei der Herstellung von Papier für Taschentücher
und Zeitungen, bei Siebgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 600 m/min. Bei
dieser Ausführungsform ist ein Abnahmeschlitz 336 für eine luftreiche Schicht des
Stoffes an der dicksten Stelle des Einlasses am stromabwärts gelegenen Ende der
Expansionskammer 340 vorgesehen und nicht in der Nähe der Auslaufdüse. Diese
Ausführungsform unterscheidet sich ferner von den vorher beschriebenen darin, daß
die Widerstandswalzen 330 und 332
aus runden Stäben 337 hergestellt
sind, die sich über die gesamte Breite des Einlasses durch die Expansionskammer
erstrecken und mit Metallscheiben 338
verschweißt sind, die etwa 25 cm voneinander
entfernt sind. Die Stäbe 337 besitzen dabei einen Durchmesser von etwa 2,5 cm und
einen solchen Abstand, daß Öffnungen von 6,4 X 25,4 mm gebildet werden und die gesamte
Öffnungsfläche 20'% beträgt. Bei dieser Ausführungsform beträgt der Abstand von
den Wänden 320 und 322 etwa 6 mm, und es strömt mehr Flüssigkeit um die Walze 330
und 332 als durch sie hindurch, wobei die oben beschriebene erstrebenswerte Reinigungswirkung
erreicht wird. Die kleinste Walze 334 ist perforiert und von derselben Art wie die
beschriebene Walze 34. Bei dieser Ausführungsform besteht ebenso wie bei den anderen
beschriebenen eine im wesentlichen kontinuierliche Konvergenz zwischen den Walzen
320 und 322 von der Expansionskammer zur Auslaufdüse, um eine Strömungsverteilung
größtmöglicher Stabilität zu gewährleisten.
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Ein wieder anderes Ausführungsbeispiel ist in F i g. 6 dargestellt.
Diese Ausführungsform entspricht weitgehend der Ausführungsform nach F i g. 1 mit
der Ausnahme, daß durch die Außenwand 420 ein Druckluftdom 450 gebildet wird. Die
Walzen 430, 432 und 434 sind Widerstandswalzen der gleichen Art wie die Walzen 30,
32 und 34. Die Verwendung einer Walze hohen Widerstandes unterhalb des Druckluftdomes
würde jedoch die Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche über ihr aufrühren. Dementsprechend
wird unterhalb des Druckluftdomes 450 für die durch Mischung in diesem Teil des
Einlasses vorzugsweise eine Verteilerwalze bekannter Art mit geringem Widerstand
verwendet; diese Walze kann gegebenenfalls sogar ganz entfallen. Eine solche Walze
kann geeigneterweise eine Wanddicke von etwa 5 mm besitzen und mit Löchern von etwa
30 mm durchsetzt sein, so daß ein Prozentsatz an offener Fläche von 45% sich ergibt.
Der Druckabfall an einer solchen Walze beträgt bei einer Flußgeschwindigkeit von
751/min pro Zentimeter Einlaßbreite beträchtlich weniger als 2,5 cm. Man vergleiche
dies mit den 45 bis 61 cm an der Walze 30 und der Expansionskammer
40.
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Obgleich die Wände 420 und 422 bei dieser Ausführungsform infolge
des Druckluftdomes 450 nicht kontinuierlich konvergieren, wirkt der Luftdruck in
letzterem derart, daß sich das Gemisch in ihm nicht weiter ausbreitet, indem die
Luft die Strömung in einer Ebene in diesem Bereich begrenzt, während die Innenwand
422 weiter konvergiert.
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Wieder eine andere Ausführungsform ist in F i g. 7 dargestellt. Hier
ist ebenso wie in der Ausführungsform nach F i g. 4 die Achse der engen Öffnung
528,
die auch durch die Mitte der Widerstandswalze 530 geht, um einen Winkel
von 26° zur Senkrechten geneigt. Die Schrägstellung bei diesen beiden Ausführungsformen
besitzt manchmal Vorteile trotz der Tatsache, daß eine größere Neigung zum Verschmutzen,
insbesondere der Wände 220 und 520, besteht, was zweifellos auf das
Aufsteigen von eingeschlossener Luft an diesen Wänden zurückzuführen ist. Bei dieser
Ausführungsform besitzen jedoch der Drosselspalt 526 und die Öffnung
528, in die dieser verläuft, eine viel größere Weite als bei allen anderen
bisher beschriebenen Ausführungsformen. In der Praxis kann die Weite der Öffnung
528 bis zur Hälfte der Weite der Expansionskammer an der weitesten Stelle (in einer
Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung, die durch die Achse der Rolle
530 verläuft) betragen. Bei dieser Ausführungsform erweitern sich die Wände
520 und 522 von der Öffnung 528 aus, die den Anfang der Expansionskammer
darstellt, gebogen, anstatt geradlinig, bis zu der erwähnten Ebene (die das stromabwärts
gelegene Ende der Expansionskammer darstellt), der Divergenzwinkel zwischen den
Wänden variiert dabei von einem Maximalwert von l.80° (gemessen als Tangenten) am
stromaufwärts gelegenen Ende der Expansionskammer bis zu einem Minimalwert von Null
an deren stromabwärts gelegenen Ende. Da die Wände der Expansionskammer vom Drosselspalt
526 aus nicht linear, sondern gekrümmt divergieren und der Krümmungsradius im wesentlichen
dem Außenradius der Walze 530 entspricht und da die Walze 530 direkt vor der Öffnung
528 angeordnet ist, werden bei dieser Ausführungsform Wirbel vermieden. Der in der
Expansionskammer auftretende Druckabfall muß bei dieser Ausführungsform ausschließlich
durch den Widerstand der Walze 530 erzeugt werden, und es ist bei dieser
Ausführungsform deshalb wünschenswert, eine derartige Walze mit einem noch höheren
Widerstand, als bisher beschrieben, zu verwenden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
beträgt die Wanddicke etwa 5 cm, und die Öffnungen besitzen einen Durchmesser von
12,5 mm bei einer öffnungsfläche von ungefähr 25%.
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Indem die Krümmung der Wände 520 und 522
ungefähr gleich
oder etwas größer als der Radius der
Walze 530 ist, kann letztere
so nahe, wie gewünscht, an die Öffnung 528 gebracht werden, wobei die Strömung um
die Walze minimal wird, während gleichzeitig keine genaue Passung zwischen der Walze
530 und Teilen der Wände 520 und 522 um deren gekrümmte Flächen erforderlich ist.
Gewünschtenfalls kann also erreicht werden, daß praktisch die gesamte Strömung direkt
durch die Walze 530 verläuft und irgendwelche Auswanderungen der Walze - beispielsweise
infolge des Flüssigkeitsdruckes - in einer ungefährlichen Richtung verlaufen.
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Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsformen bestand die in der
Expansionskammer angeordnete Widerstandseinheit aus einer Widerstandswalze, die
vorzugsweise drehbar gelagert ist. Wie erwähnt, können entweder perforierte oder
aus Stäben gebildete Walzen verwendet werden. Die Widerstandseinheit braucht jedoch
nicht unbedingt eine Walze zu sein; so können beispielsweise unter Umständen gitterartige
Widerstandseinheiten, die sich durch die Expansionskammer erstrecken, Verwendung
finden, die beispielsweise durch Hin- und Herbewegung an Stelle von Drehungen rein
gehalten werden. Wenn, wie vorzuziehen ist, eine umlaufende Widerstandswalze verwendet
wird, läßt man diese vorzugsweise langsam in einer Richtung laufen, daß sich der
Oberteil stromabwärts bewegt, so daß eingeschlossene Luft weggespült wird und sich
nicht ansammeln kann, da Luftansammlungen dazu neigen, stoßweise abzufließen, wodurch
die Strömung unterbrochen werden kann.
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Die größten Widerstandswalzen, die vorzugsweise Verwendung finden,
besitzen einen Durchmesser von 25 bis 35 cm. Unter »Widerstandswalzen« sollen Walzen
verstanden werden, die einen wesentlich größeren Widerstand besitzen und einen wesentlich
größeren Druckabfall verursachen als die bekannten Verteilerwalzen. Wie oben in
Verbindung mit F i g. 6 erwähnt wurde, verursacht die Verteilerwalze 452, deren
Durchmesser etwa 20 cm beträgt, einen Druckabfall in der Größenordnung von wesentlich
weniger als 1 cm pro Zentimeter Breite bei einem Durchsatz von 751/min pro Zentimeter
Walzenlänge. Hier soll eine Walze nur dann als Widerstandswalze bezeichnet werden,
wenn sie einen Druckabfall von mindestens 12,7 cm bei dem erwähnten Durchsatz verursacht,
andere Walzen werden hier vielmehr als Verteiler-oder Verteilungswalzen bezeichnet.
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Der Absolutwert des Widerstandes für die einzelnen Walzen hängt in
jedem Falle von dem Betrag der makroskopischen Turbulenz und der Querströmungen
ab, die durch den Druckabfall gedämpft werden sollen. Je größer der erforderliche
Druckabfall der einzelnen Walzen ist, um so größer muß ihr Widerstand gemacht werden,
was durch die Verwendung dickerer Wände und/oder kleinerer Öffnungen und/ oder eines
kleineren Prozentsatzes an freier Fläche geschehen kann.
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Wie oben erwähnt, wird dem Einlaß vorzugsweise eine solche innere
Form gegeben, daß er im wesentlichen gleichförmig vom weitesten Teil des Einlasses
(am stromabwärts gelegenen Ende der Expansionskammer) längs des ganzen Weges zur
Auslaufdüse konvergiert. Gewisse Vorteile werden durch die Erfindung jedoch auch
erreicht, wenn die Wände über gewisse Strecken, beispielsweise parallel, verlaufen
(s. auch die Beschreibung des Ausführungsbeispieles nach F i g. 6). Ein beliebiger
Stoffverteiler kann verwendet werden, der in der Lage ist, das Faserstoff-Wasser-Gemisch
in Form eines breiten, flächenförmigen Strahls zu liefern. Gewünschtenfalls kann
auch ein bekannter Querstromverteiler verwendet werden.
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Bei den bevorzugten Ausführungsformen findet eine lineare Erweiterung
von der engen Öffnung zur Expansionskammer Verwendung, um stabile Wirbel zu erzeugen,
die die erwünschte Wirkung haben, daß sie selbst Verluste zur Dämpfung von Turbulenz
und Querströmungen nach sich ziehen und damit die durch Walzen zu bewirkenden Widerstände
herabsetzen. Um diese stabilen Wirbel zu erzeugen, werden Divergenzwinkel von 70°
und mehr verwendet, der bevorzugte Divergenzwinkel beträgt, wie oben beschrieben
wurde, 90° bei linearer Divergenz. Bei bogenförmigen Erweiterungen (Divergenzwinkel
als Tangenten gemessen) ist es möglich, eine Widerstandswalze gegebenenfalls so
nahe, wie gewünscht, an den Hals oder die Öffnung 528 (in F i g. 7) zu bringen,
so daß der Strom von der Öffnung 528 ohne zu divergieren direkt in die Walze eintritt,
wobei Wirbel vermieden werden; in diesen Fällen ist üblicherweise eine Walze mit
höherem Widerstand erforderlich.
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Bei den bevorzugten Ausführungsformen ist das Verhältnis zwischen
der Weite des Drosselspaltes (wo die Expansionskammer beginnt) und der maximalen,
am stromabwärts gelegenen Ende vorhandenen Weite der Expansionskammer zweckmäßig
im Bereich von 1 : 5 oder 1 : 10. Dieses Verhältnis sollte jedoch mindestens 1 :
2 betragen.
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Der Abstand vom Drosselspalt, an dem die Expansionskammer beginnt,
zum stromaufwärts gelegenen Ende der Widerstandseinheit ist vorzugsweise sehr gering
und sollte vorzugsweise nicht größer sein als die der Breite der Expansionskammer
an ihrer breitesten Stelle entsprechende Strecke.
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In F i g. 8 ist die Lagerung des einen Endes der Widerstandswalze
34, deren Durchmesser 15 cm beträgt, dargestellt, wobei nur ein Ende dieser Walze
dargestellt ist. Eine massive Welle 50 mit einem dem Innendurchmesser der Walze
34 entsprechenden Durchmesser erstreckt sich eine kurze Strecke in diese und ist
mit ihr bei 52 verschweißt. Zur Dichtung ist eine Packung 54 vorgesehen.
Die Welle 50
ist zur Biegungskompensation durch zwei leichtlaufende Lager
56 und 58 gelagert, ersterers wird von unten und letzteres von oben, wie durch die
Pfeile angedeutet wird, unterstützt, wobei auf das Lager 58 eine veränderbare Kraft
ausgeübt wird, um einem Durchbiegen entgegenzuwirken, was bei Walzen mit einem kleinen
Durchmesser wie 15 cm somit leicht eintreten kann.
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Es soll nun näher auf die in den F i g. 9 bis 13 dargestellten Absaugeinrichtungen
eingegangen werden, dabei sind für entsprechende Elemente die gleichen Bezugszeichen
verwendet worden wie in F i g. 1. In F i g. 9 ist ein Sieb 16 dargestellt,
wie es für eine Langsiebmaschine typisch ist und das um die Brustwalze 18 und Leitwalze
19 geführt ist. Ein Stoffverteilkasten 10 des Druck- oder Geschwindigkeitstyps wird
durch die Wände 20 und 22 gebildet und dient dazu, das Faserstoff-Wasser-Gemisch
über die Lippe 29 eines Siebleders 27 auf dem Sieb 16 zuzuführen. Im Inneren sind
perforierte Walzen 30, 32 und 34 angeordnet. Die obere Wand 20 des Verteilerkastens
enthält
einen Teil 21 und eine Schaumlatte 14, die jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden
Erfindung sind. An der oberen Wand 20 des Einlasses ist ein diese durchsetzender,
im wesentlichen zylindrischer erster Aufnahmeraum angebracht, der sich quer über
die gesamte Breite des Verteilerkastens 10 erstreckt und der am Boden einen Schlitz
36 aufweist, durch den der Oberteil des Einlasses 20 mit dem Inneren des Aufnahmeraumes
60 in Verbindung steht. Dieser erste Aufnahmeraum 60 und der Schlitz 36 sind
neben der Befestigung 80 der Oberlippe der Auslaufdüse angeordnet, der Schlitz
36 liegt an der perforierten Walze 34 in Richtung dieser Befestigung 80 und ist
von der Auslaufdüse lediglich durch eine glatte Fläche getrennt, die keine Unterbrechung
der Strömung vor dem Schlitz 36 zuläßt. Tangential nach rückwärts von der Oberseite
des ersten Aufnahmeraumes 60 erstrecken sich eine Vielzahl von kleinen Rohren 82,
die beispielsweise 1-Zoll-Rohre mit einem Abstand von etwa 23 cm sein können, wobei
der erste Aufnahmeraum 60 einen Innendurchmesser von etwa 7,6 cm besitzt. Um Querströmungen
möglichst klein zu halten, sollte das Verhältnis des Abstandes zwischen den Mitten
der kleinen. an den ersten Aufnahmeraum angeschlossenen Rohre zum Innendurchmesser
dieses Raumes vorzugsweise nicht größer als 3 sein. Jede Leitung 82 kann mit einem
Ventil 84 versehen sein, um den Druckabfall steuern zu können. Die Leitungen 82
münden alle unten in einen zweiten Aufnahmeraum 86 mit einem größeren Durchmesser
als der erste Aufnahmeraum, beispielsweise 20 cm, der sich ebenso quer über die
Breite der Papiermaschine erstreckt und an einem festen Teil 89 befestigt ist. Der
zweite Aufnahmeraum 86 verläuft vorzugsweise schräg nach oben zu einem Separator
oder Sammelbehälter 88, um ein Ansteigen von Schaum in Richtung auf dieses Ende
zu erleichtern und Stagnationen am entgegengesetzten Ende zu verhindern. Durchmesser
und körperliche Eigenschaften des zweiten Aufnahmeraumes sind vorzugsweise so gewählt,
daß der Druckabfall an den einzelnen Rohren 82 im Betrieb etwa das Sechs- oder Mehrfache
des Druckabfalles längs der ganzen Breite des zweiten Aufnahmeraumes beträgt. Eine
andere Möglichkeit, in allen kleinen Rohren die gleiche Strömungsgeschwindigkeit
zu erreichen, besteht darin, den zweiten Aufnahmeraum verlaufend auszubilden, wie
in F i g. 12 dargestellt ist, wobei die Querschnittsfläche am weiteren Ende ungefähr
der Summe der Querschnittsflächen der Röhren 82 entspricht. Oberhalb des Sammelbehälters
88 befindet sich ein Dom 90, in dessen Deckel eine Drucksteuerleitung 92 mündet,
durch die die Einrichtung auf einem gegebenen Druck (entweder Unterdruck oder einem
oberhalb des Atmosphärendrucks gelegenen Druck) gehalten werden kann; das einzige
Erfordernis besteht darin, daß der Druck geringer ist als der im Einlaß 10. Der
Sammelbehälter 88 wirkt in Verbindung mit dem Dom 90 als Separator für die Luft
urd das Faserstoff-Wasser-Gemisch, das Gemisch sinkt durch das Abflußrohr 94 ab,
während die Luft durch das Rohr 92 abgezogen wird. Das Abflußrohr 94 endet am Einlaß
eines magnetischen Strömungsmessers 96, durch das das Stoffwasser in die Bütte 98
gelangt, von der es dem Kreislauf durch die Pumpe 100 zugeführt wird. in den Deckel
des Domes 90
mündet ferner eine Leitung 102 für eine Dusche, durch die Flüssigkeit
zur Spülung der Einrichtung und zur weitgehenden Verringerung von Schaumbildung
zugeführt werden kann.
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Im Betrieb wird die obere Schicht des durch den Einlaß 10 strömenden
Faserstoff-Wasser-Gemisches, in der sich bekanntlich der größte Teil der eingeschlossenen
Luft bzw. des Schaumes ansammelt, nach oben durch den sich über die gesamte Breite
des Einlasses erstreckenden Schlitz 60 in den ersten Aufnahmeraum 36 abgezogen.
von wo sie anschließend durch eine Vielzahl von dünneren Rohren 82, die oben
am ersten Aufnahmeraum ansetzen und die zur Einstellung eines konstanten Wertes
des Druckunterschiedes längs der gesamten Breite des ersten Aufnahmeraumes unabhängig
einzeln gedrosselt werden können, so daß Querströmungen in diesem weitgehend verringert
oder ganz vermieden werden, abgeführt wird. Die Mischung aus Stoff und Schaum gelangt
durch diese Rohre von unten in den größeren zweiten Aufnahmeraum 86 und strömt nach
oben längs dieses Raumes in einen Sammelbehälter 88; in diesem Behälter und
dem Dom 90 werden Luft und Flüssigkeit getrennt, die Flüssigkeit wird dem Kreislauf
wieder zugeführt, während die Luft durch die Leitung 92 abgezogen wird.
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Eine weitere Anordnung zur Entfernung von Luft ist in F i g. 13 dargestellt.
Bei dieser Anordnung wird ein gleichmäßiger Druckabfall an allen kleinen Rohren
82 dadurch erreicht, daß im zweiten Aufnahmeraum 86 ein Flüssigkeitsspiegel aufrechterhalten
wird, der einen Luftdom bildet, welcher in der Praxis parallel zu einer waagerechten
Bezugslinie ist. Die Flüssigkeitsströmung vom zweiten Aufnahmeraum 86 in den Sammelbehälter
88 erzeugt einen hydraulischen Gradienten, so daß die Flüssigkeitsoberfläche nicht
ganz exakt waagerecht ist, sie kann jedoch für alle praktischen Zwecke als waagerecht
angesehen werden. Da die Luft oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche im zweiten Aufnahmeraum
86 über dessen gesamte Breite über den einzelnen Rohren 82 unter demselben
Druck steht, ist die Strömung in allen diesen gleichartigen Rohren gleich. Der Gesamtfluß
vom Einlaß zum zweiten Aufnahmeraum 86 kann durch Änderung des Luftdruckes oberhalb
der Flüssigkeitsoberfläche geändert werden, wie es im vorstehenden bei der Funktion
des Sammelraumes 88 bei den anderen Ausführungsbeispielen der Fall war. Die Rohre
82 erstrecken sich vorzugsweise. wie in F i g. 13 gezeigt ist, in den zweiten
Aufnahmeraum 86 hinein, so daß sich ihre Auslaßöffnungen in einer Ebene befinden,
die parallel zur Horizontalen liegt. Die Länge der in den Aufnahmeraum ragenden
Stücke der Rohre ist nicht wesentlich. Es ist jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel
vorzuziehen, daß die Gesamtlänge der einzelnen Rohre 82 gleich ist, so daß
alle Rohre den gleichen Strömungswiderstand besitzen. Es soll erwähnt werden, daß
der zweite Aufnahmeraum 86 bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise zum zweiten
Aufnahmeraum 88 hin nach unten gekröpft ist, obwohl auch ein annähernd waagerechter
Strömungsweg zu diesem Behälter annehmbar arbeiten würde. Der Hauptvorteil dieser
Ausführungsform gegenüber den bisher beschriebenen anderen Ausführungsformen besteht
darin, daß der Druckabfall zwischen dem Einlaßraum und dem Aufnahmeraum 86 nicht
wesentlich ist. Es ist ersichtlich, daß diese neuartige Abzugsanlage geeignet ist,
freie Luft von dem durch den Einlaß zur Papiermaschine strömenden Stoff dicht bei
der Düsenanordnung zu entfernen,
so daß eine Ansammlung von Schaum
bei dieser und ein periodisches Entweichen von Schaum aus ihr vermieden wird, durch
die die Papierstruktur nachträglich beeinflußt wird; dies wird erreicht, ohne daß
Querströmungen erzeugt werden; ferner wird ein konstanter Druckunterschied längs
der gesamten Breite des Schlitzes aufrechterhalten, durch den die Luft als Teil
der luftreichen oberen Schicht der Masse abgezogen wird.
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Mit dieser Abzugseinrichtung ist es beispielsweise bei einem stromlinienförmigen
Druckeinlaß möglich, Düsengeschwindigkeiten von nur 30 m/min zu erreichen, während
es bisher nötig war, Stoffverteilkästen mit großen Ruhebehältern und einem Vakuumdom
zu verwenden, wenn diese niedrigen Geschwindigkeiten erreicht werden sollten.