-
Stoffauflauf für eine Papiermaschine Die Erfindung bezieht sich auf
einen Stoffauflauf für eine Papiermaschine und geht von einer bekannten Einrichtung
aus, bei welcher eine am Ende durch eine Rohrleitung gespeiste, quer zur Richtung
der zu erzeugenden Flächenströmung verlaufende einzige Verteilerkammer vorhanden
ist, deren Querschnitt in Strömungsrichtung abnimmt und deren eine Seitenwand Auslaßöffnungen
aufweist, an die sich ein zu einer Auslaufdüse führender Strömungsweg anschließt.
In diesem bekannten Falle bestehen die Auslaßöffnungen in einer großen Reihe von
kreisrunden kleinen Löchern, die in der betreffenden Seitenwand der Verteilerkammer
angebracht sind.
-
Wenn man bei einer solchen Papiermaschine nun aber die für den Papierbrei
in Papiermaschinen üblichen hohen Fördergeschwindigkeiten anwendet, so können die
Ränder der erwähnten vielen kleinen Löcher leicht zu einer Wirbelbildung Anlaß geben,
und das Ziel der Erfindung besteht darin, Formen für die Auslaßöffnungen anzugeben,
bei welchen die erwähnte Wirbelbildung vermieden wird.
-
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Auslaßöffnungen
entweder die lichten Querschnitte einer Reihe von Abzweigrohren benutzt werden,
die alle in der gleichen von der Verteilerkammer sich nach oben erstreckenden Ebene
liegen und deren Achsen mit der Richtung der Wandströmung am Ansatzpunkt der betreffenden
Rohre einen Winkel einschließen, der kleiner ist als 90°, daß die Länge der Abzweigrohre
von der Einlaßseite zur gegenüberliegenden Seite der Verteilerkammer fortlaufend
abnimmt und daß auf dem bis zur Auslaufdüse führenden Strömungsweg der Querschnitt
der Abzweigrohre in Strömungsrichtung gesehen in ein flaches Rechteck übergeht,
wobei die nebeneinanderliegenden Rechtecke die gewünschte Flächenströmung liefern;
oder ein sich über nahezu die ganze Länge der Oberseite der Verteilerkammer erstreckender
Drosselschlitz dient, daß sich an den Drosselschlitz ein einziger nach oben verlaufender,
den bis zur Auslaßdüse führenden Strömungsweg bildender Strömungskanal anschließt,
der ebenso breit ist wie der Drosselschlitz, und daß der Strömungskanal an der Einlaßseite
der Verteilerkammer länger ist als an der dem Einlaß gegenüberliegenden Seite.
-
Bei der ersten Lösung wird durch den Ersatz der vielen kleinen Löcher
in der Wand der Verteilerkammer durch Rohre, deren Achsen mit der Richtung der Wandströmung
am Ansatzpunkt der betreffenden Rohre einen Winkel einschließen, der kleiner ist
als 90°, die Wirbelbildung vermieden, d. h. durch eine Führung des Papierbreies
auf einem Wege mit verhältnismäßig großem Krümmungsradius.
-
Eine Wirbelbildung kann auch bei erheblichen Durchsatzgeschwindigkeiten
nicht so leicht auftreten, als bei den vielen kleinen Löchern in der Seitenwand
der bekannten Verteilerkammer.
-
Bei der zweiten Lösung werden die vielen kleinen Löcher durch einen
einzigen Schlitz ersetzt, der in der Wand der Verteilungskammer angebracht wird
und in der Richtung der Strömung des Papierbreies in der Kammer liegt, d. h., es
verschwinden nun die quer zur Längsrichtung der Strömung liegenden Lochränder. Lediglich
in der Längsrichtung der Verteilerkammer sind noch die Kanten des Drosselschlitzes
vorhanden. Jetzt kann also bei dieser zweiten Lösung die Strömung, ohne an den erwähnten
quer zur Längsrichtung der Verteilerkammer liegenden Lochrändern vorbeistreichen
zu müssen und dabei zu einer Wirbelbildung angeregt zu werden, in den sich an den
Drosselschlitz anschließenden Strömungskanal eintreten.
-
Die Erfindung soll nun an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert
werden, dabei bedeutet F i g. 1 eine Stirnansicht eines an einen Strömungskanal
angeschlossenen Verteilers, der Abzweigrohre enthält, F i g. 2 eine Vorderansicht
des Verteilers nach F i g. 1, F i g. 3 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie
3-3 in F i g. 2,
F i g. 4 eine vergrößerte Teilansicht entlang der
Linie 4-4 in F i g. 2, F i g. 5 eine Seitenansicht ähnlich wie F i g. 1 eines anderen
Ausführungsbeispiels mit einem weiten, dünnen Kanal, F i g. 6 eine Vorderansicht
des Verteilers nach F i g. 5, F i g. 7 einen vergrößerten Teilschnitt entlang der
Linie 7-7 in F i g. 6, F i g. 8 eine vergrößerte Teilansicht einer Verteilerwalze
am Ende des Verteilers und den Eingang zum Strömungskanal, wobei diese Verteilerwalze
bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung mit Erfolg verwendet werden kann,
jedoch nur in Verbindung mit den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, F i g. 9 einen
Teilschnitt entlang der Linie 9-9 in F i g. 8 und F i g. 10 ein Diagramm, das die
Theorie des Verteilers verdeutlichen soll.
-
In den F i g. 1 bis 4 ist eine Verteilerkammer 10 dargestellt, die
einem Einlaufkasten 11 einer Papiermaschine 12 vorgeschaltet ist. Der Einlaufkasten
kann von beliebiger Art sein und ist in der Zeichnung nur schematisch dargestellt.
Der Aufbau und die Arbeitsweise derartiger Einlaufkästen sind bekannt und brauchen
deshalb nicht näher beschrieben zu werden.
-
Der Kasten hat sowohl einen breiten Schlitz 15 am Eimaß als auch an
der entgegengesetzten Seite, wo der Kasten die Maschine 12 speist.
-
Der Verteiler 10 besteht aus einer langgestreckten Verteilerkammer
20, die am einen Ende mit einem Einlaß 21 versehen ist. Die Verteilerkammer 20 verläuft
von ihrem Einlaßende 27 an schräg nach oben, wie besonders aus F i g. 2 hervorgeht.
Der Aufbau ist so, daß der Querschnitt der Kammer vom Einlaß zum gegenüberliegenden
Ende hin abnimmt und in der Praxis hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Kammer
als Rohr auszubilden, das sich vom Einlaß 21 an konisch verjüngt.
-
Der flüssige Papierbrei wird der Verteilerkammer 20 zugeführt. Es
ist zweckmäßig, ein Rohrstück 27 vorzusehen, das mit Einrichtungen zur Strömungsstabilisierung
versehen und mit dem Eingangsende der Verteilerkammer verbunden ist und in der gleichen
Richtung wie diese verläuft. Dadurch wird die Strömung des Papierstoffes geradegerichtet,
und diese verläuft verhältnismäßig gleichförmig über den ganzen Querschnitt, bevor
sie in die Verteilerkammer eintritt. Das Rohr 27 ist mit einer nicht dargestellten
Zuführungsvorrichtung verbunden. Der in die Kammer geleitete Papierstoff fließt
durch den Eimaß 21 in Längsrichtung in die Kammer. Die Richtung der Wand 24 schließt
mit der Strömungsrichtung des Papierstoffes einen Winkel ein. Das Ende
30 der Verteilerkammer, das dem Eingang 21
gegenüberliegt, kann geschlossen
sein, vorzugsweise besitzt es jedoch eine Ausiaßöffnung 32 verhältnismäßig geringen
Querschnitts, so daß ein Teil des Papierstoffes durch diese öffnung in ein Rohr
33 ausfließen kann, das sie wieder zur Quelle der Papiermasse zurückführt.
-
Annähernd entlang der gesamten Länge der geneigten Wand 24 sind in
der Verteilerkammer Auslaßöffnungen zur Ableitung des Papierstoffes vorgesehen,
wobei die erste öffnung in der Nähe des Einlasses 21 und die letzte Öffnung in der
Nähe der Auslaßöffnung 32 liegen. Die Auslaßöffnungen sind im Vergleich zum Anfangsquerschnitt
der Verteilerkammer verhältnismäßig klein, die Gesamtlänge der Öffnungen plus der
Fläche der Auslaßöffnung 32 ist kleiner als die Fläche der Einlaßöffnung
21.
-
An die Öffnungen 36 in der geneigten Wand 24 der Verteilerkammer sind
Abzweigrohre 40 angeschlossen, die von der Kammer wegführen. Die von der
Verteilerkammer abgewandten Enden der Abzweigrohre werden allmählich flacher und
laufen in dünne, verhältnismäßig weite Kanäle 42 aus, die in einer gemeinsamen Ebene
liegen. Es ist aus F i g. 2 und 3 ersichtlich, daß diese Kanäle nebeneinander angeordnet
sind und einen annähernd durchgehenden Auslaßschlitz 43 bilden, der sich vom einen
Ende der Verteilerkammer zum anderen erstreckt und von dieser weggerichtet ist.
Die Kanäle 42 sind miteinander durch einen Flansch 44 verbunden. Sie können direkt
an den Eingang 15 und den Einlaufkasten 11 angeschlossen sein. Bei dem gezeichneten
Ausführungsbeispiel ist der Flansch 44 jedoch mit einem Flansch 46 einer Verteilerwalzenanordnung
47 verbunden, die zwischen den Kanälen und dem Eingang des Einlaufkastens angeordnet
ist und mit dem Einlaufkasten 48 (F i g. 1) verbunden ist.
-
Die Anordnung 47 enthält eine zylindrische Kammer
50, deren Länge im wesentlichen der Breite des Einlaufkastens entspricht.
In dieser Kammer ist eine perforierte Verteilerwalze angeordnet, die sich annähernd
über die gesamte Länge der Kammer erstreckt und genau in die Kammer paßt, wie aus
F i g. 8 und 9 ersichtlich ist. Das Gehäuse 50 hat einen schlitzähnlichen
Einlaß 53, der sich vom Flansch 46 an öffnet, so daß, wenn letzterer an den Flansch
44 angeschlossen ist, der Eingang der Kammer mit den Schlitzen der Kanäle
42 übereinstimmt. Die die Walze enthaltende Kammer hat ferner einen Auslaß
55, der sich gegebenenfalls zum Einlaß 15 des Einlaufkastens hin verjüngen kann.
Der ganze aus den Schlitzen der Kanäle 42 austretende Papierstoff durchläuft die
Walze 51, bevor er in den Einlaufkasten eintritt. Die Walze ist mit einem Antrieb
verbunden. So kann sich z. B. eine Achse 57 (F i g. 8) von der Walze durch das Ende
des Gehäuses 50 nach außen erstrecken, auf ,der ein Zahnrad 58 angeordnet ist, das
z. B. durch Einen Elektromotor angetrieben wird.
-
Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß die Abzweigrohre 40 vom Eingang
der Verteilerkammer zum Ausgang hin laufend kürzer werden.
-
Im Betrieb wird der Papierstoff durch das Rohrstück 27 und den Einlaß
21 in die Verteilerkammer 20 geleitet. Der Stoff fließt seitlich aus der
Kammer durch die Öffnungen 36 in der geneigten Wand 24, und außerdem fließt, wenn
die Auslaßöffnung 32 vorhanden ist, ein Teil des Papierstoffes in das Rohr 33 aus,
von wo es dem Kreislauf wieder zugeführt wird. Die Abzweigrflhre 40 leiten den Papierbrei
durch die Öffnungen 36 in die abgeflachten, dünnen und verhältnismäßig breiten Kanäle
42. Der Brei tritt aus den schmalen Schlitzen dieser Kanäle in Form eines
breiten, dünnen Bandes aus, das durch die Verteilerwalze 21 und durch den Einlaufkasten
11 auf die Siebpartie der Papiermaschine 12 läuft. Die Theorie der Strömung des
Papierbreies in die Verteilerkammer und aus dieser hinaus wird später noch erklärt
werden.
-
In F i g. 5, 6 und 7 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Der Verteiler enthält
eine langgestreckte Verteilerkammer
64, die am einen Ende einen Einlaß 65 aufweist. Der Papierbrei wird in die
Verteilerkammer von einer Quelle, die nicht dargestellt ist, durch ein gerades Rohr
66 zugeführt, das Vorrichtungen zur Stabilisierung der Strömung enthalten kann.
Die Verteilerkammer 64, deren untere Wand mit 69 bezeichnet ist, verläuft wiederum
vom Einlaßende 65 an schräg nach oben und kann an der dem Einlaß gegenüberliegenden
Seite einen Auslaß 70 aufweisen, an den dann ein Rohr 71 angeschlossen ist, durch
das der ausfließende Papierstoff wieder zum Einlaß zurückgeführt wird. Der Querschnitt
der Verteilerkammer nimmt vom Einlaß aus ab.
-
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung besteht der Auslaß aus der
Verteilerkammer aus einem schmalen Schlitz 75 in der geneigten oberen Kammerwand
69, der sich annähernd über die gesamte Länge der Kammer erstreckt. An den Schlitz
75 ist ein breiter, flacher Kanal 78 angeschlossen, der von der Verteilerkammer
weggerichtet ist und dessen Querschnitt in Größe und Form annähernd dem Schlitz
entspricht. Das äußere Ende dieses Kanals ist mit einem Flansch 79 versehen, der
direkt mit dem Eingang des Einlaufkastens 11 oder mit dem Flansch 46 der Verteilerwalzenanordnung
47 verbunden sein kann. Die Seite 81 des Kanals 78 am Anfang des Auslaßschlitzes
75 beim Einlaß 65 der Kammer ist länger als die gegenüberliegende Seite 82 des Kanals.
-
Der Verteiler 60 arbeitet genauso wie der vorher beschriebene
Verteiler 10. Die Strömung des Papierstoffes wird durch das Rohr 66 geradegerichtet
und gleichmäßig gemacht und fließt im wesentlichen in Längsrichtung durch die Verteilerkammer
64. Der Papierbrei tritt dann seitlich durch den langgestreckten, schmalen Schlitz
75 in den Kanal 78, von welchem er in Form eines Bandes zur Verteilerwalze 51 oder,
falls letztere nicht vorgesehen ist, zum Eingang des Einlaufkastens 11 gelangt.
F i g. 10 dient zur Veranschaulichung der Theorie der Flüssigkeitsströmung im Verteiler
10. Der Papierbrei fließt in Längsrichtung, wie durch den Pfeil 85 angedeutet
ist, durch die Verteilerkammer. Die Strömungsfäden 86, die auf die Öffnung 36a zielen,
fließen durch diese Öffnung ab. Der statische Druck in der Flüssigkeit ist bestrebt,
dem abgezweigten Teil eine Beschleunigung in Richtung des Pfeiles 88 zu verleihen,
während die Trägheit der Flüssigkeit eine Bewegung in Richtung des Teiles
89 verursacht. Der resultierende Fluß ist in Richtung des Pfeiles
90 gerichtet. Der auf die Öffnung 36b gerichtete Teil 95 der Flüssigkeitsströmung
fließt an der Öffnung 36a vorbei und durch die Öffnung 36b aus. Der statische
Druck und die Trägheit ergeben eine Strömungsrichtung in Richtung des Pfeiles 96,
der ungefähr parallel zum Pfeil 90 liegt. Der an der Öffnung 36b vorbeifließende
Teil 98 der Flüssigkeitsströmung fließt mit einer Richtung, die durch den
Pfeil 99 angedeutet ist, durch die Öffnung 36c aus. Der Teil 102 der Flüssigkeit,
der an der Öffnung 36c vorbeifließt, strömt durch die Auslaßöffnung 32 ab.
-
In F i g. 10 wurden der Einfachheit halber nur drei Auslaßöffnungen
gezeigt, da die Verhältnisse bei allen Auslaßöffnungen praktisch gleich sind. Es
ist ersichtlich, daß die Bedingungen bei allen öffnungen gleich sind, so daß die
Strömungsbedingungen beim Abfluß aus der Verteilerkammer entlang der ganzen Kammer
gleichbleiben. Da der Papierstoff seitlich durch die einzelnen Öffnungen ausströmen
kann, ohne den Fluß des verbleibenden Papierstoffes zur nächsten Öffnung in der
Kammer wesentlich zu beeinflussen, entsteht keine ernstliche Turbulenz in der Flüssigkeitsströmung,
die sich bis zum Einlaßkasten fortsetzen und sich in der fertigen Papierbahn zeigen
könnte. Der Papierbrei wird also aus der Verteilerkammer mit einem Minimum an Turbulenz
herausgeleitet, so daß die Strömung aus den Kanälen 42 gleichmäßig und laminar ist.
Auf Grund der Tatsache, daß die Abzweigrohre 40 so ausgebildet sind, daß sie entlang
der Verteilerkammer in Richtung auf das Ende hin progressiv kürzer werden, durchläuft
der Papierstoff strömungsmäßig gesehen annähernd dieselben Wege vom Einlaß der Kammer
durch die einzelnen Abzweigrohre zu den Auslaßschlitzen. Das bedeutet, daß die Reibungsverluste
für jeden Strömungsfaden vom Einlaß der Kammer durch die einzelnen Abzweigrohre
im wesentlichen gleich sind.
-
Die Verteilerwalze kann, aber muß nicht verwendet werden. Die Verwendung
ist wünschenswert, da der Fluß des Faserstoffes in der Mitte der Verteilerkammer
weniger Reibungsverluste erleidet als der Fluß entlang den Seitenwänden. Die Strömung
besitzt deshalb etwas die Neigung, in der Mittelgruppe der Abzweigrohre etwas schneller
zu fließen als in den Rohren an den beiden Enden der Kammer, insbesondere wenn die
Rohre sehr kurz sind. Die rotierende Verteilerwalze 51 gleicht dies vollständig
aus. Da der Zylinder genau in das zylindrische Gehäuse paßt, muß der gesamte Papierbrei
durch ihn durchtreten und wird über die gesamte Breite und den gesamten Durchmesser
des Zylinders derselben Behandlung unterworfen. Durch das zylindrische Gehäuse wird
verhindert, daß ein nennenswerter Teil des Papierbreies außen um den Zylinder herum
strömen kann.
-
Die oben erläuterte Theorie gilt auch für den Verteiler
60. Der Papierbrei fließt jedoch statt durch eine Mehrzahl von im Abstand
voneinander befindlichen Öffnungen gleichmäßig durch einen Schlitz 75, der sich
über die Länge der Verteilerkammern erstreckt. Der Stoff fließt deshalb flächenförmig
aus der Verteilerkammer aus und wird so durch den Kanal 78 in die Verteilerwalzenanordnung
47 und/ oder den Einlaufkasten geleitet. Die Strömung wird also durch die
Verteilerkammer in eine flächenförmige Strömung umgewandelt und behält diesen Zustand
dann in der Papiermaschine 12. Dies wird als der Idealzustand angesehen.
-
Da die Länge des Kanals 78 von der Seite 81 zur Seite
82 hin abnimmt, sind die Reibungsverluste für alle Stromfäden der durch die Verteilerkammer
und den Kanal laufenden Strömung praktisch gleich.