DE19716146A1 - Verfahren zur Einstellung des Flächengewichtsquerprofils einer Papierbahn und Stoffauflauf einer Papiermaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Flächenge­ wichtsquerprofils einer Papierbahn sowie einen Stoffauflauf einer Papiermaschine zur Durchführung des Verfahrens.

Nach den herkömmlichen Verfahren zur Einstellung des Flächenge­ wichtsquerprofils, zum Beispiel aus der DE-PS 29 42 966 oder DE-OS 35 35 849 ist es bekannt, das Flächengewichtsquerprofil einer Pa­ pierbahn dadurch zu beeinflussen, daß die Weite des Auslaufspaltes und damit die an dieser Stelle auf das Papiersieb fließenden Menge der Stoffsuspension verändert wird. Zu diesem Zweck sind über die Breite der Papiermaschine eine Vielzahl von Gewindespindeln angeord­ net, mit denen durch Verschwenken oder Verbiegen der Oberlippe des Auslaufspaltes, dessen lichte Weite verändert werden kann. Durch derartige lokale Einschnürungen des Auslaufspaltes werden neben der gewünschten Beeinflussung des Flächengewichtsquerprofils Querströ­ mungen in der Suspension erzeugt, die zu einer Veränderung der ge­ wünschten Faserorientierung führen. Diese werden bei der Entwässe­ rung auf dem Sieb fixiert und wirken sich negativ auf die Papier­ eigenschaften aus.

Ein weiterer Nachteil der an diesen Stoffaufläufen angewandten Ver­ fahren zur Beeinflussung des Flächengewichtsquerprofils einer Papierbahn besteht darin, daß der Bereich der möglichen Einflußnahme durch die mechanische Verformbarkeit der Oberlippe des Auslaufspal­ tes begrenzt ist und sich die Einschnürungen an einer Stelle des Auslaufspaltes über die Elastizität der Oberlippe auf die benachbar­ ten Bereiche auswirken.

Nach neueren Veröffentlichungen sind Verfahren bekannt geworden, bei denen das Flächengewichtsquerprofil einer Papierbahn durch die Ein­ flußnahme auf die lokale Faserkonzentration der Stoffsuspension ver­ ändert wird. So ist in der DE-PS 40 05 281 ist ein Stoffauflauf be­ schrieben, bei dem die Regelung des Flächengewichtsquerprofils da­ durch erfolgt, daß in die von einem Zentralverteiler abgehenden Sek­ tionsstromleitungen über Ventile dosiert Verdünnungswasser zugegeben wird. Damit ist es möglich, Abweichungen im Flächengewichtsquerpro­ fil der Papierbahn auszugleichen. Bei einer derartigen Einrichtung treten jedoch Schwierigkeiten insbesondere dadurch auf, daß eine Veränderung an einem einzelnen Ventil der Verdünnungswasserzugabe die Druckverhältnisse im System der Verdünnungswasserbereitstellung beeinflußt. Damit wird die an anderen Ventilen abgegebene Menge an Verdünnungswasser ungewollt beeinflußt. Weiterhin wird durch die unmittelbare Kopplung des Verdünnungswassersystems an die Sektions­ stromleitungen das sensible Druckprofil des Verteilers in Bezug auf die einzelnen abgehenden Sektionsstromleitungen beeinflußt und ge­ genüber der erforderlichen exakten Symmetrie und Gleichmäßigkeit verstimmt. Dazu ergibt sich bei einer derartigen Anordnung die Not­ wendigkeit, für jede Sektionsstromleitung einen Regelkreis anzuord­ nen. Gegenüber den üblichen Anordnungen, bei denen jedem mit einer Gewindespindel beeinflußbaren Bereich am Auslaufspalt ein Regelkreis zugeordnet ist, wird der durch diese Lösung bedingte Aufwand erheb­ lich erhöht, weil es im allgemeinen ausreicht, auf einem Bereich von drei Sektionsstromleitungen etwa zwei Gewindespindeln anzuordnen.

Nach der DE-PS 40 19 593 wird zur Beeinflussung des Flächengewichts­ querprofils vorgeschlagen, den einzelnen Sektionen des Stoffauflaufs individuelle Sektionsströme zuzuführen, deren Betriebsparameter, Durchsatz und Stoffdichte, wiederum für sich allein einstellbar sind. Zu diesem Zweck werden jeder Sektion eines durch Trennbleche sektionierten Stoffauflaufes individuelle Sektionsströme zugeführt. Diese Sektionsströme werden erzeugt, indem jeder Sektion des Stoffauflaufs zwei Teilströme unterschiedlicher Faserkonzentration zugeführt werden. Die im Stoffauflauf zusammengeführten Teilströme müssen aber einzeln so geregelt werden, daß der Gesamtvolumenstrom in einer Sektion des Stoffauflaufes konstant bleibt. Wird dies nicht gewährleistet, haben die Sektionsströme am Auslaufspalt benachbarter Sektionen unterschiedlichen Austrittsgeschwindigkeiten. Dadurch be­ dingt, treten Störungen in der Faserorientierung der Papierbahn auf. Diese Verfahrensweise ist mit einem hohen regelungstechnischen Auf­ wand verbunden, da für jede Sektion des Stoffauflaufes zwei Regel­ kreise erforderlich sind.

Wird jedoch zur Verringerung des Aufwandes, wie in gleicher Ver­ öffentlichung beschrieben, nur einer der Sektionsströme geregelt und der andere Volumenstrom ungeregelt zugeführt, verändert sich der in einer Sektion ergebenden Gesamtvolumenstrom. Benachbarte Sektions­ ströme werden bei solch einer Verfahrensweise Unterschiede in der Austrittsgeschwindigkeit aufweisen, die zu einer erheblichen Störung der Faserorientierung führen können.

Mit den Veröffentlichungen DE-OS 42 13 707, DE-OS 43 20 243 und DE- OS 44 16 899 sind Vorschläge für Stoffaufläufe zur Beimischung von Verdünnungswasser in Mischkammern unterbreitet worden, welche zwi­ schen vor- und nachgeordneten Turbulenzerzeugern, bzw. Führungsroh­ ren innerhalb des Stoffauflaufs angeordnet sind. Die DE-OS 44 09 415 und die DE-OS 44 37 181 weisen spezielle Ventilgestaltung für die im Stoffauflauf realisierte Verdünnungswasserzugabe auf, während in den Veröffentlichungen DE-OS 37 41 603 und DE-OS 43 23 263 spezielle An­ ordnungen zur Lage der Zufuhrleitung und zur Einschußrichtung für das Verdünnungswasser in die Zulaufkammer vorschlagen.

All diese Lösungen verhindern nicht, daß Veränderungen in der loka­ len Verdünnungswasserzugabe zu Druckveränderungen im System der Ver­ dünnungswasserbereitstellung und damit zu ungewollten Veränderungen der Faserkonzentration an anderen Stellen des Stoffauflaufes führen. Schließlich ist mit der DE-OS 42 34 940 vorgeschlagen worden, die Faserkonzentration der Stoffsuspension lokal dadurch zu beeinflus­ sen, daß sich in Grenzschichten der Sektionsstromleitung anreichern­ des Klarwasser abgeführt und ggf. an anderer Stelle des Stoffauf­ laufs wieder hinzugefügt wird. Eine solche Verfahrensweise führt infolge der Veränderung des Durchsatzvolumens zu Geschwindigkeits­ differenzen am Austrittsspalt und damit zu einer Störung der Faser­ orientierung. Darüber hinaus läßt sich ein derartiges Verfahren nur mit sehr hohem Aufwand zur automatischen Regelung des Flächenge­ wichtsquerprofils an einer Papiermaschine verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Stoffauflauf zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die zur Einstellung des Flächengewichtsquerprofils einer Papierbahn die lo­ kale Konzentration der Stoffsuspension durch Zugabe einer Faser­ stoffsuspension abweichender Konzentration oder von Verdünnungswas­ ser im Stoffauflauf beeinflußt, ohne daß im Stoffauflauf zu Stö­ rungen der Faserorientierung kommt und welche eine automatische Re­ gelung des Flächengewichtsquerprofils einer herzustellenden Papier­ bahn mit geringem Aufwand ermöglichen.

Verfahrensseitig wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merk­ male des Patentanspruchs 1 gelöst. Der Unteranspruch 2 gibt eine vorteilhafte Variante für das erfindungsgemäße Verfahren an. Vor­ richtungsseitig wird die Lösung erfindungsgemäß durch die Merkmale des Nebenanspruchs 3 erzielt. Die Unteransprüche 4 bis 6 geben vor­ teilhafte Ausgestaltungen für einen erfindungsgemäßen Stoffauflauf an.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Faserorientierung störende Querströmungen im Stoffauflauf dadurch zu verhindern, daß der Gesamtvolumenstrom der Faserstoffsuspension in einem Bereich des Stoffauflaufs trotz Änderung der Faserkonzentration konstant gehal­ ten wird, indem für den in einem lokal begrenzten Bereich des Stoffauflaufs zugeführte Menge einer Suspension abweichender Faser­ konzentration, bzw. von Verdünnungswasser, in demselben Bereich des Stoffauflaufs eine adäquater Menge des vom Verteiler zugeführten Suspensionsstromes abgeführt wird.

In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens wird das Abführen des Teilstromes, unmittelbar vor dem Zuführen des Teilstromes der Stoff­ suspension abweichender Faserkonzentration, bzw. des Verdünnungs­ wassers durchgeführt.

Durch den gleichbleibenden Volumenstrom im Stoffauflauf kann eine auf die Zuführsysteme wirkende Druckveränderung und die dadurch bedingten Störungen im Flächengewichtsquerprofil der Papierbahn ver­ hindert werden. Gleichzeitig werden die Faserorientierung störende Querströmungen am Austrittsspalt des Stoffauflaufs vermieden.

Die lokale Veränderung der Faserkonzentration führt im Ergebnis über eine an sich bekannte Regelung in Abhängigkeit von den gemessenen Papierbahnparametern zu dem gewünschten Flächengewichtsquerprofil. In der Regel ist das eine in Flächengewicht und Dicke ausgeglichene Papierbahn. Es sind aber auch Papierbahnen mit anderen Flächenge­ wichtsquerprofilen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar.

Zur Durchführung des Verfahrens dient ein Stoffauflauf, bei dem die Stoffsuspension von einem Verteiler kommend über Sektionsstromlei­ tungen und eine Zulaufkammer auf die Arbeitsbreite der Papierma­ schine gleichmäßig verteilt wird. An die Zulaufkammer schließen sich Turbulenzerzeuger und ein Auslaufkanal mit einem Auslaufspalt zur Abgabe der Stoffsuspension an das Papiermaschinensieb an. Zur Zufüh­ rung der Stoffsuspension abweichender Faserkonzentration, bzw. Ver­ dünnungswassers und zur Abführung eines adäquaten Teilstromes vom Verteiler zugeführter Stoffsuspension, sind an jeder Sektionsstrom­ leitung oder an der Zulaufkammer über die Arbeitsbreite der Papier­ maschine gleichmäßig verteilt, eine Vielzahl von Zu- und Abführlei­ tungen mit Dosierorganen vorgesehen, die paarweise in Strömungsrich­ tung der Faserstoffsuspension hintereinanderliegend angeordnet sind.

Als Dosierorgane für den erfindungsgemäßen Stoffauflauf sind in einer vorteilhaften Ausführung volumetrisch wirkende Pumpen, wie Zahnrad-, Dosier- und Einspindelpumpen mit druckkonstanten Kenn­ linien eingesetzt.

In einer Fortbildung der Erfindung sind die volumetrisch wirkenden Pumpen, die einer Sektionsstromleitung oder einen Breitenbereich der Zulaufkammer für die Zu- und Abführung der Stoffsuspension, bzw. des Verdünnungswassers zugeordnet sind, identisch ausgelegt und mit ei­ nen gemeinsamen Antrieb starr gekoppelt. Damit werden auf einfache Art und Weise für die Zu- und Abführung identische Teilströme ge­ währleistet.

In einer weiteren Variante der Erfindung sind als Dosierorgane Ventile eingesetzt, welche über Regler mit Sensoren zum Erfassen des Druckes und der Strömungsgeschwindigkeit der Suspension in der Zu- und Ableitung steuerbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert:
In der zugehörigen Zeichnung zeigt die Fig. 1 eine Seitenansicht und Fig. 2 die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Stoffauflaufes einer Papiermaschine.

An einen Zentralverteiler 1 sind eine Vielzahl (1 bis n) Sektions­ stromleitungen 2 angeschlossen. Über diese Sektionsstromleitungen 2 wird die dem Zentralverteiler 1 von unten zugeführte Faserstoffsus­ pension in Sektionsströmen gleichmäßig verteilt der maschinenbreiten Zulaufkammer 3 des Stoffauflaufes zugeführt. In Flußrichtung der Sektionsströme schließt sich an die maschinenbreite Zulaufkammer 3 der Turbulenzerzeuger 4 an. Über einen Ausströmkanal 5, der auslauf­ seitig einen mit den Justierelementen 6 einstellbaren Spalt auf­ weist, gelangt die Faserstoffsuspension auf das Papiermaschinensieb 10. In die Zulaufkammer 3 münden eine Vielzahl von Zuleitungen 7, die über je eine zugeordnete Dosierpumpe 8 mit einer Sammelleitung 9 für die Faserstoffsuspension abweichender Faserkonzentration, oder für Verdünnungswasser verbunden sind. In die Zulaufkammer 3 münden auch eine Vielzahl von Ableitungen 11, die über je eine zugeordnete Dosierpumpe 12 mit einer Sammelleitung 13 für die vom Verteiler 1 bereitgestellte Faserstoffsuspension verbunden sind. Die Anzahl (m) der Zuleitungen 7 und Ableitungen 11 in die Zulaufkammer, ist zur Vermeidung von Resonanzen zur Zahl (n) der Sektionsstromleitung 2 abweichend gewählt. Die jeweils einem Breitenbereich des Stoffauf­ laufs zugeordneten Dosierpumpen 8 und 12 weisen einen gemeinsamen Antrieb 14 auf, mit dem sie mechanisch starr gekoppelt sind.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Wird an der Papier­ bahn festgestellt, daß in einem Bereich das Flächengewicht vom vor­ gegebenen Flächengewichtsquerprofil abweicht, kann mittels einer nicht näher dargestellten Regeleinrichtung, die auf den Antrieb 14 des jeweiligen Breitenbereiches Einfluß zu nehmen vermag, über die in diesem Bereich angeordnete Zuleitung 7 und die da zugehörige Do­ sierpumpe 8 der Zulaufkammer 3 eine Suspension abweichender Faser­ konzentration oder Verdünnungswasser zugeführt werden. Gleichzeitig wird in Strömungsrichtung vor der Zufuhrstelle über die mechanisch mit der Dosierpumpe 8 gekoppelte Dosierpumpe 12 und die Leitung 11 eine adäquate Menge der vom Verteiler 1 kommenden Stoffsuspension abgeführt. Bei identischer Auslegung der rein volumetrisch arbeiten­ den Dosierpumpen 8 und 12, ist gewährleistet, daß die zu- und abge­ führten Teilströme gleich groß sind. Der Gesamtvolumenstrom in dem jeweiligen Breitenbereich des Stoffauflaufs bleibt konstant; die Fa­ serorientierung störende Querströmungen können sich nicht ausbilden. Auch ist eine Rückwirkung auf die Druckverhältnisse in den Sammel­ leitungen 9 und 13 und damit auf andere Breitenbereiche des Stoffauflaufs nicht möglich.

Die über die Sektionsstromleitungen 2 zugeführten Sektionsströme vermischen sich in der Zulaufkammer 3 mit der Faserstoffsuspension abweichender Faserkonzentration, bzw. mit dem Verdünnungswasser. Da­ bei wird die Konzentration der Faserstoffsuspension entsprechend dem Mengenverhältnis und dem Verhältnis der Faserkonzentrationen der zu­ geführten Volumenstrom verändert.

In einer anderen Vorrichtungsvariante der Erfindung können die Pum­ pen (8 und 12) in den Zu- und Ableitungen (7 und 11) durch Ventile ersetzt sein, die zusätzlich zu der oben erwähnten Regeleinrichtung in Abhängigkeit von Druck und Strömungsgeschwindigkeit in den Zu- und Ableitungen (7 und 11) gesteuert werden.

Unabhängig davon welche Variante der Erfindung benutzt wird, ist es möglich, mit relativ geringem Aufwand eine genaue und in weiten Grenzen funktionsfähige Regelung für das Flächengewichtsquerprofil einer Papierbahn zu realisieren, ohne Störungen in der Faserorien­ tierung befürchten zu müssen. Mit der Erfindung werden nahezu ideale Voraussetzungen für die Automatisierung der Querprofilregelung ge­ schaffen.

Die Erfindung ist nicht an das Ausführungsbeispiel gebunden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Einstellung des Flächengewichtsquerprofils einer Papierbahn im Stoffauflauf einer Papiermaschine, durch lokale Zu­ mischung einer Stoffsuspension abweichender Faserkonzentration oder von Verdünnungswasser, bei welchem der Volumenstrom im zu beeinflus­ senden Breitenbereich des Stoffauflaufes konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem vom Verteiler kommendem Suspen­ sionsstrom in einem Breitenbereich des Stoffauflaufs eine Teilstrom abgeführt wird, der dem in diesem Breitenbereich zugeführten Teil­ strom der Stoffsuspension abweichender Faserkonzentration oder von Verdünnungswasser adäquat ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ führen des Teilstromes, unmittelbar vor dem Zuführen des Teilstrom der Stoffsuspension abweichender Faserkonzentration, bzw. des Ver­ dünnungswassers erfolgt.

3. Stoffauflauf für Papiermaschinen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit einem Verteiler (1) an den Sektionsstromleitungen (2) zum Verteilen der Stoffsuspension auf die Arbeitsbreite der Papiermaschine angeschlossen sind, die Sek­ tionsstromleitungen (2) gleichmäßig verteilt mit einer maschinen­ breiten Zulaufkammer (3) verbunden sind, an die sich Turbulenzer­ zeuger (4) und ein Auslaufkanal (5) mit einem Auslaufspalt zum Abgeben der Suspension an ein Papiermaschinensieb (10) anschließen, Zuleitungen (7) mit Dosierorganen für eine Stoffsuspension abwei­ chender Faserkonzentration, bzw. für Verdünnungswasser vorgesehen sind, die über die Maschinenbreite gleichmäßig verteilt in die Sektionsstromleitungen (2) oder in die Zulaufkammer (3) münden, dadurch gekennzeichnet, daß den Zuleitungen (7) je eine Ableitung (11) für die Abführung von Stoffsuspension aus dem gleichen Brei­ tenbereich der Zulaufkammer (3) oder den Sektionsstromleitungen (2) zugeordnet ist, wobei die Ableitungen (11) je ein Dosierorgan aufweisen, mit dem die Entnahme des dem zugeführten Volumenstrom adäquaten Volumenstrom steuerbar ist.

4. Stoffauflauf für Papiermaschinen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierorgane volumetrisch wirkende Pumpen (8 und 12), wie Zahnrad-, Dosier- oder Einspindelpumpen sind.

5. Stoffauflauf für Papiermaschinen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (8 und 12) in der Zu- und Ableitung (7 und 11) identisch ausgelegt und mit einem gemeinsamen Antrieb (14) mechanisch starr gekoppelt sind.

6. Stoffauflauf für Papiermaschinen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Dosierorgane Ventile eingesetzt sind, welche über Regler mit Sensoren zum Erfassen des Druckes und der Strömungsgeschwindigkeit der Suspension in der Zu- und Ableitung (7 und 11) steuerbar sind.