DE19908298A1

DE19908298A1 - Stoffauflauf mit Dosierelement

Info

Publication number: DE19908298A1
Application number: DE19908298A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ruf
Original assignee: Voith Sulzer Papiertechnik Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-08-31

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf einer Papier- oder Kartonmaschine mit Turbulenzkanälen und gegebenenfalls Mischkammern mit Dosierstellen zur Zudosierung eines Fluids. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Dosierstellen Dosierelemente (1) angeordnet sind, die in den Hauptvolumenstrom hineinreichen und durch Lageveränderung eine Widerstandsveränderung des Turbulenzkanals bewirken können. Weiterhin ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen im Bereich der Dosierelemente (1) mindestens eine Steuerkante (6.1, 6.2) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf einer Papiermaschine oder Kartonmaschine entsprechend dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Ein ähnlicher Stoffauflauf mit Dosierelementen zur Zudosierung von Fluiden unterschiedlicher Konsistenz in den Suspensionsstrom eines Stoffauflaufes ist beispielsweise aus den Patentschriften DE 44 16 899 C2, DE 44 16 898 C2 und DE 44 16 909 C2 bekannt. In diesen Schriften werden Stoffaufläufe gezeigt, die mit zwei hintereinander geschalteten Turbulenzerzeugern ausgerüstet sind, zwischen denen ein Ausgleichskanal liegt. In den Ausgleichskanal wird mit Hilfe von Dosierelementen unterschiedlicher Bauart ein Fluid über die Maschinenbreite hinweg individuell zudosiert.

Aus der Offenlegungsschrift DE 42 11 291 A1 ist eine Mischeinrichtung zum Mischen von zwei Flüssigkeiten bei konstantem Gemischvolumenstrom - zur Versorgung eines Stoffauflaufes einer Papiermaschine - dargestellt, wobei hier als Dosierelement lediglich eine Öffnung für das zudosierte Fluid in der Mischkammer vorgesehen ist und die Einströmrichtung in einem bestimmten Winkel vorgenommen wird, der dafür sorgt, daß auch bei unterschiedlichen Volumenmengen des zugeführten Fluides der Gesamtvolumenstrom am Ende der Mischeinrichtung konstant bleibt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Stoffauflauf darzustellen, welcher es ermöglicht, mit Hilfe eines einzigen Dosierelementes in einer bestimmten Sektion sowohl die Identität der Fluid-Zudosierung als auch die Beeinflussung des Gesamtvolumenstromes einer Sektion des Stoffauflaufes zu beeinflussen.

Entsprechend schlägt der Erfinder vor, sowohl den Stoffauflauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 als auch den Stoffauflauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2 dahingehend zu verbessern, daß an den Dosierstellen Dosierelemente angeordnet sind, die in den Hauptvolumenstrom hineinreichen und durch Lageveränderung eine Widerstandsveränderung für den Hauptvolumenstrom bewirken können.

Durch diese Ausführungsform wird erreicht, daß durch ein einziges Dosierelement - also ein Bauteil - sowohl eine Widerstandveränderung für den am Dosierelement vorbeiströmenden Hauptvolumenstrom, als auch eine Zudosierung von Fluid mit einer guten Durchmischung im Hauptvolumenstrom und unter Konstanz des Gesamtvolumenstromes möglich ist. Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dosierelementes kann beispielsweise darin bestehen, daß das Dosierelement drehbar um eine Drehachse gelagert ist, wobei durch eine entsprechende Formgestaltung des Dosierelementes erreicht werden kann, daß eine Drehung des Dosierelementes eine Widerstandsveränderung hervorruft. Vorteilhaft ist es auch, wenn sich die Drehachse der Dosierelemente zumindest teilweise in z-Richtung erstreckt, wobei unter z-Richtung die Senkrechte auf der durch die Hauptströmungen im Stoffauflauf gebildete, quer zur Maschinenrichtung verlaufende Ebene (CD- Richtung) gemeint ist.

Die Dosierelemente können auch schwenkbar um eine Schwenkachse gelagert sein, wobei dieses vorzugsweise individuell für jedes einzelne Dosierelement unterschiedlich durchführbar ist. Durch diese Schwenkung besteht ebenfalls die Möglichkeit den Wirkungsquerschnitt des Dosierelementes bezüglich seiner Widerstandsbildung im Suspensionsstrom einzustellen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Schwenkachse der Dosierelemente zumindest teilweise in die CD-Richtung ( = Cross Direction = Maschinenbreite) erstreckt. Hierdurch ist eine besonders platzsparende Anbringung der Dosierelemente im Stoffauflauf möglich.

Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung des Stoffauflaufes, bei dem die Dosierelemente bezüglich ihrer Eintauchtiefe in den Turbulenzkanal beziehungsweise in die Mischkammer einstellbar ausgeführt sind.

Weiterführend schlägt der Erfinder vor, einen Stoffauflauf einer Papier- oder Kartonmaschine mit mindestens einem turbulenzerzeugenden Bereich und einer Vielzahl von stromaufwärts angeordneten Kammern, welche Mittel zur sektionalen Beeinflussung des Flächengewichtsquerprofils und/oder Faserorientierungsquerprofils über eine sektionale Volumenstrom-Mengenänderung und/oder sektionale Volumenstrom- Konzentrationsänderung aufweisen, mit jeweils einem schwenkbaren und/oder drehbaren Dosierelement innerhalb der durch Wandungen zumindest im unmittelbaren Bereich Dosierelemente begrenzten Kammern, an denen einem Hauptvolumenstrom mindestens ein Nebenvolumenstrom - Dosierstelle - zudosiert wird, oder einen der zuvor geschilderten Ausführungen eines Stoffauflaufes, dahingehend zu verbessern, daß die Wandungen im Bereich der Dosierelemente mindestens eine Steuerkante aufweisen. Die Steuerkante kann hierbei sowohl einseitig, als auch beidseitig des Dosierelementes angeordnet sein. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders gute Beeinflussung des Strömungswiderstandes und wirkt sich gleichzeitig positiv auf die Vermischung des zudosierten Fluides in den Hauptvolumenstrom der Stoffsuspension aus.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Stoffauflaufes sieht vor, daß mindestens eine Steuerkante parallel zur Drehachse beziehungsweise parallel zur Schwenkachse des jeweils zugeordneten Dosierelements verläuft.

Weiterhin können die Dosierelemente über mehrere Austrittsöffnungen verfügen, wobei vorteilhaft zumindest die seitlich angeordnete Austrittsöffnungen symmetrisch über das Dosierelement verteilt sein sollten.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Dosierelemente, die in den Hauptvolumenstrom hineinreichen einen Neigungswinkel α zur z-Richtung aufweisen. Durch diese Art der Ausführungsform, die die Dosierelemente in Strömungsrichtung weisen läßt, werden Verschmutzungen im Bereich des Übergangs der Dosierelemente in die Wandungen der Strömungskanäle vermieden oder zumindest reduziert. Vorteilhaft sind Neigungswinkel α zwischen 0° und 45°, vorzugsweise zwischen 5° und 30°.

Eine andere Ausführung sieht vor, daß das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten V₂/V₁ einen Wert größer 2 annimmt, wobei mit V₁ die Geschwindigkeit der Hauptströmung unmittelbar vor der Dosierstelle und mit V₂ die Geschwindigkeit der Strömung im engsten Bereich um das Dosierelement gemeint ist.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn im Bereich der Dosierelemente Wandungsabstände zwischen Dosierelement und benachbarter Wandung bestehen, die einen Wert von mindestens 10 mm aufweisen. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Dosierelemente eine Anströmseite aufweisen, deren kleinster Krümmungsradius R größer 15 mm, gegebenenfalls größer 0,5 mal dem kleinsten Wandungsabstand beträgt. Diese beiden oben beschriebenen Ausgestaltungen bewirken ebenfalls eine Reduktion der Verschmutzungsneigung und damit eine Verminderung der Wartungsintensität und des Vorkommens von Faserwischbildungen.

Eine weitere vorteilhafte Anordnung der Austrittsöffnungen der Dosierelement sieht vor, daß diese stromaufwärts des geringsten Abstandes zwischen den Wandungen des Turbulenzkanals beziehungsweise der Mischkammer und dem Dosierelement angeordnet sind.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellen dar:

Fig. 1a Drehbares Dosierelement in einem Turbulenzkanal beziehungsweise einer Mischkammer im Querschnitt;

Fig. 1b Drehbares Dosierelement in einem Turbulenzkanal beziehungsweise einer Mischkammer im Längsschnitt;

Fig. 2a Angestelltes Dosierelement in einem Turbulenzkanal beziehungsweise einer Mischkammer im Längsschnitt, mit zwei seitlichen Steuerkanten;

Fig. 2b Angestelltes Dosierelement in einem Turbulenzkanal beziehungsweise einer Mischkammer im Querschnitt;

Fig. 3a Verschiebbares Dosierelement in einem Turbulenzkanal beziehungsweise einer Mischkammer im Längsschnitt;

Fig. 3b Verschiebbares Dosierelement in einem Turbulenzkanal beziehungsweise einer Mischkammer im Querschnitt.

Die Fig. 1a zeigt in schematischer Darstellung und im Querschnitt ein Dosierelement 1 in einem Turbulenzkanal. Darunter in der Fig. 1b ist die gleiche Situation im Längsschnitt dargestellt. Das Dosierelement 1 ist drehbar um die Drehachse 2 und senkrecht zur Hauptströmungsrichtung der durch den Turbulenzkanal durchfließenden Stoffsuspensionsströmung angeordnet. Das Dosierelement 1 reicht von der oberen Wandung 4.3 bis zur unteren Wandung 4.4. Zentral im Dosierelement ist eine Bohrung 7 angebracht, durch die das hinzuzudosierende Fluid an die Dosieröffnungen 5.1 und 5.2 herangeführt wird. Das zudosierte Fluid strömt durch die seitlich angebrachten Dosieröffnungen 5.1 und 5.2 über die gesamte Höhe des Turbulenzkanals beziehungsweise der Mischeinrichtung aus und vermischt sich mit dem am Dosierelement 1 vorbeifließenden Stoffsuspensionsstrom.

Das Dosierelement 1 hat die Form eines seitlich abgeplatteten Ellipsoides mit zwei im Bereich der Abplattung angebrachten und entgegengerichteten Nasen, die die Dosieröffnungen 5.1 und 5.2 aufweisen. Durch eine Drehung des Dosierelementes 1 kann der freie Raum zwischen den Wandungen 4.1 und 4.2 zum Dosierelement 1 stark reduziert beziehungsweise vergrößert werden, so daß eine wesentliche Widerstandveränderung durch eine Drehung des Dosierelementes 1 möglich ist. Die dargestellten Geschwindigkeiten V₁ und V₂ sollen die Geschwindigkeit der Stoffsuspension im jeweiligen Bereich darstellen. V₁ ist die Geschwindigkeit der Stoffsuspension vor dem Erreichen des Dosierelementes 1 und V₂ die Geschwindigkeit der Stoffsuspension beim Durchgang der engsten Stelle im Bereich des Dosierelementes 1. Erfindungsgemäß soll das Verhältnis der Geschwindigkeiten V₂/V₁ in vorteilhafter Weise in einem Bereich größer 2 liegen.

Auf der Anströmseite des Dosierelementes 1 ist - gestrichelt dargestellt - eine weitere mögliche Ausgestaltungsform des Dosierelementes 1 gezeigt, wobei in diesem Bereich dem Dosierelement 1 eine Krümmung (R) mitgegeben ist, die die Verschmutzungsneigung in diesem Bereich vermindert. Die Breite des Dosierelementes 1 beträgt an der Anströmseite den Wert a, wobei vorteilhaft der kleinste Krümmungsradius der Anströmseite R größer als 15 mm betragen sollte, gegebenenfalls größer als die Hälfte der Breite der Anströmseite, also 0,5 × a.

Die Fig. 2a und 2b zeigen ein schräg eingesetztes Dosierelement 1 in einem Turbulenzkanal oder einer Mischkammer im Längsschnitt und im Querschnitt. Im Längsschnitt der Fig. 2a ist deutlich die Schrägstellung des Dosierelementes 1 um den Winkel α gegenüber der Senkrechten (z-Richtung) dargestellt. Das Dosierelement 1, welches in den Kanal hineinreicht, verfügt jeweils seitlich über zwei Dosieröffnungen 5.2 und 5.1 und an der Unterseite über eine weitere Dosieröffnung 5.3. Zusätzlich zur Drehbarkeit des Dosierelementes 1 um die Drehachse 2 ist auch eine Verschwenkung des Dosierelementes 1 um eine - hier nicht dargestellte - senkrecht zur Drehachse 2 stehende Schwenkachse möglich. Durch diese Bewegungsmöglichkeit des Dosierelementes 1 in zwei Ebenen kann die Wirkung der Zudosierung und die Wirkung der Widerstandsveränderung optimal den vorliegenden Betriebsbedingungen angepaßt werden.

In der Fig. 2b ist ein Querschnitt durch den Turbulenzkanal beziehungsweise die Mischkammer mit einem darin angeordneten Dosierelement 1 dargestellt, wobei zum Unterschied zur Fig. 2a in dieser Variante beidseits des Dosierelementes 1 jeweils eine Steuerkante 6.1 und 6.2 angeordnet sind. Die Steuerkanten 6.1 und 6.2 verlaufen parallel zur Drehachse 2 des Dosierelementes 1. Das Dosierelement 1 ist wiederum um den Winkel β um die Drehachse 2 drehbar, wobei hier die Dosieröffnungen 5.1 und 5.2 schräg, entgegen der Hauptströmung gerichtet sind und eine dritte Reihe von Dosieröffnungen 5.3 vorgesehen sind, die in der Grundstellung des Dosierelementes entgegen der Hauptströmungsrichtung gerichtet sind.

Die Fig. 3a und 3b zeigen einen identischen Turbulenzkanal, einmal im Längsschnitt und einmal im Querschnitt. Das Dosierelement 1 verfügt über seitlich angeordnete Dosieröffnungen 5.1 und 5.2, die senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Kanals eindüsen. Das Dosierelement 1 ist in diesem Fall verschieblich um die Wegstrecke s ausgebildet und kann auf diese Art und Weise mehr oder minder stark in die Strömung des Kanals eingetaucht werden und entsprechend einen unterschiedlichen Strömungswiderstand erzeugen. Zusätzlich sind in zwei gegenüberliegenden Wandungen 4.3 und 4.4 entlang des Dosierelementes 1 zwei Steuerkanten 6.1 und 6.2 angeordnet. Im Gegensatz zur Fig. 2b, in der die Steuerkanten weich ausgeführt sind, verfügen die Steuerkanten 6.1 und 6.2 über scharfe Enden und erhöhen auf diese Art und Weise die Turbulenzbildung in diesem Bereich. Außerdem bewirken die scharfen Steuerkanten 6.1 und 6.2 bei einer Drehung des Dosierelementes 1 um die Drehachse 2 pro Winkel der Umdrehung einen größeren Effekt, als im Fall der weichen Steuerkanten der Fig. 2b. Das heißt also, das System reagiert empfindlicher auf kleine Änderungen bei einer Drehung des Dosierelementes.

Selbstverständlich sind jedem einzelnen Dosierelement oder Gruppen von Dosierelementen - hier nicht gezeigte - Ventile zugeordnet, die die zudosierte Menge an Fluid einstellen.

Insgesamt ist es durch diese gezeigten Ausführungen der Erfindung möglich, mit Hilfe eines einzigen Stellelementes sowohl die Zudosiermenge, als auch der Gesamtdurchsatz an Stoffsuspension in einem Turbulenzkanal beziehungsweise in einer Mischkammer getrennt voneinander zu beeinflussen.

Bezugszeichenliste

1

Dosierelement

2

Drehachse

3

Drehrichtung

4.1-4.4

Wandungen

5.1

,

5.2

,

5.3

Dosieröffnungen

6.1

,

6.2

Steuerkanten

7

Bohrung

Claims

1. Stoffauflauf einer Papier- oder Kartonmaschine mit mindestens einem turbulenzerzeugenden Bereich mit einer Vielzahl von Turbulenzkanälen mit Wandungen (4.1-4.4), die frei von Verbindungen zu einem benachbarten Turbulenzkanal sind, und mit Mitteln zur sektionalen Beeinflussung des Flächengewichtsquerprofils und/oder Faserorientierungsquerprofils über eine sektionale Volumenstrom-Mengenänderung und/oder sektionale Volumenstrom-Konzentrationsänderung mit einer Vielzahl von maschinenbreit verteilten Dosierstellen innerhalb einer Vielzahl von Turbulenzkanälen, in denen einem Hauptvolumenstrom mindestens ein Nebenvolumenstrom - Dosierstelle - zudosiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß an den Dosierstellen Dosierelemente (1) angeordnet sind, die in den Hauptvolumenstrom hineinreichen und durch Lageveränderung eine Widerstandsveränderung des Turbulenzkanals bewirken können.

2. Sektional stoffdichtegeregelter und sektional volumenstromgeregelter Stoffauflauf einer Papier- oder Kartonmaschine mit mindestens einer Mischkammer mit seitlichen Wandungen zur Begrenzung der Mischkammer in der Stoffsuspensionszuführung, welche einen Hauptvolumenstrom mit einer Hauptströmungsrichtung und einen an einer Dosierstelle über ein Dosierelement zudosierten Nebenvolumenstrom aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Dosierstellen Dosierelemente (1) angeordnet sind, die in den Hauptvolumenstrom hineinreichen und durch Lageveränderung eine Widerstandsveränderung für den Hauptvolumenstrom bewirken können.

3. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierelemente (1) - vorzugsweise individuell - drehbar um eine Drehachse (2) gelagert sind.

4. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Drehachse (2) der Dosierelemente (1) zumindest teilweise in z-Richtung erstreckt.

5. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierelemente (1) - vorzugsweise individuell - schwenkbar um eine Schwenkachse gelagert sind.

6. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schwenkachse der Dosierelemente (1) zumindest teilweise in die CD- Richtung ( = Cross Direction = Maschinenbreite) erstreckt.

7. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierelemente (1) bezüglich ihrer Eintauchtiefe einstellbar ausgeführt sind.

8. Stoffauflauf einer Papier- oder Kartonmaschine mit mindestens einem turbulenzerzeugenden Bereich und einer Vielzahl von stromaufwärts angeordneten Kammern, welche Mittel zur sektionalen Beeinflussung des Flächengewichtsquerprofils und/oder Faserorientierungsquerprofils über eine sektionale Volumenstrom-Mengenänderung und/oder sektionale Volumenstrom-Konzentrationsänderung aufweisen, mit jeweils einem schwenkbaren und/oder drehbaren Dosierelement (1) innerhalb der durch Wandungen (4.1- 4.4) zumindest im unmittelbaren Bereich Dosierelemente (1) begrenzten Kammern, an denen einem Hauptvolumenstrom mindestens ein Nebenvolumenstrom - Dosierstelle - zudosiert wird, oder Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen im Bereich der Dosierelemente (1) mindestens eine Steuerkante (6.1, 6.2) aufweisen.

9. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Steuerkante (6.1, 6.2) parallel zur Drehachse (2) des jeweils zugeordneten Dosierelements (1) verläuft.

10. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1- 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Steuerkante (6.1, 6.2) parallel zur Schwenkachse des jeweils zugeordneten Dosierelements (1) verläuft.

11. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1- 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierelemente (1) über mehrere Austrittsöffnungen (5.1, 5.2, 5.3) verfügen.

12. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest seitlich angeordnete Austrittsöffnungen (5.1, 5.2, 5.3) symmetrisch über das Dosierelement (1) verteilt angeordnet sind.

13. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1- 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierelemente (1) einen Neigungswinkel α zur z-Richtung aufweisen.

14. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel α zwischen 0° und 45°, vorzugsweise 5° und 30°, liegt.

15. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1- 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten V₂/V₁ - mit V₁ der Geschwindigkeit der Hauptströmung unmittelbar vor der Dosierstelle und V₂ der Geschwindigkeit der Strömung im engsten Bereich um das Dosierelement (1) - einen Wert von größer 2 annimmt.

16. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1- 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Dosierelemente (1) Wandungsabstände zwischen Dosierelement (1) und benachbarter Wandung bestehen, deren Größe größer 10 mm ist.

17. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1- 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierelemente (1) eine Anströmseite aufweisen und deren kleinster Krümmungsradius R größer 15 mm, gegebenenfalls größer 0,5 × a ist.

18. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1- 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (5.1, 5.2, 5.3) der Dosierelemente (1) stromaufwärts des geringsten Abstandes zwischen den Wandungen (4.1, 4.2) des Turbulenzkanals beziehungsweise der Mischkammer und dem Dosierelement (1) angeordnet sind.