DE19926803A1

DE19926803A1 - Stoffauflauf

Info

Publication number: DE19926803A1
Application number: DE1999126803
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ruf; Hans Loser; Thomas Dietz; Klaus Lehleiter; Kostantin Fenkl
Original assignee: Voith Sulzer Papiertechnik Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1999-06-12
Filing date: 1999-06-12
Publication date: 2000-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf einer Papier- oder Kartonmaschine, mit mindestens einer Stoffsuspensionsführung, mindestens einem Turbulenzerzeuger mit einer Vielzahl von Turbulenzkanälen, die in mindestens einer maschinenbreit verlaufenden Zeile angeordnet sind, und einer Stoffauflaufdüse mit mindestens zwei maschinenbreit orientierten strömungsführenden Flächen, wobei die Turbulenzkanäle an ihrem stromabwärtigen Ende einen offenen Strömungsaustrittsquerschnitt C und die Stoffauflaufdüse an ihrem stromaufwärtigen Anfang einen, dem Turbulenzkanal zugeordneten Strömungseintrittsquerschnitt A aufweist, wobei die Summe aller Strömungsaustrittsquerschnitte C der Turbulenzkanäle den Gesamtaustrittsquerschnitt des Turbulenzerzeugers und die Summe aller zugeordneten Strömungseintrittsquerschnitte A der Stoffauflaufdüse den Gesamteintrittsquerschnitt der Stoffauflaufdüse darstellt, und wobei der Strömungsaustrittsquerschnitt C jedes Turbulenzkanals kleiner als der zugeordnete Strömungseintrittsquerschnitt A in die Stoffauflaufdüse ist, wobei das Erweiterungsverhältnis X = C/A der Strömungsquerschnitte jedes Turbulenzkanals (2.1-2.4) einen Wert im Bereich von 0,6 bis 0,96, vorzugsweise 0,8 bis 0,9, annimmt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf einer Papier- oder Kartonmaschine mit mindestens einer Stoffsuspensionszuführung, mindestens einem Turbulenzerzeuger mit einer Vielzahl von Turbulenzkanälen, die in mindestens einer maschinenbreit verlaufenden Zeile angeordnet sind, und einer Stoffauflaufdüse mit mindestens zwei maschinenbreit orientierten strömungsführenden Flächen, wobei die Turbulenzkanäle an ihrem stromabwärtigen Ende einen offenen Strömungsaustrittsquerschnitt C und die Stoffauflaufdüse an ihrem stromaufwärtigen Anfang einen, dem Turbulenzkanal zugeordneten Strömungseintrittsquerschnitt A aufweist, wobei die Summe aller Strömungsaustrittsquerschnitte C der Turbulenzkanäle den Gesamtaustrittsquerschnitt des Turbulenzerzeugers und die Summe aller zugeordneten Strömungseintrittsquerschnitte A der Stoffauflaufdüse den Gesamteintrittsquerschnitt der Stoffauflaufdüse darstellt, und wobei der Strömungsaustrittsquerschnitt C jedes Turbulenzkanales kleiner als der zugeordnete Strömungseintrittsquerschnitt A in die Stoffauflaufdüse ist.

Stoffaufläufe werden in Papier- oder Kartonmaschinen dazu verwendet, eine Stoffsuspension möglichst gleichmäßig auf ein breites umlaufendes Sieb oder zwischen zwei Siebe aufzugeben, wobei die Gleichmäßigkeit der Aufgabe der Stoffsuspension, neben vielen anderen Kriterien, ein wesentliches Kriterium für die spätere Qualität und die Gleichmäßigkeit des hergestellten Papieres darstellt.

Durch die ständig zunehmenden Qualitätsanforderungen an das Papier, insbesondere an graphische Papiere, und durch die weiterhin zunehmenden Maschinengeschwindigkeiten für höhere Produktionsraten wird es immer schwieriger, die geforderten Qualitätsstandards zu erfüllen.

Ein wesentliches Kriterium für die Qualität des hergestellten Papieres stellt die Gleichmäßigkeit der Formation über die Papierfläche dar. Voraussetzung für eine gleichmäßige Formation des Papieres ist eine gleichmäßig ausgebildete und verteilte Turbulenz in der auf ein Sieb oder zwischen zwei Siebe aufgelegten Stoffsuspension. Diese Turbulenz sorgt dafür, daß die Ausrichtung der in der Stoffsuspension enthaltenen Fasern möglichst isotrop ist, also eine gleichmäßige Unordnung in alle Richtungen aufweist.

Es ist also für die Herstellung eines Papieres mit gleichmäßiger Formation notwendig, eine nicht-laminare Stoffsuspensionsströmung mit möglichst gleichmäßig verteilter Mikroturbulenz zu erzeugen, durch die die Ausrichtung der in der Stoffsuspension enthaltenen Fasern in alle Raumwinkel möglichst gleichmäßig verteilt sind, wobei auch die örtliche Verteilung der Fasern und der sonstigen in der Stoffsuspension enthaltenen Festteilchen möglichst gleichmäßig angelegt sind.

Bei der Herstellung des Papieres zeigt sich, daß sehr häufig eine streifige Struktur - bekannt unter dem Namen "Tiger- Strips" - entsteht, deren genaue Herkunft und deren genauen Ursachen bis jetzt nicht eindeutig geklärt ist. Es wird angenommen, daß diese Streifen durch sich regelmäßig wiederholende Instabilitäten in der Strömung, über die Maschinenbreite hinweg, entstehen, oder daß sie zumindest durch diese Instabilitäten initiiert werden. Denkbar ist hierbei, daß eine Art Selbstorganisation chaotischer Zustände entsteht, in der sich makroskopisch sichtbare Strukturen ausbilden. Da die Gesetzmäßigkeiten der Entstehung solcher Strukturen nicht stetig verlaufen, genügen bereits geringste Störungen, um einen makroskopisch sehr gut sichtbaren und daher unerwünschten Effekt im Stoffsuspensionsstrahl zu erzeugen. Bezüglich der Entstehung solcher makroskopischer Strukturen aus einem chaotischen System wird auf die allgemeine Chaos-Theorie verwiesen.

Stoffaufläufe mit Turbulenzerzeugern, die ihre Turbulenzen in Turbulenzkanälen herstellen und anschließend durch eine Erweiterung in die Stoffauflaufdüse übergeben sind hinlänglich bekannt. Beispielhaft wird auf die Patentanmeldung DE 40 19 235 hingewiesen, welche die Turbulenzkanäle durch Rohrbündel erzeugt. Weiterhin wird auf die Patentanmeldung DE 44 33 445 hingewiesen, in der die Turbulenz in breiteren Kanälen erzeugt wird und schließlich wird auf die Patentanmeldung eines Mehrschichten- Stoffauflaufes mit in der Düse liegender Lamelle mit dem Aktenzeichen DE 44 40 079 hingewiesen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Stoffauflauf einer Papier- oder Kartonmaschine mit einem Turbulenzerzeuger mit Turbulenzkanälen und einer anschließenden Stoffauflaufdüse mit mindestens einer Lamelle derart zu gestalten, daß in dem dadurch erzeugten Stoffsuspensionsstrahl die Ausbildung makroskopischer Strukturen weitestgehend verhindert oder wenn möglich sogar vollständig vermieden wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfinder haben erkannt, daß eine mögliche Störung, aufgrund der sich eine makroskopisch sichtbare Struktur im Stoffsuspensionsstrahl eines Stoffauflaufes bildet, wesentlich durch die Art und Weise der Erweiterung des Strömungsquerschnittes vom Strömungsaustrittsquerschnitt aus den Turbulenzkanälen des Turbulenzerzeugers in den Eintrittsquerschnitt der Stoffauflaufdüse beeinflußt wird. Es hat sich hierbei gezeigt, daß ein bestimmtes Verhältnis der Erweiterung vom Strömungsaustrittsquerschnitt C aus dem Turbulenzerzeuger zum Strömungseintrittsquerschnitt A der Stoffauflaufdüse besonderes vorteilhaft ist, um die Bildung der oben genannten makroskopisch sichtbaren Strukturen im Stoffsuspensionsstrahl zu vermeiden.

Entsprechend dem Erfindungsgedanken schlagen die Erfinder vor, einen Stoffauflauf einer Papier- oder Kartonmaschine mit mindestens einer Stoffsuspensionszuführung, mindestens einem Turbulenzerzeuger mit einer Vielzahl von Turbulenzkanälen, die in mindestens einer maschinenbreit verlaufenden Zeile angeordnet sind, und einer Stoffauflaufdüse mit mindestens zwei maschinenbreit orientierten strömungsführenden Flächen, wobei die Turbulenzkanäle an ihrem stromabwärtigen Ende einen offenen Strömungsaustrittsquerschnitt C und die Stoffauflaufdüse an ihrem stromaufwärtigen Anfang einen, dem Turbulenzkanal zugeordneten Strömungseintrittsquerschnitt A aufweist, wobei die Summe aller Strömungsaustrittsquerschnitte C der Turbulenzkanäle den Gesamtaustrittsquerschnitt des Turbulenzerzeugers und die Summe aller zugeordneten Strömungseintrittsquerschnitte A der Stoffauflaufdüse den Gesamteintrittsquerschnitt der Düse darstellt, und wobei der Strömungsaustrittsquerschnitt C jedes Turbulenzkanales kleiner als der zugeordnete Strömungseintrittsquerschnitt A in die Stoffauflaufdüse ist, dahingehend weiterzuentwickeln, daß das Erweiterungsverhältnis X = C/A der Strömungsquerschnitte jedes Turbulenzkanales einen Wert im Bereich von 0,6 bis 0,96, vorzugsweise 0,8 bis 0,9 annimmt.

Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stoffauflaufes sieht vor, daß die mindesten zwei maschinenbreit orientierten strömungsführenden Flächen eine erste und eine zweite Stoffauflaufdüsenaußenwand darstellen.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn mindestens eine maschinenbreit orientierte strömungsführende Fläche in der Stoffauflaufdüse durch eine Lamelle gebildet wird. Diese Ausbildungsform entspricht einem mindestens zweischichtigen Stoffauflauf, wobei die unterschiedlichen Schichten mit der gleichen Stoffsuspension oder mit unterschiedlichen Stoffsuspensionen beaufschlagt werden können.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Stoffauflaufes sieht vor, daß der Turbulenzerzeuger im Austrittsbereich rechteckige Turbulenzkanäle mit einer offenen Querschnittshöhe a (= innere Kantenlänge a), einer offenen Querschnittsbreite b (= innere Kantenlänge b) und einem umlaufenden Steg mit einer Stegbreite s aufweist, wobei der freie Strömungsaustrittsquerschnitt C = a.b ist und für den zugeordneten Strömungseintrittsquerschnitt A = h.t gilt, mit einer Zeilenhöhe h und eine Teilung t = s + b + s.

Eine andere Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Stoffauflaufes kann darin bestehen, daß für die innere Kantenlänge a und die innere Kantenlänge b mindestens eines, vorzugsweise aller, Turbulenzkanäle gilt: a/b < 1, vorzugsweise 0,5 ≦ a/b ≦ 0,7. Hierdurch wird erreicht, daß die rechteckigen Turbulenzkanäle ihre größte Ausdehnung in Richtung der Maschinenbreite aufweisen.

Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Stoffauflaufes besteht darin, daß für die innere Kantenlänge a und die innere Kantenlänge b mindestens eines, vorzugsweise aller Turbulenzkanäle gilt: a/b = 1. Das bedeutet, daß die Turbulenzkanäle einen quadratischen Strömungsquerschnitt aufweisen.

Vorteilhaft kann es weiterhin sein, wenn die in horizontaler Richtung verlaufende Stege eine Breite s_v und die in vertikaler Richtung verlaufende Stege eine Breite s_h aufweisen, wobei die Stegbreiten unterschiedlich ausgebildet sind.

Bei dieser Ausgestaltung des Stoffauflaufes mit Stegen unterschiedlicher Stegbreite ist es besonders vorteilhaft für eine gleichmäßige Erweiterung der Querschnitte und damit eine gleichmäßige Ausbildung der Turbulenzen, wenn für die innere Kantenlänge a in vertikaler Richtung und innere Kantenlänge b in horizontaler Richtung mindestens eines, vorzugsweise aller Turbulenzkanäle gilt: a/b = (a + s_v)/(b + s_h).

Anscheinend entsteht bei dem angegebenen Erweiterungsverhältnis eine turbulente Strömungssituation im Bereich des Übergangs vom kleineren auf den größeren Strömungsquerschnitt, die einer Ausbildung einer makroskopisch sichtbaren Struktur am besten entgegenwirkt.

Obwohl das oben angegebene Erweiterungsverhältnis bereits eine wesentliche Reduktion der makroskopisch sichtbaren Strukturen im Stoffsuspensionsstrahl bewirkt, kann eine weitere Verbesserung dadurch erreicht werden, daß das Erweiterungsverhältnis nicht nur der absolute Betrag der Strömungsquerschnitte betrachtet wird, sondern daß auch die räumliche Orientierung, also die Richtungskomponente des Erweiterungsgradienten, berücksichtigt wird.

Entsprechend diesem Gedanken schlagen die Erfinder weiterhin vor, daß ein Richtungsquotient X_h/X_v des Erweiterungsverhältnisses X_h in horizontaler Richtung zum Erweiterungsverhältnis X_v in vertikaler Richtung im Wertebereich von 0 bis 2, vorzugsweise von 0 bis 1, liegt.

Geht man von einem rechteckigen Strömungsaustrittsquerschnitt C = a.b aus, so gilt für das Erweiterungsverhältnis X_h in horizontaler Richtung X_h = b/(b + 2.s_h) und für das Erweiterungsverhältnis X_v in vertikaler Richtung X_v = a/(a + 2.s_v).

Eine weitere Verbesserung der Strömungssituation, am Übergang zwischen dem Strömungsaustritt vom Turbulenzerzeuger zum Strömungseintritt in die Stoffauflaufdüse, kann dadurch erreicht werden, daß die Erweiterungsverhältnisse nicht nur bezüglich der horizontalen und vertikalen Richtungen betrachtet werden, sondern daß der Gradient der Erweiterung der Strömungsquerschnitte im Übergangsbereich zwischen Turbulenzerzeuger und Stoffauflaufdüse in einem vorgegebenen Bereich, unabhängig von der Richtung die der Gradient einnimmt, gehalten wird. Betrachtet man den Strömungsaustrittsquerschnitt eines Turbulenzkanales, so verfügt der Turbulenzkanal über eine Mittellinie, die im Querschnitt in der Strömungsaustrittsebene einen Mittelpunkt erzeugt. Legt man durch diesen Mittelpunkt beliebige Geraden in beliebige Winkeln zueinander, so erhält man einen ersten und einen zweiten durch den Mittelpunkt des Strömungsaustrittsquerschnittes A geführten Schnitt d₁ und d₂, die entlang eines Teils ihrer Strecke d_xq Element des Strömungsaustrittsquerschnittes A sind und einen weiteren Teil ihrer Strecke d_xs über die jeweils angrenzenden Stege des Turbulenzkanals führen und somit Element der, durch das Turbulenzrohr gebildeten Stegfläche sind.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, daß für jeweils diesen ersten und zweiten durch den Mittelpunkt des Strömungsaustrittsquerschnittes A geführten Schnitt d₁ und d₂ mit jeweils einem Streckenanteil d_xq (mit x = 1,2), der über dem offenen Strömungsaustrittsquerschnitt A liegt, und dem Streckenanteil d_xs (mit x = 1,2), der über die jeweils angrenzenden Stege führt, gilt: 0 ≦ d_1q/d_1s : d_2q/d_2s ≦ 2, vorzugsweise 0,5 ≦ d_1q/d_1s : d_2q/d_2s ≦ 1,5.

Die Werte d_1q/d_1s stellen hierbei das Erweiterungsverhältnis in Richtung des Schnittes d₁ dar, während der Wert d_2q/d_2s das Erweiterungsverhältnis des zweiten Schnittes d₂ darstellt. Die Schnitte d₁ und d₂ schneiden sich unter einem beliebigen Winkel α, der zwischen 0° und 180° liegt, wobei jeweils unabhängig von den betrachteten Schnitten das Verhältnis der Richtungsquotienten der Erweiterungsverhältnisse im angegebenen Bereich liegen muß.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes sieht vor, daß die Breite der Stegflächen eines Turbulenzkanales im Bereich von 0,2 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,9 mm bis 1,1 mm, liegt.

Entsprechend dem Erfindungsgedanken besteht auch die Möglichkeit, daß zwischen mindestens zwei maschinenbreit orientierten strömungsführenden Flächen (zum Beispiel Lamellen, Oberwand oder Unterwand der Stoffauflaufdüse) mindestens zwei Zeilen Turbulenzkanäle enden. Bei dieser Ausführungsform ist zu beachten, daß die in einem Turbulenzkanal beziehungsweise einem Strömungsaustrittsquerschnitt eines Turbulenzkanals ein Strömungseintrittsquerschnitt in die Stoffauflaufdüse zugeordnet ist, der der Aufteilung der Zeilen in dem Zwischenbereich zwischen den strömungsführenden Flächen und der Teilung der Zeile entspricht.

Eine weitere, spezielle Ausbildung des Stoffauflaufes sieht vor, daß noch zwei Lamellen vorhanden sind und der Stoffauflauf ein Dreischichten-Stoffauflauf ist. Das bedeutet, daß in dem Zwischenraum zwischen den beiden Lamellen eine innere Stoffsuspensionsschicht eingebracht wird, und daß die beiden, die innere Schicht begrenzenden Schichten jeweils mit einer Stoffsuspension mit einer anderen Eigenschaft, beispielsweise einem erhöhten Feinstoffanteil oder Stoffsuspension mit einem stoffunterschiedlichen Mahlgrad, beschickt werden.

Eine weitergehende, vorteilhafte Ausgestaltung dieses Stoffauflaufes mit zwei Lamellen kann vorsehen, daß zwischen der ersten maschinenbreiten Außenwand und der ersten Lamelle n Zeilen Turbulenzkanäle, zwischen den zwei Lamellen m Zeilen Turbulenzkanäle und zwischen der zweiten Lamelle und der zweiten maschinenbreiten Außenwand n Zeilen Turbulenzkanäle enden, wobei n und m ganze Zahlen sind und n < m, vorzugsweise n = m/2, vorzugsweise n = 1 und m = 2, ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine verbesserte Feststoffverteilung (zum Beispiel Ascheverteilung, Füllstoffverteilung) im hergestellten Papier erreicht werden.

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. 1 Erfindungsgemäßer Stoffauflauf im Längsschnitt im Bereich des Turbulenzerzeugers und der Stoffauflaufdüse;

Fig. 2 Schnitt X-X durch den Übergang vom Turbulenzerzeuger zur Stoffauflaufdüse;

Fig. 3 Vergrößerung des Ausschnittes A aus der Fig. 2;

Fig. 4 Vergrößerung eines Ausschnittes A aus einem Turbulenzerzeuger mit runden Strömungsaustrittsquerschnitten der Turbulenzkanäle.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Stoffauflauf 1 im Bereich des Turbulenzerzeugers und der Stoffauflaufdüse. Im Turbulenzerzeuger sind vier Zeilen mit Turbulenzrohren 5.1 bis 5.4 eines Stufendiffusors dargestellt, die die Stoffsuspension zu der anschließenden Stoffauflaufdüse, die durch die Düsenoberwand 4.1 und Düsenunterwand 4.2 gebildet wird, leitet.

In der Stoffauflaufdüse befinden sich drei Lamellen 3.1 bis 3.3, die in Strömungsrichtung sich verjüngend auslaufen. Durch die Lamellen 3.1 bis 3.3 wird die Stoffauflaufdüse in vier maschinenbreiten Suspensionskanäle 8.1 bis 8.4 aufgeteilt, die jeweils durch eine Zeile von Turbulenzkanälen 3.1 bis 3.4 versorgt werden. Am Übergang (Schnitt X-X) zwischen dem Turbulenzerzeuger erweitern sich die Strömungskanäle von einem Strömungsaustrittsquerschnitt des jeweils einzelnen Turbulenzkanals zu einem Strömungseintrittsquerschnitt in den von den Lamellen beziehungsweise einer Lamelle und einer Ober- und Unterwand des Stoffauflaufes gebildeten Kanal.

Betrachtet man einen Teilbereich, der der Teilung der jeweiligen Zeilen entsprechend den Breiten der einzelnen Turbulenzrohre entspricht, so ergibt sich eine Erweiterung des Strömungsaustrittsquerschnittes aus dem Turbulenzkanal zum Eintrittsquerschnitt der betrachteten Teilung in den suspensionsführenden Kanal zwischen den Lamellen beziehungsweise Lamelle und Stoffauflaufober- beziehungsweise Stoffauflaufunterwand.

In der Fig. 2 ist der Schnitt X-X dargestellt, mit der Aufsicht auf die vier Zeilen der Turbulenzkanäle 2.1 bis 2.4, die die Stoffsuspension zwischen die Lamellen 3.1 bis 3.3 einleiten. Am rechten oberen Rand der Figur ist ein Bereich Y gestrichelt umrandet, der in der Fig. 3 zum besseren Verständnis vergrößert wiedergegeben ist.

Die Fig. 3 zeigt zwei im Bereich Y liegender Turbulenzrohre mit ihrem Austrittsquerschnitt, entsprechend der Schnittlinie X-X aus der Fig. 1. Das rechte der beiden Turbulenzrohre ist zur besseren Beschriftung ohne die Schraffur für den massiven Teil des Rohres dargestellt. Die Breite t der Teilung und die Höhe h des jeweiligen Eintrittsquerschnittes in den Kanal 8.1 ist beschriftet. Das Turbulenzrohr verfügt über zwei horizontale Stege 6 und zwei vertikale Stege 7 mit einer horizontalen Stegbreite s_h des vertikalen Steges 7 und einer vertikalen Stegbreite s_v des horizontalen Steges 6. Der rechteckige Austrittsquerschnitt des Rohres weist eine Kantenlänge a in vertikaler Richtung und eine Kantenlänge b in horizontaler Richtung auf. Der Mittelpunkt beziehungsweise die Mittellinie des Turbulenzrohres ist mit M bezeichnet. Es ergibt sich auf diese Weise ein Erweiterungsverhältnis des Austrittsquerschnittes C = a.b zum Eintrittsquerschnitt A = t.h in die Stoffauflaufdüse (betrachtet jeweils für einen Teilabschnitt mit einer Teilung t). Gestrichelt dargestellt ist außerdem die im Turbulenzkanal stromaufwärts liegende Stufe zur Erzeugung von Mikroturbulenzen in der Stoffsuspension.

Erfindungsgemäß ist der Übergang zwischen dem Strömungsaustrittsquerschnitt C zum Strömungseintrittsquerschnitt A bezüglich der vorhandenen Stegbreiten s_h, beziehungsweise s_v derart ausgestaltet, daß das Erweiterungsverhältnis X = C/A der Strömungsquerschnitte einen Wert im Bereich von 0,6 bis 0,96, vorzugsweise 0,9 bis 0,9, annimmt. Es wird darauf hingewiesen, daß die hier gezeigten schematischen Darstellungen keine maßstabsgerechten Zeichnungen sind und Größenverhältnisse aus diesen Darstellungen nicht entnommen werden können.

Die Stege mit den Stegbreiten s_h und s_v sind im Beispiel der Fig. 3 rundum mit gleicher Wandstärke ausgeführt, wobei die Kantenlänge b des offenen Rechteckquerschnittes größer als die Kantenlänge a ist. Hierdurch ergibt sich, betrachtet man die Erweiterung des Strömungsquerschnittes in horizontaler und vertikaler Richtung getrennt, daß die relative Erweiterung des Querschnittes in horizontaler Richtung geringer ausfällt, als die relative Erweiterung in vertikaler Richtung. Dies rührt daher, daß der Strömungsaustrittsquerschnitt eine Rechteckform mit unterschiedlicher Kantenlänge a und b aufweist. Da die Kantenlänge b in horizontaler Richtung größer ist als die vertikale Kantenlänge a, ist auch der Quotient zwischen horizontaler Kantenlänge b und der Teilung t (= b + 2.s_h) kleiner als der entsprechende Quotient in vertikaler Richtung. Somit ergibt sich eine relativ stärkere Erweiterung in vertikaler Richtung, als in horizontaler Richtung. Durch diese Anisotropie entsteht eine zwar geringe, doch merkliche Richtungsausbildung in erzeugten Turbulenzen der Stoffsuspensionsströmung im Bereich der Strömungserweiterung, wodurch wiederum makroskopisch sichtbare Strukturen im Stoffsuspensionsstrahl der aus der Stoffauflaufdüse austritt entstehen können.

Derartige Anisotropien können vermieden werden, wenn die Stegbreite - wie es in der Fig. 3 dargestellt ist - in horizontaler und vertikaler Richtung unterschiedlich ausgeführt wird. Das heißt bei einem rechteckigen Strömungsaustrittsquerschnitt aus einem Turbulenzrohr mit unterschiedlicher Kantenlänge a und b wird der größeren Kantenlänge auch eine größere Stegbreite zugeordnet und der kleineren Kantenlänge eine kleinere Stegbreite zugeordnet. Vorteilhaft ist eine Zuordnung der Stegbreiten zur Kantenlänge derart, daß das Verhältnis von Stegbreite in horizontaler Richtung zur Kantenlänge in horizontaler Richtung gleich der Stegbreite in vertikaler Richtung zur Kantenlänge in vertikaler Richtung entspricht.

Ein weiterführender erfindungsgemäßer Gedanke ist in der Fig. 4 dargestellt. Diese zeigt einen Ausschnitt aus dem Schnitt X-X eines Stoffauflaufes zwischen zwei Lamellen 3.1 und 3.2 mit Turbulenzrohren 5.2, die einen runden Austrittsquerschnitt aufweisen. Gemäß dem weiterführenden Erfindungsgedanken wird gefordert, daß für jeweils einen und einen zweiten durch den Mittelpunkt M eines Strömungsaustrittsquerschnittes führten Schnitt d₁ und d₂ der Quotient der beiden betrachteten Erweiterungsverhältnisse sich an einem Bereich von 0,5 bis 1,5 oder noch besser zwischen 0,9 und 1,1 bewegen soll.

Die einzelnen Streckenanteile der Schnitte sind in der Zeichnung jeweils angegeben. Der betrachtete Quotient der Erweiterungsverhältnisse in die verschiedenen Richtungen betrifft nicht nur runde Austrittsquerschnitte, sondern Austrittsquerschnitte in beliebiger Form.

Insgesamt wird somit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Stoffauflaufes erreicht, daß in dem erzeugten Stoffsuspensionsstrahl die Ausbildung makroskopischer Figuren weitgehend verhindert bis vollständig vermieden wird.

Bezugszeichenliste

1

Stoffauflauf

2.1

bis

2.4

Turbulenzkanäle

3.1

bis

3.3

Lamellen

4.1

Oberwand

4.2

Unterwand

5.1

bis

5.4

Turbulenzrohre

6

horizontaler Steg

7

vertikaler Steg

8.1.

bis

8.4

maschinenbreite Kanäle in der Stoffauflaufdüse
t Teilung
h Höhe/Abstand zwischen zwei Lamellen beziehungsweise Lamelle und Ober- oder Unterwand
a, b Kantenlänge
M Mittellinie des Turbulenzkanals
s_h

horizontale Stegbreite des vertikalen Stegs
s_v

vertikale Stegbreite des horizontalen Stegs
d₁

, d₂

Schnitt durch Strömungsaustrittsquerschnitt
d_xq

Streckenanteil des Strömungsaustrittsquerschnittes
d_xs

Streckenanteil des Schnittes über den Steg
C Strömungsaustrittsquerschnitt aus einem Turbulenzkanal
A C zugeordneter Strömungseintrittsquerschnitt in die Stoffauflaufdüse

Claims

1. Stoffauflauf einer Papier- oder Kartonmaschine mit mindestens einer Stoffsuspensionszuführung, mindestens einem Turbulenzerzeuger mit einer Vielzahl von Turbulenzkanälen, die in mindestens einer maschinenbreit verlaufenden Zeile angeordnet sind, und einer Stoffauflaufdüse mit mindestens zwei maschinenbreit orientierten strömungsführenden Flächen, wobei die Turbulenzkanäle an ihrem stromabwärtigen Ende einen offenen Strömungsaustrittsquerschnitt C und die Stoffauflaufdüse an ihrem stromaufwärtigen Anfang einen, dem Turbulenzkanal zugeordneten Strömungseintrittsquerschnitt A aufweist, wobei die Summe aller Strömungsaustrittsquerschnitte C der Turbulenzkanäle den Gesamtaustrittsquerschnitt des Turbulenzerzeugers und die Summe aller zugeordneten Strömungseintrittsquerschnitte A der Stoffauflaufdüse den Gesamteintrittsquerschnitt der Stoffauflaufdüse darstellt, und wobei der Strömungsaustrittsquerschnitt C jedes Turbulenzkanales kleiner als der zugeordnete Strömungseintrittsquerschnitt A in die Stoffauflaufdüse ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Erweiterungsverhältnis X = C/A der Strömungsquerschnitte jedes Turbulenzkanales (2.1-2.4) einen Wert im Bereich von 0,6 bis 0,96, vorzugsweise 0,8 bis 0,9 annimmt.

2. Stoffauflauf gemäß dem der voranstehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei maschinenbreit orientierten strömungsführenden Flächen eine erste und eine zweite Stoffauflaufdüsenaußenwand (4.1, 4.2) darstellen.

3. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine maschinenbreit orientierte strömungsführende Fläche in der Stoffauflaufdüse durch eine Lamelle (3.1-3.3) gebildet wird.

4. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzerzeuger im Austrittsbereich rechteckige Turbulenzkanäle (2.1-2.4) mit einer offenen Querschnittshöhe a (innere Kantenlänge a), einer offenen Querschnittsbreite b (innere Kantenlänge b) und einem umlaufenden Steg (6, 7) mit einer Stegbreite s aufweist, wobei der freie Strömungsaustrittsquerschnitt C = a.b ist und für den zugeordneten Strömungseintrittsquerschnitt A = h.t gilt, mit einer Zeilenhöhe h = s + a + s und eine Teilung t = s + b + s.

5. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die innere Kantenlänge a und die innere Kantenlänge b mindestens eines, vorzugsweise aller, Turbulenzkanäle gilt: a/b < 1, vorzugsweise 0,5 ≦ a/b ≦ 0,7.

6. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die innere Kantenlänge a und die innere Kantenlänge b mindestens eines, vorzugsweise aller, Turbulenzkanäle gilt: a/b = 1.

7. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in horizontaler Richtung verlaufenden Stege eine vertikale Breite s_v und die in vertikaler Richtung verlaufenden Stege eine horizontale Breite s_h aufweisen, wobei die Stegbreiten unterschiedlich ausgebildet sein können.

8. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die innere Kantenlänge a und die innere Kantenlänge b mindestens eines, vorzugsweise aller, Turbulenzkanäle gilt: a/b = (a + s_v)/(b + s_h).

9. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient (X_h/X_v) des Erweiterungsverhältnisses X_h in horizontaler Richtung zum Erweiterungsverhältnis X_v in vertikaler Richtung im Wertebereich von 0 bis 2, vorzugsweise von 0 bis 1, liegt.

10. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für das Erweiterungsverhältnis X_h in horizontaler Richtung X_h = b/(b + 2.s_h) und für das Erweiterungsverhältnis X_v in vertikaler Richtung X_v = a/(a + 2.s_v) gilt.

11. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für jeweils einen ersten und einen zweiten durch den Mittelpunkt eines Strömungsaustrittsquerschnittes A geführten Schnitt d₁ und d₂ mit jeweils einem Streckenanteil d_xq, der über dem offenen Strömungsaustrittsquerschnitt A liegt, und einem Streckenanteil d_xs, der über die jeweils angrenzenden Stege führt, gilt: 0 ≦ d_1q/d_1s : d_2q/d_2s ≦ 2, vorzugsweise 0,5 ≦ d_1q/d_1s : d_2q/d_2s ≦ 1,5.

12. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Stegflächen eines Turbulenzkanales im Bereich von 0,2 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,9 mm bis 1,1 mm, liegt.

13. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen zwei maschinenbreit orientierten strömungsführenden Flächen mindestens zwei Zeilen Turbulenzkanäle (3.x) enden.

14. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lamellen (3.1, 3.2) vorgesehen sind und der Stoffauflauf ein Dreischichten-Stoffauflauf ist.

15. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten maschinenbreiten Außenwand (4.1) und der ersten Lamelle (3.1) n Zeilen Turbulenzkanäle (3.x), zwischen den zwei Lamellen (3.2) m Zeilen Turbulenzkanäle (3.x) und zwischen der zweiten Lamelle (3.2) und der zweiten maschinenbreiten Außenwand (4.2) n Zeilen Turbulenzkanäle (3.x) enden, wobei n und m ganze Zahlen sind und gilt: n < m, vorzugsweise n = m/2, vorzugsweise n = 1 und m = 2.