DE19937302A1

DE19937302A1 - Stoffauflauf

Info

Publication number: DE19937302A1
Application number: DE19937302A
Authority: DE
Inventors: Helmut Heinzmann; Udo Heuser
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2001-02-15
Also published as: EP1083259B1; EP1083259A3; DE50008486D1; EP1083259A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf einer Papiermaschine mit einem Turbulenzeinsatz (2) mit einer Vielzahl an stoffsuspensionsführenden Kanälen (5) mit hydraulischen Durchmessern, die sich von einem vorletzten hydraulischen Durchmesser D 2 auf einen letzten hydraulischen Durchmesser D 1 erweitern, wobei der Beginn der letzten Erweiterung einen Abstand L 1 zum Ende des Turbulenzeinsatzes aufweist. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzeinsatz (2) die folgenden Bedingungen erfüllt: DOLLAR F1 mit a = 10,252 und b = 0,457, wobei eine maximale Abweichung des L 1 /D 1 -Wertes von +30%/-60%, vorzugsweise +20%/-40%, vorzugsweise +10%/-20%, erlaubt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf einer Papiermaschine mit mindestens einem Turbulenzeinsatz mit einer Vielzahl von stoffsuspensionsführenden Kanälen mit hydraulischen Durchmessern, die sich von einem vorletzten hydraulischen Durchmesser D₂ auf einen letzten hydraulischen Durchmesser D₁ erweitern, wobei der Beginn der letzten Erweiterung einen Abstand L₁ zum Ende des Turbulenzeinsatzes aufweist.

Stoffaufläufe werden in Papiermaschinen dazu eingesetzt, die 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 Gleichmäßigkeit des hergestellten Papieres darstellt.

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

Ein wesentliches Kriterium für die Qualität des 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, da diese Turbulenz dafür sorgt, daß die Ausrichtung der in der Stoffsuspension enthaltene Fasern eine möglichst gleichmäßige Unordnung aufweist.

Bei der Herstellung des Papieres zeigt sich, daß sehr häufig eine streifige Struktur - teilweise bekannt unter dem Namen "tiger-stripes" - entsteht, deren genaue Herkunft und Ursachen bis jetzt nicht vollständig geklärt ist.

Es wird angenommen, daß diese Streifen durch sich regelmäßig wiederholende Strömungszustände, d. h. Instabilitäten in der Strömung, über die Maschinenbreite hinweg entstehen oder zumindest durch diese initiiert werden. Hierfür kommt im wesentlichen der im Stoffauflauf vor der Düse sitzende Turbulenzeinsatz in Betracht, der eine Vielzahl von über die Maschinenbreite und/oder Maschinenhöhe (in z-Richtung) verteilten Turbulenzkanälen aufweist, die sich stufenförmig in Maschinenrichtung erweitern.

Darüber hinaus sind aus der EP 0 708 201 A1 noch Turbulenzeinsätze bekannt, die aus gewellten Kanalflächen gebildet sind. Diese Kanalwände erzeugen aufgrund ihrer Form (z. B. wiederkehrende Stufen) die gewünschte Turbulenz.

Ein derartiger Stoffauflauf ist beispielsweise aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 43 10 223 A1 bekannt. Diese Schrift zeigt einen Stoffauflauf mit einem Turbulenzerzeuger, in dem bei Betrieb des Stoffauflaufes die Faserstoffsuspension durch eine Vielzahl von Strömungskanälen fließt und über eine Stoffauflaufdüse maschinenbreit auf ein Sieb oder zwischen zwei Siebe verteilt wird. Das oben angesprochene Problem der Streifigkeit des hergestellten Papiers wird in dieser Offenlegungsschrift versucht dadurch zu vermindern, daß in der Gesamtheit der Strömungskanäle des Turbulenzeinsatzes mindestes zwei unterschiedliche Formen bestehen, die bei Betrieb des Stoffauflaufes mindestens zwei unterschiedliche Austrittsgeschwindigkeiten erzeugen, wobei die überwiegende Anzahl der Kanäle einer bestimmten Form mit mindestens einem Kanal einer anderen Form benachbart sind. Es wird also versucht, die Gleichmäßigkeit der Wiederholung von Strömungszuständen über die Maschinenbreite hinweg zu unterbrechen und damit der Bildung von streifigen Strukturen entgegenzutreten.

Es zeigt sich allerdings, daß durch eine derartige Ausbildung der Turbulenzeinsätze eines Stoffauflaufes die Streifigkeit der entstehenden Papierbahn nicht in ausreichender Weise vermieden werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Stoffauflauf darzustellen, der einen Turbulenzeinsatz aufweist, der durch seine Bauweise, insbesondere seine Gestaltung der Strömungskanäle, dafür sorgt, daß sich keine störende Streifigkeit bildet und Strömungsinstabilitäten im Stoffstrahl am Auslauf des Stoffauflaufes vermieden oder zumindest verringert werden.

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

Die Erfinder haben folgendes erkannt:
Zur Erzeugung einer gleichmäßigen und isotropen Turbulenz im Stoffsuspensionsstrahl eines Stoffauflaufes, sind die geometrischen Verhältnisse des Turbulenzeinsatzes, insbesondere der Turbulenzkanäle, von entscheidender Bedeutung. Hierzu gehört auch der Abstand einer letzten turbulenzerzeugenden Erweiterung im Turbulenzkanal vom Ende des Turbulenzkanales. Allerdings ist hierbei nicht der absolute Abstand dieser Erweiterung vom Ende des Turbulenzkanales, sondern das Verhältnis vom Abstand zum hydraulischen Durchmesser des Turbulenzkanales wesentlich.

Unter dem hydraulischen Durchmesser D_hyd. ist das Verhältnis vom Vierfachen der Querschnittsfläche zum Umfang des Kanales zu verstehen. Es gilt also D_hyd. = 4.A/U.

Wird der Abstand L der letzten Erweiterung vom Ende des Turbulenzkanales zu klein, so schlagen die an der Erweiterung entstehenden Turbulenzen bis in die Düse des Stoffauflaufes hindurch und bilden im Zusammenhang mit den benachbarten Rotationsströmungen der benachbarten Turbulenzkanäle Überlagerungen, die sich im Stoffsuspensionsstrahl als zick zack-artig bewegende Instabilität und letztendlich in einem streifigen Bild des fertigen Papieres niederschlagen.

Wird andererseits der Abstand der letzten Erweiterung des Turbulenzkanales vom Ende des Turbulenzkanales zu groß gewählt, so kommt es zu einer stark ausgerichteten Strömung mit verminderter Turbulenz am Auslauf der Turbulenzkanäle, so daß auch hierdurch einzelne Strömungsstränge entstehen, die in ihrer Vielzahl der nebeneinanderangeordneten Turbulenzkanäle ein gleichmäßiges und stationäres Strömungsmuster bilden. Ursache hierfür ist eine mangelnde Durchmischung, die auch wieder eine Streifenbildung (hier durch Entmischungserscheinungen) in der aufgelegten Stoffsuspensionslage erzeugt.

Wird allerdings der Abstand der letzten Erweiterung zum Ende des Kanales im Verhältnis zum hydraulischen Durchmesser richtig, das heißt entsprechend der nachstehenden Formel gewählt, so wird durch die Turbulenzkanäle und ihre Erweiterungen eine gleichmäßige, isotrope Turbulenz in den Turbulenzkanälen erzeugt, die gerade am Ende der Turbulenzkanäle, das heißt am Punkt der Zusammenführung der einzelnen Strömungen durch die Turbulenzkanäle, das richtige Maß an Turbulenz aufweist, so daß letztendlich ein sehr gleichmäßiges Bild einer turbulenten Strömung entsteht und eine Strukturbildung des Stoffsuspensionsstrahles vermieden und dadurch die Streifigkeit des fertigen Papieres unterdrückt wird.

Demgemäß schlagen die Erfinder vor, einen Stoffauflauf einer Papiermaschine mit einem Turbulenzeinsatz mit einer Vielzahl von suspensionsführenden Kanälen mit hydraulischen Durchmessern, die sich von einem vorletzten hydraulischen Durchmesser D₂ auf einen letzten hydraulischen Durchmesser D₁ erweitern, wobei der Beginn der letzten Erweiterung einen Abstand L zum Ende des Turbulenzeinsatzes aufweist dahin gehend auszubilden, daß der Turbulenzeinsatz die folgende Bedingung erfüllt:

mit a = 10,252 und b = 0,457, wobei eine maximale Abweichung des Verhältnisses von L₁ zu D₁ im Bereich von +30%/-60%, vorzugsweise +20%/-40%, vorzugsweise +10%/-20%, erlaubt ist.

Die oben angegebenen Grenzwertbereiche ergeben sich aufgrund des Flockungsverhaltens der Suspension und den bekannten Erfahrungswerten für unterschiedliche Stoffsuspensionen mit unterschiedlicher Zusammensetzung mit ungemahlenen langen Zellstoff-Fasern bis zu gemahlenen kurzen Fasern und mit mehr oder minder hohen Anteilen an Fein- und Füllstoffen.

Im Falle eines Turbulenzerzeugers mit maschinenbreit verlaufenden Wellplatten oder Stufenplatten mit maschinenbreiten Turbulenzkanälen mit einer entsprechenden lichten Höhe H gilt für den hydraulischen Durchmesser D = 2.H.

Die angegebenen Werte für das Verhältnis des Abstandes L der letzten Erweiterung zum Ende des Turbulenzeinsatzes können bevorzugt für Stoffaufläufe angewandt werden, deren Geschwindigkeit V_L der Stoffsuspension im Bereich des Querschnittes des letzten hydraulischen Durchmessers D₁ der Turbulenzkanäle im Bereich zwischen 0,5 bis 5 m/s, vorzugsweise 0,8 bis 3 m/s, vorzugsweise 1,0 bis 2,5 m/s liegt.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Stoffauflauf mit einer Stoffsuspension betrieben wird, die eine Konzentration K mit einem Wert zwischen 5 g/l bis 25 g/l, vorzugsweise zwischen 7 g/l bis 20 g/l, vorzugsweise zwischen 7 g/l bis 15 g/l aufweist.

Eine weitere Verbesserung des Stoffauflaufes sieht eine Anpassung des L₁/D₁-Wertes in bezug auf die mittlere Geschwindigkeit V_L zwischen dem Beginn der letzten Erweiterung und dem Ende des Turbulenzeinsatzes vor, wobei erfindungsgemäß der Turbulenzeinsatz die folgenden Bedingungen erfüllt:

mit a = 10,252, b = 0,457 und c = 2,2 [m/s], wobei auch hier eine maximale Abweichung des L₁/D₁-Wertes von +30%/-60%, vorzugsweise +20%/-40%, vorzugsweise +10%/-20%, erlaubt ist.

Durch diese Anpassung der Formel wird berücksichtigt, daß bei gleichbleibender mittlerer Lebensdauer einer Turbulenz in der Stoffsuspension die entstehenden Wirbel bei steigender Strömungsgeschwindigkeit in einer kürzeren Zeit am Ende des Turbulenzeinsatzes angelangt sind.

Eine andere mögliche Anpassung der geometrischen Situation des Turbulenzeinsatzes kann die mittlere Konzentration k der den Turbulenzeinsatz durchfließenden Stoffsuspension betreffen, wobei der Turbulenzeinsatz die folgenden Bedingungen erfüllt:

mit a = 10,252, b = 0,457 und d = 5 [g/l]. Als maximale Abweichung des L₁/D₁-Wertes ist +30%/-60%, vorzugsweise +20%/-40%, vorzugsweise +10%/-20%, erlaubt.

Diese Verbesserung der Formel berücksichtigt, daß bei einer zunehmenden Konzentration k der Stoffsuspension die mittlere Lebenszeit der gebildeten Wirbel verkürzt wird. Hierdurch wird idealerweise auch eine Anpassung der Geometrie des Turbulenzeinsatzes notwendig.

Berücksichtigt man beide Betriebsbedingungen in der Konstruktion des Turbulenzeinsatzes, nämlich die unterschiedliche mittlere Geschwindigkeit der Stoffsuspension im Endbereich des Turbulenzeinsatzes V_L und die unterschiedliche Konzentration k der den Stoffauflauf durchfließenden Stoffsuspension, so folgt die Geometrie des Turbulenzeinsatzes in bevorzugter Weise den folgenden Bedingungen:

mit a = 10,252, b = 0,457, c = 2, 2 [m/s] und d = 5 [g/l], wobei eine maximale Abweichung des L₁/D₁-Wertes von +30%/ -60%, vorzugsweise +20%/-40%, vorzugsweise +10%/-20%, erlaubt ist.

Bei der Ausbildung der Geometrie der Turbulenzkanäle ist zu beachten, daß in den oben angegebenen Formeln die Form des Kanales eine wesentliche Rolle spielt und den hydraulischen Durchmesser mitbestimmt. Der hydraulische Durchmesser errechnet sich mit D_hyd. = 4.A/U, wobei A die Querschnittsfläche des Kanales und U den Umfang des Kanales darstellt. Auf diese Weise kann die angegebene Formel auch auf nichtrunde Querschnitte der Turbulenzkanäle angewandt werden. Beispielsweise können die Querschnitte auch quadratisch, rechteckig, sechseckig, rautenförmig oder in sonstigen Polygonen ausgeführt sein.

Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Turbulenzkanäle können darin bestehen, daß anstelle einer einzigen Erweiterung innerhalb der einzelnen Turbulenzkanäle eine zweifache Erweiterung oder auch vielfache Erweiterungen vorgesehen sind. Zu beachten ist hierbei jedoch, daß jeweils die letzte wesentliche und turbulenzerzeugende Erweiterung die obengenannten Bedingungen erfüllt.

Die Erweiterungen innerhalb des Turbulenzkanales können beispielsweise streng stufenförmig oder konisch ausgebildet sein, wobei auch eine Erweiterung im Sinne der Erfindung - also eine Erweiterung, die Turbulenzen hervorruft - dann vorliegt, wenn für den Winkel α der konischen Erweiterung α/2 < 3° gilt. Konische Erweiterungen mit kleinerem Winkel erzeugen keine Wirbelablösungen und werden als Diffusoren betrachtet.

Falls der Turbulenzkanal unterschiedliche Querschnittsformen im Verlauf seiner Länge einnimmt, kann der Übergang von einer ersten Querschnittsform (beispielsweise rund) zu einer zweiten Querschnittsform (beispielsweise sechseckig) im Rahmen einer solchen Erweiterung stattfinden.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung angegeben.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 Aufbau eines Stoffauflaufes im Querschnitt in Maschinenrichtung;

Fig. 2 Längsschnitt durch einen Turbulenzkanal des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes mit zwei Stufensprüngen;

Fig. 2a Längsschnitt durch einen Turbulenzkanal des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes mit einer konischen Erweiterung;

Fig. 3 Turbulenzkanal eines erfindungsgemäßen Stoffauflaufes mit einem konischen Stufensprung und einem Stufensprung mit Übergang zwischen zwei Querschnitten;

Fig. 4a-4d verschiedene beispielhafte Querschnitte des Turbulenzkanales;

Fig. 5 vertikaler Längsschnitt durch einen maschinenbreiten Turbulenzkanal eines erfindungsgemäßen Stoffauflaufes mit stufenartigen Erweiterungen;

Fig. 6 vertikaler Längsschnitt durch einen maschinenbreiten Turbulenzkanal eines erfindungsgemäßen Stoffauflaufes mit wellenförmigen Erweiterungen.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Stoffauflaufes in Längsschnitt in Maschinenrichtung mit seinem Querverteiler 1 zur Verteilung der Stoffsuspension, mit dem anschließenden Turbulenzeinsatz 2 mit drei übereinander angeordneten Reihen von Turbulenzkanälen 5, die jeweils über eine erste Erweiterung 6 und eine zweite Erweiterung 7 verfügen. Die beiden Erweiterungen 6 und 7 sind als Stufensprünge ausgeführt. Anschließend folgt die Stoffauflaufdüse 3 mit einer im Auslaufbereich angeordneten Blende 4. Die Stoffauflaufdüse 3 verfügt zwischen dem Ende des Turbulenzeinsatzes und dem konvergierenden Bereich der Düse über eine kurze Wegstrecke mit parallel verlaufender Ober- und Unterwand.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung sich auf jegliche Art des Übergangs vom Turbulenzeinsatz zur Stoffauflaufdüse erstreckt. Das heißt, auch Stoffaufläufe deren Turbulenzeinsatz nicht unmittelbar am Beginn des sich verengenden Düsenbereiches endet, also noch eine Nachlaufstrecke ohne Beschleunigung nach dem Turbulenzeinsatz aufweisen, sind Gegenstand der Erfindung. Ebenso beschränkt sich die Erfindung nicht nur auf Stoffaufläufe mit anschließender Stoffauflaufblende oder mit Querverteiler, wie in der Fig. 1 gezeigt, sondern es können auch Stoffaufläufe mit dem erfindungsgemäßen Turbulenzeinsatz verwendet werden, die über sektionierte Zuführungen der Stoffsuspension über die Maschinenbreite verfügen. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit dem in der Fig. 1 gezeigten Turbulenzeinsatz einen weitem Turbulenzerzeuger voranzustellen und zwischen den beiden Turbulenzerzeugern einen Ausgleichskanal mit oder ohne Zwischenwände einzusetzen. Wesentlich ist ausschließlich die geometrische Ausgestaltung der Turbulenzkanäle im letzten Turbulenzerzeuger.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt in Maschinenrichtung durch einen Turbulenzkanal 5 in schematischer Darstellung. Die gezeigten Größenverhältnisse zwischen den Längen und Durchmessern entsprechen nicht den tatsächlichen Durchmesser- und Längenverhältnissen des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes, da eine derartige Darstellung auf Grund des zur Verfügung stehenden Zeichnungsplatzes nicht realisierbar ist ohne die Übersichtlichkeit der Zeichnung zu beeinträchtigen.

Der Turbulenzkanal 5 verfügt über eine erste Erweiterung 6 und eine zweite Erweiterung 7, die beide als strenger Stufensprung ausgeführt sind. Im dargestelltem Beispiel sind alle Querschnitte des Turbulenzkanales rund und entsprechen somit der Darstellung aus der nachfolgenden Fig. 4a. Der vorletzte Querschnitt weist einen Durchmesser D1 und der letzte Querschnitt des Turbulenzkanales 5 einen Durchmesser D2 mit einer Länge zwischen Stufensprung 7 und Ende des Turbulenzkanales L auf. Da alle Querschnitte des Turbulenzkanales 5 kreisrund ausgebildet sind entsprechen die gemessenen Durchmesser D₁ und D₂ gleichzeitig den entsprechenden hydraulischen Durchmessern. Die Stoffsuspension weist im Bereich hinter der letzten Erweiterung 7 eine Geschwindigkeit V_L auf.

Erfindungsgemäß folgt die Länge L des Turbulenzkanales 5 von der letzten Erweiterung 7 zum Ende des Turbulenzkanales idealerweise der Bedingung:

Vorzugsweise sollte die Abweichung von dieser Bedingung nicht mehr als +10% oder -20% betragen, jedoch sind auch bei reduzierten Qualitätsanforderungen Abweichungen von +20%/-40% bis +30%/-60% möglich.

Weiterhin liegt der bevorzugte Geschwindigkeitsbereich der Stoffsuspensionsströmung bei v_L zwischen 0,5 m/s und 5 m/s, vorzugsweise zwischen 0,8 m/s und 3 m/s und günstigstenfalls zwischen 1,0 m/s und 2,5 m/s.

Da die Geschwindigkeit der Stoffsuspension einen wesentlichen Einfluß auf die Ausbreitung von Turbulenzen, die an einem Stufensprung entstanden sind, ausübt, besteht die Möglichkeit auch die Geschwindigkeit v_L im letzten Bereich des Turbulenzkanales zu berücksichtigen. Somit folgt der L₁/D_x1- Wert idealerweise der Formel

Vernachlässigt man den Einfluß der Geschwindigkeit der Stoffsuspension, berücksichtigt jedoch den Einfluß der Konzentration k der Stoffsuspension, so zeigt sich, daß mit ansteigender Konzentration die Zähigkeit der Stoffsuspension wächst und daher eine schnellere Dämpfung der entstandenen Wirbel an einer Erweiterung eintritt. Somit folgt der Turbulenzeinsatz unter Berücksichtigung der mittleren Konzentration k der Stoffsuspension in seinen geometrischen Abmessungen den folgenden Bedingungen:

Eine noch genauere Möglichkeit zur Auslegung der geometrischen Bedingung des Turbulenzeinsatzes kann dadurch erreicht werden, daß sowohl der Einfluß der Geschwindigkeit der Stoffsuspension im Turbulenzkanal 5 als auch der mittleren Konzentration k der Stoffsuspension berücksichtigt wird. Somit folgt die Geometrie des Turbulenzkanales 5 im Endbereich des Turbulenzkanales der Bedingung:

Bezüglich der möglichen Abweichung von diesem Idealwert gilt auch hier das oben gesagte. Das heißt, im Idealfall sollte die Abweichung nicht größer als +10% bis -20% betragen, wobei jedoch mit gewissen Qualitätsabstrichen auch eine Abweichung von +20% bis -40%, maximal +30% bis -60%, des L₁/D₁-Wertes möglich ist.

In der Fig. 2a ist ein Turbulenzkanal 5 im Längsschnitt dargestellt, der als letzte Erweiterung eine konische Erweiterung aufweist. Zur Verdeutlichung ist der Öffnungswinkel α gestrichelt dargestellt. Da der Öffnungswinkel größer 6° ist, erzeugt diese Erweiterung auch Turbulenzen und fällt daher erfindungsgemäß unter die oben angegebene Randbedingung bezüglich ihres Abstandes vom Ende des Turbulenzerzeugers. Die Abstände L₁ und L₂, einschließlich der Durchmesser D₁ bis D₃ sind ebenfalls angegeben. Als Abstand L₁ der konischen Erweiterung wird deren Beginn, also der Übergang vom zylindrischen zum konischen Teil gesehen, da die Turbulenzen hauptsächlich hier entstehen.

Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Turbulenzkanal 5 entsprechend der Fig. 2, jedoch ist in diesem Beispiel die erste Erweiterung 6 des Turbulenzkanales 5 konisch ausgeführt, während die zweite und letzte Erweiterung 7 einen Übergang eines runden Bereiches auf einen quadratischen Querschnitt enthält. Auch dieser Turbulenzkanal erfüllt erfindungsgemäß die oben angegebenen geometrischen Bedingungen.

Die Fig. 4a bis 4d zeigen verschiedene Ausführungsformen der Querschnitte des Turbulenzkanales 5. Die Fig. 4a zeigt ausschließlich runde Querschnitte. Die Fig. 4b zeigt zwei runde Querschnitte mit einem quadratischen Austrittsquerschnitt. Die Fig. 4c zeigt zwei runde Querschnitte mit einer Erweiterung auf ein gleichseitiges Sechseck. Die Fig. 4d zeigt eine weitere Ausführung des Auslaufbereiches eines Turbulenzkanales mit einem sechseckigen Polygon.

Es wird darauf hingewiesen, daß die dargestellten Ausführungen der Fig. 4a bis 4d keine abschließende Aufzählung der möglichen geometrischen Querschnitte des Turbulenzkanales sind, sondern alle derzeit bekannten geometrischen Querschnitte der Turbulenzkanäle im Rahmen der Erfindung liegen.

Die Fig. 5 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch einen maschinenbreiten Turbulenzkanal 5 eines erfindungsgemäßen Stoffauflaufes mit stufenartigen Erweiterungen von einer Kanalhöhe H₂ zu einer Kanalhöhe H₁. Bei dieser Ausführung des Turbulenzkanales kann bei einer Breite B des Turbulenzkanales, die wesentlich größer als die Höhe H des Turbulenzkanales ist, näherungsweise der hydraulische Durchmesser D₁ mit 2.H₁ gleichgesetzt werden.

Für den hydraulischen Durchmesser gilt allgemein D_hyd = 4.Q/U, somit ist D = 4.H.B/(2.(H+B)) = 2.H.B/(H+B). Wenn H»B ergibt sich D ≈ 2.H.

Eine weitere mögliche Anwendung der Erfindung auf eine Ausführung eines maschinenbreiten Turbulenzkanales mit Wellenform ist in der Fig. 6 in einem ebenfalls vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stoffauflauf dargestellt. Bezüglich des hydraulischen Durchmessers gilt das zu Fig. 5 gesagte. Als Abstand L₁ wird hierbei der Abstand des "Berges" der letzten Welle, die gleichzeitig die letzte engste Stelle des Turbulenzkanales darstellt, genommen. Falls die obere und untere "Welle" des Turbulenzkanales nicht wie im vorliegenden Fall um 90° phasenverschoben verläuft, so ist als Abstand L₁ zum Ende des Turbulenzkanales 5 der Abstand der letzten engsten Stelle im Turbulenzkanal zum Ende des Turbulenzkanales anzusehen.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes in einer Papiermaschine wird eine deutliche Reduktion bis zur Aufhebung der, durch den Stoffauflauf bedingten Streifigkeit des hergestellten Papieres erreicht und somit eine wesentliche Qualitätsverbesserung bewirkt.

Bezugszeichenliste

1

Querverteiler

2

Turbulenzeinsatz

3

Stoffauflaufdüse

4

Blende

5

Turbulenzkanal

6

Erweiterung

7

Erweiterung/Stufensprung
α Öffnungswinkel

Claims

1. Stoffauflauf einer Papiermaschine mit einem Turbulenzeinsatz (2) mit einer Vielzahl an stoffsuspensionsführenden Kanälen (5) mit hydraulischen Durchmessern, die sich von einem vorletzten hydraulischen Durchmesser D₂ auf einen letzten hydraulischen Durchmesser D₁ erweitern, wobei der Beginn der letzten Erweiterung einen Abstand L₁ zum Ende des Turbulenzeinsatzes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzeinsatz (2) die folgenden Bedingungen erfüllt:
mit a = 10,252 und b = 0,457, wobei eine maximale Abweichung des L₁/D₁-Wertes von +30%/-60%, vorzugsweise +20%/-40%, vorzugsweise +10%/-20%, erlaubt ist.

2. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Stoffsuspension im Bereich des Querschnittes des letzten hydraulischen Durchmessers D₁ der Turbulenzkanäle (5) so gestaltet ist, daß die Stoffsuspension im Betrieb eine Geschwindigkeit v_L zwischen 0,5 m/s bis 5 m/s, vorzugsweise 0,8 m/s bis 3 m/s, vorzugsweise 1,0 m/s bis 2,5 m/s, aufweist.

3. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration K der Stoffsuspension, mit welcher der Stoffauflauf betrieben wird, einen Wert zwischen 5 g/l bis 25 g/l, vorzugsweise zwischen 7 g/l bis 20 g/l, vorzugsweise zwischen 7 g/l bis 15 g/l aufweist.

4. Stoffauflauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wobei die Stoffsuspension im Bereich zwischen dem Beginn der letzten Erweiterung (7) und dem Ende des Turbulenzeinsatzes eine mittlere Geschwindigkeit v_L aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzeinsatz (2) die folgenden Bedingungen erfüllt:
mit a = 10,252, b = 0,457 und c = 2,2 [m/s], wobei eine maximale Abweichung des L₁/D₁-Wertes von +30%/-60%, vorzugsweise +20%/-40%, vorzugsweise +10%/-20%, erlaubt ist.

5. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration K der Stoffsuspension, mit welcher der Stoffauflauf betrieben wird, einen Wert zwischen 5 g/l bis 25 g/l, vorzugsweise zwischen 7 g/l bis 20 g/l, vorzugsweise zwischen 7 g/l bis 15 g/l aufweist.

6. Stoffauflauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wobei die den Turbulenzeinsatz (2) durchfließende Stoffsuspension eine mittlere Konzentration k [g/l] aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzeinsatz (2) die folgenden Bedingungen erfüllt:
mit a = 10,252, b = 0,457 und d = 5 [g/l], wobei eine maximale Abweichung des L₁/D₁-Wertes von +30%/-60%, vorzugsweise +20%/-40%, vorzugsweise +10%/-20%, erlaubt ist.

7. Stoffauflauf gemäß dem voranstehenden Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Stoffsuspension im Bereich des Querschnittes des letzten hydraulischen Durchmessers D₁ der Turbulenzkanäle (5) so gestaltet ist, daß die Stoffsuspension im Betrieb eine Geschwindigkeit v_L zwischen 0,5 m/s bis 5 m/s, vorzugsweise 0,8 m/s bis 3 m/s, vorzugsweise 1,0 m/s bis 2,5 m/s, aufweist.

8. Stoffauflauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wobei die den Turbulenzeinsatz (2) durchfließende Stoffsuspension eine mittlere Konzentration k [g/l] aufweist und wobei die Stoffsuspension im Bereich zwischen dem Beginn der letzten Erweiterung (7) und dem Ende des Turbulenzeinsatzes (2) eine mittlere Geschwindigkeit v_L aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbulenzeinsatz (2) die folgenden Bedingungen erfüllt:
mit a = 10,252, b = 0,457, c = 2,2 [m/s] und d = 5 [g/l], wobei eine maximale Abweichung des L₁/D₁-Wertes von +30%/-60%, vorzugsweise +20%/-40%, vorzugsweise +10%/ -20%, erlaubt ist.

9. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt der Turbulenzkanäle (5) zumindest im Endbereich des Turbulenzkanales (5) quadratisch ist.

10. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt der Turbulenzkanäle (5) zumindest im Endbereich des Turbulenzkanales (5) rechteckig ist.

11. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt der Turbulenzkanäle (5) zumindest im Endbereich des Turbulenzkanales (5) rund ist.

12. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Turbulenzkanäle (5) zumindest im Endbereich des Turbulenzkanales (5) sechseckig ist.

13. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt der Turbulenzkanäle (5) zumindest im Endbereich des Turbulenzkanales (5) rautenförmig ausgebildet ist.

14. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzkanäle (5) im Eingangsbereich rund ausgeführt sind.

15. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzkanäle (5) eine zweifache Erweiterung aufweisen.

16. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Erweiterung (6, 7) in mindestens einem Turbulenzkanal (5) streng stufenförmig ausgeführt ist.

17. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Erweiterung (6, 7) in mindestens einem Turbulenzkanal (5) konisch ausgeführt ist.

18. Stoffauflauf gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Erweiterung (6, 7) in mindestens einem Turbulenzkanal (5) ein Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Querschnittsformen des Turbulenzkanales (5) stattfindet.