DE2129717C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn aus einer Stoffsuspension - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn aus einer Stoffsuspension, deren Konzentration wenigstens der doppelten Sedimentationskonzt.itration des Faserstoffes entspricht, mit einem Verteiler für den F-'.off, der aus einem Stoffzuführungsrohr bestehi. das ringsum mit mehreren radial verlaufenden Auslassen für V· rbindungsleitungen versehen ist, die zu dem maschinenbreiten Stoffzuführungskanal einer Bahnbildeeinrichtung führen.

Aus der US-PS 29 20 699 ist ein Verteiler für Stoffsuspensionen bekannt, von dem radial mehrere Verbindungsleitungen zu einem maschinenbreiten Stoffzuführungskanal führen. Die dort gezeigte Anordnung ist aber bei der Verarbeitung von Suspensionen hoher Konzentration nachteilig, weil die Strömung der Stoffsuspension in dem sich nach dem Austritt hin erweiternden Verteiler so verlangsamt und beruhigt wird, daß in der Stoffzuführung keine Turbulenzen entstehen können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verteiler dieser Art so zu verbessern, daß auch bei hohen Faserstoffdichten eine gute Verteilung des Stoffes und dabei eine gleichmäßige Faserstoff-Bahnbildung erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stoffzuführungsrohr eine konvergierende, die Strömung der Stoffsuspension beschleunigende Austrittsverengung aufweist, welche in eine Verteilerkammer mit einer der Austrittsverengung gegenüberliegenden Auftreffwand mündet, die ringsum von den radial verlaufenden Auslässen der Verbindungsleitungen umgeben ist, und daß die Verbindungsleitungen auf eine weitere, dem Kanal zugeordnete Auftreffwand mit öffnungen münden, die einen Durchmesser gleich oder kleiner als die dreifache mittlere Faserlänge haben.

Durch eine solche Ausbildung des Verteilers läßt sich auch eine hochkonzentrierte Stoffsuspension einwandfrei verteilen, und zwar unter Erzeugung von Strömungswirbeln hoher Intensität, wobei hohe Scherkräfte zur Erzeugung eines Fasernetzwerkes hervorgerufen werden, wodurch die Bildung einer gleichmäßigen definiert Darin ist r der Faserradius und / die

Faserlänge. Die Formel für die Sedimentationskonzen-

tration C ist in »Herstellung von Papier, Lehr- und

Handbuch des Papieringenieurvereins Finnland,Teil III, Helsinki 1969, S. B 310« aufgeführt Die Formel ist

ferner in »Svensk Papperstidning 1964, 10, S. 432 bis 436« hergeleitet worden. Ein für die Erfindung geeigneter Konzentrationsbereich liegt zwischen 1,0 und 6%, vorzugsweise 4 bis 5%.

Da bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dem Verteiler bereits hochkonzentrierte Faserstoffsuspensionen zugeführt werden können, muß aus der Faserstoffbahn entsprechend weniger Wasser entfernt werden. Infolgedessen kann die Größe der Vorrichtung stark reduziert werden, wodurch der Konstruktionsaufwand und der Platzbedarf herabgesetzt werden. Da ferner schon in der Bahnbildungszone hinter dem Verteiler eine zusammenhängende Faserstoffbahn entsteht, die verhältnismäßig wenig Wasser enthält, kann der Siebbereich der Maschine, dem dieser Faserstoff zugeführt wird, klein gehalten werden. Unter Umständen ist es sogar möglich, den gesamten Siebbereich fortfallen zu lassen und die aus dem Stoffzuführungskanal der Vorrichtung austretende Faserstoffbahn unmittelbar einer weiterverarbeitenden Presse od. dgl. zuzuführen.

Die von den Auslassen des Stoffverteilers abgehenden Verbindungsleitungen können unmittelbar mit der bahnbildenden Einrichtung verbunden werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Schnittdarstellung eines Verteilers sowie einer Bahnbildeeinrichtung,

Fig.2 eine Schnittdarstellung gemäß Schnitt H-II durch die Bahnbildeeinrichtung nach F i g. 1,

Fig.3 eine Schnittdarstellung gemäß Schnitt II1-1II durch den Verteiler nach F i g. 1 und

Fig.4 ein Schema der Anordnung mehrerer Verteilergruppen bei einer Großmaschine.

Der in den F i g. 1 und 3 dargestellte Verteiler besteht im wesentlichen sus einem Rohr 6, das zu einer so Verengung S konvergiert, die vor einer Auftreffwand 7 angeordnet ist Angrenzend an die Auftreffwand 7 sind seitlich radiale Verbindungsleitungen 8 angeordnet, durch die die Fasersuspension in die Bahnbildeeinrichtung hineingedrückt werden kann. Der Suspensionsstrom wird durch die Verengung 5 beschleunigt und trifft mit hoher Geschwindigkeit auf die Auftreffwand 7 auf, die ihrerseits den Strom dazu zwingt, eine radiale Richtung einzunehmen, so daß dann die einzelnen Verbindungsleitungen 8 beschickt werden. Es werden hierdurch sehr turbulente Scherfelder erzeugt, die die Fasersuspension gut zum Fließen bringen, da infolge der starken Turbulenz die Fasern dem Druckgefälle so gut wie nur möglich folgen können. Dem Verteiler ist ferner eine Einlaßleitung 9 zugeordnet, die im Anfahrbetrieb benutzt werden kann.

Die Anzahl der Verbindungsleitungen 8 hängt ebenso wie der Abstand der Mündungen der Verbindungsleitungen 8 untereinander im wesentlichen von der Form

der verwendeten Fasern ab. Die Faserlänge beeinflußt die Wahl der Abstände zwischen den Mündungen insoweit, als die Fasern nicht dazu imstande sein sollten, den Abstand zwischen zwei Mündungsöffnungen zu überbrücken und damit ein Verstopfen hervorzurufen. Das Verstopfen hängt aber auch von der Intensität der turbulenten Scherströmungen im Bereich der Mündungsöffnungen ab. Die Dämpfung der Turbulenz bestimmt dabei den Abstand zwischen der Mittelachse des Rohres b und seinem Umfang, an dem die Verbindungsleitungen 8 befestigt sind. Ist der Abstand zwischen den Mündungsöffnungen der Verbindungsleitungen 8 sowie auch der Radius des Rohres 6 vorgegeben, ist damit auch die Anzahl der benötigten Verbindungsleitungen zu bestimmen.

Das gesamte Verteilersystem für eine Papiermaschine kann, wie beispielsweise in Fig.4 dargestellt, ausgebildet sein. Es sind dabei Verteilergruppen, in Fig.4 mit Gruppe 1, Gruppe 2 und Gruppe 3 gekennzeichnet vorgesehen, die jeweils aus einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Verteiler aufgebaut sind. Die Fasersuspension tritt zunächst in die Verteilergruppe 1 ein, in der sich im dargestellten Ausführungsbeispiel nur ein einzelner VerteHer befindet der eine Anzahl von m Verbindungsleitungen, die als Auslässe fungieren, hat Von dort wird die Fasersuspension in die Verteilergruppe 2 verteilt die n. Verteiler besitzt, von denen wiederum jeder n₂ Verbindungsleitungen als Auslässe hat Von der Gruppe 2 geht der Fasersuspensionsstrom zu der Verteilergruppe 3 mit einer Anzahl von /J₂ einzelnen Verteilern, von denen jeder wiederum rti Verbindungsleitungen hat Auf diese Weise geht dann die Verteilung weiter bis zur Verteilung auf eine Bahnbildeeinrichtung 10. Die Anzahl der Verteiler in einer Gruppe hängt somit von der Anzahl der vorhandenen Verbindungsleitungen der vorhergehenden Verteilergruppe ab. Die Anzahl der Verbindungsleitungen und der Durchmesser der Verteilungseinheiten hängen von der Form und der Konzentration der Fasern in der Suspension ab. Die Verbindungsleitungen können Röhren aus Kunststoff sein, die vorzugsweise immer die gleiche Länge haben. Wesentlich ist, daß die Druckabfälle entlang der Verbindungsleitungen gleich groß sind, und es wird zweckmäßig ein Energiedämpfer eingeschaltet, der die von den zur Förderung üblichen Bauelementen ausgehenden Druckimpulse, wie beispielsweise die von Pumpen, zwischengeschalteten Filtern u. dgl, eliminiert.

Eine Bahnbildeeinrichtung ist beispielsweise in F i g. 1 und 2 dargestellt Die Fasersuspension wird durch dicht nebeneinander angeordnete Stutzen 1 von den Verbindungsleitungen 8 in die Bahnbildeeinrichtung eingespeist, die zum Ausbringen des sich bildenden dreidimensionalen kontinuierlichen Fasernetzwerkes einen engen Kanal 2 aufweist Im vorderen Bereich des Kanals 2 ist als eigentliche Bahnbildungszone eine Kammer 3 vorgesehen, deren spezielle Formgebung sich insbesondere aus F i g. 1 ergibt In dieser Kammer 3 soll eine turbulente Strömung mit bestimmter Verteilung erzeugt werden. Dabei hängt die Intensität der Wirbel auch von der Einbringungsrate der Fasersuspension ab. Bei vorgegebenen Abmessungen und geometrischen Formen der Kammer 3 sind dann die Wirbelgröße und die Wirbelintensität so einzustellen, daß die Turbulent sich im wesentlichen beruhigt hat, wenn die Fasersuspension eine Verengung 4 durchläuft, die den Beginn des Stoffzuführungskanals 2 darstellt Wie aus Fi g. 1 ersichtlich, ist zur Erzeugung der Turbulenz hier in dem Stutzen 1 eine öffnung 5' vorgesehen, hinter der sich eine Auftrefffläche T befindet

Beim Einspeisen der Fasersuspension in die Bahnbildeeinrichtung wird ein großer Teil der kinetischen Energie der Fasersuspension in turbulente Energie umgewandelt, die in Form kleiner Wirbel in Erscheinung tritt Durch die geringe Größe und hohe Intensität dieser Wirbel wird jede einzelne Faser beeinflußt, so daß sie die Möglichkeit hat sich in einem sich kontinuierlich aufbauenden, dreidimensionalen Fasernetzwerk einzuordnen, dessen Festigkeit bald größer ist als die Scherkräfte des sich beruhigenden turbulenten Feldes. Während in der Anfangsphase des Bildungsprozesses das. gesamte Fasermaterial noch fließt, wird es den Fasern alsbald ermöglicht Λ'-'h am Netzwerk anzulagern, so daß dieses sehr homogen wird. Diese Ausführungen beziehen sich auf eine relativ hohe Faserkonzentration. Bei einer 5%igen Faserkon?.entration sind beispielsweise 100 000 bis 500 000 Fasern pro cm³ vorhanden.

Ist das Fasernetzv/erk einmal gebildet darf es nicht mehr Zerreißkräften unterworfen werden, die seine Festigkeit überschreiten. Das Netzwerk wird möglicherweise beim Durchgang durch die Verengung 4 als Beginn des Kanals 2 etwas verdichtet und auch infolge der bei dem Bildungsprozeß im übrigen auftretenden Beanspruchungen hat es möglicherweise die Tendenz, etwas zu expandieren. Es wird daher zweckmäßig dafür Sorge getragen, daß die Reibungskräfte zwischen den Fasern des Fasernetzwerkes und den Wänden des Kanals 2 nicht eine solche Größe erreichen, die dem Netzwerk gefährlich werden könnte. Zweckmäßig gibt man daher dem Kanal 2 in Richtung auf das maschinenbreite Sieb eine anwachsende Querschnittsfläche, so daß ein gewisser Raum für die Expansion des Fasernetzwerkes zur Verfügung steht

Die in Richtung auf das maschinenbreite Sieb abnehmende Wandergeschwindigkeit des Fasernetzwerkes hat den positiven Effekt daß das Netzwerk in dieser Bewegungsrichtung etwas zusammengedrückt wird. Dies ermöglicht einen ausgleichenden Effekt auf die Feinstruktur der fertiggestellten Papierbahn bzw. des dann später gebildeten Papierblattes. Infolge der

so hohen mechanischen Festigkeit des Fasernetzwerkes wird das Abfließen dieses Netzwerkes nicht instabil. Beim Ausfließen aus dem Kanal 2 kann das Faserne'.zwerk in beliebigem Winkel auf die horizontale Ebene des ivfaschinensiebes auftreffen. Unter Umständen kann man sogar wegen des hohen Trockengehaltei des Fasernetzwerkes, der ja bereits in dieser Stufe gegeben ist, die Fasernetzwerkbahn unmittelbar auf einen Preßfilz führen. Es ist ferner möglich, die Bahn zwischen zwei Filze oder eine andere Einrichtung zum Behandeln der Bahn im Sinne ihres Weitertransportes in eine Presse oder in eine andere Entwässerungseinrichtung zu leiten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Herstellung einer Faserstoffbahn aus einer Stoffsuspension, deren Konzentration wenigstens der doppelten Sedimentationskonzentration des Faserstoffes entspricht, mit einem Verteiler für den Stoff, der aus einem Stoffzuführungsrohr besteht, das ringsum mit mehreren radial verlaufenden Auslässen für Verbindungsleitungen versehen ist, die zu dem maschinenbreiten Stoffzuführungskanal einer Bahnbildeeinrichtung führen, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffzuführungsrohr (6) eine konvergierende, die Strömung der Stoffsuspension beschleunigende Austrittsverengung (5) aufweist, welche in eine Verteilerkammer mit einer der Austrittsverengung (5) gegenüberliegenden Auftreffwand (7) mündet, die ringsum von den radial verlaufenden Auslassen (8) der Verbindungsleituneen umgeben ist, und daß die Verbindungsleitucgen (8) auf eine weitere, dem Kanal (2) zugeordnete Auftreffwand (7') mit Offnungen (5') münden, die einen Durchmesser gleich oder kleiner als die dreifache mittlere Faserlänge haben.

   kontinuierlichen Faserstoffbahn begünstigt wird. Ausgegangen wird von einer Konzentration, die wenigstens der doppelten Sedimentationskonzentration des Faserstoffes entspricht Die Sedimentationskonzentration ist durch die Formel