DE2319906A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines kontinuierlichen materialbandes aus faserpartikeln - Google Patents

Description

Dr. O. Loe enbsck
3 bioieLid, Htviiordsr Singe U

Firma A. AHLSTRÖM OSAKEIHTIÖ, Efoormarkku, Finnland

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines kontinuierlichen Materialbandes aus Faserpartikeln

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Herstellung eines kontinuierlichen Materialbandes aus Faserpartikeln, ausgehend von einer Suspension faseriger Partikel, deren Konzentration mindestens gleich der doppelten Sedimentkonzentration der Faserpartikel ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die industrielle Herstellung von Papier insgesamt geschieht auf die gleiche Weise, die praktisch zu Beginn des 19· Jahrhunderts eingeführt wurde. Lediglich die Größe der Maschinen und deren Arbeitsgeschwindigkeit sind gewachsen. Das Anwachsen der Größe und der Geschwindigkeiten der Maschinen haben eine immer größere Genauigkeit in der Herstellung der Maschinenteile, erfordert. Hierdurch sind die Herstellungskosten sehr stark gestiegen, so daß jetzt die Investitionskosten für eine moderne Zeitungsdruckmaschine mit zugehörigen Einrichtungen und Baulichkeiten etwa 50 Millionen Dollar betragen. Ein beträchtlicher Teil der Eosten für die Maschine muß für das sogenannte nasse Ende der Maschine, d.h. das Verteilungssystem der Suspension, den Kopfkasten und den Siebbereich aufgewendet werden.

309843/0539

Am sogenannten nassen Ende der Maschine findet im Prinzip bei der üblichen Blattbildung folgendes statt:

Die Fasersuspension, d.h. die mehr oder weniger frei fließende aus Fasern in Wasser gebildete Pulpe, wird grob über die Maschinenbreite durch ein Verteilersystem, beispielsweise einen Querverteiler, verteilt.. Im sogenannten Kopfkasten besteht die Aufgabe, die Fasern möglichst gleichmäßig selbst im Mikrobereich mit der Hilfe von irregulären Bewegungen, insbesondere der Turbulenz, in dem Transportmedium zu verteilen. TJm Unvollständigkeiten in diesem Verteil er system auszuschalten, werden meist eine Anzahl (2 bis 5) perforierter Bollen in die Strömungsbahn gelegt. Solche Unvollständigkeiten können beispielsweise ein schräges Geschwindigkeitsprofil im Kopfkasten sein, das zusätzlich dazu, daß es direkt ein ungleichmäßiges Oberflächengewichtsprofil über die Papierbahn ergibt, indirekt auch noch die Ursache für eine unstabile Strömung mit sehr groben Turbulenzunterschieden ist, was besonders im Siebbereich sichtbar wird und hier die Blattbildung stört. Aus mechanisch-geometrischen Gründen haben die Fasern in der Suspension die Tendenz, zu konglomerieren. Die Aufgabe der perforierten Rollen ist es auch, turbulente Scherkraftelder zu schaffen, die die Bildung von Faserflocken mittels der zerreißenden Scherkräfte verhindern sollen. Infolge der Tendenz der Fasern zur Flockenbildung, die besonders stark bei erhöhten Konzentrationen ist, kann eine höhere Faserkonzentration als etwa 0,5% nicht benutzt werden, wenn einigermaßen annehmbares Papier· hergestellt werden soll. 0,5% bedeuten 5 S Fasern pro Liter bzw. kg Wasser.

Die Suspension wird aus dem Kopfkasten, im besten Fall mit gleichmäßig verteilten Fasern, durch einen schmalen Schlitz in einem horizontalen Strahl abgegeben, der auf einem Siebband, d.h. einem mehr oder weniger durchlässigen Metall- oder Kunststoff gewebe, landet, das sich mit der gleichen Geschwin-

3098A3./0639

_ 3 —

digkeit wie der Strahl "bewegt. Die Dicke des Strahles kann von. 10 bis zu und über 50 mm variieren. Auf dem Siebband soll der größte Seil des Wassers beseitigt werden. Bevor alle Fasern in einem Faserbett festgesetzt sind, muß die Konzentration von 0,5 bis zu etwa 10% gesteigert werden· Bei einer Strahlhöhe von 40 mm und einer anfänglichen Faserkonzentration von 0,5% bedeutet dies, daß etwa 40 1 Wasser pro Quadratmeter Siebband entfernt werden müssen und daß dies bei den heutigen Maschinengeschwindigkeiten innerhalb eines Zeitraumes von etwa einer Sekunde zu geschehen hat. Die Entwässerung gesärLeht mit verschiedenen Arten von Entwässerungsvorrichtungen, die entsprechend den unterschiedlichen Umständen die Blattbildung sowohl verbessern als auch verschlechtern können. In jedem Fall ist dieses Verfahren sehr schwer zu kontrollieren. So hat, wenn der Strahl auf dem Siebband landet, das Bett die gleiche Geschwindigkeit wie der Strahl selbst. Die heutige Blattbildung kann man daher mit einem Sedimentationsvorgang vergleichen, wobei es im Hinblick auf die Entwässerungsvorrichtungen praktisch eine erzwungene Sedimentation ist. Das Blatt baut sich von unten her in einer solchen Weise auf, daß das verbleibende Wasser praktisch durch das gesamte Blatt hindurch abgeführt werden muß. Die ankommenden Fasern haben eine vorbestimmte Verteilung infolge ihrer Größe und es kommt immer ein größerer oder kleinerer Anteil von Feinfraktion vor, bei dem die Fasern oder eher die Faserfragmente so klein sind, daß sie mit dem Wasser in die Drainage abgeführt werden. Der Bückbehalt, d.h. der Teil der Fasern, der auf dem Siebband verbleibt, beträgt oft nur 50% oder noch weniger. Hierdurch ist auch immer eine gewisse Zweiseitigkeit bei dem gebildeten Blatt bzw. Bogen zu beobachten, d.h., daß im Bodenbereich des Blattes eine Verarmung an Feinmaterial vorhanden ist, während derartiges Feinmaterial gegen die Oberseite des Blattes hin immer häufiger vorkommt.

309843/0539

Diese Zweiseitigkeit tritt besonders markant hervor, wenn noch Füllstoffe, wie "beispielsweise Ton bei bestimmten Zeitungspapierqualitäten, hinzugefügt werden. Diese Zweiseitigkeit tritt auch bei Papier enthaltenden Holzpulpen, beispielsweise für die Zeitungsherstellung, auf, bei denen ein hoher Prozentsatz von Feinfraktion sich in dem Fasermaterial befindet, was dann unterschiedliche Druckeigenschaften für die beiden Seiten des Blattes ergibt. Der oben beschriebene, mit einer Sedimentation vergleichbare Blattbildungsvorgang ergibt ein Blatt mit einer speziellen zweidimensionalen Struktur. Infolge der geometrischen Form der Fasern (Länge 1 bis 5 ¹²¹¹¹J Durchmesser 30 bis 50/0 sedimentieren alle Fasern so, daß sie sich parallel mit dem Bogen ablegen. Es kann gesagt werden, daß das Blatt aus einer Anzahl von parallelen Schichten aufgebaut ist, die natürlich unterschiedliche Charakteristiken des Papieres bezüglich Festigkeit, Steifigkeit u.dgl. bewirken.

Zu dem oben in seinen Grundzügen dargestellten Blattbildungsverfahren gibt es die eine oder andere unwesentliche Variation, insbesondere in der niederbringung der Faserpulpe auf ein Drahtgewebe. Wenn die Entwässerung so lange stattgefunden hat, daß die Festigkeit des gebildeten Bogens es erlaubt, es vom Siebband abzuheben, wird es zu der Preßzone transportiert, in der weiter Wasser entfernt wird« Der endgültige Trockengehalt des Papieres wird dadurch eingestellt, daß das Papier an einer Anzahl von erhitzten Zylindern getrocknet wird.

Gemäß dem älteren Vorschlag des Anmelders in der Patentanmeldung P 21 29 7Ί7·6> wird nun bei der Bildung einer kontinuierlichen Materialbahn von einer hochkonzentrierten Suspension von Faserpartikeln ausgegangen und es wird die Suspension durch verschiedene öffnungen verteilt und ausgegossen, die in Reihe mit hinter--jeder öffnung liegenden Ablenkungen angeordnet sind, woraufhin der Strom von einer Öffnung über eine Anzahl von nachfolgenden .öffnungen mit kleinerem Durch-

309843/0539

messer verteilt wird, woraufhin die turbulente Strömung in einer Dämpfungszone in einen Strom von einer konsolidierten, dreidimensionalen Vernetzungsstruktur der faserigen Partikel umgewandelt wird.

Es ist dabei auch schon vorgeschlagen worden, die Fasersuspension zunächst in verschiedene Reihen und parallel angeordnete Einheiten zu verteilen, die eine rohrförmige Kammer mit einer Verengung beinhalten sowie einer Prallfläche hinter der Verengung und ferner verschiedene radiale Auslässe mit schmaleren Durchmessern rand um die Prallfläche. Daran anschließend ist jeder Auslaß der letztgenannten Einheiten jeweils einem Einlaß einer Querreihe von Einlassen in der Blattbildeeinrichtung verbunden. Um eine befriedigende Blattbildung ohne Streifen in den vollendeten Blatt zu erhalten, soll bei einer derartigen Vorrichtung eine zweiseitige Speisung des Suspensionsstromes erfolgen, d.h. zwei Eeihen von auf diametralen gegenüberliegenden Seiten der Blattbildeeinrichtung angeordneten Lochreihen werden benutzt, so daß die Ströme sich treffen und unmittelbar vor dem Einlaßkanal vermischt werden. Eine solche zweiseitige Speiseeinrichtung darf jedoch nicht unmittelbar über ein Sieb- oder ELlzband gelegt werden, da die Einlaßleitungen der unteren Lochreihe ja praktisch den Raum einnehmen wurden, der für das Siebband erforderlich ist, das parallel zu und direkt unter dem Auslaßkanal verlaufen muß.

In einer anderen Ausführungsform des älteren Vorschlages ist die Einrichtung für die Verteilung der Suspension sowie die eigentliche Blattbildeeinrichtung in einer Kompakteinheit zusammengefaßt, in der die Verteileinrichtung einen Querverteiler mit einer Reihe von Öffnungen längs seiner Längsseite beinhaltet, -von denen eine jede sich in einen scheibenförmigen Hohlraum öffnet, wobei eine Anzahl am Umfang angeordneter Öffnungen mit kleinerem Durchmesser in regelmäßigen Abständen voneinander vorgesehen sind. Diese am Umfang angeordneten

3G98A3/Ö539

- to -

öffnungen bilden zwei parallele Lochreihen, die übereinander angeordnet sind, welche Reihen dann zu einer Kammer führen, die in zwei übereinanderliegende Zonen durch eine Abtrennung geteilt ist, die sich ein wenig in den Auslaßkanal hinein erstreckt, in dem die Ströme von den beiden Reihen von Löchern wieder vereinigt werden. Diese Anordnung arbeitet somit ebenfalls mit einer zweiseitigen Zuspeisung der Suspension, auch wenn die Form deutlich kompakter ist als im vorhergehenden Ausführungsbeispiel.

Die geschilderten Anordnungen sind relativ empfindlich für ein Blockieren dank der Tatsache, daß die Pulpe durch immer schmaler und schmaler werdende Bohrungen getrieben werden muß, wenn deren Anzahl auch entsprechend der Querschnittsverringerung vergrößert wird«. Das Blockieren ergibt dann Streifen und damit eine ungeeignete Papierqualität.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine "Vorrichtung zur Bildung von kontinuierlichem Bahnmaterial aus faserförmigen Partikeln zu. schaffen, bei dem die Blockierungstendenz einer hochkonzentrierten Pulpe aus-geschaltet wird und bei dem die Suspension ohne weiteres auch nur von einer Seite zu der Kammer gefördert werden kann, wobei die Vorrichtung es ermöglicht, eine einwandfreie Ablage auf dem Siebband zu gewährleisten und die Anordnung insgesamt in der Punktion noch sicherer und im konstruktiven Aufbau noch bedeutend einfacher ist.

Die erfindungsgemäße Lösung bezüglich des Verfahrens besteht im wesentlichen in folgenden Verfahrensschritten:

Die hochkonzentrierte Suspension wird über zahlreiche parallel gekoppelte Auslässe oder Kanäle verteilt und durch sie hindurchgesprüht, in denen die Geschwindigkeit der Suspensionsstrahlen gesteigert wird, danach werden die Suspensionsstrahlen mit hoher Geschwindigkeit in zumindest eine Kammer gesprüht, in der die Strahlen wieder vereinigt und abgelenkt

309843/0539

werden. Daraufhin wird der Suspensions strom wieder "beschleunigt und erneut abgelenkt, und schließlich wird die Turbulenz dann verringert, um eine konsolidierte dreidimensionale Vernetzungsstruktur der Faserpartikel vor ihrer Ablage zu schaffen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die hochkonzentrierte Pulpe mittels eines Querverteilers üblicher Bauart durch eine Reihe von parallel angeordneten Kanälen gespeist^ deren Auslässe sich zu einer Reihe von Schlitzen verjüngen, durch die die Pulpe mit hoher Geschwindigkeit in eine für alle diese Kanäle gemeinsame Kammer gespeist wird, in der der beschleunigte Strom wieder durch eine Verengung zur Beschleunigung des Stromes nach seiner Umlenkung getrieben wird, bevor er im Bodenbereich der Kärntner wieder umgelenkt wird und in einen Auslaßkanal gefördert wird, in dem die Strömung sich beruhigen kann, bevor die darin konsolidierten dreidimensionalen Vernetzungsstrukturen abgelegt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet somit zwei Geschwindigkeitssteigerungen und zwei änderungen der Strömungsrichtung der Suspension, bevor man diese Strömung sich beruhigen läßt, wobei die zweite Drosselung und damit Beschleunigung entsprechend der Konzentration der Pulpe, der Geschwindigkeit und der Art der Fasern einstellbar ausgebildet ist.

Das Wesentliche ist es, einen ausreichend hohen Druckabfall Δ P über ein ausreichend geringes Volumen V zu erhalten, um damit die erforderliche Kraftdichte £ zu erreichen. Es gilt die nachfolgende Gleichung: £ » Δ PQ/V, worin Q das Durchflußvolumen ist·

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist, um einem Verstopfen der Einlaßöffnungen der Kanäle durch die Fasern nach Möglichkeit entgegenzuwirken, der Querverteiler diagonal in bezug auf die Kanäle angeordnet, so daß die Kanäle mit dem Querverteiler in einem

309843/0539

Diagonal winkel angeordnet; sind, wodurch die Eintrittsfläche der Einlaßöffnungen in dem entsprechenden Ausmaß vergrößert wird.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,

Pig. 2 einen Teilschnitt gemäß Schnitt II - II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine die Suspension hoher Konzentration verarbeitende Blattformeinrichtung 2 über einem Sieb- oder Filzband 1 angeordnet. Die Einlaßseite der Blattformeinrichtung 2 ist schräg ausgebildet, so daß auch der daran befestigte Querverteiler 3 in schrägem Winkel zur Längsachse von Kanälen 5 in der Blattformeinrichtung angeordnet ist. Da die Einlaßseite der Blattformeinrichtung 2 schräg ist, sind auch die Einlaßflächen der Kanäle 5 schräg und sie haben damit eine größere Einlaßfläche, die die Gefahr von Flockenbildungen im Einlaßbereich herabsetzt. Die Kanäle 5 sind zylindrisch, wechseln jedoch ihre Querschnittsform in dem Abschnitt 6 in eine mehr und mehr abgeflachte Form, und am Auslaß 7 sind sie zu in der horizontalen Ebene liegenden länglichen Öffnungen geworden, die im unteren mittleren Bereich eine kleine Ausbuchtung haben, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich. Der Zweck der Abflachung der Kanäle 5 ist es, sie gleichförmig seitlich in die Kammer 11 zu verteilen. Die Ausgestaltung nach Fig. 2 hat sich in der Praxis als sehr vor-

30984 3/0539

teilhaft erwiesen. Die Kanäle 5 mit ihren Abschnitten 6 liegen längsseitig nebeneinander und in derselben Ebene und sie enden alle in der Querkammer 11, die eine besondere Formgestaltung hat. In der Kammer 11 treffen die in den Kanalabschnitten 6 beschleunigten Strahlen der Suspension zunächst eine Wandfläche 9, die den Suspensionsstrom um etwa 90° nach unten in die Kammer 11 ablenkt. Der abgelenkte Suspensionsstrom wird dann durch eine Verengung 8 in der Kammer 11 hindurchgetrieben, wodurch die Geschwindigkeit der Strömung stark gesteigert wird, und danach wird dieser Strom dann erneut um 90° abgelenkt, sobald er auf die Bodenfläche 10 der Kammer 11 trifft. Danach wird dann die turbulente Strömung in einen Auslaßkanal 12 geführt, in dem die Turbulenz sich beruhigen kann, so daß eine verdichtete dreidimensionale Vernetzungsstruktur von den Faserpartikeln gebildet wird. Die Stoffbahn 13 wird dann schließlich auf dem Sieb- oder Filzband 1 abgelegt.

Somit wird der Suspensionsstrom 4 zunächst über eine Anzahl von Kanälen 5 verteilt, in denen die Geschwindigkeit der Suspensionsstrahlen in den Kanalabschnitten 6 gesteigert wird, wonach die Strahlen dann mit hoher Geschwindigkeit in die gemeinsame Kammer 11 eingesprüht werden, in der sich die Strahlen wieder vereinigen und abgelenkt werden, worauf die Geschwindigkeit des Suspensionsstromes wiederum gesteigert und eine erneute Ablenkung erfolgt, um die Intensität der Turbulenz zu steigern und andererseits auch die Unterschiedlichkeit ihrer Stärke zu verringern, so daß die Fasern sich selbst frei bei einer Beruhigung der Turbulenz in dem Auslaßkanal 12 in einer dreidimensionalen Vernetzungsstruktur anordnen können. Die Länge des Auslaßkanales wird vorbestimmt oder in üblicher Weise so eingestellt, daß die Vernetzungsstruktur Zeit zur Verfestigung hat, bevor die Stoffbahn 13 dann auf dem Sieb- oder Filzband 1 abgelegt wird.

309843/0539

In Wasser suspendierte lasern haben die Tendenz, zusammenzuklumpen und Flocken zu bilden, also lokale Vernetzungsstrukturen. Diese Tendenz "beruht auf verschiedenen Faktoren. Allen voran steht das hohe Verhältnis von Länge zu,Radius der Fasern sowie die Tatsache, daß die Fasern eine gewisse Starrheit haben, die es ihnen möglich macht, sich aneinander festzusetzen und in diesen verklemmten Stellungen zu verbleiben. Dieser Umstand, der bei der bisherigen Papierherstellung sehr viel Sorge bereitet, wird beim Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unmittelbar zur Blattbildung selbst benutzt. Anstatt daß man versucht, eine Flockenbildung zu verhindern, wird sie bis zum äußerst möglichen erleichtert und in einer solchen Weise durchgeführt, daß eine kontinuierliche Vernewtzungsstruktur dabei herauskommt. Um auf diese Weise eine ganze Stoffbahn zu schaffen, ist es erforderliche, daß der Betrag an Fasern pro Volumeneinheit ausreichend hoch ist, d.h. eine hohe Konzentration vorliegt. Um eine kontinuierliche Vernetzungsstruktur zu erhalten, ist es erforderlich, daß einzelne Vernetzungsstrukturen mit hoher Dichte zerbrochen werden, so daß die einzelnen Fasern als solche die Möglichkeit erhalten, sich frei neue Stellen eben erst in der kontinuierlichen Vernetzungsstruktur, die die Stoffbahn bildet, einzunehmen. Dies bedeutet, daß hohe Scherkräfte vor und bei der Bildung dieser Vernetzungsstruktur vorhanden sein müssen. Hat sich diese kontinuierliche Vernetzungs struktur gebildet, d.h., haben alle Fasern ihren Platz eingenommen, müssen alle zerstörenden Kräfte so schnell wie möglich in Fortfall kommen. Diese Vernetzungsstruktur soll ja dann das Papierblatt bilden, wenn das entsprechende Pressen erfolgt. Die anfängliche Dicke der Vernetzungs struktur bestimmt sich sowohl nach dem Oberflächengewicht des gewünschten Papieres als auch nach der verwendeten Faserkonzentration. Beispielsweise bei einem Oberflächengewicht von 50 s/^m (Zeitungspapier) und bei einer Faserkonzentration von 5% wird diese Dicke 1 mm betragen.

309843/0539

Es wird somit gemäß der Erfindung eine hochkonzentrierte Suspension verwendet, in der die laserkonzentration zumindest gleich der doppelten Sedimentationskonzentration ist, die durch die Formel:

G₃ « 108T{r/l)²

In dieser Gleichung bedeutet Cg die Sedimentationskonzentration, r ist der Faserradius und 1 ist die Faserlänge. Als Beispiel sei erwähnt, daß Cg 0,2 bis 0j4% für ein Kiefernsulfat beträgt 0,6 bis 0,9% für eine mechanische Pulpe. Für das erfindungsgemäße "Verfahren ist Λ bis 6% ein geeignetes Konzentrationsintervall, das bis zum Zehnfachen größer ist als das, was üblicherweise bislang benutzt wird. Dies bedeutet, daß beträchtlich weniger Wasser von der Materialbahn entfernt werden muß, was wiederum in wesentliche geringeren Materialverlusten resultiert.

Eine besonders bevorzugte Faserlänge liegt im Bereich von 1 bis 5 ²⁵³I¹J VlB)Sl ein besonders geeigneter Dickenbereich ist 30 bis 50/c. Bie benutzte Faserart kann innerhalb weiter Grenzen von natürlichen Fasern bis Kunstfasern variieren.

Verglichen mit Blattmaterialien, die nach den früheren Methoden und mit den früheren Vorrichtungen hergestellt wurden, zeigen die dreidimensionalen Bögen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, verbesserte Festigkeit seigenschaften in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Bogens oder Blattes. Es ist faner hervorzuheben, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung wesentlich kleiner und wesentlich billiger als die bislang üblichen Vorrichtungen ist. Das Ausmaß und die Intensität der Turbulenz derart, daß alle Faserflocken zerlegt und verteilt werden, hängt von der Konzentration der Suspension, der Faserart u.dgl. ab. Es ist 3'edoch hervorzuheben, daß die spezielle Einstellarbeit, die für die Bildung der verdichteten Vernetzungsstruktur erforderlich ist, leicht vom Durchschnittsfachmann ohne langwierige Experimente jeweils festgelegt werden kann.

309843/0539

Da die Stoffbahn 13 solion zu Beginn einen honen !Erockengehalt hat und eine relativ gute Festigkeit hat, kann sie direkt auf einem Preßband, zwischen zwei Bändern oder anderen Vorrichtungen zum Transport des Materialbandes zu einer Presse oder zu einer anderen Entwässerungseinrichtung abgelegt werden.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann ein Querverteiler üblicher Bauart ben%utzt werden.

Es ist insbesondere hervorzuheben, daß die Darstellung der Fig. 1 und 3 im Maßstab 1 : Λ gehalten ist. Vergleicht mandie Größen der Kopfkästen nach den Fig. 1 und 3 mit denen üblicher Kopfkästen, zeigt sich klar die als revolutionär zu bezeichnende Verringerung aller Abmessungen. Diese Verringerung erstreckt sich natürlich auch auf alle Hilfseinheiten und Hilfsbaugruppen, die der Kopfkasten für seine Funktion benötigt. Der Grund hierfür hängt davon ab, daß weit mehr konzentrierte Pulpe verarbeitet wird als bislang, d.h.. ein sehr viel geringeres Volumen an Wasserstrom erforderlich ist. So ist sogar die erforderliche Pumpenenergie für die Suspension reduziert und ebenso die Arbeit, die für die Entfernung des Wassers aus der gebildeten Stoffbahn erforderlich ist.

Um ein gleichförmiges Produkt guter Qualität zu erhalten, soll die Suspension bei der Blattbildung eine ausreichende Energie pro Suspensionsvolumeneinheit haben. So könnten Schwierigkeiten bei einer Blattform mit festen Dimensionen und einer Auslegung für hohe Oberflächengewichte entstehen und für entsprechende Geschwindigkeiten, wenn dann mit niedrigen Oberilächengewichten und/oder niederigen Geschwindigkeiten gearbeitet wird. Ein niedriges Oberflächengewicht kann aber mit hoher Geschwindigkeit nur bis zu einer gewissen Grenze kompensiert werden. Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung können jedoch Geschwindigkeiten von 6 bis 14 m/s ohne weiteres mit guten Arbeitsergebnissen noch gefahren werden.

30 98 43/053 9

Für die Belange der Praxis und zum Produzieren von Materialbahnen mit unterschiedlichen Oberflächengewichten ist es somit erforderlich, die Energiedichte so einstellbar zu machen, daß sie den gewünschten Fahrbedingungen, wie Geschwindigkeit, Oberflächengewicht und Konzentration, entspricht. Dies kann auf verschiedene Arten erreicht werden, und eine in diesem Zusammenhang besonders bevorzugte Ausgestaltung ist in Fig. 3 dargestellt.

Die Einrichtung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 zunächst darin, daß die Verengung 8 in der Kammer 11 einstellbar ist, um die Energiedichte pro Suspensionsvolumeneinheit einstellen zu können. Dies wurde dadurch erreicht, daß der Kopfkasten in einen unteren Teil 14, der die Kanäle 5 und 6 beinhaltet, und in einen oberen Teil 15» der in horizontaler Ebene bewegbar auf dem unteren Teil angeordnet ist, zerlegt wurde. Dieser obere Teil 15 bildet zusammen mit dem unteren Teil 14 die Kammer 11 und den Auslaßkanal 12. Der Auslaßkanal 12 ist von dem oberen Teil 15 sowie einer unteren Lippe 19 umschlossen, die aus einer dünnen, mit der Unterseite des unteren Teiles 14 gebildeten Platte besteht. Der obere Teil 15 liegt auf der horizontalen Oberseite des unteren Teiles 14 auf und erstreckt sich nach unten gegen die Lippe 19 und liegt parallel zu ihr. Die Relativbewegung der Teile wird durch Drehen der Schraube 16 erreicht, die in Horizontallage zwischen dem oberen Teil 15 iind einem Widerlager an dem unteren Teil 14 angeordnet ist. Um eine gute Abdichtung in der Kammer 11 zu haben und ihr eine exakt definierte Form zu geben, ist eine Wandung der Kammer von einer federnden Platte 17 gebildet, die eine Dicke von etwa 0,5 bis 1 mm hat und die zwischen Platten 21 und 22 auf der Unterseite des oberen Teiles 15 angeordnet ist. Die federnde Platte 17 ist dicht gegen das untere Teil 14 mit Hilfe eines Schlauches 18 angepreßt, der zwischen der Platte 17 und dem oberen Teil 15 angeordnet und mit komprimierter Luft od.dgl. gefüllt

309843/0539

ist. Für das Bewegen wird der Druck in dem Luftschlauch 17 abgesenkt, das obere Teil 15 wird dann bewegt und der Druck wird dann wieder gesteigert.

Um das Oberflächengewicht bei konstanter Konzentration "verändern zu können, ist es erforderlich, die Höhe des Auslaßkanales zu variieren. Dies wird durch entsprechende Einlegestücke 21 unterschiedlicher Dicke erreicht.

Bei dem Eopfkasten nach Fig. 1 wird die Stoffbahn 13 in einem gewissen Winkel auf dem Sieb- oder Filzband 1 abgelegt. Manchmal stört dies die Blattstruktur in ungünstiger Weise. Darüber hinaus kann unter Umständen der Auslaßkanal 12 für gewisse Art Ton Fasern, bei denen sich die Vernetzungsstruktur besonder schnell bildet, unnötig lang sein. Diese beiden ITachteile können dadurch beseitigt werden, daß die relativ steife und geformte Bodenplatte nach Fig. 1 durch die recht dünne Bodenplatte 17 ersetzt wird. Diese dient gleichzeitig als Boden des Kanales und als Prallplatte. Ihre Funktion ist es in erster Linie, die vertikalen Kräfte in der Kammer 11 aufzunehmen und diese in Richtung auf das Sieb- oder Filzband umzudirigieren. Danach ist die Vernetzungs struktur im wesentlichen in der Lage, auf dem Sieb- oder Filzband abgelegt zu werden. Um die Vernetzungsstruktur nicht unnötig zu beschädigen, sollte der Kanal 12 so iurz wie möglich sein. Für bestimmte Faserarten entwickeln sich die Vernetzungskräfte jedoch relativ langsam. Dann sollte die Bodenplatte 17 vorgezogen werden, so daß der Kanal 12 die gewünschte Länge hat, um der Vernetzungsstruktur die Gelegenheit zu geben, sich zu formen, bevor sie auf das Sieb- oder Filzband abgelegt wird. Das Ablegen geschieht ohne Knickung oder Stufung, wenn die Platte 17 an der Unterseite ein klein wenig schräg ist und der Winkel gegenüber dem Sieb- oder Filzband minimal gehalten wird.

Schafft man bei der hinteren Verengung 8 einen hohen Druckabfall, wird tatsächlich zu einem sehr großen Maß das Oberflä-

309843/0533

chengewichtsprofil hier bestimmt. Dies bedeutet, daß die Funktion des Auslaßkanales 12 im wesentlichen darauf beschränkt ist, die Suspension zusammenzuhalten, bis eine Vernetzungsstruktur gebildet ist. Daher kann man den ojerberen Teil des Auslaßkanales 12 im äußersten Bereich ziemlich weich ausgestalten. Macht man den Auslaßkanal 12 im äußeren Abschnitt weich, kann er der Form des Blattes selbst bei der Ablage auf dem Sieb- oder Filzband folgen und ebenso während der ersten Entwässerung. Die Länge des oberen Teiles des Auslaßkanales · soll so kurz wie möglich sein, jedoch soll die Turbulenz sich ja beruhigen können und die Vernetzungsstruktur muß sich bilden können.

Da das Oberflächengewichtsprofil im wesentlichen in der hinteren Verengung 8 gebildet wird, findet die endgültige Korrektur des Profiles auch an dieser Stelle statt. Diese Korrektur ist bei exakter Herstellung der Vorrichtung nicht groß und kann möglicherweise sogar völlig in Fortfall kommen. In jedem Fall ist sie auf einige wenige Zehntelmillimeter beschränkt. Dies resultiert daraus, daß eine elastische Deformierung einer oder beider Wandungen im Bereich der Verengung 8 in Betracnt gezogen werden kann.

Ist der Querverteiler 3 ausreichend eng, kann man den Baum des Querverteilers 3 mit Klammern 20 oder vergleichbaren Vorrichtungen verändern und damit die Strömungsgeschwindigkeit und den Druck und als Ergebnis damit die Strömung in der Einrichtung und schließlich bis zu einem gewissen Ausmaß auch das Profil des Oberflächengewichtes und die Geschwindigkeit in der eigentlichen Blattformeinrichtung 2. Dies ist jedoch, nur bei einer Blattbildung mit Suspensionen hoher Konzentration gemäß der Erfindung möglich, wo nur geringe Wassermengen vorhanden sind.

Der Kopfkasten gemäß der Erfindung kann auch in einfacher Weise auf die Produktion von Stoffbahnen mit mehreren Schich-

309843/0539

- 231390

ten eingestellt werden, vorzugsweise dadurch, daß zwei oder mehr Kopfkästen mit zugeordneten Kanalreihen und Kammern übereinander angeordnet werden, so daß die verschiedenen Suspensionsströme erst dann vereinigt werden, wenn ihre Turbulenz sich insoweit beruhigt hat, daß eine Vermischung der Schichten nur in ihren Randzonen stattfindet, um die Schichten miteinander zu verbinden.

Das erfindungsgemäße "Verfahren hat sich als besonders geeignet zur Produktion von mehrschichtigem Karton in der üblichen Weise herausgestellt, das heißt, daß zunächst die unterste Schicht abgelegt und zuerst entwässert wird, danach die darauffolgende Schicht abgelegt und wiederum auf die darunterliegenden Schichten entwässert wird. Da bei dem erfindungsgemäßen Kopfkasten mit beträchtlich höherer Konsistenz als früher gearbeitet wird, können-die zwischenliegenden Entwässerungszonen in dem entsprechenden Umfang kürzer gehalten und die Entwässerungsvorrichtungen kleiner und billiger ausgestaltet werden, da eine wesentlich geringere Wassermenge von der Materialbahn entfernt werden muß.

309843/0539

Claims (1)

1. ~ \ ζ —

   Patentansprüche

   1.}Verfahren zur Bildung einer kontinuierlichen Materialbahn aus Paserpartikeln unter Verwendung einer Suspension faseriger Partikel mit einer Konzentration von mindestens der doppelten Sedimentationskonzentration der Faserpartikel, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die hochkonzentrierte Suspension über mehrere parallel liegende Kanäle verteilt wird, dann die Suspensionsstrahlen mit hoher Geschwindigkeit in zumindest eine Kammer eingesprüht werden, in der die Strahlen wieder vereinigt und abgelenkt werden, dann der Suspensionsstrom beschleunigt und erneut abgelenkt wird und danach die Turbulenz beruhigt und damit eine verdichtete dreidimensionale Vernetzungsstruktur der Faserpartikel vor deren Ablegen gebildet wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Fällen der Ablenkung die Suspension um etwa 90° abgelenkt wird, und zwar beim zweiten Mal in entgegengesetzter Richtung zum ersten Mal.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fasersuspension mit einer Faserkonzentration von 1 bis 6 Gewichtsprozent verwendet wird.

   4-, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fasersuspension mit Fasern.einer Länge von 1 bis '5 mm und einer Dicke von etwa 30 bis 50 A verwendet wird.

   5- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Querverteiler (3) mit mehreren parallel liegenden Kanälen (5,6) verbunden ist, deren eines Ende in die Seitenwandung des Querverteilers (3) mündet und deren anderes Ende (7) in eine Kammer (11) mündet,

   309843/0539

   deren den Mündungen gegenüberliegende Wandung (9) eine Prallfläche für die aus den Kanälen (5>6) kommenden Strahlen sowie für deren Mischung in der Kammer (11) bildet, und daß ferner die Auslaßöffnung (7) der Kanäle (5»6) in einer Richtung rechtwinklig zur Lage der Öffnungsreihe abgeflacht ist, um eine gleichförmige Verteilung zu erreichen, und daß ferner die Kammer (11) eine Verengung (8) sowie eine weitere Prallfläche nach der Verengung (8) für eine erneute Ablenkung der turbulenten Suspension aufweist und schließlich ein Auslaßkanal (12) nachgeordnet ist, dessen Länge so groß gehalten ist, daß die IPaserpartikel Zeit haben, eine verdichtete dreidimensionale Vernetzungsstruktur zu bilden, bevor die Materialbahn (13) abgelegt wird.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die längsseitig nebenexnanderliegenden Kanäle (5) einen schrägen Winkel mit der Wandfläche bilden, in der ihre Einlaßöffnungen liegen, derart, .daß die Eintrittfläche der Kanäle (5) vergrößert ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (7) der parallelen, längsseitig nebeneinanderliegenden 'Kanäle (5,6) auf einer Seite in ihrem mittleren Bereich eine Ausbuchtung aufweisen.

   8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung (8) in der Kammer (11) zur Anpassung der Energiedichte an die Konzentration, Geschwindigkeit und Art der Fasersuspension einstellbar ausgebildet ist.

   9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattformeinrichtung (2) in zwei Teile (14,15) geteilt ist, die zusammen die Kammer (11) und den Auslaßkanal (12) definieren und die in- ihrer Relativlage zueinander zur Einstellung der Verengung (8) sowie auch zur Länge und/oder Höhe des Auslaßkanales (12) verstellbar sind.

   30984 37 0539 ■ "

   ΊΟ. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 "bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Prallflächen (9,10) im wesentlichen in rechtem Winkel zu der Suspensions strömung stehen.

   11. Torrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Querverteiler zur Heranförderung identischer oder nichtidentischer Pulpen jeweils durch die zugeordneten Kanäle und Kammern vorgesehen sind, die an einer Stelle in einem gemeinsamen Auslaßkanal vereinigt sind, in dem die Turbulenz der Suspensionsströme soweit beruhigt ist, daß eine Vermischung der verdichteten Vernetzungsstrukturen zumindest in ihren Randschichten zur Abbindung der verschiedenen Schichten untereinander stattfinden kann«

   12. Vorrichtung nach Anspruch 5 ^UELcL 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand (9) gegenüber der Austrittsöffnung (7) der Kanäle (5,6) aus einer federnden Platte (17) gebildet ist, die durch einen mit einem Druckmedium beaufschlagbaren Schlauch (18) an einen gegenüberliegenden Wandteil des unteren Teiles (14) angedrückt ist.

   309843/0539