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Kennwort: "Isobare Bahr,bildung'
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Papiermaschine Die Erfindung betrifft eine Papiermaschine mit zwei
endlos umlaufenden, in der Entwässerungszone zueinander konvergierenden Oberflächen,
von welchen mindestens eine wasserdurchlässig ist, und die hierbei über eine gemeinsame
Wegstrecke gekrümmt sind, wobei die radial außerhalb liegende Begrenzungsfläche
die Oberfläche eines flexiblen endlos umlaufenden Bandes ist, und innerhalb der
Entwässerungszone außerhalb des äußeren Bandes mindestens eine zu diesem hin offene
Saugkammer angebracht ist.
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Solche Papiermaschinen sind bekannt aus den DE-AS 25 51 515 und DE-PS
25 Ol 534 sowie der US-PS 3 876 498.
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Bei solchen Papiermaschinen wird die Papierbahn zwischen zwei sich
gleich schnell konvergierend zueinander bewegenden Begrenzungsflächen gebildet,
von denen mindestens eine wasserdurchlässig ist (Sieb, gelochte Walze) und mindestens
eine ein in Längsrichtung gespanntes Band ist, während die andere im wesentlichen
unnachgiebig einer gegen die erste Begrenzungsfläche hin konvex gekrümmten Bahn
folgt.
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Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde: Das äußere gespannte
Band übt im gekrümmten Bereich einen Druck auf die zwischen die Begrenzungsflächen
einlaufende Pasersuspension aus. Die-S ser Druck hat die Größe p = r , wobei p der
auf die Suspension ausgeübte Druck (in Pa), S die Siebspannung (N/m) und r der.
örtliche Krümmungsradius (m) des äußeren Bandes sind. Da bei Entwässerung während
des Verlaufes der beiden Begrenzungsflächen in der zylindrischen
Bahn
eine Annäherung der Bänder stattfindet und nach Beendigung der R.ntwasserung die
beiden Bänder parallel zueinander weiterlaufen, ist es praktisch gar nicht möglich,
das äußere Band mit konstantem KrUmmungsradius, d.h. mit konstantem Anpreßdruck,
huber den Umschlingungsbogen auf die Suspension einwirken zu lassen. Außerdem kommt
bei der Krümmung um eine horizontale Achse die Scbwerkr£t ins Spielt d.h. allein
durch die Wiveauunterschiede im Bahnverlauf stellt sich im Suspensionsspalt ein
in Laufrichtung variabler Druck ein, welcher im Verein mit dem durch die Entwässerungscharakteristik
bedingten Krümmungsverlauf des äußeren Bandes zu Relativbewegunmder fließfähigen
Suspension zwischen den flachen entlang den herrschenden Druckgradienten führt.
Solche Druckgradienten gibt es in bzw. entgegen der Laufrichtung und auch quer dazu
in Richtung auf den zur Atmosphäre hin offenen Suspensionsrand zwischen den Begrenzungsflächen.
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Ebenso findet in der Regel beim Einlauf der Stoffsuspension zwischen
die Bänder ein die Fließgeschwindigkeit mindernder plötzlicher Druckanstieg statt.
Die auf diese Weise verursachte Relativbewegung zwischen bereits am Sieb abgelagerten
Fasern und freier Suspension führt zum Aufrollen und Eindicken von Faserbündeln
während der Bahnbildung, welche in der fertigen Papierbahn als Flokken und Knoten
sichtbar werden. Die erzeugten Flocken und Knoten werden umso größer und dicker
je langfaseriger der Stoff ist und je größer der zurückgelegte Relativweg zwischen
bewegten Suspensionselementen und gebildeter Bahn wird. Jedes freie Suspensionselement
unterliegt beim Durchlaufen der gekrümmten Entwässerungszone einer sich mit dem
Druckgradienten verändernden Beschleunigung b. Der Verschiebeweg relativ zu den
begrenzenden Oberflächen, welche sich dabei ergibt, ist unter Vernachlässigung der
Reibung s = 2 b/2 t2, wobei t die Durchlaufzeit jeder Teilstrecke im gekrümmten
Bereich ist.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, Relativbewegungen
zwischen den Begrenzungsflächen und fließfähiger Suspension zu unterbinden bzw.
auf ein erträgliches Maß zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß außerhalb des
äußeren flexiblen Bandes eine oder mehrere Unterdruckkammern angebracht sind, in
welchen ein Druck erzeugt wird, welcher der 5 durch das äußere Band erzeugten örtlichen
Druckhöhe p = S plus r der geodätischen Druckkomponente über dem Einlaufspalt annalernd
die ,çaage hält.
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Also für wörter oberhalb des Einlaufspaltes: Druck in der Kammer PK
=r Pgeod.
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und für Orter unterhalb des Einlaufspaltes: Druck in der Kammer PK
= -3 + / Pgeod Auf der anderen Seite soll der Unterdruck auch verhindern, daß seitlich
zwischen den Begrenzungsflächen Suspension ausgequetscht wird. In diesem Fall müßte
die Höhe des notwendigen Unterdruckes unabhängig von der geodätischen Höhendifferenz
stets r betragen.
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Weil die Höhe des Spaltes zwischen den beiden Begrenzungsflächen bereits
unmittelbar nach Entwässerungsbeginn rasch abnimmt, wird es in der Regel nicht notwendig
sein, der seitlichen Abdichtung in größerer Entfernung vom Einlaufspalt besondere
Beachtung zu schenken. Man wird den Unterdruck in den Kammern eher nach dem Druckverlauf
in Bewegungsrichtung einstellen, welcher im Anfangsbereich auch den vollen Druckausgleich
zum Rande hin erzeugt.
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Durch die Erfindung wird also eine Papiermaschtne mit annähernd isobarer
Bahnbildungszone erreicht.
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Eine erste Annäherung an den angestrebten Zustand einer druckgradientenfreien
Entwässerungszone erhält man nach einem zweiten Gedanken dadurch, daß im Umschlingungsbereich
auf der Außenseite des äußeren Bandes mindestens eine Unterdruckkammer angebracht
ist, welche mit einem Unterdruck beaufschlagt ist, welcher dem durch die Bandspannung
auf die Suspension ausgeübten mittleren Überdruck
entspricht und
diesen somit weitgehend kompensiert. Eine totale Ausschaltung von Druckgradienten
ist in vielen Fällen gar nicht erforderlich, weil die Suspension eine geringe innere
Netzwerkfestigkeit hat,und erst nach deren verwindung durch ausreichend hohe Druckgradienten
kommt es zu Verschiebungen der Suspension gegenüber den Begrenzungsflächen. Erst
wenn diese Verschiebungen ein bestimmtes Maß erreichen, entstehen größere Störungen
im Gefüge der Bahn. Es wird also schon oft eine sehr merkliche Verbesserung erreicht,
wenn der Unterdruck in der Vakuumkammer nur eine Annäherung an den Idealzustand
vollständiger Kompensation bringt.
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Der günstigste Bereich des aufzubringenden Unterdruckes ist zwischen
1/3 . J bis 5/2 5 r s wobei die geodätische Höhe zunächst unberücksichtigt bleibt.
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Ist die innere Begrenzungsfläche kreiszylindrisch gekrümmt und findet
am Beginn des Spaltes zwischen den Flächen eine heftige Entwässerung statt, hat
dies zur Folge, daß der Radius des äußeren Bandes zunächst sehr groß ist und sich
erst allmählich an den Zylinderradius der Innenfläche annähert. In dieser Zone veränderlichen
Radiuses soll das Vakuum. entsprechend der Zunahme der Krümmung allmählich anwachsen.
Dies wird dadurch erreicht, daß in diesem Bereich veränderlichen Radiuses mehrere
schmale Uakuumkammern angebracht sind, in welchen der Druck analog zur Radiusverkleinerung
abnimmt.
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Es läßt sich zwar in jeder Kammer der Unterdruck mittels einer regelbaren
Luftabsaugung einstellen, Jedoch kann diese aufwendige Lösung durch ein einfaches
Labyrinth ersetzt werden. Dieses Labyrinth besteht aus einer Serie von gegen das
äußere Band hin offenen Kammern, deren Begrenzungswände einen geringen Abstand zur
äußeren Bespannung besitzen. Eine Luftabsaugung findet nur in jener Kammer statt,
in welcher der größte Unterdruck herrschen soll. Im Labyrinth baut sich dieser Unterdruck
von Kammer zu Kammer ab, und durch richtige Bemessung der Breiten der Kammern, der
Spalte an den Begrenzungswänden und der abgesaugten Luftmenge läßt sich der gewünschte
Druckverlauf über dem äußeren Band herstellen.
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In vielen Fällen ist im Bereich des Bandauslaufes aus der letzten
Vakuumzone kein Labyrinth notwendig, so daß hier ein direkter Übergang vom maximalen
Unterdruck zur Atmosphäre erfolgt. In dieser letzten Zone wird auch die gesamte
gegebenenfalls durch das obere Band hindurch entwässerte Flüssigkeitsmenge gesammelt
und abgeführt. Zwischen dieser Zone und der Atmosphäre ist ein Drosselspalt vorgesehen,
in welchem eine Luftströmung stattfindet, die an der äußeren Bespannung haftende
Tropfen entgegen der Laufrichtung mitreißt und in die Vakuumzone hineinfördert.
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Die Vakuumzone erfüllt also auch noch die Nebenfunktion an der äußeren
Bespannung anhaftendes Wasser berührungslos abzustreifen und dadurch komplizierte,
Verschleiß erzeugende Abstreifelemente zu eliminieren.
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Dieser Drosselspalt hat nach einem weiteren Gedanken eine Höhe von
0,5 bis 5 mm und eine Länge in Laufrichtung von 10 bis 100 mm.
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Durch diese vergrößerte Spaltlänge in Laufrichtung wird einerseits
die Förderwirkung für Wassertropfen erhöht und andererseits die Leckluftmenge vermindert.
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Mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden mit Bezug
auf die Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen: Fig. 1 eine Ausführung> bei
welcher einem Langsiebteil eine isobare Doppelsiebentwässerungszone nachgeschaltet
ist, und Fig. 2 eine Ausführung, bei welcher der Stoffstrahl sofort zwischen zwei
umlaurenden, konvergierenden Flächen erfaßt wird.
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In Fig. 1 erzeugt ein Stoffauflauf 1 einen maschinenbreiten Stoffstrahl
2, welcher auf den horizontalen Teil 3 eines über Walzen 4, 5, 6, 7 umlaufenden
endlosen Siebbandes 8 aufgegeben wird. Durch das Siebband 8 wird im Abschnitt 3
ein Teil des im Strahl 2 enthaltenen Wassers abgeführt. Der größte Teil des restlichen
Suspensionswassers
wird im Bereich des gekrümmten Stütztisches 9 durch das äußere Siebband 10 hindurchgedrückt
und in die Unterdruckkammer 11 hinein entwässert. Durch seitliche Ausläufe 12 verläßt
das Wasser die Kammer 11. Das Obersieb 10 läuft in einer endlosen Bahn um Walzen
1), 14, 15 und 16. Vier senkrechte Wände 17, 18, 19, 20 am Einlaufende der Kammer
11 weisen an ihrem unteren Ende einen endlichen Spalt zum Obersieb 10 auf, und in
den Labyrinthkammern zwischen den genannten Wänden 17 bis 20 baut sich allmählich
der Unterdruck auf, welcher in der Kammer 11 sein Maximum erreicht. Eine Dichtlippe
21 ist ebenfalls berührungslos mit engem Spalt zum Sieb 10 angeordnet. Unter dieser
Lippe verläßt das Sieb 10 den Unterdruckbereich der Kammer 11. Die feuchte Papierbahn
22 wird vom Untersieb 8 abgenommen und der weiteren Verarbeitung zum Fertigprodukt
zugeführt. Anstelle des gekrümmten Tisches 9 kann natürlich auch eine rotierende
Walze zur Situmlenkung in der Entwässerungszone eingesetzt werden, welche entweder
eine geschlossene Oberfläche aufweist oder aber eine Saugwalze ist.
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In Fig. 2 gibt ein Stoffauflauf 101 einen Stoffstrahl 102 zwischen
ein inneres Band 105 und ein äußeres Band 104. Das innere B&nd 105 läuft endlos
um Walzen 105, 106, 107 und 108. Das Band 104 läuft über Walzen 109 110 und 111
sowie über eine feststehende Führungsleiste 112. Die Bänder 103 und 104 können Siebe
oder Filze sein oder aus einem sonstigen flexiblen Material bestehen.
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Mindestens eines von ihnen muß wasserdurchlässig sein. Ist das innere
Band 105 allein wasserdurchlässig, dann muß auch die Walze 105 eine wasserdurchlässige
Oberfläche besitzen und mindestens im Bahnbildungssektor 113 besaugt sein.
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Eine äußere Unterdruckkammer 114 ist im Bereich des Bahnbildungssektors
angeordnet und in mehreren Kammern 115> 116, 117 und 118 geteilt. Die Kammer
118 ist mit einer Luftabsaugung 119 verbunden. Die Begrenzungswände zwischen den
Kammern 115 bis 118 sowie die äußere obere und untere Begrenzungswand des Kastens
114 haben einen geringen Abstand zum Band 10ß* Ebenso sind die Kammern stirnseitig
verschlossen bis auf einen engen Spalt zum Band 104.
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Die Kammerobreite entspricht der Strahlbreite. Ist die äußere Bespannung
104
wasserdurchlässig, so besitzt Jede Kammer 115 bis 118 Je einen Wasserauslauf 120,
121, 122, 12), durch welchen das Wasser so abgeleitet wird, daß keine atmosphärische
Luft in die Kammern eintreten kann. Die Leiste 125 hat in Laufrichtung eine Breite
von ca. 10 - 100 mm. Bei der Trennung der Bänder 105 und 104 verbleibt die feuchte
Papierbahn auf der Bahn 105 und wird bei 126 abgenommen und weiteren Aggregaten
der Papiermaschine zugeführt.
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Ohne Band 105 und Walzen 106, 107, 108 kann die Maschine ebenfalls
ausgeführt werden. Dabei kann die Walze 105 alternativ ein von innen im Bereich
115 besaugter Rundsiebzylinder sein oder eine Walze mit geschlossener Oberfläche.
In letzterem Fall muß dann das Band 104 wasserdurchlässig sein (Sieb).
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Weitere Varianten, beispielsweise die Anwendung der Unterdruckkammer
über dem äußeren, gekrümmten Band als Zusatzeinrichtung zu bekannten DoppelsiebSormernJliegen
im Rahmen des Erfindungsgedankens und werden nicht näher beschrieben.
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