DE2857473A1

DE2857473A1 - Mikroturbulenz erzeuger fuer den stoffauflaufkasten einer papiermaschine

Info

Publication number: DE2857473A1
Application number: DE19782857473
Authority: DE
Inventors: Strong Chieu-Hsiung Chuang
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1977-10-11
Filing date: 1978-09-28
Publication date: 1980-11-06
Also published as: GB2049752B; CA1084318A; DE2857473C2; FR2445868A1; FI74501C; SE442029B; SE8000568L; FI783092A; NL7815063A; US4133713A; FR2445868B1; GB2049752A; JPS54101905A; FI74501B; BE57T1; EP0002841A1

Description

Unsere Nr. 22 669

The Procter & Gamble Company-Cincinnati, Ohio, V.St.A.

Mikroturbulenz-Erzeuger für den Stoffauflaufkasten einer Papiermaschine.

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Stoffauflaufkasten für eine Papiermaschine und mehr im Einzelnen einen Stoffauflaufkasten mit mindestens einem, neuentwickelten parametrischen Kriterien entsprechenden Mikroturbulenz-Erzeuger, welcher die Mikroturbulenzerzeugung für gegebene Betriebsverhältnisse an der Papiermaschine optimiert. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erlaubt der Bedienungsperson den Mikroturbulenz-Erzeuger während des Betriebes der Papiermaschine näher an die oder weiter weg von der Mündungs-.

fläche des Stoffauflaufkästens zu bewegen.

Eine bedeutende Schwierigkeit bei der Erzielung einer gleichförmigen Ausbildung einer Papierbahn auf einer wandernden Ausbildungsfläche ist die natürliche Tendenz von Fasern auszuflokken, das heisst, sich zu kleinen Faserklumpen oder lockeren Büschein im flüssigen Brei anzusammeln oder zusammenzuballen. Ein angestrebtes Ziel bei einer Langsiebmaschine und im Einzelnen beim Stoffauflaufkasten besteht in der Verteilung der Faservernetzung während des Durchflusses durch den Stoffauflaufkasten derart, dass auf dem Siebband die geringste Tendenz zur Flockenbildung auftritt. Bekannte Lösungen versuchen dies durch Erzeugung von Turbulenzen im Stoffauflaufkasten zu bewerkstelligen.

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Eine massgebliche Beschränkung in der Ausbildung des Stoffauflaufkastens besteht darin, dass die Mittel zur Turbulenzerzeugung in der Faseraufschlemmung zu deren Verteilung grosswellige oder Makroturbulenzen erzeugende Vorrichtungen sind. Mit solchen Vorrichtungen ist es nun möglich, kleinwellige Turbulenzen oder Mikroturbulenzen hervorzubringen, wenn die Intensität der Turbulenzerzeugung erhöht wird. Es sei dem Vorbekannten zugebilligt, dass die Erzeugung der Turbulenzen in Bezug auf die Wellenlänge ein kontinuierliches Spektrum präsentiert.

Aber für den Zweck dieser Ausführung wird allgemein an Mikroturbulenzen gedacht mit einer Wellenlänge im Bereich von 6 mm oder weniger, wogegen bei Makroturbulenzen allgemein an Wellenlängen von ca. 40 mm und mehr gedacht wird. Da die Turbulenzenergie naturgemäss von den grösseren Wellen auf kleinere WeI-len übertragen wird, ist der Betrag der Energieübertragung um so grosser und folglich die ungedaämpften Turbulenzwellen um so geringer, je höher die Intensität ist. Zudem wird eine schädliche Wirkung durch ein übergrosses Mass an hochintensiven langwelligen Turbulenzen erzeugt, namentlich starke Wellen und Störungen in der freien Oberflächenschicht im flüssigen Brei auf dem Siebband. Somit besteht eine generelle Regel bei den Stoffauflaufkästen des Standes der Technik, dass der Wert der Dispersion und die Höhe der Turbulenz im Auslass des Stoffauflaufkastens in enger Beziehung stehen, das heisst, je höher die Turbulenz, um so besser die Dispersion.

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• ο ·

Somit kann man entweder eine Ausführungsform, welche hohe Turbulenzen und somit einen gut verteilten Auslass produziert oder eine Ausführungsform, welche geringere Turbulenzen und somit einen schlecht verteilten Auslass produziert, wählen. Da sowohl eine sehr hohe Turbulenz als auch eine sehr niedrige Turbulenz (und als Folge eine schlechte Dispersion) Fehler in der Blattausbildung auf der Langsiebmaschine verursachen, ist die Art der Stoffauflaufkastengestaltung eine Frage eines geeigneten Kompromisses zwischen diesen Extremen. Es ist somit ein erstes Ziel bei der Gestaltung von Stoffauflaufkästen des Standes der Technik, einen Grad von Turbulenzen zu erzeugen, der hoch genug für die Dispersion jedoch gering genug ist, um freie Oberflächenstörungen während der Bildungsphase zu verhindern. Dieser Kompromiss ist natürlich unterschiedlich für unterschiedliche Arten der Papierherstellung, der Faserkonsistenzen, der Art der Langsiebe, der Maschinengeschwindigkeit u.dgl. Ferner verzichten die meisten der Kompromisse des Standes der Technik entweder auf die bestmöglichste Dispersion oder die bestmöglichsten Strömungsverhältnisse auf dem Siebband.

Die Fehler bei der Blattbildung als Resultat dieser Extreme bei der Gestaltung der Stoffauflaufkästen, das heisst, sehr hohe oder sehr niedrige Turbulenzen, sind besonders ausgeprägt bei Langsiebmaschinen, bei denen die Walzen und Folien durch Saugkästen ersetzt sind. Sind dann die Turbulenzen beispiels-

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- 7'

weise im Ausfluss eines herkömmlichen Stoffauflaufkastens mit Rektifizierwalzen sehr gering, reflektiert die Bildung der
Bahn durch schnelle Entwässerung über den Saugkästen direkt
die schlechte Dispersion im Ausflussstrahl. Sind andererseits die Turbulenzen sehr stark, wird in der freien Oberflächenschicht der Strömung auf dem Siebband als Resultat der Turbulenzen eine Wellenform erzeugt.

Mit der im vorliegenden Fall schnellen Entwässerung der Suspension reflektiert die Bildung der Bahn die Art der Massenverteilung dieser Wellen. Zusätzlich können durch die Wellenformen in der freien Oberflächenschicht übermässige Turbulenzen Luft mitreissen, welche die sich vorher verdichtete Faserbahn auseinanderreissen und so Bildungsfehler verursachen.

Somit sind nicht nur die Extreme der Charakteristiken der bekannten Stoffauflaufkästen ungeeignet, sondern es ist auch

schwierig, für Saugkästen-Langsiebmaschinen geeignete Kompromisse zu finden.

Das US-Patent 3 939 037, Hill, vom 17. Februar 1976 umfasst
ein Verfahren, welches feinteilige Turbulenzen ohne grosswellige Wirbel im Ausflussstrahl hervorbringt durch Hindurchführung der Fasersuspension durch ein System paralleler Kanäle, die gleiehmässig schmal sind, aber prozentual eine grosse Offenfläche besitzen. Diese beiden Bedingungen, gleichmässige

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schmale Kanalform und prozentual grosse Offenfläche sind gemäss der Lehre von Hill kritisch. Somit ist das grösste Mass der Turbulenzen in der Kanalströmung in der gleichen Grössenordnung wie die Tiefe der einzelnen Kanäle. Durch eine geringe Tiefe der einzelnen Kanäle ist das resultierende Mass der Turbulenz klein. Gemäss Hill ist es gleichermassen kritisch, ausgangsseitig eine grosse prozentuale Offenfläche zu haben, um die Entstehung grossteiliger Turbulenzen in der Auslasszone zu verhindern. Dies, weil grosse Festflächen zwischen den Kanälen bestehen, welche die grossteiligen Turbulenzen im Abstrom dieser Flächen erzeugen. Im Konzept von Hill ändern deshalb die Strömungskanäle von einem weiten Eingang zu einem schmalen Ausgang über eine weite Distanz, um Zeit für eine Verminderung der grosswelligen, starken Strömungsstörungen, welehe in der Abströmung im Eingangsbereich erzeugt wurden, auf die im Auslassstrahl erwünschten kleinwelligen Turbulenzen zu gewinnen.

Das von Hill verfolgte Vorgehen besteht somit in einer Abschwächung der grosswertigen Turbulenzen, welche stromaufwärts der Stoffauflaufdüse erzeugt wurden, um das gewünschte Mass an kleinwelligen Turbulenzen im Ausflussstrahl zu unterstützen. Da die Ausgestaltung des Hill-Systems von parallelen Kanälen mit gleichmässig schmaler Ausdehnung fest ist, bedeutet jede Abweichung der Betriebsbedingungen oder der Geschwindigkeit an der Papiermaschine von den ursprünglichen vorgege-

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benen Verhältnissen, dass sich das Mass an kleinwelligen Turbulenzen im Ausflusstrahl vom Optimum entfernt. Somit gibt die von Hill vorgeschlagene Lösung dem Papierhersteller nurgeringe Flexibilität in der Möglichkeit entweder die Betriebsbedingungen oder die Geschwindigkeit der Papiermaschine zu ändern, um den optimalen Wert der kleinwelligen Turbulenzen im Ausflussstrahl zu unterstützen.

In Uebereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist eine Papiermaschine vorgesehen mit einem Stoffauflaufkasten mit eingeschlossenem Turbulenz-Erzeuger zur Abgabe eines wasserhaltigen Stoffbreies an ein Siebband mit einer Geschwindigkeit an der Stoffauflaufdüse von mindestens 244 m/min, wobei der Stoffauflaufkasten einen Konvergenzwinkel zwischen 4° und 20 aufweist; in welcher der Turbulenz-Erzeuger ein Mikroturbulenz-Erzeuger ist, welcher sich zwischen 2,5 cm und 25 cm stromaufwärts der Stelle der kleinsten Durchströmquerschnittsflache des Stoffauflaufkastens befindet, wobei der Mikroturbulenz-Erzeuger einen If, - Wert zwischen ca. 0,3 und 0,7 aufweist und

kleinste Durchflussquerschnittsfläche des Stoffauflaufkastens beim Vorhandensein des Mikroturbulenz-Erzeugers und bei diesem gemessen

grösste Durchflussquerschnittsfläche des Stoffauflaufkastens, welche ohne Mikroturbulenz-Erzeuger bestehen würde, gemessen beim Mikroturbulenz-Erzeuger

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η-

ist; und einen Q - Wert zwischen ca. 1,0 und ca. 1,6 auf-

weist und

h- —·

kleinste Durchflussquerschnittsfläche des Stoffauflaufkastens stromabwärts des Mikroturbulenz-Erzeugers

ist.

Um eine, für die Verteilung des Stoffbreies, für die Verbesserung der Bildungscharakteristiken, für die zufällige Faserausrichtung im Ausflussstrahl und für die Reduktion der Spannung in der fertigen Bahn ausreichende Grosse von Mikroturbulenzen zu erzeugen, sind zwei neue Gestaltungsparameter vorgesehen. Der eine Parameter ist (), , welcher gleich ist der Durchflussquerschnittsfläche unmittelbar beim Mikroturbulenz-Erzeuger und dort gemessen, geteilt durch die Durchflussquerschnittsfläche, welche ohne Mikroturbulenz-Erzeuger bestehen würde. Der zweite Parameter ist Q , welcher gleich ist der Durchflussquerschnittsfläche unmittelbar beim Mikroturbulenz-Erzeuger, geteilt durch die kleinste Durchflussquerschnittsfläche stromab vom Mikroturbulenz-Erzeuger, welche Fläche in der Regel bei der Stoffauflaufdüse ist. Demnach erfolgt die letztere Messung normalerweise am Ende des Bodens des Stoff-

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auflaufkastens. Die bevorzugten Kriterien von ö _K und Q werden generell bei Stoffauflaufkästen von Papiermaschinen angewendet, um einen wässrigen Stoffbrei einem Siebband mit einer Austrittsgeschwindigkeit von mindestens 800 Fuss pro Minutezuzuführen, worin der betreffende Strömungskanal einen Konvergenzwinkel zwischen etwa U° und etwa 20 aufweisen sollte und worin der Mikroturbulenz-Generator im Strömungskanal zwischen ca. 1 inch und ca. 10 inch von der Stelle der kleinsten Durchströmquerschnittsflache angeordnet ist. Es wurde ge funden, dass die gewünschten Ziele bei den verschiedensten Strömungskanälen erreichbar sind, wenn der jeweilige Mikroturbulenz-Erzeuger einen Wert für ö , zwischen ca. 0,3 und ca. 0,7 in Verbindung mit einem Wert für Q „ zwischen ca. 1,0 und ca. 1,6 aufweist. Bei einer speziell bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Stellung des Mikroturbulenz-Generators in Maschinenlängsrichtung während dem Betrieb der Papiermaschine einstellbar, was die Feineinstellung des Systems auf einen optimalen Wert von Mikroturbulenzen im Ausflussstrahl erleichtert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Da die Beschreibung mit Ansprüchen abgeschlossen wird, welche im Einzelnen die Merkmale der vorliegenden Erfindung umschrei ben und beanspruchen, wird angenommen, dass die vorliegende Erfindung anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den angeschlossenen Zeichnungen besser verstanden wird.

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Es zeigen:

F'ig.l einen vereinfachten Querschnitt des Stoffauflaufkastens einer Papiermaschine, in welcher sich ein Mikroturbulenz-Erzeuger gemäss vorliegender Erfindung befindet;

Fig.2 eine Draufsicht auf einen Miktroturbulenz-Erzeuger gemäss Fig.l, entlang der Linie 2 - 2 in Fig.l;

Fig.3 einen vereinfachten Querschnitt einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Paar als Mikroturbulenz-Erzeuger verwendeten Platten;

Fig.4 eine Draufsicht auf den Mikroturbulenz-Erzeuger gemäss Fig.3> entlang der Linie 4 - 4 in Fig.3;

Fig.5 einen Querschnitt der Gabeln an der Beckenseite zur Abstützung der Platten gemäss Fig.4, entlang der Schnittlinie 5 - 5 in Fig.4;

Fig.6 einen Querschnitt einer schematischen Darstellung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig.7 einen Querschnitt einer ähnlichen schematischen Darstellung wie in Fig.6, welche aber die Stellung des Mikroturbulenz-Erzeugers nach einer Einstellung zeigt;

Fig.8 einen Querschnitt einer ähnlichen Darstellung wie in Fig. 6 und 7, welche den Mikroturbulenz-Erzeuger in einer Stellung zeigt, welche Minimalwerte von Q _b und Q erzeugt;

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Fig.9 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Stoffauflaufkastens mit einem Trennelement, welches den Stoffauflaufkasten in einen oberen und einen unteren Strömungskanal unterteilt, welche je einen Mikroturbulenz-Erzeuger gemäss der vorliegenden Erfindung einschliessen;

Fig.10 eine fotografische Darstellung des Papierbreies in etwa 4-facher Vergrösserung bei der Abgabe der Mündung eines Stoffauflaufkastens nach dem Stand der Technik mit ausreichenden Makroturbulenzen aber ungenügenden Mikroturbulenzen im Ausflussstrahl;

Fig.11 eine Fotografie ähnlich jener gemäss Fig.10, welche für einen Stoffauflaufkasten des Standes der Technik typisch ist, bei welchem übermässige Makroturbulenzen und wenig oder keine Mikroturbulenzen im Ausflussstrahl auftreten: und

Fig.12 eine Fotografie ähnlich jenen gemäss den Fig.10 und 11, worin genügend Makroturbulenzen und genügend Mikroturbulenzen in Verbindung miteinander in einem Stoffauflaufkasten durch Mittel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auftreten.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Fig.l zeigt einen vereinfachten Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein herkömmlicher,

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ortsfest angeordneter und geschlossen geformter Stoffauflaufkasten 1 liefert einen verdünnten Werkstoffbrei an ein Siebband 7 einer Langsiebmaschine, welches mit einer Brust- und Saugwalze 6 zusammenwirkt. Der Stoffauflaufkasten umfasst einen ortsfesten Boden 2 und eine Ueberdeckung mit einem Teil 3, welcher hier ortsfest sein soll, und mit einem Teil 4, welcher verstellbar um ein Gelenk 5 bewegbar ist. Die Mündung (Stoffauflaufdüse) des Stoffauflaufkastens soll im vorliegenden Fall mit der Stelle der Endkante 14 des ortsfesten Bodens 2 zusammenfallen. Die Höhe H der Mündung, welche üblicherweise mit der Stelle des geringsten Querschnittes der abströmseitigen Durchströmungsfläche des Miktroturbulenz-Erzeugers übereinstimmt, wird hierbei durch die Stellung der verstellbaren Oberlippe 4 der Stoffauflaufkasten-Üeberdeckung bestimmt. Als Konvergenzwinkel °C eines einkanaligen Stoffauflaufkastens wird dabei ein vom Ueberdeckungsteil 3 des Stoffauflaufkastens und dem ortsfesten Boden 2 eingeschlossener Winkel definiert.

Ein zylinderförmiger Mikroturbulenz-Erzeuger 8 der vorliegenden Erfindung ist im Strömungskanal des Stoffauflaufkastens 1 am freien Ende eines flexiblen Flachelementes 9 angeordnet und dort durch bekannte Mittel befestigt. Dieses flexible Flachelement 9 erstreckt sich dabei durch einen Klemmschlitz zwischen einer Stange 16 und einer Achse 11, um welche das Flachelement herumgewickelt und an der Stelle 15 durch bekannte Mittel befestigt ist. Die Achse 11 ist dabei in einem Trägerpaar

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abgestützt, welche Träger am Boden 2 des Stoffauflaufkastens befestigt sind.

Wie aus Fig.2, welche eine Ansicht gemäss der Linie 2 - 2 in Fig.Γ zeigt, gesehen werden kann, erstrecken sich der Mikroturbulenz-Erzeuger 8, das den Mikroturbulenz-Erzeuger tragende Flachelement 9 sowie die Achsen 11 und 16 über die ganze •Breite des Stoffauflaufkastens. Die Achsen 11 und 16 erstrecken sich drehbar durch die Seitenteile 18 des Stoffauflaufkastens und sind von aussen her antreibbar. Das flexible Flachelement 9 ist mit Oeffnungen 13 versehen, welche ein Vor- und Rückstellen des Mikroturbulenz-Erzeugers 8 in Maschinenlängsrichtung durch Drehen der Achse 11 ohne Behinderung durch die Träger 12 gestatten. Am abströmseitigen Ende der Oeffnungen 13 sind Rundelemente 10 vorgesehen, welche an diesen Stellen eine, ungleichmassige Störungen im Strömungskanal verursachende Anlagerung von Pulpe (verdünnter Stoffbrei) verhindern.

Aus den Fig.1 und 2 ist zu entnehmen, dass die Lage des Mikroturbulenz-Erzeugers 8 in Maschinenlängsrichtung reguliert werden kann, wenn sich die Papiermaschine in Betrieb befindet, indem der äussere Teil der Achse 11 verdreht wird, an welcher das flexible Flachelement 9 an der Stelle 15 fixiert ist. Eine Drehung im Uhrzeigersinn stellt den Mikroturbulenz-Erzeuger näher zur Mündung des Stoffauflaufkastens, wogegen eine Drehung der Achse 11 im Gegenuhrzeigersinn den Mikroturbulenz-Erzeuger

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weiter stromauf von der Mündung des Stoffauflaufkastens wegstellt.

Obwohl verschiedene Arten von Turbulenz-Erzeugern zum Stand der Technik gehören, wurde unerwartet festgestellt, dass nur Mikroturbulenz-Erzeuger, welche die hier gestellten parametrischen Gestaltungskriterien erfüllen, geeignet sind, die Verteilung der Pulpe zu optimieren, was die Papierbahnbildungscharakteristiken und die zufällige Faserorientierung verbessert, um die Spannungen in den fertigen Papierbahnen auf vorgegebene Weise zu reduzieren. Ferner ist es durch Einleitung einer gewünschten Grosse von Mikroturbulenzen nahe der Stoffauflaufdüse nicht länger notwendig, Makroturbulenzen weiter stromauf der Stoffauflaufdüse zu erzeugen, nur um zu erreichen, dass eine ausreichende Mikroturbulenz im Bereich der Stoffauflaufdüse eine Flockenbildung im Ausflussstrahl vermeidet. Somit erlaubt die vorliegende Erfindung dem Papierhersteller die optimale Grosse der Makroturbulenzen auszuwählen unabhängig der Grosse der Mikroturbulenzen, die für die optimalen Papierbahnbildungscharakteristiken erwünscht sind. Im wesentlichen eliminiert oder doch mindestens reduziert dies die Notwendigkeit eines Kompromisses zwischen einer schlechten Faserverteilung, wie diese typisch durch die schwachturbulenten Ausflussstrahlen des Standes der Technik erzeugt wird, und unerwünschten Blattfehlern, wie diese typisch durch die hochturbulenten Ausflussstrahlen des Standes der Technik erzeugt werden.

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Die hier aufgestellten parametrischen Gestaltungskriterien lassen einen optimalen Wert von Mikroturbulenzen im Strömungskanal zu, der einen Konvergenzwinkel zwischen etwa 4 . und etwa 20°, bevorzugt zwischen ca. 6 und ca. 15 aufweist, bei Geschwindigkeiten der Papiermaschine im Bereich von 800 Fuss pro Minute bis zu maximal möglichen Geschwindigkeiten, die heute in der Industrie möglich sind, etwa um 5¹OOO bis 6Ό00 Fuss pro Minute. Dies kann erreicht werden mit einer gleichen Einrichtung eines vorbeschriebenen ortsfesten geschlossenen Stoffauflaufkastens oder mit einem Stoffauflaufkasten, welcher einen Strahl von wässrigem Papierbrei zwischen einem Paar konvergierender Siebbandflächen abgibt.

Es sei betont, dass es zwingend ist, eine ausreichende Grosse von Makroturbulenzen in den Strom im Eingangsbereich des Stoffauflaufkastens einzuleiten, und zwar durch bekannte Mittel, beispielsweise verschiedene Formen von Strömungsschikanen , sodass die Mikroturbulenzen, die gemäss vorliegender Erfindung erzeugt werden, mit diesen zur Erzielung der gewünschten Verbesserungen bezüglich der Blattbildung und des Spannungswertes zusammenwirken. In diesem Zusammenhang sind alle geeigneten Vorrichtungen zur Erzeugung von Makroturbulenzen verwendbar, beispielsweise Mehrfachblenden gemäss dem US-Patent 3 598 696, Beck, vom 19. August 1971, dem US-Patent 3 923 593, Verseput, vom 2. Dezember 1975 oder dem US-Patent 3 939 037, Hill, vom 17. Februar 1976.

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Für eine maximale Wirkung wird die Mikroturbulenz vorzugsweise unmittelbar stromauf des Punktes minimalstem Querschnitt der Durchflussfläche (welche sich normalerweise bei der Mündung des Stoffauflaufkastens befindet) erzeugt, das heisst, vorzugsweise zwischen ca. 1 und ca. 10 inch, stromauf der Mündung des Stoffauflaufkastens und insbesondere vorzugsweise zwischen etwa 3 und etwa 7 inch, stromauf der Stoffauflaufdüse. Ganz allgemein wurde festgestellt, dass je langsamer die Papiermaschine läuft um so näher sollte sich der Mikroturbulenz-Erzeuger an der Mündung befinden.

Um eine optimale Mikroturbulenz im fliessenden Stoffbrei zu gewährleisten, der schon einer optimalen Makroturbulenzerzeugung nach dem Eintritt in den Stoffauflaufkasten ausgesetzt wurde, müssen zwei Gestaltungsparameter gleichzeitig zutreffen. Der eine Parameter ist υ ,, welcher gleich ist der Durchflussquerschnittsfläche unmittelbar beim Mikroturbulenz-Erzeuger und dort gemessen, geteilt durch die Durchflussquerschnittsfläche, welche ohne Mikroturbulenz-Erzeuger bestehen würde. Der zweite'Parameter ist 0 , welcher gleich ist der Durchflussquerschnittsflache unmittelbar beim Mikroturbulenz-Erzeuger, geteilt durch die kleinste Durchflussquerschnittsfläche stromab vom Mikroturbulenz-Erzeuger, welche Fläche in der Regel bei der Stoffauflaufdüse ist. Um dabei die Gestaltungskriterien der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, stehen 0 , mit Werten zwischen ca. 0,3 und 0,7 und Q mit Werten zwischen ca. 1,0

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und 1,60 zueinander in Beziehung. Dies bedeutet für den Stoffauflaufkasten gemäss Fig.l

H₁ + H

^H3

wobei H_ = H- + Hp + H. ist,

und

^Ho

Wie aus Fig.l entnehmbar, bedeuten H, und H₉ die obere und untere lichte Durchströmfläche, gemessen an der Stelle der grössten Höhe Uu des Mikroturbulenz-Erzeugers 8 im wesentlichen rechtwinklig zur Strömungsrichtung.. Die Breite des Stoffauflauf kastens, gemessen in Maschinenquerrichtung, ist dabei für beide, die obere und die untere Durchströmfläche gleich und ebenso weist der Mikroturbulenz-Erzeuger einen gleichförmigen Querschnitt über die ganze Breite der Papiermaschine gemäss vorliegender Ausführungsform auf. Somit können die Höhen in der Berechnung von ü , und α direkt verwendet werden, da diese direkt proportional der Durchflussquerschnittsflächen sind. Ist hingegen der Mikroturbulenz-Erzeuger von ungleichförmigem Querschnitt in Maschinenquerrichtung, so müssen die entsprechenden Durchflussquerschnittsflächen in die Berechnung einbezogen werden. _Q3_Qq_A5,_QQQ3

Wenn die kleinste Durchflussquerschnittsfläche stromab des Mikroturbulenz-Erzeugers an der Mündung ist, wie dargestellt, wird die Höhe der Stoffauflaufdüse H an einer Stelle 14 im wensentlichen rechtwinklig zur Strömungsrichtung gemessen, die übereinstimmt mit der Endbegrenzung des Bodens 2 des Stoffauflaufkastens, das heisst, im wesentlichen rechtwinklig einer Linie, welche den Konvergenzwinkel c<^des Stoffauflaufkastens 1 halbiert. Der Abstand in Maschinenlängsrichtung zwischen der Stelle der kleinsten Durchströmfläche stromab des Mikroturbulenz-Erzeugers, in diesem Falle der Stoffauflaufdüse und der Stelle der grössten Höhe des Mikroturbulenz-Erzeugers, gemessen entlang der den Konvergenzwinkel <z>C teilenden Linie, ist durch X, dargestellt, welche vorzugsweise eine Länge aufweist zwischen ca. 1 und 10 inch., insbesondere bevorzugt zwisehen 3 und 7 inch. Somit haben bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäss Fig.l die Oeffnungen 13 im Trägerelement 9 eine ausreichende Länge, um den Mikroturbulenz-Erzeuger 8 zwischen ca. 1 und ca. 10 inch.zur Stoffauflaufdüse hin bzw. von dieser weg zu stellen.

Wie aus der vorangegangenen Beschreibung sichtbar sein sollte, gestattet ein Verdrehen der Achse 11 im Uhrzeigersinn eine Hinstellung des Mikroturbulenz-Erzeugers 8 zur Stoffauflaufdüse hin, wobei der Wert von 0 , und Q abnimmt, wogegen ein Verdrehen der Achse 11 in Gegenuhrzeigersinn den Mikroturbulenz-Erzeuger 8 weiter stromauf von der Stoffauflaufdüse weg-

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stellt, wobei der Wert von O und Q zunimmt. Kleinere Werte von O , und <i ergeben eine höhere Turbulenzintensi-

D S

tat. Für geringere Papiermaschinengeschwindigkeiten, das heisst Geschwindigkeiten um 800 Fuss pro Minute, ist ein niedriger Wert von 6 , und 0 generell vorzuziehen, das heisst, der Mikroturbulenz-Erzeuger ist relativ nahe der Stoffauflaufdüse angeordnet. Umgekehrt, wenn die Geschwindigkeit der Papiermaschine zunimmt, ist ein höherer Wert für ö , und Q vorzuziehen, das heisst, der Mikroturbulenz-Erzeuger ist weiter weg von der Stoffauflaufdüse.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sei ein homogener Fluss des Stoffbreies auf beiden Seiten des flexiblen Trägerelementes 9 betrachtet. Dann liegt an beiden Seiten des flexiblen Trägerelementes 9 ein gleicher Druck an, der bewirkt, dass der Mikroturbulenz-Erzeuger 8 eine Lage etwa in der Mitte zwischen Ueberdeckung 3 des Stoffauflaufkastens und dessen Boden 2 anstrebt. Die drehbare Achse 16, welche ebenfalls nicht kritisch ist in ihrer Anwendung bei der vorliegenden Erfindung, ist nichtsdestoweniger erwünscht, um das um die Achse 19 herumgewickelte "flexible Trägerelement 9 zu sichern und im Betrieb am Trägerelement 9 Schwingungen zu verhindern.

Es sei bemerkt, dass anstelle des flexiblen Flachelementes 9 zur Aufnahme des Mikroturbulenz-Erzeugers 8 gemäss dargestelltem Beispiel mit drahtförmigen Trägermitteln oder dgl. ähnliche

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Resultate bezüglich Längung und Zurückziehung in Maschinenlängsrichtung erreichbar sind.

Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist geraäss der Darstellung in Fig.3 in einem Stoffauflaufkasten 101 angeordnet, der einen Stoffbrei an ein Siebband 107 einer Langsiebmaschine abgibt, das um eine Brust- und Saugwalze 106 ähnlich der anhand Fig.l vorbeschriebenen Anordnung herumgeführt ist. Der Stofauflaufkasten 101 umfasst eine hier ortsfeste Abdeckung 103, welche mit dem Bodenteil 102 einen Konvergenzwinkel [? einschliesst und welche eine verstellbare Oberlippe 104 aufweist, die um ein Gelenk 105 einstellbar ist. Der Mikroturbulenz-Erzeuger in diesem Beispiel umfasst Flachteile 108 und 109 mit einer Dicke von J₅ bzw. Jn, welche Platten sich gleichmässig über die ganze Breite des Stoffauflaufkastens der Papiermaschine erstrecken. Am stromaufwärtigen Ende sind die Platten über Bügelelemente 110 und

111 an Zylinderstangen 112 bzw. 113 befestigt. Am stromaufwärtigen Ende sind Zylinder 114 und 115 an einem ortsfesten Support 118 befestigt, der zwischen Boden 102 und Ueberdeckung 103 des Stoffauflaufkastens durch geeignete Mittel, etwa eine Mehrzahl Kopfschrauben 119 befestigt ist. Die Zylinderstangen

112 und 113 sind mit Kolben II6 bzw. 117 verbunden.

Die Stellung der Enden der Flachteile 108 und 109 in Maschinenlängsrichtung wird hier gesteuert durch Regulierung der Strömung

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des hydraulischen Mediums zwischen den stromabwärtigen und stromaufwärtigen Seiten der Zylinder. Gemäss Fig.4 , welche eine Draufsicht entlang der Linie 4 - 4 in Fig,3 zeigt, sind die stromaufwärtigen Seiten der Zylinder über eine gemeinsame Leitung 121 und die stromabwärtigen Seiten der Zylinder über eine gemeinsame Leitung 122 miteinander verbunden. Derart ist die Stellung der Mikroturbulenz-Erzeuger 108 und 109 sehr einfach steuerbar durch ein hydraulisches Steuerventil ausserhalb des Stoffauflaufkastens, welches die Strömung des hydraulischen Mediums zu den gegenüberliegenden Seiten der Kolben 116 und 117 in den Zylindern regelt.

Aus Fig.4 und dem Querschnitt gemäss Fig.5 kann gesehen werden, dass die Seitenkanten der Turbulenz-Erzeuger 108 und 109 beckenseitig in Nuten 123 an den Seitenwänden 130 des Stoffauflaufkastens geführt sind.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 3 bis 5 ist υ , durch die Beziehung

J₁ + J₂ +

^J6

gegeben,

wobei Jr = J, + Jj, + J_? + J,- + J- isti und

γ J + J- + J-

ds = _ 1 gegeben,

durch

o
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wobei J gleich der Höhe der Stoffauflaufdüse ist, gemessen an der Stelle 124, welche mit der Endkante des Bodens 102 übereinstimmt, im wesentlichen rechtwinklig in Richtung des Stoffbreiflusses. J,, Jp und J-, bezeichnen die Höhen der Durchflussquerschnittsflächen des Stoffauflaufkastens unmittelbar im Bereich der stromabwärtigen Kanten der Flachteile 108 und 109·

Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass die Stellung der Mikroturbulenz-Erzeuger, das heisst der stromabwärtigen Kanten der Flachteile 108 und 109 in Maschinenlängsrichtung im gesamten Arbeitsbereich einstellbar sind, um eine Optimierung des Abstandes Xp zwischen den Mikroturbulenz-Erzeugern und der kleinsten Durchflussquerschnittsfläche stromabwärts davon, das heisst in diesem Falle an der Stoffauflaufdüse, zu gestatten. Daraus resultiert eine Optimierung von Q , und 6 für die einzelnen, vom Papierhersteller bestimmten Betriebsbedingungen und Geschwindigkeiten.

Fig.6 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher ein Stoffauflaufkasten 201, der mit einem, um eine Brust- und Saugwalze 206 herumgeführten Siebband 207 einer Langsiebmaschine zusammenwirkt, einen eiförmigen Mikroturbulenz-Erzeuger 208 umfasst, welcher sich in Maschinenquerrichtung gleichförmig erstreckt und welcher um eine Achse 209 drehbar ist, um die Kriterien ü , und Q zu optimieren. Der Stoffauflaufkasten 201 ist ähnlich den Anordnungen gemäss den

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Fig.l und 3 konstruiert, wobei eine Ueberdeckung 3, welche
hier ortsfest ist, mit dem Bodenteil 202 einen Konvergenzwinkel $ einschliesst, wobei die Ueberdeckung eine um das Gelenk 205 verstellbare Oberlippe 204 aufweist. Die Stoffauflaufdüse weist eine Höhe K auf, gemessen in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung im Punkt der Endkante
224 des Bodens 202 des Stoffauflaufkastens. Die Stoffauflaufdüse ist dabei die Stelle der kleinsten Durchströmquerschnittsflache stromabwärts des Mikroturbulenz-Erzeugers 208. Die Achse 209, auf welcher der Mikroturbulenz-Erzeuger 208 aufsitzt, erstreckt sich vorzugsweise durch die Seitenwände des Stoffauflaufkastens, was eine gebräuchliche Einstellung des Mikroturbulenz-Erzeugers erlaubt, wobei die Achse mit einem Abstand X-, stromaufwärts von der Stoffauflaufdüse angeordnet ist. Bei einer bevorzugten'Ausführungsform beträgt X- zwischen ca. 1 und ca. 10 inch., mehrheitlich zwischen ca. 3 und ca. 7 inch. Der im
Querschnitt eiförmige Mikroturbulenz-Erzeuger 208 hat eine kleine Achse K-, und eine grosse Achse Kg. In der Stellung gemäss Fig.6 erstreckt sich die grosse Achse Kn der Ellipse im wesentliehen parallel der Richtung der Stoffbreiströmung, womit 0 _b und Q durch folgende Beziehung definiert werden

¹I ⁺

^K4

wobei Κ, : K₁ + K_ + K„ ist, und

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K_{1 +}

worin K- und Kp die Höhen der Durchflussquerschnittsflächen bezeichnen, gemessen an einer Stelle, die mit der Mittellinie der Achse 209 übereinstimmt. Fig.7 und 8 zeigen dabei die Art, wie die Achse 209 verdreht werden kann, um die Werte von q , und Oa, ^zu vergrössern. In der Stellung gemäss Fig. 7,

K₁, ₊ K
0 b =

K₂, · Ki₁ - K'₂ ^und ^

K₁₁ K

4 ο

Es sei bemerkt, dass dieDurchströmquerschnittsflachen K,, und K₂, nicht an jener Stelle gemessen wurden,die mit der Mittellinie der Achse 209 zusammenfällt. Allerdings, K' und K' sind in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig der Strömungsrichtung des Stoffbreies in den betreffenden Punkten ihrer kleinsten Durchflussquerschnittsfläche im Strömungskanal. Demgemäss ist für die Ausführungsform gemäss Fig.7 K' mit einem Abstand Y, stromabwärts der Mittellinie der Achse 209 gemessen und K_? bei einer korrespondierenden Distanz Y₁ stromaufwärts der Mittellinie der Achse 209 gemessen.

Fig.8 zeigt die Anordnung gemäss Fig.6, bei welcher die Hauptachse Kg des Mikroturbulenz-Erzeugers 208 in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zur Strömungsrichtung des Stoffbreies

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im Stoffauflaufkasten liegt. In dieser letzteren Stellung ist

K-i ι » + Kp, ,

Fig.9 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschriebenen Gestaltungsparameter <f , und Q unab-

D S

hängig bei jedem von zwei Strömungskanälen in einem einzigen Stoffauflaufkasten 301 angewendet werden, mit einer inneren Trennplatte 312, welche geeignet ist, ähnliche oder unähnliche Stoffbreiströmungen bis zum Ausgang des Stoffauflaufkastens zu trennen. Solche Stoffauflaufkästen, welche entweder von ortsfester, geschlossener Bauart mit Brust- und Saugwalzenanordnung oder eine Doppeldrahtanordnung sein können, sind zweckmässig für die Herstellung geschichteter oder beschichteter Papierbahnen gemäss US-Patent 3 994 771, Morgan Jr., vom 30. November 1976. Beim gezeigten Beispiel umfasst der Stoffauflaufkasten 301 eine Abdeckung 303, welche hier ortsfest ist, sowie einen Bodenteil 302. Die innere, zwischen Abdeckung und Boden liegende Trennplatte 312 ist elastisch und erstreckt sich über die ganze Breite des Stoffauflaufkastens und ist nur am stromaufwärts liegenden Ende befestigt. Wie bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 1, 3 und 6 weist die Abdeckung eine um das Gelenk 305 verstellbare Oberlippe 304 auf.

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Der obere Strömungskanal weist einen Konvergenzwinkel jzf, auf, wogegen der untere Strömungskanal einen Konvergenzwinkel φ~ aufweist. Um die gewünschten Gestaltungskriterien verwirklichen zu können, muss die ungefähre Lage der Trennplatte 312 im Bereich der Mündung des Stoffauflaufkastens experimentell ermittelt oder berechnet werden. Da die Trennplatte 312 an ihrem freien Ende nicht befestigt ist, stellt sich im Betrieb eine typische Gleichgewichtslage ein, welche die Durchflussquerschnittsfläche des Stoffauflaufkastens 301 in zwei Abschnitte mit den Höhen M und M-, gemessen an einer Stelle, welche mit der Randkante 324 des Boden 302 des Stoffauflaufkastens übereinstimmt, unterteilt. Die wirksame Gleichgewichtslage wird dabei bestimmt durch den relativen Druck des Anteiles des durch den oberen und den unteren Kanal fliessenden Stoffbreies. Da sich die Trennplatte 312 einiges über die Randkante 324 des ortsfesten Bodenteiles 302 des Stoffauflaufkastens erstreckt, weisen der obere und der untere Kanal unterschiedliche Orte in Maschinenlängsrichtung auf, an denen sich der jeweilige kleinste Durchflussquerschnitt befindet, d.h. dass die Stelle M- mit der Stelle der kleinsten Durchflussquerschnittsfläche für den unteren Kanal übereinstimmt und die kleinste Durchflussquerschnittsfläche für den oberen Kanal an der Stelle M,q ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein zylinderförmiger Mikroturbulenz-Erzeuger 308

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einen gleichförmigen Querschnitt auf, erstreckt sich über die ganze Breite der Papiermaschine, und wird durch einen flexiblen Träger 310 abgestützt, welcher in einstellbarer Weise stromaufwärts im oberen Strömungskanal befestigt ist. Ein gleicher Mikroturbulenz-Erzeuger 309 wird durch einen flexiblen Träger 311 in gleicher Weise im unteren Strömungskanal befestigt. Die Lage der Mikroturbulenz-Erzeuger 308 und 309 in Maschinenlängsrichtung ist vorzugsweise unabhängig voneinander einstellbar, sodass die optimale Positionierung Xn und X^. der Mikroturbulenz-Erzeuger von den Stellen der kleinsten Durchflussquerschnittsflächen unabhängig voneinander zur Optimierung der Erzeugung der Mikroturbulenzen für die einzelnen Strömungsverhältnisse in jeden Kanal erfolgen kann. Für den oberen Strömungskanal gilt dann

> wobei Mg = Μ, + Mr + M₁, ist

^M8

und

M
^U10

Für den unteren Strömungskanal gilt

und

M₆₊M₇

5 = " , wobei M„ = Mg + M,, + M₇ ist

^M9

h ^{+ M}7

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Soinit erlaubt die in Fig. 9 veranschaulichte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Optimierung der in jedem der Strömungskanäle des Stoffauflaufkastens eingeleiteten Mikroturbulenzen.

Es sei vermerkt, dass die hier beschriebenen Werte Q , und Q bei laufender Papiermaschine auch eingestellt werden

können durch Verstellung des Bodens und/oder der Abdeckung des Strömungskanals, in welchem sich der betreffende Mikroturbulenz-Erzeuger befindet. Werden Boden und Abdeckung einander genähert, verringern sich die Werte von Q , und ^f₀, wobei die Intensi-

D S

tat der erzeugten Mikroturbulenzen zunimmt, wogegen bei einer Entfernung voneinander sich die Werte Λ , und Q vergrös-

** D S

sern und sich dadurch die Intensität der erzeugten Mikroturbulenzen verringert. Es sei ferner vermerkt, dass, obwohl die einzelnen Mikroturbulenz-Erzeuger-Ausführungsformen hier so angeordnet sind, dass diese den Breistrom in etwa gleiche Abschnitte an der Stelle der Verengung teilen und dadurch die Verteilung der Mikroturbulenzen an der Stelle momentaner Expansion optimieren, die vorliegende Erfindung ebenso verwirklicht werden kann durch Befestigung eines einstellbaren Mikroturbulenz-Erzeugers etwa an einer Platte oder dgl. im wesentlichen rechtwinklig zur Strömungsrichtung vom Boden oder der Abdeckung des Stoffauflaufkastens.

Es wurde bereits vorher erwähnt, dass der Nutzen der Optimie-

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rung der eingeleiteten Mikroturbulenzen in einen strömenden Stoffbrei nahe der Stoffauflaudüse des Stoffauflaufkastens dann maximal ist, wenn in der Strömung am Eingang des Stoffauflaufkastens eine ausreichende Makroturbulenz erzeugt wird.

Fig. 10 ist eine photographische Darstellung in etwa 4-facher Vergrösserung der Situation, welche bei einem Stoffauflaufkasten des Standes der Technik existiert, welcher eine ausreichende Grosse von Makroturbulenzen, aber nur wenig oder keine Mikroturbulenzen im Ausflussstrahl aufweist. Für diese Fotografie wurde eine Hochgeschwindigkeitseinzelbildtechnik bei einem Stoffauflaufkasten ähnlich jenem gemäss Fig. 3 angewendet, allerdings ohne den Mikroturbulenz-Erzeuger. Das Bild wurde etwa an der Stelle gemacht, welche ungefähr mit der Stoffauflaufdüse übereinstimmt. Der Stoffauflaufkasten hatte dabei einen Konvergenzwinkel// von etwa 10° und die Mündungsöffnung J etwa 0.35 inch. Es wurden ein transparenter Bodenabschnitt 102 und ein transparenter Ueberdeckungsabschnitt 104 in Verbindung mit einem Lichtstroboskop mit hoher Geschwindigkeit verwendet, welches an der Stelle der Brust- und Saugwalze montiert war. Das Bild wurde gemacht, während der Stoff brei mit einer Geschwindigkeit von ca. 3Ό00 Fuss pro Minute "und einer Faserkonsistenz von ca. 0,18 % bewegt wurde. Die schlechte Faserverteilung, die Tendenz der Fasern, sich selbst im wesentlichen parallel der Maschinenlängsrichtung zu legen und die Aenderungen der Faserdichte in Maschinenquerrichtung, was einen Streifeneffekt in der fertigen Bahn erzeugt,

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—absind klar erkennbar. Das überwiegende Ausrichten der Fasern in Maschinenlängsrichtung bewirkt in den Bahnen in Maschinenlängsrichtung eine hohe und in Maschinenquerrichtung eine geringe Spannung. Dies bewirkt ein unerwünscht hohes Spannungsverhältnis von Längs- zu Querrichtung. Ferner bewirken die aus Fig.10 entnehmbaren Streifen in entsprechender Maschinenquerrichtung der fertigen Bahn Aenderungen im Papiergewicht.

Die Fig.11, welche in der anhand Fig.10 vorbeschriebenen Weise hergestellt wurde, ist andererseits typisch für einen Stoffauflaufkasten einer Papiermaschine gemäss Stand der Technik, bei dem übermässige Makroturbulenzen und nur wenig oder keine Mikroturbulenzen im Ausflussstrahl auftreten. Der Stoffauflaufkasten, der für das Bild gemäss Fig.10 verwendet wurde, wurde durch Einbau eines Turbulenz-Erzeugers modifiziert, mit einem gleichmässigen Querschnitt und rechtwinklig zum Boden 102 des Stoffauflaufkastens, ca. 8 inch, stromauf der Stoffauflaufdüse. Der dreieckförmige Turbulenz-Erzeuger war dabei mit seinem 90 Winkeigegen den Boden und mit seinem 30°-Winkel stromaufwärts gerichtet und bildete eine 0,90 inch.-Stauung im Strömungskanal. Daraus hat sich ein Wert für 0 _K von etwa 0,3 und für U

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von etwa 0,8 ergeben, Werte, die völlig neben den angestrebten Gestaltungskriterien der vorliegenden Erfindung liegen. Die Geschwindigkeit und die Betriebsbedingungen an der Papiermaschine waren dabei die gleichen wie beim Beispiel gemäss Fig.10.

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Während der dreieckförmige Turbulenz-Generator der Verbesserung der Faserverteilung dient und die hauptsächliche Faserausrichtung in Maschinenlängsrichtung und die Streifenbildung gemäss Fig.10 reduziert, sind Oberflächenstörungen und ein Mangel an gleichmässiger Faserdichte im Strahl in Fig.11 stark sichtbar. Diese Verhältnisse im Strahl bewirken Oberflächenunterbrechungen und unregelmässige Papiergewichte in der fertigen Papierbahn, was beides die Qualität mindert.

Dem entgegen zeigt Fig.12 die Verhältnisse, die bestehen, wenn den Strömungsbedingungen gemäss Fig.10 Mikroturbulenzen erteilt werden durch Mittel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierfür wurde der dreieckförmige Turbulenz-Bock gemäss Fig.11 entfernt und der Stoffauflaufkasten, der zur Fotografie der Fig.10 herangezogen wurde, in der Weise modifiziert, dass ein Paar Platten 108 und 109 von £ inch. Dicke ähnlich der Anordnung gemäss Fig.3 montiert wurden. Die Endkanten dieser Platten waren ca. 5.9 inch, stromauf von der Stoffauflaufdüse entfernt. Daraus resultierten Werte für <f , von ca. 0,4 und Q von ca. 1,1; Werte, welche vollständig mit den Gestaltungskriterien der vorliegenden Erfindung übereinstimmten. Hierbei waren Geschwindigkeit und Betriebsbedingungen der Papiermaschine wie vorstehend gemäss den Fig.10 und 11.

Aus Fig.12 ist es klar, dass eine vorherrschende Faserausrichtung in Maschinenlängsrichtung, eine schlechte Faserverteilung

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und Streifen wie in Fig.10 vollständig eliminiert sind. Ferner sind Oberflächenstörungen und ungenügende gleichmässige Faserdichte geraäss Fig.11 ebenso eliminiert. Die daraus resultierenden Papierbahnen zeigen ein Sapnnungsverhältnis zwischen Maschinenlängsrichtung und Maschinenquerrichtung gegen 1 infolge hochwertiger Faserverteilung und grösserer zufälliger Faserausrichtung im Ausflussstrahl. Zusätzlich sind Schwankungen im Papiergewicht in Maschinenquerrichtung minimal durch die gleichmassigere Faserdichte. Schliesslich sind auch die Oberflächenunregelmässigkeiten durch Eliminierung von übermässigen Makroturbulenzen im Ausflussstrahl minimal.

Somit ist es ersichtlich, dass das Verfahren und die Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung optimaler Mikroturbulenzen in einer makroturbulenten Papierbreiströmung nahe der Stoffauflaufdüse die Papierbahncharakteristik verbessert durch Verbesserung der Faserverteilung, der zufälligen Faserausrichtung und durch Verminderung der Spannungsverhältnisse. Es sei vermerkt, dass, obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem ortsfesten, geschlossenen, auf ein Siebband wirkenden Stoffauflaufkasten an einer Papiermaschine mit Brust- und Saugwalzen beschrieben wurde, die vorliegende Erfindung ebenso an einem Stoffauflaufkasten für Mehrfach-Siebband-Papiermaschinen Verwendung finden kann. Ferner können in Abhängigkeit der einzelnen Papierherstellungscharakteristiken auch eine Mehrzahl von Mikroturbulenz-Erzeugern der vorliegenden

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Erfindung in Serie in einem Strömungskanal angeordnet werden. Es ist somit offensichtlich, dass viele Alternativen, Modifikationen und Aenderungen der vorliegenden Erfindung unter dem Gesichtspunkt der vorstehenden Beschreibung gegenüber dem
Stand der Technik bestehen. Entsprechend solle alle solche
Alternativen, Modifikationen und Aenderungen vom Schutz der
nachfolgenden Ansprüche umfasst sein.

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Claims

"TS' Es wird folgendes beansprucht:

1. Papiermaschine mit einem Stoffauflaufkasten mit eingeschlossenem Turbulenz-Erzeuger zur Abgabe eines wasserhaltigen Stoffbreies an ein Siebband mit einer Geschwindigkeit an der Stoffauflaufdüse von mindestens 244 m/min wobei der Stoffauflaufkasten einen Konvergenzwinkel zwischen 4 und 20 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbulenz-Erzeuger ein Mikroturbulenz-Erzeuger ist, welcher sich zwischen 2,5 cm und 25 cm stromaufwärts der Stelle der kleinsten Durchströmquerschnittsfläche des Stoffauflaufkastens befindet, wobei der Mikroturbulenz-Erzeuger einen Q , - Wert zwischen ca. 0,3 und 0,7 aufweist und

kleinste Durchflussquerschnittsfläche des Stoff auflaufkastens beim Vorhandensein des Mikrotur-

bulenz-Erzeugers und bei diesem gemessen

grösste Durchflussquerschnittsfläche des Stoff auflaufkastens, welche ohne Mikroturbulenz-Erzeuger bestehen würde, gemessen beim Mikroturbulenz - Erzeuger

ist; und einen Q - Wert zwischen ca. 1,0 und ca. 1,6 aufweist und

0 3 Q 0 A 5 / 0 0 0 3 ORfGtNAL INSPECTED

L-

kleinste Durchflussquerschnittsfläche des Stoffauflaufkastens stromabwärts des Mikroturbulenz-

Erzeugers

ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroturbulenz-Erzeuger in gebräuchlicher Weise einstellbar ist entweder für eine Zunahme oder für eine Abnahme der Werte ο , und Q .

3. Maschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroturbulenz-Erzeuger mit Mitteln zum Vorstellen oder Zurückstellen des Mikroturbulenz-Erzeugers in Strömungsrichtung des Stoffbreies ausgerüstet ist.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroturbulenz-Erzeuger mindestens einen Zylinder mit gleichmässigem Querschnitt umfasst, welcher am freien Ende eines flexiblen Trägerelementes befestigt ist, das an seinem stromaufwärtigen Ende einstellbar am Stoffauflaufkasten befestigt ist, und dessen stromabwärtiges Ende frei ist, um eine Gleichgewichtslage im Strö-

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— «β Li" —

mungskanal in Abhängigkeit der Strömung des Stoffbreies einzunehmen.

5- Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroturbulenz-Erzeuger mindestens eine Platte mit gleichmässigem Querschnitt in Maschinenlängsrichtung und Maschinenquerrichtung umfasst.

6. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroturbulenz-Erzeuger einen gleichmässigen eiförmigen Querschnitt in einer Ebene parallel der Strömungsrichtung des Stoffbreies aufweist.

7· Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eiförmige Mikroturbulenz-Erzeuger. um eine, zur Strömungsrichtung des Stoffbreies im wesentlichen rechtswinklige Achse drehbar ist.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroturbulenz-Erzeuger ein Stauglied umfasst, das sich im wesentlichen rechtwinklig zur Strömungsrichtung des Stoffbreies erstreckt und von einer der Wandungen des Strömungskanals abgestützt ist, wobei die Maschine äussere Mittel umfasst,um das Stauglied während des Betriebes des Stoffauflaufkastens in den Strömungskanal hinein oder aus diesem heraus zu stellen.

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9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Mikroturbulenz-Erzeuger zwischen 7,5 cm und 17,5 cm stromaufwärts der Stoffauflaufdüse befindet und der Mikroturbulenz-Erzeuger einen Wert für Q , zwischen 0,3 und 0,7 und für O zwischen 1,0 und 1,6 aufweist.

10. Verfahren zur Herstellung einer nassen Papierbahn mit verbesserter Bildungscharakteristik, verbesserter Faserverteilung und verbesserter zufälliger Faserausrichtung ohne unerwünschte Oberflachendurchbruche bei einer Geschwindigkeit der Papiermaschine von 244 Meter pro Minute oder mehr, bei welchem einem Fluss von verdünntem Stoffbrei Makroturbulenzen eingangsseitig einem konvergierendem Stoffauflaufkasten aufgedrückt werden, wobei die makroturbulente Strömung gegen eine Stoffauflaufdüse des Stoffauflaufkastens mit einem Konvergenzwinkel zwischen 4 und 20 gerichtet ist und diese Stoffauflaufdüse als Strahl verlässt, um eine nasse Papierbahn auf einem Siebband zu formen, dadurch gekennzeichnet, dass in den makroturbulenten Strom des Papier-Stoffes Mikroturbulenzen an einer Stelle des Stoffauflaufkastens in ausreichender Nähe der Stoffauflaufdüse eingeleitet werden, derart, dass die verbleibenden Mikroturbulenzen im Ausflusstrahl eine Ausflockung vermindern und eine Verteilung und willkürliche Ausrichtung der Fasern fördern.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroturbulenzen durch Verengung und dann plötzliche Erweiterung der Strömung des Papierbreies im konvergierenden Kanal erzeugt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung und die nachfolgende plötzliche Erweiterung an einer Stelle zwischen 2,5 cm und 25 cm stromaufwärts der Stoffauflaufdüse erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung des Papierbreies mit einer Durchströmquerschnittsflache zwischen dem 1,4-fachen bis 1,7-fachen der verengten Durchströmquerschnittsflache expandiert.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss nach seiner Erweiterung wieder verengt wird auf eine Durchströmquerschnittsflache zwischen dem 1,0-fachen und dem 1,6-fachen der ursprünglich verengten Durchströmquerschnittsflache, an der Stoffauflaufdüse.

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