DE3514554A1 - Stoffauflauf-vorrichtung fuer eine papiermaschine und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Stoffauflauf-vorrichtung fuer eine papiermaschine und verfahren zu deren betrieb

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DE3514554A1 DE19853514554 DE3514554A DE3514554A1 DE 3514554 A1 DE3514554 A1 DE 3514554A1 DE 19853514554 DE19853514554 DE 19853514554 DE 3514554 A DE3514554 A DE 3514554A DE 3514554 A1 DE3514554 A1 DE 3514554A1
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Description

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Sulzer-Escher Wyss Gmbh, D-7980 Ravensburg
Stoffauflauf-Vorrichtung für eine Papiermaschine und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Stoffauflauf-Vorrichtung für eine Papiermaschine mit einem Verteilkasten zur Verteilung einer zugeführten Stoffsuspension über die Bahnbreite der Papiermaschine, einer eine Vielzahl von Löchern oder Kanälen aufweisenden Führungsvorrichtung für die Stoffsuspension und einem anschliessenden Düsenraum mit einem Auslaufspalt zur Verteilung der Stoffsuspension mit einem bestimmten Flächengewicht über die Bahnbreite der Papiermaschine, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.
Solche Stoffauflauf-Vorrichtungen sind beispielsweise aus der CH 608 049 (US 4 087 321) bekannt. Sie dienen dazu, eine vorbereitete Faserstoff-Suspension einer Papiermaschine zuzuführen und über deren gesamte Bahnbreite in bestimmter Weise zu verteilen. Diese Verteilung der Stoffsuspension soll derart erfolgen, dass die mit der Papiermaschine erzeugte Papierbahn bestimmte
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Eigenschaften über die Bahnbreite hat, wobei meist ein gleichmässiges Flächengewicht (Masse pro Flächeneinheit) nach der Trocknung, eine gleichmässige Feuchte, sowie eine gleichmässige Faserorientierung über die gesamte Bahnbreite angestrebt wird. Aus CH-608 532 (US 4 089 739) ist es dazu bekannt, die Weite des Auslaufspaltes des Düsenraumes mittels mehrerer, über die Bahnbreite verteilten Einstelleinrichtungen verstellbar auszubilden.
Unzulänglichkeiten, die im Aufbau der Papiermaschine liegen, sowie physikalische Vorgänge während des Papierherstellungsprozesses sind der Grund dafür, dass meist nicht alle gewünschten Eigenschaften über die Bahnbreite gleichzeitig wie gewünscht oder gleichmässig sind. Beispielsweise werden Mängel in der Siebpartie oder das Schrumpfen der Papierbahn während der Trocknung, insbesondere am Bahnrand, durch Aenderung des lokalen Stoffmengenstromes ebenso ausgeglichen, wie Unzulänglichkeiten in der Geometrie des Verteilers, der Führungsvorrichtung oder des Düsenraumes. Zur Aenderung oder Einstellung eines bestimmten lokalen Stoffmengenstromes wird vielfach die Weite des Austrittsspaltes aus dem Düsenraum lokal verändert. Dadurch wird jedoch auch der Druck im Düsenraum örtlich verändert und der Druckverlauf in der Faserstoff-Suspension über die Maschinenbreite ungleichmässig. Diese örtlichen Druckunterschiede im Düsenraum führen zu Querströmungen im Düsenraum, die sich bis hin zum Auslaufspalt auswirken, und zwar in der Weise, dass die Richtung der Strömung im Düsenraum, über die Breite gesehen, nicht exakt parallel und mit der Maschinenrichtung übereinstimmend
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ist. Selbst kleine Abweichungen von der Maschinenrichtung führen wegen der beim Austritt des Suspensionsstrahles vorhandenen Querkomponenten des Geschwindigkeitsvektors zu unerwünschten Unglexchmässigkeiten der Faserorientierung der erzeugten Papierbahn über die Bahnbreite.
Es ist bereits versucht worden, Druckunterschiede in der strömenden Stoffsuspension im Verteiler dadurch über die Bahnbreite auszugleichen, dass der Stoffsuspension an geeigneten Stellen, beispielsweise im Verteilerkasten zusätzlich Stoffsuspension zugeführt oder abgezogen wird, so dass der Druckverlauf im Verteilkasten über die gesamte Bahnbreite konstant ist. Allein mit dieser Massnahme können jedoch nicht sämtliche Druckunterschiede im Düsenraum ausgeglichen werden. Beispielsweise treten im Düsenraum an den Rändern infolge von Reibungsverlusten an den Seitenwänden zusätzliche Druckverluste auf, welche bewirken, dass der Druck im Düsenraum und der durchgesetzte Stoffmengenstrom zum Rand hin abfallen. Auch hierdurch treten im Düsenraum Querströmungen auf, die zur Folge haben, dass die Stromfäden nicht mehr exakt parallel in Maschinenrichtung ausgerichtet sind. Auch bei mehreren gegeneinander versetzten Reihen von Bohrungen oder Kanälen in der Führungsvorrichtung, wie z.B. in CH 608 255 (US 4 137 124) offenbart, sind in den Randbereichen Üngleichmassigkexten, wie geringere Stoffmengenströme pro Breiteneinheit vorhanden, die ebenfalls zu Druckunterschieden und zu Querströmungen im Düsenraum und am Spalt führen. Durch Zuführung von zusätzlicher Stoffsuspension oder Wasser an den Seiten durch die Seiten-
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wände des Düsenraumes hindurch könnte dies zwar ausgeglichen werden, jedoch bedingt dies einen erheblichen maschinellen und steuerungstechnischen Aufwand.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Stoffauflauf-Vorrichtung für eine Papiermaschine und ein Verfahren zu deren Betrieb zu schaffen, mit der man trotz der zur Einstellung gewünschter Querprofile des Flächengewichts notwendigen Aenderung des lokalen Stoffmengenstromes einen Strömungszustand im Düsenraum und am Auslaufspalt erreicht, der frei von Querströmungen ist. Eine auf diese Weise erzeugte Papierbahn soll eine gleichmässige Faserorientierung über die Bahnbreite aufweisen.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Massenverteilung über die Bahnbreite der Papiermaschine wahlweise durch örtliche Aenderung der Weite des AuslaufSpaltes und/oder durch örtliche Aenderung der Stoffdichte veränderbar ist, und dass bei einer Aenderung der Massenverteilung gleichzeitig die Strömung der Stoffsuspension im Düsenraum so einstellbar ist, dass über die Bahnbreite der Papiermaschine gesehen die horizontale Komponente der Strömungsrichtung der Stoffsuspension am Auslaufspalt überall parallel in Maschinenrichtung liegt und die Strömungsgeschwindigkeit im Auslaufspalt, über die Maschinenbreite gesehen, gleich ist.
Dies kann z.B. wahlweise durch Aenderung des Druckprofils im Verteiler, durch Aenderung der geometrischen
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Abmessungen des Verteilers, der Führungsvorrichtung, bzw. des Düsenraumes, oder durch Zuführung, oder Abführung von Stoffsuspension, bzw. Zuführung von Wasser im Verteiler, in der Führungsvorrichtung oder im Düsenraum, einzeln oder in Kombination miteinander erfolgen.
Durch diese Einstellmöglichkeiten wird erreicht, dass die aus dem Auslaufspalt austretende Stoffmenge das gewünschte Querprofil aufweist, dass jedoch dabei keine Querströmungen auftreten, und somit ein Papier mit gewünschter Massenverteilung und gleichmässiger Faserorientierung über die Bahnbreite erhalten wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Aenderung der Massenverteilung der Stoffsuspension über die Bahnbreite der Papiermaschine durch örtliche Aenderung der Weite des Auslaufspaltes und/oder durch örtliche Aenderung der Stoffdichte gleichzeitig die Strömung der Stoffsuspension im Stoffauflauf so eingestellt wird, dass über die Bahnbreite der Papiermaschine gesehen, die horizontale Komponente der Strömungsrichtung der Stoffsuspension am Auslaufspalt überall parallel in Maschinenrichtung liegt und die Strömungsgeschwindigkeit im Auslaufspalt, über die Maschinenbreite gesehen, gleich ist.
Dies kann z.B. wahlweise durch Aenderung des Druckprofiles im Verteilkasten, durch Aenderung der Geometrie des Verteilkastens, der Führungsvorrichtung, bzw. des Düsenraumes oder durch Zuführung oder Abführung von Stoffsuspension bzw. Zuführung von Wasser im Verteiler,
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in der Führungsvorrichtung oder im Düsenraum, einzeln oder in Kombination miteinander erreicht werden.
Die Erfindung, sowie vorteilhafte Weiterbildungen derselben, werden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbexspiele näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Stoffauflauf-Vorrichtung in der Aufsicht,
Figuren 2-4 zeigen verschiedene Ausführungen von Verteilkästen mit einstellbarem Druckverlauf in zwei Vertikalschnitten ,
Figur 5 zeigt eine Stoffauflauf-Vorrichtung im Vertikalschnitt,
Figur 6 zeigt eine Stoffauflauf-Vorrichtung mit verschiedenen möglichen Zugabe- oder Entnahmestellen für Stoffsuspension oder Zugabestellen für Wasser,
Figuren 7 und 8 zeigen Führungsvorrichtungen mit unterschiedlicher Geometrie über die Bahnbreite,
Figuren 9-11 zeigen verschiedene Anordnungen von Zuleitungen und Abzweigungen an einem Stoffauflauf.
Die in Figur 1 dargestellte Stoffauflauf-Vorrichtung weist einen Verteilkasten 1 auf, dessen Querschnitt sich in Flussrichtung F der Stoffsuspension verkleinert. Als Stoffsuspension ist dabei z.B. eine Mischung von Fasern mit Zusatzstoffen zur Papier- oder Karton-
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herstellung zu verstehen, jedoch auch Füllstoffsuspensionen zur Papierbeschichtung. Am Ende des Verteilers mit dem grösseren Querschnitt ist ein Anschlussrohr 2 zur Zuführung der Stoffsuspension angeschlossen, und an dessen anderes, entgegengesetztes Ende mit dem kleineren Querschnitt eine Rückführleitung 3. Der Verteiler besitzt vorzugsweise eine annähernd konische Form oder kann als Pyramidenstumpf ausgebildet sein.
An eine Längsseite 4 des Verteilers 1 ist eine Führungsvorrichtung 5 angeschlossen. Diese kann im Prinzip als beliebige, in der Papiermaschinentechnik übliche Führungsvorrichtung ausgebildet sein, beispielsweise wie in der Figur ausschnittsweise dargestellt, als Stufendiffusor mit sich stufenweise erweiternden parallelen Kanälen 6, z.B. gemäss CH 518 406 (US 3 725 197).
An den Ausgang dieser Kanäle 6 schliesst sich ein Düsenraum 29 mit Austrittsspalt 8 an, wobei dieser von zwei Lippen 7 gebildet wird oder von einer Lippe und einer an der Lippe montierten, aber gegenüber dieser frei beweglichen Blende. Die Stoffsuspension gelangt nun über die Kanäle 6, den Düsenraum 29 und den Austrittsspalt 8 auf die Siebpartie der Papiermaschine.
Wenigstens eine der Lippen 7 oder eine an ihr angebrachte Blende ist mit mehreren, über die Breite verteilten Verstelleinrichtungen 30 versehen, mit denen die Spaltweite individuell über die Breite manuell oder mittels einer Regeleinrichtung eingestellt werden kann, um mit dem aus dem Spalt 8 ausströmenden Stoffsuspen-
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sionsmengenstrom ein gewünschtes ofentrockenes Flächengewichtsprofil der damit erzeugten Papierbahn über die Breite einzustellen. Wenn jedoch die Spaltweite über Verstelleinrichtungen 30 am Austrittsspalt 8 lokal verändert wird, ändern sich neben dem lokalen Stoffmengenstrom und dem Flächengewichtsprofil auch die lokalen Strömungsverhältnisse, wie Druck und Geschwindigkeit im Düsenraum. Die Folge der Druckunterschiede sind Querströmungen im Düsenraum, die bis hin zum Auslaufspalt 8 vorhanden sind und sich am Sieb der Papiermaschine so lange auf die Faserlagerung auswirken, bis der gesamte Faserverband im Blatt fixiert ist. Wegen der über die Bahnbreite der Maschine unterschiedlichen Querströmungen kommt es dann zu einer unterschiedlichen Faserlagerung im Blatt über die Bahnbreite. Um derartige Querströmungen der Stoffsuspension zu verhindern, sind bestimmte Vorkehrungen erforderlich. Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, unter Beibehaltung des eingestellten Spaltweitenprofils den Druck der Stoffsuspension über die Bahnbreite der Papiermaschine bzw. die Breite des Düsenraumes nachzustellen oder nachzuregeln. Andererseits kann jedoch auch die Spaltweite konstant gehalten werden und statt dessen die Stoffdichte örtlich so geändert werden, dass bei konstantem Druck über die Breite das gewünschte Querprofil, z.B. des Ofentrocken-Flächengewichtes in der Papierbahn entsteht. Dazu ist es erforderlich, an geeigneten Stellen individuell über die Breite verteilt, Stoffsuspension oder Wasser zuzugeben oder abzuführen.
Aehnlich wie Spaltweitenverstellungen wirkt sich ein anderes Phänomen aus, das dadurch entsteht, dass an den
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Rändern der Papiermaschine infolge Reibungsverlusten an den Seitenwänden 9 zusätzlich ein Druckverlust in der Stoffsuspension eintritt. Statt diesen Druckverlust durch Zuführung von Suspension oder Wasser durch die Seitenwände 9 hindurch über zusätzliche Leitungen 10 zu kompensieren, was einen erheblichen maschinellen und steuerungstechnxschen Aufwand bedeutet, kann die erforderliche Kompensation auf einfachere und präzisere Weise durch die gleiche Druckregelung oder Stoffdichte-Regelung bzw. durch die gleiche Aenderung der Geometrie erfolgen, wie sie zur Einhaltung eines bestimmten Flächengewichtsprofiles bei gleichmässiger Faserorientierung erforderlich ist. Auf die gleiche Weise lässt sich weiterhin das beim Trocknen von Papierbahnen an den Rändern auftretende Schrumpfen kompensieren, so dass eine über die gesamte Bahnbreite gleichmässige Papierbahn entsteht.
Eine Druckkompensation kann mit verschiedenen Massnahmen einzeln oder in Kombination miteinander erfolgen. Eine Möglichkeit zur Druckkompensation über die Bahnbreite der Maschine besteht darin, dass wie in Figur 1 gezeigt, an einer Längsseite des Verteilkastens 1 über dessen Länge verteilt mehrere, als Abzweigleitungen 11, 12, 13 und 14 ausgebildete Abzweigungen angeschlossen sind, die mit dem Inneren des Verteilers in Verbindung stehen. In diesen Abzweigleitungen sind steuerbare Ventile 15, 16, 17, 18, 19 vorgesehen, mittels derer der Durchfluss der Abzweigleitungen und der Rückführleitung verändert werden kann. Die Abzweigleitungen 11, 12, 13 und 14 sowie die Rückführleitung sind z.B. an eine gemeinsame Sammelleitung 20 ange-
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schlossen. Ueber diese kann die an den einzelnen Anschlusspunkten der Abzweigleitungen und über die Rückführleitung abgezweigte Stoffsuspension abgeführt werden. Je nach abgeführter Menge der Suspension in den einzelnen Abzweigleitungen ändert sich der hydrostatische Druckverlauf im Verteiler 1 ab dem Ort des Anschlusses der betreffenden Abzweigleitungen. Durch die Ventile 15, 16, 17, 18 und 19 ist das Mass der Druckveränderung einstellbar, so dass es durch Betätigung dieser Ventile möglich ist, den erforderlichen Druckverlauf über die Länge des Verteilers bzw. die Breite der Papiermaschine einzustellen. Durch die Form des Verteilers 1 kann dabei zunächst ein bestimmter Druckverlauf im Verteiler grob vorgegeben werden, so dass nur noch die verbleibenden Abweichungen durch die Betätigung der Ventile korrigiert werden müssen.
Die Druckeinstellung an den verschiedenen Einstellpunkten kann entweder manuell, mittels visueller Druckanzeiger oder nach Beobachtung der erzeugten Papierbahn bzw. entsprechend den Messergebnissen für bestimmte Papiereigenschaften, die mit geeigneten Sensoren quer über die Breite der Papierbahn ermittelt wurden, z.B. das Flächengewicht, oder die Faserorientierung, vorgenommen werden oder, wie in Figur 1 angedeutet, mit Hilfe einer, an die verschiedenen Messeinrichtungen angeschlossenen Regeleinrichtung 26. Dazu sind entlang der Flussricfitung F am Verteiler 1 Druckmessvorrichtungen 21, 22, 23, 24 und 25 vorgesehen, mit welchen der hydrostatische Druck der Suspension im Verteiler 1 bzw. dessen Verlauf in Längsrichtung bestimmt wird. Solche Druckmesseinrichtungen können im Prinzip beliebig aus-
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gebildet und angeordnet sein, wobei die Druckmessung auch im Düsenraum erfolgen kann. Im einfachsten Fall können die Messvorrichtungen den einzelnen Ventilen zugeordnet sein und diese direkt steuern, oder die Messeinrichtungen können unabhängig von den Ventilen ihre Messwerte der Regeleinrichtung 26 zuführen, die beispielsweise mittels eines Prozessrechners die einzelnen Ventile in geeigneter Weise steuert und nachregelt, so lange bis an allen Messpunkten der gewünschte Druck herrscht.
Das durch die Regeleinrichtung 26 vorgegebene Druckprofil kann dabei so gewählt sein, dass der Druck einen gewünschten Verlauf zeigt, z.B. über die gesamte Breite konstant gehalten wird, oder es können gewisse Randkorrekturen eingeschlossen sein, beispielsweise ein etwas höherer Druck an beiden Rändern, um Druckverluste an den Seitenwänden zu kompensieren. Zusätzlich kann die Regeleinrichtung 26 noch durch weitere, nicht dargestellte Sensoren angesteuert werden, die beispielsweise die Dicke, das Flächengewicht, den Curl (Rollneigung) oder die Faserorientierung des erzeugten Papieres entlang der Breite der Papierbahn feststellen oder messen und entsprechende zusätzliche Steuersignale 28 liefern, mittels derer eine zusätzliche Druckkorrektur durchgeführt oder ein Druckprofil vorgegeben werden kann. Falls geeignetes Bedienungspersonal vorhanden ist, kann eine derartige Steuerung jedoch auch auf einfachere Weise manuell oder halbautomatisch durch Beobachtung der Messwerte der einzelnen Messeinrichtungen und entsprechende Nachregelung erfolgen. Häufig ist eine solche einfachere Steuerung ausreichend, da in der Regel
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eine einmalige Anpassung nach dem Anlaufen einer Papiermaschine genügt und ein Nachregeln lediglich erforderlich wird, wenn sich Betriebsparameter, z.B. der Druck oder die Zusammensetzung der zugeführten Stoffsuspension ändert, bzw. wenn die Produktion geändert wird, z.B. wenn die Maschine auf eine andere Art von Stoffsuspension umgestellt wird, die eine Aenderung der Druckverteilung zur Folge hat. Bei vorbekannten Stoffauflauf-Vorrichtungen war dies nur mit Schwierigkeiten und Komplikationen möglich.
Der Querschnitt der Abzweigleitungen 11, 12, 13 und 14 kann unterschiedlich sein, entsprechend der notwendigen Korrektur. Ebenso kann der gegenseitige Abstand dieser Abzweigleitungen unterschiedlich gewählt sein. Jedoch ist es auch ohne weiteres möglich, Leitungen gleichen Durchmessers im gleichen Abstand voneinander vorzusehen, und zwar in einer Anzahl, die die notwendige Steuerbarkeit gewährleistet.
Statt über die Abzweigleitungen einen Teil der Stoffsuspension abzuführen, können die Abzweigleitungen auch zur Zuführung von zusätzlicher Stoffsuspension dienen. In diesem Fall ist statt einer Rückführleitung 20 eine Zuführleitung vorzusehen. Diese kann an die ohnehin vorhandene Zuführleitung 2 angeschlossen sein, oder auch an ^ine davon getrennte Zufuhr, wobei die Vorrichtungen zur Durchfluss-Steuerung 15, 16, 17, 18, 19 als geeignete, steuerbare Pumpen ausgebildet sind. Nötigenfalls kann aber auch nur ein Teil der Abzweigungen der Abführung von Stoffsuspension dienen, während die anderen Abzweigungen Stoffsuspension zuführen können. Die
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Steuerorgane können dabei so ausgebildet sein, dass die Durchflussrichtung und die Durchflussmenge steuerbar sind.
Figur 2 zeigt eine Variante in zwei Vertikalschnitten, bei der der Verteilerkasten 1 über Verbindungsleitungen 11 - 14 mit einem Sammelbehälter 20 verbunden ist. Das Ende der Verbindungsleitungen 11, 12, 13, 14, das in den Sammelbehälter 20 geht, ist in der Höhe verstellbar ausgebildet, beispielsweise durch von aussen verschiebbare Hülsen 66 oder durch wenigstens über einen Teil der Verbindungsleitungen gehende teleskopartige Ausführung der Verbindungsleitungen. Damit wird ein in der Höhe verstellbares Wehr geschaffen und somit der lokale Druck im Verteiler individuell einstellbar gemacht.
Figur 3 zeigt eine Abwandlung, bei der die Verbindungsleitungen 11, 12, 13 als Schlitze ausgebildet sind mit dahinterliegenden, verstellbaren Flächenelementen 60, 61 und 62, die als Ueberlaufwehre dienen. Durch Verstellung dieser Flächenelemente kann die wirksame Wehrhöhe lokal verändert werden, so dass auch hier eine lokale Druckkorrektur im Verteilerkasten 1 erfolgt.
Eine andere Möglichkeit, die Druckverhältnisse zu beeinflussen, ist in Figur 4 dargestellt, bei der ein Stoffabzug nicht über einzelne, über die Maschinenbreite angeordnete Abzweigleitungen erfolgt, sondern über einen Auslaufschlitz 64 zwischen Verteilerkasten 1 und Sammelbehälter 20, wobei der Auslaufschlitz 64 über die gesamte Maschinenbreite geht. Im Sammelbehälter 20 ist weiterhin ein über die gesamte Breite gehendes ver-
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tikales Ueberlaufwehr 63 vorgesehen, dessen Höhe von aussen lokal über die Breite einstellbar ist. Dadurch lässt sich eine Aenderung des hydrostatischen Drucks im Verteiler oder in der Düse einfach durch eine Veränderung der Wehrhöhe des AuslaufSchlitzes 64 erreichen. Statt eines senkrechten Wehres kann auch eine verschiebbare Blende 6.5 vorgesehen sein, mittels der der Auslaufschlitz 64 über die Breite individuell einstellbar ist.
Statt die Abzweigleitungen oder Verbindungsschlitze an der Seite des Verteilkastens 1 anzubringen, können diese jedoch auch an anderen Punkten der Stoffauflauf-Vorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise am Diffusorblock 5, oder im Düsenraum 29 unmittelbar nach dem Diffusorblock oder kurz vor dem Auslaufspalt 8 oder auch dazwischen.
Figur 5 zeigt eine analoge Stoffauflauf-Vorrichtung im Vertikalschnitt, bei der wiederum ein Verteiler 1, ein Diffusor 5 mit einer Reihe von parallelen Kanälen 6, und ein Düsenraum 29 mit einem Austrittsspalt 8 vorgesehen sind. Die Stoffsuspension fliesst aus dem Düsenraum 29 auf das über eine Brustwalze 31 geführte Sieb 32 einer Papiermaschine. Der Vorderteil 33 der oberen Begrenzungslippe 7 des Düsenraumes 29 ist mittels eines Gelenkes 34 und durch über die Breite des Austrittsspaltes 8 verteilte Verstelleinrichtung 35 über die Breite individuell einstellbar. Vielfach wird der Austrittsspalt oben von einer Blende begrenzt, die auf der oberen Lippe montiert, aber gegenüber der oberen Lippe in gewissem Masse frei beweglich ist. Durch die an der
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Blende befestigten Verstelleinrichtungen lässt sich dann die Spaltweite ändern. Dadurch kann die aus dem Spalt austretende Suspensionsmenge örtlich unabhängig über die Breite geregelt werden. Die Zuführung oder Abführung von Faserstoff-Suspension erfolgt wiederum über Abzweigleitungen 11 am Verteiler 1 und ausserdem oder wahlweise über Abzweigleitungen 51 am Düsenraum 29, wobei zur Mengenregulierung Ventile oder Pumpen oder die in den Figuren 2-4 gezeigten Ausführungen vorgesehen sind.
Weitere Möglichkeiten bestehen darin, wie in Figur 6 gezeigt, dass die Abzweigleitungen wahlweise oder in Kombination am Verteiler 1, am Diffusorblock 5 oder am Düsenraum 29 vorgesehen sind. Dadurch können Aenderungen des Druckverlaufs möglichst nahe am Entstehungsort kompensiert werden. Im dargestellten Beispiel ist die Möglichkeit vorgesehen, an der Oberseite des Verteilers 1 oder an einer anderen Stelle Abzweigleitungen 37 vorzusehen. Statt dessen können die Abzweigleitungen auch direkt aus dem Diffusorblock 5 hinausgeführt werden. Im dargestellten Beispiel sind beispielsweise Leitungen 39 in die erste Diffusorstufe, Leitungen 40 in die zweite Diffusorstufe unmittelbar nach dem Absatz zur ersten Stufe, oder Leitungen 41 in die dritte Diffusorstufe unmittelbar nach dem Absatz zur zweiten Stufe geführt. Es können jedoch auch Zuleitungen in den Düsenraum 29 selbst vorgesehen sein, beispielsweise Leitungen 42 in den Anfang des Düsenraumes, unmittelbar hinter den Austrittsöffnungen 43 aus den Diffusorkanälen oder Leitungen 44, die in der Nähe des Ausgangsspaltes 8 des Düsenraumes 29 im beweglichen
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Teil 33 der oberen Lippe mündet. Ueber diese Leitungen kann, wie bereits erwähnt, je nach Erfordernissen zum Zwecke der Druckregelung oder der Stoffdichte-Aenderung Wasser oder Siebwasser mit geringerer Stoffdichte bzw. Stoffsuspension zugegeben oder abgeführt werden.
Eine weitere Druckregelungsmöglichkeit im Verteiler 1 kann dadurch geschaffen werden, dass der Verteilerquerschnitt geändert wird, z.B. durch eine beweglich ausgebildete Rückwand 45 des Verteilers. Die Beweglichkeit kann dadurch erreicht werden, dass die Rückwand 45 entweder manuell oder mittels einer Regeleinrichtung über die Breite des Verteilkastens verstellbar ist, wodurch sich das Druckprofil im Verteiler einstellen lässt, oder dass die Rückwand 45 als flexible und verformbare Membran ausgebildet ist, welche sich automatisch, beispielsweise mit Hilfe eines Druckpolsters an der Rückseite so einstellt, dass über die ganze Breite des Verteilkastens der gleiche Druck herrscht.
In Kombination mit anderen Verstell- und Regelmöglichkeiten oder auch allein kann zur Erzielung gleicher Strömungsgeschwindigkeiten und gleicher Drücke über die Breite des Düsenraumes eine Veränderung der Düsengeometrie notwendig sein. Hiezu sind Verstellmöglxchkexten 52 notwendig, die unmittelbar nach der Führungsvorrichtung, vor dem Auslaufspalt oder auch dazwischen vorzusehen sind, wobei die Verstelleinrichtungen gleichzeitig auch an zwei und mehr Positionen in Maschinenrichtung gesehen angebracht sein können.
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Weitere Regelmöglichkeiten bestehen darin, dass verstellbare Blenden 46 vor den Eintrittsöffnungen 38 der Diffusorkanäle 6 oder entsprechende verstellbare Blenden 47 vor den Austrittsöffnungen 43 der Diffusorkanäle vorgesehen werden. Diese können aus verschiebbaren Elementen, Irisblenden, aufblasbaren Körpern oder aus anderen Elementen bestehen. Auch kann über Leitungen 50 direkt am Eingang 38 der Kanäle Suspension oder Wasser zugeführt werden, oder die Kanäle können durch steuerbare Druckkörper 27 verengt werden.
Der erhöhte Druckverlust an den Rändern, z.B. infolge Reibung an den Seitenwänden 9 lässt sich dadurch kompensieren, dass in den Randzonen der Druckverlust der Führungseinrichtung verändert, z.B. verringert wird, was durch eine Veränderung des Durchtrittsquerschnitts pro Breiteneinheit erreicht wird.
Figur 7 zeigt ein Beispiel eines Diffusorblocks 5 mit mehreren übereinander liegenden Reihen von gleichmässig übereinander angeordneten Stufendiffusoren. Dabei ist zur Verringerung des Druckverlustes der Diffusoren der Querschnitt der Diffusoren in der Randzone 48 an der Seitenwand 9 grosser als in der anschliessenden mittleren Zone 49, so dass der Druckverlust in der Stoffsuspension in der Randzone etwas kleiner ist als in der Mitte und somit die erhöhten Druckverluste in der Randzone kompensiert werden.
Bei dem in Figur 8 dargestellten Diffusorblock 5 sind die einzelnen Reihen von Stufendiffusoren gegeneinander versetzt, was bedeutet, dass in der Randzone 48 ein
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geringerer Düsendruck durch die gegenüber der Mitte fehlenden Diffusoren entsteht. Ein grösserer Stoffmengenstrom pro Breiteneinheit wird in der Randzone durch das Anbringen zusätzlicher Bohrungen erreicht, oder durch eine Reduzierung des Druckverlustes des einzelnen Elementes der Führungsvorrichtung im Randbereich, so dass auch hier eine Druckkorrektur möglich ist. Auf diese Weise sind auch grundsätzliche Mangel der Verteilerauslegung oder an einem anderen Ort der Papiermaschine dadurch ausgleichbar, dass der Lochdurchmesser oder Druckverlust über die Bahnbreite geändert und angepasst wird.
Abwandlungen und zweckmässige Weiterbildungen sind möglich und liegen im Rahmen des Erfindungsgedankens. So können, wie in Figur 9 gezeigt, die mit der Sammelleitung 20 verbundenen Abzweigleitungen 11 mit Vorteil auch am höchsten Punkt des Verteilers 1 angeschlossen sein, womit gewährleistet ist, dass etwaige Luftausscheidungen sicher abgeführt werden können. Unmittelbar daneben kann der Anschluss für den Diffusor 5 vorgesehen sein, so dass die Druckregelung in unmittelbarer Nachbarschaft des Einganges des Diffusors erfolgt.
Die Sammelleitung kann auch direkt am Verteiler 1 entlang geführt sein, so dass die Abzweigungen 11 durch Oeffnungen gebildet werden, die den Verteiler 1 und die Sammelleitung 20 verbinden.
Figur 10 zeigt ein Beispiel, bei dem der Diffusor als eine an sich bekannte, einen Verteiler 1 mit den Lippen 7 und einen Äusgangsspalt 8 aufweisenden Düsenraum ver-
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bindende Führungsvorrichtung ausgebildet ist, die zwei hintereinander geschaltete, durch einen die Suspension umleitenden Zwischenraum 55 getrennte Rohrsysteme 53 und 54 aufweist. Dieser Zwischenraum 55 ist durch Abzweigöffnungen 56 mit unabhängig steuerbarem oder regelbarem Querschnitt an eine Ueberlaufleitung 57 angeschlossen, die gleichzeitig eine Dämpfungswirkung zeigt.
Figur 11 zeigt ein analoges Beispiel, bei dem die Steuerbarkeit durch Schieber 58 erreicht wird, die den Querschnitt der Abzweigöffnungen verändern. Wahlweise können dabei die Oeffnungen 59 auch bis zum Anfang des Düsenraumes 29 vorverlegt sein.
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Claims (32)

35Ή554 Patentansprüche
1. Stoffauflauf-Vorrichtung für eine Papiermaschine mit einem Verteilkasten (1) zur Verteilung einer zugeführten Stoffsuspension über die Bahnbreite der Papiermaschine, einer eine Vielzahl von Löchern oder Kanälen (6) aufweisenden Führungsvorrichtung (5) für die Stoffsuspension, und
einem anschliessenden Düsenraum (29) mit einem /g-
Auslaufspalt (8) zur Verteilung der Stoffsus- l\
pension mit einem bestimmten Flächengewicht über die Bahnbreite der Papiermaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenverteilung über die Bahnbreite der Papiermaschine wahlweise durch örtliche Aenderung der Weite (h) des Auslaufspaltes (8) und/oder durch örtliche Aenderung der Stoffdichte veränderbar ist, und dass bei einer Aenderung der Massenverteilung gleichzeitig die Strömung der StOffsuspension im Stoffauflauf so einstellbar ist, dass über die Bahnbreite der Papiermaschine gesehen, die horizontale Komponente der Strömungsrichtung der Stoffsuspension am Auslaufspalt (8) überall parallel in Maschinenrichtung liegt und die Strömungsgeschwindigkeit im Auslaufspalt (8), über die Maschinenbreite gesehen, gleich ist.
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"2- 35Η554
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Eintrittes in den Düsenraum (29) und im Bereich des Auslaufspaltes (8) gleiche Geschwindigkeiten und Drücke über die Maschinenbreite vorliegen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass an einzelnen Stellen im Düsenraum (29) in Maschinenrichtung gesehen, oder über die gesamte Länge des Düsenraumes (29), gleiche Geschwindigkeiten und Drücke über die Maschinenbreite vorliegen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung der Stoffsuspension wahlweise durch Aenderung des Druckprofils im Verteiler (1), durch Aenderung der geometrischen Abmessungen des Verteilers (1), der Führungsvorrichtung (5), bzw. des Düsenraumes (29), oder durch Zuführung oder Abführung von Stoffsuspension, bzw. Zuführung von Wasser im Verteiler (1), in der Führungsvorrichtung (5), oder im Düsenraum (29), einzeln oder in Kombination miteinander einstellbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die Breite des Stoffauflaufs verteilte, steuerbare Abzweigungen (11 - 14, 37, 39 - 42, 44, 56, 58, 59) zur Steuerung des Druckes in der Stoffsuspension und/oder der Stoffsuspensions-Menge vorgesehen sind.
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35H554
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungen (11 - 14, 37) an den Verteilkasten (1) angeschlossen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungen (11) am höchsten Punkt des Verteilkastens (1) angeschlossen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungen (11) in unmittelbarer Nähe der Eintrittsöffnungen der Führungsvorrichtung (5) an den Verteilerkasten (1) angeschlossen sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungen (11
- 14) mit ihrem dem Verteilerkasten (1) abgewandten Ende in einen Sammelbehälter (20) hineinragen, wobei die Länge ihres in den Sammelbehälter (20) hineinragenden Teiles veränderbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungen (11
- 14, 64) als wenigstens eine Oeffnung ausgebildet sind und dass im Sammelbehälter (20) an den Oeffnungen ein in der Höhe lokal verstellbares Ueberlaufwehr (60, 61, 62) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungen aus einem zwischen dem Verteilerkasten (1) und einem
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Sammelbehälter (20) in Längsrichtung verlaufenden Schlitz (64) bestehen, dessen Weite örtlich einstellbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungen (39 - 41, 56, 58) an die Führungsvorrichtung (5, 55) angeschlossen sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungen (39) an die erste Stufe eines als Stufendiffusor ausgebildeten Kanals der Führungsvorrichtung (5) angeschlossen sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungen (40, 41) an die zweite oder eine folgende Stufe eines als Stufendiffusor ausgebildeten Kanales der Führungsvorrichtung (5) unmittelbar nach einer Stufe angeschlossen sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungen (59) an den Düsenraum (29) angeschlossen sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigungen Steuereinrichtungen (15 - 18, 36) zur Durchfluss-, bzw. Querschnittssteuerung der Zuführung bzw. Abführung von Stoffsuspension und/oder Wasser aufweisen.
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17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet/ dass über die Breite des Stoffauflaufs verteilte Messvorrichtungen (21 - 25) zur Messung des hydrostatischen Druckes der Stoffsuspension vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelvorrichtung (26) vorgesehen ist, die von den Messvorriehtungen (21 25) gesteuert wird und den Durchfluss und wahlweise die Durchflussrichtung regelt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (26) eingerichtet ist, den Druck über die Breite des Stoffauflaufs auf ein vorgegebenes Druckprofil zu regeln.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass über die Breite der erzeugten Papierbahn Messeinrichtungen für Eigenschaften der Papierbahn, insbesondere das Flächengewicht oder die Faserorientierung vorgesehen sind, welche mit der Regeleinrichtung (26) verbunden sind und dieser ein bestimmtes Druckprofil über die Breite des Stoffauflaufs vorgeben.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-20, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (27) zur Veränderung des Querschnittes der Kanäle (6) vorgesehen sind.
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22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-20, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (50) zur Zuführung von Wasser an die Eingänge (38) der Kanäle (6) vorgesehen sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Eingangsöffnungen (38) der Führungsvorrichtung (5) oder nach deren Austrittsöffnungen (43) verstellbare Elemente (46, 47) zur Durchflussregelung durch die Führungsvorrichtung (5) vorgesehen sind.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-23, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kanäle (6) der Führungsvorrichtung (5) über die Bahnbreite unterschiedlich ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (6) der Führungsvorrichtung (5) in den Randzonen (48) des Stoffauflaufs einen kleineren Druckverlust aufweisen als in der mittleren Zone (49).
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (5) in der Randzone die gleiche Anzahl von Kanälen (6) pro Breiteneinheit aufweist, wobei die Querschnitte der Kanäle (6) in der Randzone (48) grosser sind als in der mittleren Zone (49).
27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der Randzone (48) zusätzliche
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- 7 - """ " 35H55A
Bohrungen (50) in der Führungsvorrichtung (5) vorgesehen sind.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Verteilerkasten (1) und/oder des Düsenraumes (29) über die Breite des Stoffauflaufs örtlich individuell mittels einer Verstelleinrichtung (45) veränderbar ist.
29. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 28, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aenderung der Massenverteilung der Stoffsuspension über die Bahnbreite der Papiermaschine durch örtliche Aenderung der Weite des AuslaufSpaltes und/oder durch örtliche Aenderung der Stoffdichte gleichzeitig die Strömung der Stoffsuspension im Stoffauflauf so eingestellt wird, dass über die Bahnbreite der Papiermaschine gesehen, die horizontale Komponente der Strömungsrichtung der Stoffsuspension am Auslaufspalt überall parallel in Maschinenrichtung liegt und die Strömungsgeschwindigkeit im Auslaufspalt, über die Maschinenbreite gesehen, gleich ist.
30. Verfahren nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Strömung wahlweise durch Aenderung des Druckprofiles im Verteilkasten, durch Aenderung der Geometrie des Verteilkastens, der Führungsvorrichtung, bzw. des Düsenraumes oder durch Zuführung oder Abführung von Stoffsuspension bzw. Zuführung
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von Wasser im Verteilkasten, in der Führungsvorrichtung oder im Düsenraum, einzeln oder in Kombination miteinander erfolgt.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Aenderung des Druckprofiles im Verteilkasten mit einer Regeleinrichtung (26)
vorgenommen wird, die von Druckmesseinrichtungen (21 - 25) angesteuert wird.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (26) von Sensoren für Eigenschaften der erzeugten Papierbahn Steuersignale (28) zugeführt werden, welche der
Regeleinrichtung (26) ein bestimmtes Druckprofil vorgeben.
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