DE4005281A1 - Stoffauflauf mit regelung des flaechengewicht-querprofiles ueber die verduennung der fasersuspension - Google Patents

Description

1. Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf für Papiermaschinen, bei dem es aufgrund seines Konzeptes möglich ist, eine wirkungsvolle Flächengewichtsquerprofilregelung durchzuführen.

Die Erfindung betrifft die örtliche Verdünnung zur Anhebung oder Senkung des Flächengewichtsquerprofiles über die Fasersuspension. Dabei fließt jedoch über die Breite des Stoffauflaufes pro Breiteneinheit immer die gleiche Suspensionsmenge auf ein oder zwischen zwei Siebe.

Nach dieser Erfindung bleibt die Stoffauflaufdüse über Maschinenbreite gleichmäßig und unverformt. Unter- und Oberlippe sind parallel zuein­ ander.

Dadurch können die bekannten Strukturprobleme im Papier vermieden werden. Die Effektivität der Querprofilregelung wird erhöht. Der regeltechnische Aufwand wird reduziert.

Im nachfolgenden Kapitel soll zunächst der derzeitige Stand der Technik über die Flächengewichtsquerprofilregelung dargestellt werden.

2. Derzeitiger Stand der Technik zur Flächengewichts-Querprofilregelung:
Das Flächengewichtsquerprofil wird bis jetzt über die Spaltweite der Stoffauflaufdüse eingestellt. Zur Beherrschung der komplizierten Wechsel­ wirkungen erfolgt die geschlossene Regelung über einen Computer. Es werden folgende Literaturstellen zitiert:

• 1. Measurement and Control in Papermaking by the late Robert J. Mc Gill, Adam Hilger Ltd. Bristol 1978
• 2. S.Hem, M.P. Terry, A. Cottam and C.M.W. Wilson: Automatic Moisture Profile Control Using the Press Section, 1975 Int. Water Remov Sympos.
• 3. Ross Elliot: Modeling the slice lip profile for basis weight control: Pima, Feb. 1984. p. 32-35.
• 4. Hakan Karlsson: Spara pengar optimere tvärsprofilstyrningen, svensk papperstidning nr 7/1983, p 30-40.
• 5. Weisshuhn, E. u. H. Dahl: Einfluß des Stoffauflaufes auf Blatteigen­ schaften und deren Konstanz, Das Papier, 40, V151-V164.

2.1 Querprofile von Flächengewicht und anderer Qualitätsmerkmale des Papiers.
Die Problematik der Flächengewichts-Querprofilregelung ist ähnlich gelagert bei der Regelung weiterer Querprofilmerkmale bahnförmiger Produkte wie beispielsweise Feuchte und Glätte. Diese hängen jedoch unmittelbar von der Güte des Flächengewichtsquerprofiles ab. Zur weiteren Korrektur bzw. zur Einstellung eines bestimmten gewünschten Querprofiles ist ein über die Bahnbreite wirkendes Stellglied erforder­ lich, das in Abstimmung mit den örtlichen Querprofileingriffen ge­ samthaft gleich einer Waage nachgeführt werden muß, Lit. 1 und 2.

2.2 Ebene und andere Querprofile.
Welche Art von Querprofile des Bahngewichtes wird gewünscht­ In der Regel ist dies ein gleichmäßiges ebenes Querprofil mit möglichst geringen Abweichungen. Fallweise werden in der Papiermaschine zur Verbesserung ihres Laufverhaltens oder der Verarbeitbarkeit des Papieres besondere Querprofile gewünscht. Zum Beispiel mit schwererem oder leichterem Rand. Vorrangig ist das gewünschte Flächengewichtsquerprofil ein ebenes Querprofil.

2.3 Bahngewichtsquerprofilregelung beim Langsieb und anderen Blatt­ bildungssystemen.
Die Problematik der Querprofilregelung ist bei Langsieb-Papiermaschinen (Fourdrinier) besonders ausgeprägt. Dort kann die Fasersuspension nach ihrem Austritt aus dem Stoffauflauf während des Entwässerungsvorganges auf dem Sieb beeinflußt werden. Es kommen vorausgegangene Störungen zur Auswirkung und zusätzliche Störeinflüsse von der Siebpartie und ihren Begrenzungen wirken sich unmittelbar auf die "ungeschützte" Sus­ pensionsschicht aus. Im einzelnen sind dies:

• a) Auswirkungen der Hydraulik des Stoffauflaufes: Fehldimensionierungen, die zu ungleichmäßiger Suspensionsverteilung führen, werden als solche infolge der Inkompressibilität des Mediums an der Stoffauflaufdüse austreten. Da die Fasersuspension eine nicht - Newtonsche Strömung ist, muß der Fehler nicht immer mit gleichgroßen Auswirkungen erscheinen. Dies ist die Hauptursache von Querprofilabweichungen unter Voraus­ setzung der Vorlage homogener Fasersuspensionen.
• b) Eine zweite Fehlerquelle des Stoffauflaufes liegt in seinen Rand­ zonen. Je nachdem, ob zusätzlich zum Fehler von der Seitenwandung Fehlstellen in der Ausbildung der Lochplatte hinzukommen, kann sich diese Randauswirkung auf den Rand beschränken oder Auswirkungen bis zur Bahnmitte erzeugen.
• c) Stoffauflaufdüse mit Düsengeometrie. Gestaltung der Wandung und Oberflächengüte haben unmittelbaren Einfluß auf die Strahlqualität. Die Wechselwirkungen sind dabei so vielseitig, daß ein unmittelbarer Zusammenhang mit dem gemessenen Querprofil oft nicht herstellbar ist,
• d) hinzu kommen: Turbulenzen durch Druckstöße von den Ent­ wässerungselementen wie Sieb und Siebpartiebestückung, Siebschüttelung u. a. m. Ungleichmäßige Veränderungen ergeben sich über Bahnbreite durch Verschleiß an Sieb und Entwässerungselementen, die sich im Bahngewichtsquerprofil niederschlagen.
• e) Beeinflußt wird die Strömung aus dem Stoffauflauf durch die Ver­ hältnisse von Siebgeschwindigkeit zu Strahlgeschwindigkeit sowie Strahlauftreffpunkt und Strahlwinkel, d. h. Position von Unterlippe zur verstellbaren Oberlippe.
  Mit einer hohen Übergeschwindigkeit des Strahles lassen sich druck- und turbulenzabhängige Störungen ausgleichen. Mit dem Strahlauf­ treffpunkt und der damit abhängigen Heftigkeit der Brustwalzen­ entwässerung lassen sich ebenfalls Querprofilabweichungen verstärken oder mindern.

2.4 Strukturprobleme im Papier
All diese Flächengewichtsabweichungen lassen sich über Stellglieder unter Verwendung eines Computers zufriedenstellend korrigieren.
Zurückbleibt jedoch ein "Strukturdefekt" im Papier. Dieser ist bis jetzt meßbar in Abweichungen bei der Faserorientierung, Lit. 5. In der Praxis zeigt sich dieser Defekt durch Curling, mangelnde Flachlagigkeit und sonstige dem Papiermacher bekannte Erscheinungen wie Einbrüche bei Rollenware.

3. Der Stoffauflauf mit der Flächengewichts-Querprofilregelung ohne Strukturprobleme im Papier.

Wie im vorangegangenen Kapital dargelegt, erfolgt die Flächengewichts­ querprofilregelung durch Verformungen der Auslaufdüse, um örtlich die austretende Suspensionsmenge den Profilerfordernissen anzupassen. Diese Verformungen führen letztlich zu den bekannten Strukturproblemen im Papier.

Diese Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß immer gleiche Suspensionsmengen bei gleicher Schlitzweite über die Maschinenbreite austreten. Die Querprofilre­ gelung erfolgt über die Verdünnungsregelung über die Maschine.

Fig. 1 zeigt das Prinzip dieser Einrichtung. Zunächst wird der Dickstoff (1) mit dem Siebwasser (2) in der Mischpumpe (3) vermischt und über Rei­ nigungseinrichtungen (4) wie in der Praxis bekannt dem Verteiler (5) zugeführt.

Dieser Verteiler fördert nun die Suspension den 1 bis N Segmenten des Stoffauflaufes über 1 bis N Zuführungsleitungen zu (6). Aus einer Leitung mit Verdünnungswasser (7) wird die Suspension mit 1 bis N Regelventilen (8) verdünnt. Diese Regelventile erhalten ihre Signale von einer tra­ versierenden Meßeinrichtung (9) über den Umsetzer (10).

Die vorgenannte Signalgebung entspricht wiederum derjenigen von der Flächengewichtsquerprofilregelung über die Verstellspindeln an der Stoffauflaufdüse des Stoffauflaufes (11), hier jedoch ohne Spindeln..

Fig. 2 zeigt nochmals den zentralen Verteiler mit den 1 bis N Zuführ­ leitungen zu den 1 bis N Sektionen des Stoffauflaufes. Die Verdünnung in diesen Zuführleitungen wird mittels des Verdünnungswassers (7) von dem Regler (8) geregelt, wobei hier eine Verhältnisregelung mit der Haupt­ komponente zum Stoffauflauf dargestellt ist. Eine einfache Durchfluß­ regelung für die Regelung der Verdünnungswassermenge in Abhängigkeit vom örtlichen Flächengewicht wird jedoch genügen.

Zu diesem Zweck sind die Verbindungsleitungen (6) als Turbulenzrohre mit künstlicher Rauhigkeit versehen. Diese Verbindungsleitungen führen bei gleicher Schlauchlänge zu einem die Durchflußmenge bestimmenden Druck­ verlust.

Dabei werden Verdünnungswasser und Fasersuspension intensiv vermischt.

Fig. 3 zeigt eines dieser Verbindungsleitungen (6) zwischen Verteiler (5) und Stoffauflauf (11). Die Verdünnungswasserdosierung erfolgt zentral in den erweiterten Druckstutzen der als Turbulenzrohr ausgebildeten Verbindungsleitung. Die Turbulenz zur Vermischung von Verdünnungswasser und Fasersuspension kann beispielsweise über spiralig angeordnete Rippen an der Innenwand der Verbindungsleitung, gem. Ausschnitt X, erzeugt werden.

Wichtig ist, daß alle 1 bis N Verbindungsleitungen gleichlang und gleich­ artig gestaltet sind. Dadurch erzielt man über gleichen Druckverlust jeweils die gleiche Durchsatzmenge, die jedoch gemäß Erfindung unterschied­ liche Stoffdichte zur Querprofilregelung haben kann.

Claims (7)

1. Flächengewichts-Querprofilregelung über die örtliche Verdünnung. Die Querprofilregelung des Flächengewichts erfolgt mittels örtlicher Änderung der Verdünnung der Fasersuspension an einem für diese Regelung geeigneten Stoffauflauf. Dieser besteht aus einem separaten Verteiler, in den neben der Fasersuspension Verdünnungswasser geregelt zugeführt wird, um örtlich das Flächengewichts-Querprofil einzustellen. In Speziellen Verbindungsleitungen zum Stoffauflauf, Turbulenzrohren, wird für eine Vermischung von Fasersuspension und Verdünnungswasser gesorgt. Diese Teilmenge wird einem Stoffauflaufsegment zur Regelung des Flächengewicht­ querprofiles zudosiert.
Anmerkung: Die bisherigen Querprofilregelungen laufen auf eine örtliche Verformung der Stoffauflaufdüse hinaus, was zu den bekannten Struktur­ problemen im Papier führt.

2. Pro Stoffauflaufsegment eine Zuführleitung.
Es werden jeweils von einem Turbulenzrohr Stoffauflaufsektionen von 50 bis 500 mm Breite gespeist. Die Breite der Teilung richtet sich nach der gewünschten Querprofilgenauigkeit.

3. Die direkte Flächengewichtsquerprofilregelung über den geschlossenen Regelkreis.
Die Flächengewichtsquerprofilregelung erfolgt über einen geschlossenen Regelkreis über die Regelung der Verdünnung, was bei der Blattablage zu einem entsprechenden Blattgewicht führt. Aufgrund einer Bahngewichts­ messung wird unmittelbar die Verdünnung eingestellt, um bei gleicher Durchflußmenge durch den Stoffauflauf ein ebenes Querprofil einzustellen.

4. Vermeidung von Strukturproblemen.
Die Stoffauflaufdüse wird für diese Flächengewichtsquerprofilregelung im Sinne der Erfindung nicht verformt; sie kann zur störungsfreien Blatt­ bildung so versteift werden, daß über Maschinenbreite eine gerade gleichmäßige Spaltweite entsteht. Die aufgrund der Düsenverformung verursachten Strukturprobleme im Papier werden vermieden.

5. Bahnbreitenbegrenzung.
Ersetzt man die Fasersuspension in einem Stoffauflaufsegment vollständig durch Wasser, dann wird an dieser Stelle auf dem Sieb kein Blatt gebildet. Dies kann beispielsweise zum Fahren einer schmaleren Bahnbreite sinn­ voll sein.

6. Bahneinfärbung und Papierkennzeichnung.
Über das Verdünnungswasser kann entweder über die Bahnbreite die Bahn ein­ gefärbt werden, indem gefärbte Fasern zudosiert oder dem Wasser entsprechende Pigmente beigemischt werden. Dies kann auch örtlich sein, um beispielsweise das Produkt durch Farbmarkierungen zu kennzeichnen.

7. Eignung dieser Flächengewichts-Querprofilregelung für alle Blattbildungssysteme.
Diese Einrichtung ist anwendbar auf alle Blattbildungssysteme, z. B. Langsieb-, Doppelsieb- und Hybridformer, Rundsieb, Schrägsieb. Die Voraussetzung ist jedoch die Gestaltung des Querverteilers mit Einzel­ abgängen, die man bestimmten Segmenten am Stoffauflauf zuordnen kann, d. h. auch ein Manifoldsystem ist geeignet. Im Sinne der Erfindung muß jedoch das spezielle Verbindungsrohr mit Zudosierungsmöglichkeit von Verdünnungswasser und dessen Vermischung darin möglich sein.