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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden
einer Papierbahn gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und auf einen Stoffauflaufkasten einer Papiermaschine
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 2.
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Ein
Verfahren gemäß dem Oberbegriff
in Anspruch 1 und ein Stoffauflaufkasten gemäß dem Oberbegriff in Anspruch
2 ist aus der Druckschrift DE-A-197 15 790 bekannt.
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Es
ist von grundlegender Bedeutung, im Hinblick auf die Qualität von dem
herzustellenden Papier/Karton, zu verstehen, welche Art an Turbulenzspektrum
einer Ganzstoffströmung
in dem Auslaufdüsenkanal
des Stoffauflaufkastens und in dem anschließenden Bahnformer vorherrscht.
Die mit der Hilfe des Turbulenzgenerators in der Ganzstoffsuspensionsströmung erzeugte
Turbulenz nimmt sehr schnell ab, wenn keine Turbulenzenergie kontinuierlich
in der Strömung
hinzugefügt
wird. Das Formieren oder Bilden von Papier oder Karton wird am Besten durch
Wirbel in kleinem Maßstab
verbessert, die die Faserbündel
effizient zersetzen. Wirbel in größerem Maßstab können sogar nachteilhaft sein
im Hinblick auf das Formieren des Papiers. Aufgrund der Eigenschaften
der Turbulenz verringern die im kleinen Maßstab auftretenden Wirbel zunächst die
Strömung,
wodurch beispielsweise die Oberflächenlage oder Decklage der
Bahn an dem Langsieb und die Mittellage der Bahn an einem Spaltformer
dazu neigt, das sie stärker
ausgeflockt sind als die anderen Lagen aufgrund der abnehmenden
Turbulenz. Eine allgemein angewendete Art und Weise zum Erhöhen der
Turbulenzenergie in der Strömung
durch eine Anwendung des Zugs zwischen dem Auslaufdüsenstrahl
und dem Sieb wirkt nicht in dem Bereich, der als letztes entwässert wird.
Um mehr Turbulenz in diesem Bereich zu bekommen, muss der Zug stark sein.
Hierbei wird das Formieren von dem Bereich, der zuerst entwässert worden
ist, mit Leichtigkeit verschlechtert bis zu dem Ausmaß, dass
das Formieren von dem gesamten Erzeugnis nicht länger verbessert werden kann.
Ein ähnliches
Voranschreiten kann ebenfalls dann auftreten, wenn in dem Bahnformer Anstrengungen
unternommen werden, eine Turbulenzenergie in eine noch nicht entwässerte Ganzstoffsuspensionslage
einzubringen beispielsweise mittels Leistungslisten durch eine bereits
entwässerte
Lage.
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Bei
der Mehrheit der Turbulenzgeneratoren des Standes der Technik sind
sämtliche
Turbulenzröhren
zueinander identisch, da es das Ziel ist, eine homogene Turbulenz
in den verschiedenen Teilen der Ganzstoffströmung zu erreichen. Derartige
Turbulenzgeneratoren machen keinen Unterschied zwischen der unteren
Lage, der Decklage und der mittleren Lage der Bahn. Bei der Bahnbildung
werden diese Lagen jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten entwässert. An
dem Langsieb wird die Decklage zuletzt entwässert und in dem Spaltformer
ist die Lage, die zuletzt entwässert
wird, die mittlere Lage.
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In
der Beschreibung des Patents
US
5 124 002 ist ein Turbulenzgenerator offenbart, bei dem
die Strömungsquerschnittsbereiche
der Turbulenzrohre in übereinander
angeordneten Lagen sich im Hinblick auf die Größe und die Form unterscheiden,
und in vorteilhafter Weise sind die gemeinsamen Räume zwischen
den Rohren ebenfalls unterschiedlich. In dieser Art und Weise kann
eine unterschiedliche Mikroturbulenzhöhe in den verschiedenen Lagen
der Ganzstoffströmung,
die von dem Turbulenzgenerator in den Auslaufdüsenkanal abgegeben wird, erzeugt werden,
und ein derartiges Papier kann hergestellt werden, das mit unterschiedlichen
Faserausrichtungen in übereinander
angeordneten Lagen versehen ist. Der Strömungsquerschnittsbereich von
jedem Turbulenzrohr bleibt der Gleiche von dem ersten Teil des Rohres
bis zu dem Ende von diesem.
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Es
sind auch derartige Turbulenzgeneratoren im Stand der Technik bekannt,
bei denen der Strömungsquerschnittsbereich
der Turbulenzrohre absatzartig zumindest an einem Punkt zwischen
dem Einlass und dem Auslass des Rohres erweitert ist. Bei den im
Stand der Technik bekannten Turbulenzgeneratoren befinden sich die
Erweiterungspunkte von dem Rohr bei gleichem Abstand von dem Auslass
des Rohres bei sämtlichen
Rohren. Eine derartige Gestaltung nach dem Stand der Technik ist
in der Beschreibung des Patents
US
5 183 537 offenbart.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Verfahren für das Erzeugen
und Halten einer Turbulenz und eine neue Art an Turbulenzgenerator
zu entwickeln, wobei mit der Hilfe von ihnen eine unterschiedliche
Turbulenz in verschiedenen Lagen der Ganzstoffsuspensionsströmung, die
aus dem Stoffauflaufkasten herausströmt, erzeugt werden kann.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anwendung
zu erreichen, bei der die Turbulenz der Ganzstoffsuspensionslage,
die in dem Former als letzte entwässert wird, nach dem Stoffauflaufkasten
näher zu
der optimalen Höhe
gehalten werden kann während
der Ausbildung als bei gegenwärtig
angewendeten Turbulenzgeneratoren. Somit ist das Ziel eine Ganzstoffsuspensionsströmung, bei der
die Turbulenz „am frischesten" ist, und folglich
am längsten
in den Lagen der Strömung
verbleibt, die am längsten „laufen" bleiben. Wenn die
Auswirkung der die Turbulenz in der Strömung erzeugenden Faktoren aufhört, beginnt
die Turbulenz sich schnell zu verlangsamen. Die Turbulenz ist umso
frischer, je kürzer die
Länge ist,
die sich die Strömung
nach der Erzeugung der Turbulenz ausgebreitet hat.
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Um
diese Aufgaben und jene, die nachstehend offenbart sind, zu lösen, ist
das Verfahren der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale gekennzeichnet,
die in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 definiert sind.
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Außerdem ist
der Stoffauflaufkasten der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale
gekennzeichnet, die in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 2 definiert
sind.
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Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung sind die Erweiterungspunkte der einzelnen
Turbulenzrohre eines Turbulenzgenerators so absatzartig eingerichtet,
dass in den übereinander
angeordneten Turbulenzrohrreihen die Erweiterung von dem Strömungsquerschnittsbereich
bei einem anderen Abstand von der Auslaufdüsenöffnung des Stoffauflaufkastens
ausgeführt
wird. Je später
die Phase ist, bei der der Querschnittsbereich eines Turbulenzrohres
sich ausdehnt, umso frischer ist die Turbulenz, wenn die Ganzstoffsuspensionsströmung aus
der Auslaufdüsenöffnung des
Stoffauflaufkastens zu dem Formersieb oder in den Spalt zwischen
den Formersieben abgegeben wird. Die Erweiterungspunkte der Turbulenzrohre,
die auf die Lage der Ganzstoffsuspensionsströmung einwirkt, die als letzte
zu entwässern ist,
sind so eingerichtet, dass sie sich zuletzt in der Strömungsrichtung
befinden, d. h. am nächsten
zu der Auslaufdüsenöffnung.
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Zusätzlich zu
dem absatzartigen Gestalten der Erweiterungspunkte oder stattdessen
kann eine andere Turbulenz in verschiedenen Lagen der Ganzstoffsuspensionsströmung erzeugt
werden, indem nach dem Turbulenzrohren Schwanzelemente vorgesehen
werden, die sich zu dem Auslaufdüsenkanal erstrecken,
die in den übereinander
angeordneten Strömungslagen
sich bis zu einem Abstand von dem Auslaufdüsenöffnungsstoffauflaufkastens
erstrecken. Die Schwanzelemente können im Hinblick auf die Länge fixiert
sein oder ihre Längen
können
einstellbar sein wie in der Beschreibung des Patents
US 4 133 713 . Alternativ kann der
Fixierpunkt von einem Schwanzelement in der Längsrichtung zu dem Stoffauflaufkasten
einstellbar sein, wie dies in der Beschreibung des Patents
FI 88 317 der Fall ist. Der Zweck
der Schwanzelemente ist es, die verschiedenen Lagen der Ganzstoffsuspensionsströmung so lang
wie möglich
getrennt zu halten, nachdem eine unterschiedliche Turbulenz zunächst in
den Lagen erzeugt worden ist, beispielsweise indem die Erweiterungsteile
oder Expansionsteile absatzartig gestaltet werden oder indem Turbulenzrohre
angewendet werden, die sich in dem Strömungsquerschnittsbereich unterscheiden.
Die Schwanzelemente halten und verstärken die Differenz der Turbulenzen,
die zwischen den verschiedenen Lagen vorherrschen. Alternativ können sämtliche
Schwanzelemente von zueinander gleicher Länge sein, wodurch verschiedene
Höhen an
Turbulenz, die in den verschiedenen Lagen vorherrschen, erreicht
werden können,
lediglich durch die Hilfe von Aufbauunterschieden der Turbulenzrohre.
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Die
vorliegende Erfindung ist nachstehend detaillierter beschrieben,
wobei auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen ist, auf die jedoch die Erfindung nicht ausschließlich beschränkt sein soll.
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1 zeigt
in schematischer Weise einen Stoffauflaufkasten, der mit einem Turbulenzgenerator
der Erfindung versehen ist, der für die Anwendung in Verbindung
mit einem Spaltformer besonders geeignet ist.
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2 zeigt
einen Turbulenzgenerator, der für
eine Anwendung in Verbindung mit einem Fourdrinierformer oder Hybridformer
besonders geeignet ist.
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3 zeigt
einen Turbulenzgenerator gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, insbesondere für einen Spaltformer.
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4 zeigt
einen Turbulenzgenerator, der für
einen Fourdrinierformer und einen Hybridformer geeignet ist.
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5 zeigt
einen Turbulenzgenerator, der für
einen Spaltformer geeignet ist, bei dem vorteilhafte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung kombiniert sind.
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Die
Ausführungsbeispiele
gemäß den 3 und 4 fallen
nicht in den Umfang der beigefügten Ansprüche.
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1 zeigt
im Querschnitt einen vereinfachten Stoffauflaufkasten 2 für eine Papiermaschine. Eine
Ganzstoffsuspension wird zu dem Stoffauflaufkasten 2 über einen
Querrichtungsganzstoffeinlasskopf 4 gebracht, wobei von
diesem die Strömung
zu einer Anzahl an Verteilerrohren in der Maschinenrichtung verteilt
wird. Anschließend
an die Verteilerrohre 6 strömt die Ganzstoffsuspension
durch eine Ausgleichskammer 8 in die Strömungsrohre 14a1 ...14a5 des
Turbulenzgenerators 10 und weiter in einen keilartig schräg verlaufenden
Auslaufdüsenkanal 12,
von dem der Ganzstoffsuspensionssprühnebel durch eine Auslaufdüsenöffnung 13 zu
dem Bahnformer abgegeben wird.
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Die
Turbulenzrohre 14a1 ...14a5 von dem Turbulenzgenerator 10 sind
in fünf übereinander
angeordneten Reihen R1...R5 angeordnet,
die sich in der Maschinenquerrichtung über die gesamte Breite des Stoffauflaufkastens 2 erstrecken.
Jedes einzelne Turbulenzrohr 14a1 ...14a5 weist einen Anfangsabschnitt 15 auf,
der einen relativ schmalen Querschnitt hat, wobei er sich absatzartig
bei Punkt 16 zu einem Endabschnitt 17 erweitert,
der breiter als der Anfangsabschnitt 15 ist. Vorzugsweise
ist der Anfangsabschnitt 15 von dem Rohr im Querschnitt
kreisartig und außerdem
beginnt der Endabschnitt 17 kreisartig an der Erweiterung 16,
endet jedoch rechtwinklig an der Seite des Auslaufdüsenkonus 12,
so dass Hälse 18 zwischen
den übereinander
angeordneten Turbulenzrohren 14a1 ...14a5 belassen bleiben. Wie dies im Stand
der Technik bekannt ist, kann der Querschnitt von dem letztgenannten
Teil auch anders sein, wie beispielsweise dreieckig, viereckig oder
polygonartig. Die Erweiterungen 16 von dem Strömungsquerschnittsbereich
in den Turbulenzrohren 14a1 ...14a5 verursachen eine Änderung der Strömungsrate
in der Ganzstoffsuspension, die durch den Turbulenzgenerator 10 strömt, und
eine Zunahme des Turbulenzbetrages.
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Somit
weist jede Reihe Rn an Turbulenzrohren und
eine Vielzahl an parallelen Turbulenzrohren 14an auf,
wobei diese in der horizontalen Reihe Rn zueinander
identisch sind. Die Bezeichnung n bezieht sich auf die Ordnungszahl
1 bis 5 der Rohre beginnend von dem obersten Rohr. Die übereinander angeordneten
Turbulenzrohre 14a1 ...14a5 unterscheiden sich voneinander in
der Hinsicht, dass der Erweiterungspunkt 16 von dem Strömungskanal 14an in verschiedenen Rohrreihen R1...R5 bei einem
anderen Abstand ln von der Auslaufdüsenöffnung 13 des Stoffauflaufkastens
angeordnet ist. Dieser Abstand ln verringert
sich in der Reihenfolge l1 = l5 > l2 =
l4 > l3.
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Der
Stoffauflaufkasten von 1 soll in Verbindung mit dem
Spaltformer angewendet werden. Wenn eine Bahn zwischen zwei Sieben
entwässert wird,
wird ihre mittlere Lage zuletzt entwässert. Um eine ausreichende
Mikroturbulenzhöhe
im Hinblick auf das Erzielen eines gleichförmigen Formierens solang wie
möglich
auch bei der mittleren Lage der Ganzstoffströmung zu halten, die zuletzt
entwässert wird,
sind die Erweiterungen 16 in der mittelsten Reihe an Rohren
R3 am Nächsten
zu dem Auslassende des Turbulenzgenerators 10 und der Auslaufdüsenöffnung 13 des
Stoffauflaufkastens positioniert bzw. sind in der obersten R1 und der untersten Rohrreihe R5 die
Erweiterungen 16 am Weitesten von dem Auslassende des Turbulenzgenerators 10 entfernt.
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2 zeigt
einen Turbulenzgenerator 10, der für eine Anwendung in Verbindung
mit den Bahnformereinheiten besonders geeignet ist, die mit einem
Langsiebabschnitt beginnen. Die Einrichtung weist vier übereinander
angeordnete Reihen R1...R4 an
Turbulenzrohren 14b1 ...14b4 auf. Die Erweiterungspunkte 16 der
Turbulenzrohre sind in diesem Fall so absatzartig, dass sie dahingehend
zunehmen, dass der Raum l4 zwischen der
Erweiterung 16 und der Auslaufdüsenöffnung 13 in den Turbulenzrohren 14b9 der untersten Rohrreihe R4 am
größten ist
und in der obersten Rohrreihe R1 der jeweilige
Abstand l1 am geringsten ist. Die unterste
Lage der Ganzstoffsuspensionsströmung,
die auf das Langsieb gesprüht
wird, wird zuerst gefiltert und die oberste Lage zuletzt. Damit
die Turbulenz länger
in der oberen Ganzstoffsuspensionslage, die zuletzt entwässert wird,
gehalten wird, sind die Orte von der Erweiterung 16 der
Strömungsquerschnittsfläche bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
so absatzartig, dass die Erweiterungen 16 in der untersten
Rohrreihe R4 am Nächsten zu der Höhe des Langsiebs
früher
in der Strömungsrichtung
sind und die Rohrerweiterungen 16 in der obersten Rohrreihe
R1, die am Weitesten weg von dem Langsieb
sind, in der Strömungsrichtung
die Letzten sind.
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3 zeigt
einen Turbulenzgenerator für
einen Spaltformer. Bei diesem Beispiel ist die absatzartige Erweiterung 16,
die sich zwischen dem engen Anfangsteil 15 des Turbulenzrohres 14c1 ...14c4 und dem
breiten letzteren Teil 17 von diesem befindet, bei sämtlichen
vier übereinander
angeordneten Reihen R1...R4 an
Turbulenzrohren in der Strömungsrichtung bei
ein und dem gleichen Abstand von der Auslaufdüsenöffnung 13 des Stoffauflaufkastens.
Stattdessen haben die übereinander
angeordneten Turbulenzrohre 14c1 ...14c4 unterschiedliche Querschnitte derart, dass
die Querschnittsflächen
oder Querschnittbereiche von dem obersten und untersten Turbulenzrohr 14c1 und 14c3 kleiner
als die Querschnittsflächen
der beiden mittelsten Turbulenzrohre 14c2 und 14c3 sind. Je größer der Querschnitt des Strömungskanals
ist, umso größer ist
das Maß der
in dem Rohr erzeugten Turbulenz. Eine Turbulenz mit einem größeren Maß verlangsamt
sich auch langsamer als eine Turbulenz mit einem kleineren Maß.
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Ein
Turbulenzgenerator wie in 3 weist des
Weiteren drei Schwanzelemente 20a1 ...20a3 auf, die als Erweiterungen an Hälsen 18 befestigt
sind, die die drei übereinander
angeordneten Rohrreihen R1...R4 voneinander
trennen, wobei sich die Elemente zu dem Auslaufdüsenkonus 12 des Stoffauflaufkastens
erstrecken. Der Zweck der Schwanzelemente 20a1 ...20a3 ist es, die Ganzstoffsuspensionsströmungen der
Turbulenz von unterschiedlicher Größe, die von den Turbulenzrohren 14c1 ...14c9 kommen, voneinander
getrennt zu halten und außerdem
die Turbulenz der Strömung
zu erzeugen und/oder zu halten. Bei der Gestaltung der vorliegenden
Erfindung haben die drei Schwanzelemente 20a1 ...20a3 eine unterschiedliche Länge derart,
dass das oberste und das unterste Schwanzelement 20a1 und 20a3 sich
zu dem gleichen Abstand s1 = s3 von
der Auslaufdüsenöffnung 13 des
Stoffauflaufkastens erstrecken, und das mittelste Schwanzelement 20a2 ist kürzer als die anderen, wobei
es sich bis zu einem Abstand s2 erstreckt.
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Der
Turbulenzgenerator in 4 ist für einen Fourdrinierformer oder
Hybridformer gedacht. Wie in 3 sind auch
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Querschnittsflächen
der Turbulenzrohre 14d1 ...14d3 , die in drei übereinander angeordneten Reihen
R1...R3 angeordnet
sind, so unterschiedlich, dass die Querschnittsfläche in der
untersten Rohrreihe 14d3 am kleinsten
ist und die Querschnittsfläche
in der obersten Rohrreihe 14d1 und
folglich auch das Maß der
in der Strömung
erzeugten Turbulenz am größten ist.
Die Längen
der beiden Schwanzelemente 20b1 und 20b2 , die als Fortsetzungen an den Rohrreihen
R1...R3 befestigt
sind, sind so eingerichtet, dass der Abstand s2 von
dem Endstück
des Schwanzelements 20b2 von der
Auslaufdüsenöffnung 13, das
die beiden untersten Ganzstoffströmungen voneinander trennt,
größer als
der entsprechende Abstand s1 von dem Schwanzelement 20b1 ist, das die beiden obersten Ganzstoffströmungen voneinander trennt.
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5 zeigt
einen Turbulenzgenerator, der für
einen Spaltformer geeignet ist, bei dem die Technologie von 1 und 3 in
einer vorteilhaften Weise kombiniert ist. Die Erweiterungspunkte 16 in den übereinander
angeordneten Reihen R1...R5 an Turbulenzrohren 14a1 ...14a5 sind
so absatzartig gestaltet, dass das mittlerste Turbulenzrohr 14a3 zuletzt in der Strömungsrichtig erweitert ist
und die beiden am weitesten an der Seite befindlichen Turbulenzrohre 14a1 und 14a5 sich
zuerst in der Strömungsrichtung
erweitern. Als Verlängerungen
sind an den Teilungen 18 der Turbulenzrohre 14a1 ...14a5 vier Schwanzelemente 20c1 ...20c4 angeordnet,
bei denen der Abstand s2 = s3 der
Endstücke
der beiden mittlersten Schwanzelemente 20c2 und 20c3 geringer
als der entsprechende Abstand s1 = s4 der beiden Schwanzelemente 20c1 und 20c4 ist,
die näher
zu dem Rand sind.
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Außerdem sind
mehrere andere Abwandlungen der vorliegenden Erfindung innerhalb
des Umfangs der nachstehend aufgezeigten Ansprüche denkbar. Beispielsweise
können
die Schwanzelemente, die die übereinander
angeordneten Strömungen
voneinander trennen, zueinander identische Abmessungen haben, wenn
eine in Lagen ausgebildete Turbulenz in der Ganzstoffsuspensionsströmung bereits
in den vorherigen Turbulenzrohren erzeugt worden ist.