DE69512320T2 - Einlaufspalt in der Doppelsiebzone eines Hybrid-Formers für eine Papiermaschine - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. Ein Hybridformer dieser Art ist aus der Druckschrift EP-A2-0372815 bekannt.
• Ein Spaltformer ist in den meisten Fällen besser als ein Hybridformer sowohl im Hinblick auf die Qualität des Papiers als auch im Hinblick auf die Betriebsfähigkeit, wobei jedoch für viele Papiermaschinen ein Spaltformer, der auch eine Modernisierung des vorhandenen Stoffauflaufkostens erfordert, eine Lösung mit übermäßigen Kosten ist. In einer Anzahl von Fällen würde eine vorteilhaftere Lösung in einer oberen Siebeinheit liegen, die nahe an den Stoffauflaufkasten plaziert ist, wobei mit Hilfe dieser Lösung zumindest ein Teil der vorteilhaften Eigenschaften eines Spaltformers erzielt wird. In Modernisierungen von Papiermaschinen würde dies die Anwendung des vorhandenen Langsiebes gestatten.
• In Bahnformern von Papiermaschinen wird eine Anzahl unterschiedlicher Formungselemente verwendet. Die Hauptfunktion dieser Elemente besteht darin, einen Kompressionsdruck und eine Druckpulsierung in der zu bildenden Faserschicht zu erzeugen, wobei mit Hilfe des Druckes und der Pulsierung die Wasserdrainage aus der zu bildenden Bahn gefördert wird, während die Formierung der Bahn verbessert wird. Die Formungselemente schließen verschiedenartige Formungsschuhe ein, die normalerweise mit einem gekrümmten gerippten Auflager versehen sind, über die die Formungssiebe, die übereinander plaziert sind, und die Bahn, die dazwischen plaziert ist, gekrümmt sind. In dem Bereich dieser Formungsschuhe wird Wasser durch das an der Seite der Außenseitenkrümmung plazierte Sieb drainiert, und zwar mit Hilfe des Effekts seines Spanndruckes, wobei diese Drainage mit Hilfe eines Zentrifugalkraftfeldes weiter unterstützt wird. Die Drainage von Wasser findet ebenso statt durch das an der Seite der Innenseitenkrümmung plazierte Sieb, welche Drainage in der Regel mit Hilfe eines in der Kammer des Formungsschuhs vorhandenen Unterdruckes intensiviert wird. Das gerippte Auflager des Formungsschuhs erzeugt eine Druckpulsierung, die sowohl die Entwässerung fördert als auch die Formierung der Bahn verbessert.
• Der Hybridformer gemäß der Druckschrift EP-A2-0372815 hat einen Initialeinzelsiebabschnitt der Formungszone und stromab davon eine zwischen dem oberen Sieb und dem unteren Sieb definierte Doppelsiebzone. Die Brustwalze der oberen Siebeinheit des bekannten Hybridformers hat eine geschlossene Oberfläche und führt das obere Sieb derart, daß das obere Sieb zusammen mit dem unteren Sieb einen keilartigen Spalt am Einlaß der Doppelsiebzone bildet. Die auf dem unteren Sieb abgestützte Stoffbahn tritt in diesen Spalt ein, indem das obere Sieb die Stoffbahn stromab der geschlossenen Brustwalze kontaktiert. Ein wesentlicher Drainageanteil ergibt sich in dem Initialeinzelsiebabschnitt der Formungszone durch die untere Oberfläche der Stoffbahn, bevor die Bahn durch die Entwässerungs- und Formungseinheit an der Doppelsiebzone verläuft.
• Der Einlaß der Doppelsiebformungszone hat sich als ein kritischer Punkt erwiesen. Es ist anzumerken, daß das Initialteil der Doppelsiebzone eine beträchtliche Wirkung beispielsweise auf die Retention und auf die Porosität des Papiers hat. Probleme werden insbesondere erzeugt, weil, wenn das obere Sieb in Kontakt mit der oberen Fläche der sich bildenden Stoffbahn tritt, die Faserstruktur "einfriert", in welchem Falle jegliche in dem oberen Sieb oder in der oberen Fläche der Stoffschicht vorhandene Ungleichmäßigkeit als Fehlstellen in dem fertiggestellten Papier ersichtlich ist. Die Ungleichmäßigkeit tritt wahrscheinlicher dann auf, wenn das obere Sieb in Kontakt mit der oberen Fläche der Stoffschicht in einem gekrümmten Bereich gebracht wird, während das obere Sieb ungestützt an dieser Stelle verläuft.
• Aus der Druckschrift US-A-2 881 670 ist ein Hybridformer bekannt, der zu Beginn der Doppelsiebzone eine offenflächige Brustwalze aufweist. Die durch ein oberes Sieb ummantelte Brustwalze ist derart eingerichtet, daß der unterste Mantelabschnitt der Brustwalze etwas in die obere Oberfläche der Stoffbahn eingedrückt ist, ohne ein unteres Sieb zu krümmen. Die Brustwalze arbeitet mit einem Schaber zusammen, um einen geneigten Abschnitt des oberen Siebes zu definieren. Der Raum oberhalb des geneigten Abschnittes befindet sich unter einem reduzierten Druck. Die Stoffbahn wird zwangsweise entwässert, und zwar durch Druck und Saugung innerhalb einer sehr kurzen Länge der Formungssiebe. Mit anderen Worten ist in dem Hybridformer gemäß der Druckschrift US- A-2 881 670 die Brustwalze ein Element eines Druckmechanismus, der einen großen Entwässerungsdruck erzeugt und die Stoffbahn innerhalb eines sehr kurzen Verlaufes der Formungssiebe formt, und zwar innerhalb einer keilartigen Zone, die sich von der Brustwalze zu dem Schaber erstreckt. Stromab der keilartigen Formungszone ist die Bahn bereits derart ausgebildet, daß sie mittels Druckwalzenkopplungen gepreßt werden kann. Die erzwungene Entwässerung und Formung innerhalb der kurzen keilartigen Formungszone ergibt eine geringe Kopierqualität, und insbesondere eine schlechte Retention von Feinstoffen und Füllstoffen, sowie eine große Porosität und Fehlstellen in dem fertiggestellten Papier.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Hybridformer, der die Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 aufweist, so zu verbessern, daß eine gesteigerte Wassermenge nach oben entfernt werden kann, so daß eine symmetrischere Bahn geschaffen wird, ohne die Qualität des Papiers zu beeinträchtigen.
• Diese Aufgabe wird mittels des Hybridformers nach Anspruch 1 gelöst.
• Der gekrümmte Formungsschuh des Hybridformers gemäß der Erfindung bewirkt eine gesteigerte Entwässerung durch die obere Oberfläche der Stoffbahn, wodurch die Symmetrie der geformten Bahn verbessert wird. Die offenflächige Brustwalze wird etwas in die obere Fläche der Stoffschicht gepreßt. Dadurch wird eine Entwässerung durch das obere Sieb erzeugt, woraus resultiert, daß eine dünne Faserschicht an dem oberen Sieb gegautscht wird. Die in dem Bereich der offenflächigen Brustwalze gegautschte Faserschicht garantiert eine gute Retention am folgenden Formungsschuh. Ebenso erzeugt die offenflächige Brustwalze eine Scherkraft der erwünschten Größenordnung in der Stoffschicht, welche Kraft die Grundformung der Bahn verbessert, wenn diese jegliche, in der Stoffschicht gebildete Flockungen zersetzt. Aufgrund der geringen Ummantelung der erfindungsgemäß angepaßten offenflächigen Brustwalze kann ein Papier erzeugt werden, in welchem das Verhältnis der Zugfestigkeiten in der Maschinenrichtung und in der Querrichtung kleiner ist als in dem Stand der Technik und typischerweise in dem Bereich von 1,5 bis 2 liegt, was beispielsweise im Falle von Feinpapieren besonders vorteilhaft ist.
• Der Einlaß in die Doppelsiebzone des Hybridformers gemäß der Erfindung kann stabilisiert werden, wobei in seinem Bereich kein nachteilhafter scharf pulsierender Entwässerungsdruck auf die Stoffbahn ausgeübt wird.
• Mit einem erfindungsgemäßen Hybridformer ist es auch möglich, Papiergüten zu erzeugen, die dicker sind als im Stand der Technik, und zwar typischerweise von einem Flächengewicht größer als 170 g/m², dessen Produktion bislang mit entsprechenden Hybridformern nicht möglich gewesen ist, während gleichzeitig eine gute Basis des Papiers erhalten wird.
• Die offenflächige Brustwalze ist typischerweise in einer Position plaziert, in der sie eine Eindrucktiefe von etwa 1 bis 5 mm in die obere Fläche der Stoffbahn preßt. Die verwendete Brustwalze ist eine ziemlich offene Brustwalze, so daß der Anteil der offenen Fläche etwa 50 bis 80% des Wirkbereichs des Walzenmantels der Brustwalze ist.
• Die offenflächige Brustwalze ist vorzugsweise in einer Position angebracht, in der die Konsistenz der Faserschicht von der Größenordnung von k0 0,7 bis 1,7% ist.
• Nachstehend ist die Erfindung anhand eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung ausführlich beschrieben, die in den Figuren in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht ist. Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
• Fig. 2 eine vergrößerte Vertikalschnittansicht in der Maschinenrichtung eines Einlasses in die Doppelsiebzone gemäß der Erfindung.
• Fig. 1 veranschaulicht einen Hybridformer, der auch für Modernisierungen von bestehenden Langsiebteilen geeignet ist. In einem solchen Fall ist ein vorhandenes Langsiebteil dadurch modernisiert worden, daß diesem eine neue obere Siebeinheit 50 hinzugefügt worden ist, die abgestützt auf seinem Rahmenteil konstruiert worden ist. Der in Fig. 1 gezeigte Former kann natürlich auch von einer neuartigen Konstruktion sein. Das untere Sieb 10 wird mittels Walzen 11, 11a, 11b, 11c geleitet. Durch den Düsenschlitz 12 eines Stoffauflaufkastens wird ein Stoffsuspensionsstrahl J zum Bereich einer Brustwalze 11a zu dem Einlaßende eines Einzelsiebinitialabschnitts 10a gespeist. In diesem Initialabschnitt 10a befinden sich an sich bekannte Drainageelemente, wie etwa Streicheinrichtungen und Saugstreicheinrichtungen.
• Eine zwischen dem unteren Sieb 10 und einem oberen Sieb 20 definierte Doppelsiebzone beginnt im Bereich einer Brustwalze 30 des oberen Siebs 20, wobei die Brustwalze eine offene Fläche 31 hat.
• Nach der offenen Brustwalze 30 ist innerhalb der unteren Siebschleife ein gekrümmter Formungsschuh 13a mit einem gerippten Auflage vorhanden, welcher Schuh mit einer oder mehreren Saugkammern versehen werden kann. Nach dem gerippten Schuh sind innerhalb der oberen Siebschleife Drainagekammern 22a, 22b und 22c einer Entwässerungs- und Formungseinheit 340 vorhanden, in welchen Kammern Drainagekanäle 24 vorhanden sind. Die Einheit 40 hat einen oberen Satz von ortsfesten Rippen 25a, die innerhalb der oberen Siebschleife angeordnet sind. Durch die Drainagekanäle 24 wird das durch die obere Siebschleife drainierte Wasser in der Richtung der Pfeile F in die Drainagekanäle 23 drainiert, die mit (nicht gezeigten) Saugschenkeln verbunden sind. Die Drainagekammern 22a, 22b und 22c stehen mit (nicht gezeigten) Unterdruckquellen in Verbindung. Unterhalb des Initialteiles des oberen Satzes von Rippen 25a ist innerhalb der unteren Siebschleife eine Belastungseinheit 14 vorhanden. In der Belastungseinheit 14 sind - den Spalten zwischen den Rippen 25a und vor den Rippen zugewandt plaziert - Belastungsrippen 15 vorhanden, die mit Hilfe der Drücke eines in Schläuche 16 eingeleiteten Mediums gegen die ortsfesten Rippen 25a gepreßt werden, um einen Entwässerungsdruck und Scherkräfte auf die Stoffbahn W auszuüben. Wie in Fig. 1 gezeigt, werden die gegenüberliegenden Sätze von Rippen 15, 25a von einem ortsfesten Satz von Stützrippen 25b gefolgt, die unterhalb der dritten Drainagekammer 22c vorhanden sind, und zwar ohne gegenüberliegende Belastungsrippen. Der letzte Satz von Rippen 25b führt die Doppelsiebzone mit einem Krümmungsradius R&sub1; = 3 bis 8 m nach oben. Die Umgebung der Sätze von Belastungsrippen 15 kann ebenso mit Unterdruckquellen verbunden sein. In dem Endabschnitt der Doppelsiebzone sind innerhalb der unteren Siebschleife Saugkästen 17a und 17b vorhanden, wobei das obere Sieb 20 an der Stelle des letzten der Saugkästen von der Papierbahn W separiert wird, während es mittels der Leitwalze 21a geleitet wird. Die Bahn W wird an dem Abnahmepunkt P zwischen den Walzen 11b und 11c von dem unteren Sieb separiert und mit Unterstützung des Saugdruckes einer (nicht gezeigten) Abnahmewalze auf ein (nicht gezeigtes) Abnahmegewebe transferiert, das die Bahn W zu einer (nicht gezeigten) Pressenpartie trägt.
• Von der in der Doppelsiebzone stattfindenden Drainage finden beispielsweise 80% durch das obere Sieb 20 in die Drainagekammern 22a, 22b, 22c statt, während diese durch einen Unterdruck oder durch Unterdrücke intensiviert wird.
• Nachstehend wird hauptsächlich anhand der Fig. 2 ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Konstruktion des Einlasses in eine Doppelsiebzone und der Betrieb der Konstruktion beschrieben. In dem Einzelsiebinitialabschnitt 10a des unteren Siebes 10 ist mittels des Einlasses die Schicht Wh der Stoffbahn W, die gegen das untere Sieb 10 plaziert ist, bis zu einem gewissen Ausmaß gegautscht worden, wobei jedoch in der oberen Fläche und in der Schicht Wy der Stoffbahn Wo immer noch Stoff vorhanden ist, der in dem Bereich der Brustwalze 30, über den die Brustwalze des oberen Siebes 20 auf die Stoffbahn W&sub0; geleitet wird, in etwa die Stoffauflaufkastenkonsistenz hat. Die Höhenposition der Brustwalze 30 wird festgelegt und/oder eingestellt, und zwar in der Richtung des Pfeiles A genau in solch einer Position, daß ihr unterster Mantelabschnitt etwas in die Stoffbahn W&sub0; eingedrückt wird, während dennoch diese das untere Sieb 10 im wesentlichen nicht krümmt. In Fig. 2 ist die "Eindrucktiefe" Δh der Stoffbahn Wo typischerweise Δh 1 bis 5 mm. In dieser Weise gautscht die Brustwalze 30 eine Faserschicht gegen das obere Sieb, woraus resultiert, daß eine verbesserte Retention an den nachfolgenden Rippen 15, 25a, 25b erhalten wird.
• Als die Brustwalze 30 wird eine Brustwalze verwendet, die einen sehr offenen Mantel 31 hat, in dem der Anteil der offenen Fläche von der gesamten Wirkmantelfläche typischerweise 50 bis 80% beträgt. Vorteilhaft ist beispielsweise eine offenflächige Brustwalze 30, die von einem Schrumpfsieb ummantelt ist. Als die Brustwalze 30 ist es auch möglich, eine Saugwalze zu verwenden, die mit einem Mantel mit Durchlaßperforationen versehen ist, deren Saugzone zumindest teilweise gegen die Bahn plaziert ist. Der Durchmesser der Brustwalze 30 ist typischerweise D 500 bis 1400 mm, und zwar in Abhängigkeit von der Breite der Maschine. An dem mittels der Brustwalze 30 definierten Einlaßpunkt ist die durchschnittliche Faserkonsistenz k0 der Stoffbahn W bevorzugt in der Größenordnung von k&sub0; = 0,7 bis 1,7%, so daß die Brustwalze 30 vorteilhaft in einem Bereich einer Faserkonsistenz plaziert werden kann, die kleiner ist als die Einlaßkonsistenzen in anderen Formern, und zwar ohne einem Risiko eines Risses oder einer Quetschung der Struktur der Stoffschicht in der Bahn WO. Aufgrund der Anpassung der Brustwalze 30 in der beschriebenen Weise wird kein übermäßig plötzlicher Entwässerungsimpuls in dem Bereich der Brustwalze 30 erzeugt, so daß der beschriebene Hybridformer auch für Güten verwendet werden kann, die dicker sind als im Stand der Technik (Flächengewicht > 170 g/m²), in welchen die Dicke der Stoffbahn an dem Einlaß typischerweise h 8 bis 25 mm beträgt.

Claims (10)

1. Hybridformer für einen Papiermaschine, wobei

der Hybridformer eine obere Siebeinheit (50) und ein unteres Sieb (10) aufweist, das einen Initialeinzelsiebabschnltt (10a) der Formungszone definiert,

die obere Siebeinheit (50) ein oberes Sieb (20), Leitwalzen (21, 21a) und eine Brustwalze (30) zum Leiten des oberen Siebes (20) aufweist,

das obere Siebe (20) zusammen mit dem unteren Sieb (10) eine Doppelsiebzone der Formungszone zwischen den Sieben definiert, die Brustwalze (30) das obere Sieb (20) auf die am

Initialeinzelsiebabschnitt (10a) gebildete Stoffbahn (WO) leitet, Drainageelemente innerhalb der Schleife des unteren Siebes (10) an dem Initialeinzelsiebabschnitt (10a) eingerichtet sind, und

eine Entwässerungs- und Formungseinheit (40) innerhalb der Schleifen des unteren Siebes (10) und des oberen Siebes (20) an der Doppelsiebzone eingerichtet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Formungsschuh (13a) an der Doppelsiebzone stromab ihres Einlasses eingerichtet ist, wobei der Formungsschuh (13a) mit einem gekrümmten gerippten Auflager versehen ist und die Doppelsiebzone nach unten krümmt,

die vom oberen Sieb (20) ummantelte Brustwalze (30) eine offene Fläche hat, und

die Brustwalze (30) in einer solchen Position angepaßt ist, daß der unterste Mantelabschnitt der Brustwalze (30) etwas in die obere Oberfläche der Stoffbahn (W&sub0;) eingedrückt ist, ohne das untere Sieb (10) bis zu einem wesentlichen Ausmaß zu krümmen.

2. Hybridformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindrucktiefe mittels der Brustwalze (30) in die obere Fläche der Stoffbahn (W&sub0;) von einer Größenordnung von Δh 1 bis 5 mm ist.

3. Hybridformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brustwalze (30) einen Walzenmantel aufweist, in welchem der Anteil der offenen Fläche etwa 50 bis 80% des Wirkbereiches des Walzenmantels beträgt.

4. Hybridformer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brustwalze (30) eine Saugwalze ist, deren Walzenmantel mit Durchlaßperforationen versehen ist.

5. Hybridformer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brustwalze (30) in einer Position plaziert ist, in der die Faserkonsistenz der Stoffbahn (W&sub0;) von einer Größenordnung von k 0,7 bis 1,7% ist.

6. Hybridformer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formungsschuh (13a) von gegenüberliegenden Sätzen von Rippen (15, 25a) gefolgt ist.

7. Hybridformer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formungsschuh (13a) die Doppelsiebzone mit einem Krümmungsradius von R&sub0; 3 bis 10 m nach unten krümmt.

8. Hybridformer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwässerungs- und Formungseinheit (40) innerhalb der Schleife des oberen Siebes (20) einen oder mehrere Drainagekästen (22a, 22b, 22c) aufweist, unter denen ein vorzugsweise ortsfester Satz oder Sätze von Stützrippen (25a, 25b) vorhanden sind, gegen die innerhalb der Schleife des unteren Siebes (10) eine Belastungseinheit (14) vorhanden ist, in der ein Satz von Rippen (15) vorhanden ist, die mit einem Medium oder einer gleichartigen Kraft belastbar sind.

9. Hybridformer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der Entwässerungs- und Formungseinheit (40) und innerhalb der Schleife des unteren Siebes (10) ein oder mehrere Saugflachkästen (17a, 17b) vorhanden sind, wobei in oder nach deren Bereich das obere Sieb (20) von der Papierbahn (W) separiert wird, die abgestützt auf dem unteren Sieb (10) zu einem Abnahmepunkt (P) geleitet wird.

10. Hybridformer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Siebbreite der Durchmesser D der Brustwalze (30) in dem Bereich von D = 500 bis 1200 mm gewählt worden ist.