DE69613689T2

DE69613689T2 - System zum einspritzen von zusatzstoffen in den auflaufkasten

Info

Publication number: DE69613689T2
Application number: DE69613689T
Authority: DE
Inventors: W. Hauser
Original assignee: Beloit Technologies Inc
Current assignee: Beloit Technologies Inc
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2016-02-16
Also published as: EP0819191A1; US5560807A; FI973661A0; EP0819191B1; WO1996030588A1; CA2215928C; BR9612621A; CA2215928A1; DE69613689D1

Description

Die Erfindung betrifft einen aus einem Stoffauflaufkasten bestehenden Apparat sowie ein Verfahren zum Ausstoßen von Papierstoff zur Bildung einer Papierbahn.

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoffauflaufkasten für die Papierherstellung im Allgemeinen, insbesondere betrifft sie Stoffauflaufkästen, die Rohre mit einem konstanten volumetrischen Fluss zwischen dem Verteiler des Stoffauflaufkastens und der Stauvorrichtung anwenden.

Hintergrund der Erfindung

Bei der Papierherstellung werden Holzfasern in Wasser dispergiert, um einen Papierstoff für die Papierherstellung zu bilden. Der Papierstoff besteht gewöhnlich aus mindestens 99 Prozent Wasser und enthält von einem halben bis zu einem Prozent Papierfasern. Der Papierstoff wird eingespritzt durch einen sich verjüngenden Kanal für die Durchflussregelung, welcher als eine Stauvorrichtung auf einem beweglichen Drahtsortierer einer Fourdriniermaschine zur Bildung einer Papierbahn bekannt ist. In einigen Fällen wird der Papierstoff zwischen zwei sich bewegende Drahtsortierer auf einer sogenannten Doppelsiebmaschine eingespritzt. Das Wasser wird durch die Bildungssortierer oder -siebe aus dem Papierstoff herausgezogen und es bleibt eine Bahn aus Papierfasern zurück, welche gepresst und getrocknet wird, um eine Papierbahn zu bilden.
Die modernen Maschinen zur Papierherstellung weisen eine Breite von zwischen einem und vierhundert Inch auf und arbeiten mit Geschwindigkeiten von bis zu und über 20,3 m/s (4000 Fuß pro Minute). Auf diese Weise müssen der Stoffauflaufkasten und die Stauvorrichtung, welche denjenigen Papierstoff liefern, der zu einer Papierbahn geformt wird, nicht nur eine große Menge an Papierstoff liefern, um den hohen Bildungsgeschwindigkeiten der modernen Verfahren zur Papierherstellung gerecht zu werden, sondern sie müssen auch den Papierstoff in extrem gleichmäßiger Form liefern, wenn die gebildete Papierfolie eine gleichmäßige Dicke quer über die Breite der Bahn aufweisen soll.
Um diese hohen Strömungsgeschwindigkeiten und die Gleichförmigkeit des durch die Stauvorrichtung eingespritzten Papierstoffs zu bewerkstelligen, wird der Papierstoff unter extrem hohen Drücken mit Hilfe einer Pumpausrüstung gepumpt. Ein Dämpfer ist stromaufwärts in Bezug auf den Stoffauflaufkasten angeordnet, um die Druckimpulse zu dämpfen, welche von der Pumpenausrüstung für den Papierstoff verursacht werden. Die Anordnung ist so, dass die Geschwindigkeit des in den Stoffauflaufkasten eintretenden Papierstoffs relativ konstant ist.
Um ein gleichmäßiges Fließen des Papierstoffs auf das Bildungssieb oder auf die Bildungssiebe zu bewerkstelligen, wendet der Stoffauflaufkasten einen Einlassverteilerkopf oder Verteiler an, welcher eine sich verjüngende Konfiguration aufweist. Zwischen dem Einlassverteilerkopf und der Stauvorrichtung befindet sich eine große Anzahl von Verteilerrohren, die in einer Rohrbatterie regelmäßig angeordnet sind. Die Rohrbatterie zählt gewöhnlich etwa sechs Rohre in der Höhe und einige Hundert Rohre in der Länge. Der Papierstoff fließt aus den sich verjüngenden Rohreintritten durch ein jedes Rohr hindurch, das in der Rohrbatterie angeordnet ist. Es ist wesentlich, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Papierstoffs durch ein jedes Verteilerrohr gleichmäßig ist, so dass der über die Lippen der Stauvorrichtung austretende Papierstoff gleichmäßig von einem Rand des Bildungssiebes bis hin zu dem anderen ist.
Um eine solche konstante Strömungsgeschwindigkeit zu bewerkstelligen, verjüngt sich der Einlassverteilerkopf oder Verteiler in der quer zur Maschine verlaufenden Richtung. Mit anderen Worten, die Breite des Verteilers in der Richtung der Maschine nimmt weiter entfernt von dem Einlass des Papierstoffs stärker ab. Die Querschnittsfläche des Einlassverteilerkopfes an seinem schmalsten Teil ist die gleiche wie die Querschnittsfläche des Einlassverteilerkopfs bei dem Einlass des Papierstoffs minus drei Mal die gesamte Fläche der Rohröffnungen des Verteilerkopfes. Beim Fließen des Papierstoffs entlang dem sich nach hinten verjüngenden Verteilerkopf, wird ein Teil des Hauptstromes durch die Rohre abgeleitet. Deshalb verkleinert sich die Querschnittsfläche des Verteilerkopfes in dem Maße wie sich der Hauptstrom in der Richtung quer zu der Maschine bewegt, so dass seine Fläche im Wesentlichen gleichwertig bleibt gegenüber drei Mal der Querschnittsfläche der Rohre, die in dem Verteilerkopf noch nicht erreicht worden sind. Auf diese Weise wird die Querschnittsfläche des Verteilerkopfes herabgesetzt, um den Verlust an Flüssigkeitsvolumen auszugleichen, während der Papierstoff von einer Seite des Verteilerkopfes hin zu der anderen Seite fließt. Diese Änderung der Querschnittsfläche hält den gleichen Druck in dem Verteilerkopf in der Richtung quer zu der Maschine aufrecht, was wiederum das gleiche Fließen durch die Rohre in der Richtung quer zu der Maschine aufrechterhält.
Folglich wird die Strömungsgeschwindigkeit des Papierstoffs durch alle Rohre in der Querrichtung zu der Maschine im Wesentlichen konstant gehalten. Jedoch ist in der Praxis die Stoffdichte nicht gleichförmig genug gewesen, um gewisse Veränderungen bei dem Gewicht oder der Dicke des Papiers in der Querrichtung der Maschine zu verhindern. Folglich sind in einigen Stoffauflaufkästen für die Papierbildung auf der Lippe der Stauvorrichtung Stellglieder eingesetzt worden, um die Lippe der Stauvorrichtung zu verformen und die Breite der Öffnung der Stauvorrichtung zu verändern, dies in der Bemühung ein gleichmäßiges Papiergewicht über die Papierbahn hinweg beizubehalten. In einem vor kurzem entwickelten System, das in dem Patent U.S. Nº 5.196.091 von Richard E. Hergert beschrieben wird und durch die einfache Bezugnahme hierin mit einbezogen wird, wurde die Einspritzung von Verdünnungswasser in den Verteilerkopf oder Verteiler des Stoffauflaufkastens in der Nachbarschaft der Rohreinlässe benutzt, um die Verdünnung des Papierstoffs in der Querrichtung der Maschine zu steuern. Diese Verdünnungskontrolle wirkt ihrerseits um das Gewicht oder die Dicke der Papierbahn zu steuern. Diese Technik hat in der Tat zu der Herstellung von Papierbahnen mit gleichmäßigeren Merkmalen geführt.
Der Papierstoff, aus welchem das Papier gebildet wird, enthält nicht nur Papierfasern, sondern auch verschiedene Zusatzstoffe, die dazu bestimmt sind, die Herstellung der Papierbahn zu verbessern oder zu erleichtern. Diese Zusatzstoffe umfassen Füllstoffe, wie etwa Ton, welcher die Undurchlässigkeit des Papiers erhöht. Andere Zusatzstoffe schließen Polymere mit langen Ketten mit ein und sie tragen bei zu der Retention des Füllstoffs in der Papierbahn. Andere mit dem Papierstoff kombinierte Materialien umfassen Aufweichungsmittel, die bei bestimmten Qualitäten von Seidenpapier gebraucht werden. Außerdem können Zusatzstoffe hinzugegeben werden, welche das Verbinden der Fasern die einen an die andern fördert, zum Beispiel Stärke. In dem bestehenden Verfahren für die Papierherstellung werden diese Zusatzstoffe wesentlich vor dem Einlassverteilerkopf in dem Stoffauflaufkasten hinzugefügt und sie werden mit dem Papierstoff gleichmäßig vermischt.
Folglich, während die Zugabe von Chemikalien oder von Füllstoffen oft für die Bildung einer besonderen Papierbahn notwendig ist, können die geläufigen Verfahren zum Dispergieren der Chemikalien in dem Papierstoff zur Papierbildung weniger wirksam sein als man sich es wünscht, weil viele der Zusatzstoffe Polymere mit einem hohen Molekulargewicht sind, welche unter der Einwirkung des Schubs der Flüssigkeit auseinander brechen. Folglich verlieren diese Polymere mit langen Ketten ihre Wirksamkeit, wenn sie dem zunehmenden Schub ausgesetzt werden, welcher oft in dem Papierstoff vorhanden ist, während sich derselbe auf den Verteilerkopf des Stoffauflaufkastens hin bewegt. Andere Zusatzstoffe, wie etwa Füllstoffe, würden im Idealfall nicht gleichmäßig über die Dicke oder in der z- Richtung der Papierbahn verteilt sein, sondern sich vielmehr an den Oberflächen konzentrieren. Dies ist nicht möglich mit den gegenwärtigen Verfahren, die nur einen einzelnen Stoffauflaufkasten und eine einzelne Stauvorrichtung anwenden.
Es ist bekannt, dass mehrschichtige Bahnen gebildet werden unter Einsatz von Stoffaufläufen, in welchen der Verteilerkopf in Abschnitte unterteilt ist, welche es erlauben Papierstoffe von unterschiedlichen Arten gleichzeitig durch eine einzelne Stauvorrichtung einzuspritzen, um eine mehrschichtige Bahn zu bilden. Jedoch sind diese Systeme ausgelegt, um Bahnen mit ganz bestimmtem Fasergehalten zu ergeben, eher als einen gleichmäßigen Fasergehalt mit wechselnden Mengen an chemischen Zusatzstoffen oder Füllstoffen. Ferner können solche Vorrichtungen auf Schwierigkeiten stoßen bei dem Einsatz der oben erörterten Verfahren zur Verdünnung des Papierstoffs bei zwei oder bei mehr Stoffaufläufen gleichzeitig.
In der Zusammenfassung des japanischen Patentes unter Vol. 18, Nº 471 (c-1245), 2.9.94 und JP-A-06.146.189 wird ein Stoffauflaufkasten offenbart, welcher Zufuhrrohre umfasst, welche ein Fluid zum Herabsetzen der Schubkraft zwischen der Grenzfläche des Papierstoffs und den oberen und unteren Wänden der Stauvorrichtung einführen, um die Reibung zwischen dem Papierstoff für die Papierherstellung und den Wänden der Stauvorrichtung herabzusetzen und die Neigung der Fasern zu vermeiden, die darin besteht, sich infolge der Reibung zwischen dem Papierauflauf und den Wänden der Stauvorrichtung selbst in der Stromrichtung auszurichten.
In dem Patent US-A-5.196.091 wird ein Stoffauflaufkastenapparat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. Auf eine noch spezifischere Weise offenbart US-A-5.196.091 einen Stoffauflaufkastenapparat, der eine unter Druck stehende Quelle von Papierstoff zur Papierherstellung sowie ein mit der Druckquelle für den Papierstoff verbundenes Gehäuse enthält, wobei das Gehäuse einen sich verjüngenden Einlassverteiler für den Durchfluss des Papierstoffs durch denselben begrenzt. Eine Rohrbatterie besitzt eine große Anzahl von Rohrreihen, wobei eine jede Reihe eine große Anzahl von ausgerichteten Rohren aufweist, und jedes Rohr das Papierstoff derart aus dem Einlassverteiler bekommt, dass der Papierstoff mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit durch den Verteiler fließt. Eine Stauvorrichtungskammer erstreckt sich zwischen der Rohrbatterie und einem Bildungssieb. Aus den Rohren entladenes Fluid wird durch die Stauvorrichtungskammer fließen gelassen, um sich auf ein Bildungssieb zu ergießen und dadurch eine Papierbahn zu bilden.
Ein Verfahren zum Ausstoßen von Papierstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 ist ebenfalls aus dem Dokument US-A-5.196.091 bekannt.
Was benötigt wird, ist ein Apparat zum Variieren der Konzentrationen der Zusätze an Chemikalien und an Füllstoffen über die Dicke oder in der z-Richtung einer Papierbahn.
Deshalb besteht ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung darin, einen Stoffauflaufkasten zur Herstellung einer Papierbahn bereitzustellen, welcher ein kontrolliertes Einspritzen von Komponenten zum Modifizieren des Papierstoffs in der Richtung der Dicke der Papierbahn gewährleisten kann.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Stoffauflaufkasten bereitzustellen, der das Profil des Basisgewichts steuert, während er gleichzeitig Zusatzstoffe liefert, welche lokal in der z- Richtung der Papierbahn und gleichmäßig in der Querrichtung der Maschine konzentriert sind.
Um dies zu bewerkstelligen, ist der Stofflaufkastenapparat der Erfindung gekennzeichnet durch die Eigenschaften, die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beansprucht werden, und die Erfindung liefert ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Stoffauflaufkastenapparat und einem Verfahren zum Einspritzen von Papierstoff auf ein Bildungssieb zur Bildung einer Papierbahn. Der Apparat umfasst ein Gehäuse, das mit einer unter Druck stehenden Quelle des Papierstoffs verbunden ist. Das Gehäuse begrenzt einen Papierstoffverteiler oder Stoffauflaufkasten, der sich in der Maschinenrichtung verjüngt. Eine Rohrbatterie, die aus einer großen Anzahl von Rohren besteht, erlaubt es dem Papierstoff von dem Papierstoffverteiler hin zu einer Stauvorrichtung zum Einspritzen des Papierstoffs auf ein Bildungssieb zu fließen. Jedes Rohr in der Rohrbatterie erstreckt sich in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zu der Richtung der Bewegung der sich bildenden Papierbahn ist. Da jedes Rohr einen im Wesentlichen konstanten Strom an Papierstoff aufweist, welcher von dem Verteiler in dem Stoffauflaufkasten hin zu der Stauvorrichtung fortschreitet, ist das Fließen des Papierstoffs von der Stauvorrichtung hin auf das Bildungssieb im Wesentlichen gleichmäßig in der Querrichtung der Maschine.
Die die Rohrbatterie bildenden Rohre sind mit der Innenseite des Verteilers in dem Stoffauflaufkasten entlang einer Zufuhrwand oder -oberfläche für den Papierstoff verbunden. Eine große Anzahl von Speiseleitungen sind mit der Zufuhrwand des Raums auf eine ähnliche Weise verbunden, wie die Rohre zur Beförderung des Papierstoffs hin zu der Stauvorrichtung. Die Speiseleitungen öffnen sich zwischen den Öffnungen der Abzugsrohre. Die Zufuhrrohre liefern Chemikalien und Füllstoffe an den Verteiler, wo sie unverzüglich zusammen mit dem Papierstoff abgesogen werden in die benachbarten Rohrenden, welche den Papierstoff und die hinzufügten Chemikalien zu der Stauvorrichtung führen, zwecks Bildung einer Papierbahn. Die Speiseleitungen werden auf herkömmliche Weise regelmäßig angeordnet, um einen gleichmäßigen Strom an Chemikalien in der Querrichtung der Maschine bereitzustellen. Die Rohre sind ebenfalls angeordnet, um Füllstoffmaterial oder Chemikalien an die Rohrbatterie zu liefern, um die Chemikalien vorzugsweise an eine besondere Stelle entlang der quer zur Maschine verlaufenden Achse zu liefern, oder um auf eine bevorzugte Weise Zusatzstoffe auf einer bestimmten Ebene in die sich bildende Bahn in der z-Richtung zu liefern.
Eine herkömmliche Rohrbatterie besteht aus sechs Rohren, die das eine über dem anderen angeordnet sind, mit Papierstoffaustrittsöffnungen die verformt sind, um im Wesentlichen rechteckige Öffnungen zu bilden, während sich die Rohre, die sich in der Querrichtung der Maschine erstrecken, bis auf einige Hundert belaufen können. Folglich werden in der aus sechs Rohren über einige Hundert Rohre gebildeten Anordnungen bzw. Gruppierung Zusatzstoffe oder Chemikalien für den Papierstoff mit Hilfe von Speiseleitungen zugegeben, welche sich entlang der gesamten quer zu-der Maschine verlaufenen Richtung der Rohrbatterie erstrecken, während sie in der Nähe von einer der sechs Rohrschichten lokalisiert sind. Wenn es gewünscht wird, dass der zu dem Papierstoff hinzugegebene Zusatzstoff auf die Oberfläche der sich bildenden Papierbahn wirken soll, dann werden die Speiseleitungen sich in der Nähe der Rohrreihen befinden, welche die oberen oder die unteren Schichten des Papiers bilden werden, wohingegen sie in der Nähe der Mitte der sechs Rohre, welche die z-Richtung der Papierbahn bilden, lokalisiert sein werden, wenn die Zusatzstoffe für den Papierstoff auf die inneren Eigenschaften der Papierbahn einwirken sollen.
Eine Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Stoffauflaufkastens zur Bildung einer Papierbahn, welcher ein kontrolliertes Einspritzen der Komponenten zur Modifizierung des Papierstoffs in die z-Richtung gewährleisten kann.
Eine andere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Stoffauflaufkastens, der das Profil des Basisgewichts steuert, während er gleichzeitig Zusatzstoffe liefert, welche lokal in der z- Richtung der Papierbahn und gleichmäßig in der Querrichtung der Maschine konzentriert sind.
Ebenso besteht eine Eigenschaft der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Apparats und eines Verfahrens zum Einspritzen von Zusatzstoffen für den Papierstoff in den Papierstoff zur Papierherstellung, welche die Zusatzstoffe keinem übermäßigen hydrodynamischen Schub aussetzen, bevor der Papierstoff zu einer Papierbahn geformt worden ist.
Eine zusätzliche Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Stoffauflaufkastens, der die Bildung einer Papierbahn mit Zusatzstoffen für das Verbinden der Fasern miteinander erleichtert, wobei dieselben in der Mitte der durchgehenden Dicke der Bahn konzentriert sind.
Eine weitere Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Stoffauflaufkastens und eines Herstellungsverfahrens, welche die Bildung von mit Füllstoffen umgeformten Papierbahnen erleichtern, wobei die Füllstoffe in der Nähe der Oberflächen der Papierbahn konzentriert werden.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich ersichtlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, wenn man dieselbe im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abb. 1 ist eine Querschnittsansicht des Stoffauflaufkastenapparats dieser Erfindung.
Abb. 2 ist eine vergrößerte isometrische, teilweise weggeschnittene Ansicht des Stoffauflaufkastenapparats nach Abb. 1.
Abb. 3 ist eine Querschnittsansicht des Apparats nach Abb. 1, Ansicht welche entlang der Schnittlinie 3-3 zu sehen ist.
Abb. 4 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht eines der Rohre aus dem Apparat nach Abb. 1.
Abb. 5 ist eine schematische Darstellung der sich verjüngenden Rohre, welche entlang der Schnittlinie 5-5 der Abb. 6 genommen worden ist.
Abb. 6 ist eine Querschnittsansicht des Apparats nach Abb. 1, welche entlang der Schnittlinie 6-6 genommen worden ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN ANWENDUNGSFORM

Unter besonderer Bezugnahme auf die Abb. 1- 6, in welchen gleiche Nummern sich auf ähnliche Teile beziehen, wird ein Stoffauflaufkastenapparat 10 in der Abb. 1 gezeigt. Wie dies in der Abb. 2 gezeigt wird, besitzt der Stoffauflaufkasten 10 ein Gehäuse 14, das mit einer Druckquelle 15 für Papierstoff verbunden ist. Das Gehäuse 14 begrenzt einen sich verjüngenden Einlass des Zufuhrverteilers 16 für den Papierstoff, durch welchen der Papierstoff in eine Rohrbatterie 18 eingeführt wird. Die Rohrbatterie 18 enthält eine regelmäßige Anordnung oder Gruppierung von Rohren 24, die Seite an Seite und das eine über dem anderen gestapelt sind. Ein Mittel zum Einführen der Weichmacher auf ausgewählten Ebenen im Innern der gebildeten Papierbahn wird durch eine Anordnung von Speiseleitungen geliefert, welche unten ausführlicher beschrieben wird.
Jedes Rohr 24 erstreckt sich von dem Zufuhrverteiler 16 zu der Stauvorrichtungskammer 30. Die Rohrbatterie weist auf diese Weise ein stromaufwärts liegendes Ende 20 bei dem Verteiler 16 und ein stromabwärts liegendes Ende 22 bei der Stauvorrichtungskammer 30 auf. Das stromaufwärts liegende Ende 20 der Rohrbatterie 18 verbindet das Innere des Stoffauflaufkastenverteilers 16 mit einer Zufuhrwand oder -oberfläche 21 des Papierstoffs, welche in der Abb. 2 gezeigt wird. Auf diese Weise dringen die einzelnen Rohre 24 in die Zufuhrwand 21 für den Papierstoff ein und kommunizieren auf diese Weise mit dem Inneren 23 des Stoffauflaufkastenverteilers 16 und werden auf diese Weise mit Papierstoff beliefert.
Die Rohrbatterie 18 besitzt eine regelmäßige Anordnung von Rohren 24. Die regelmäßige Anordnung weist eine große Anzahl von übereinandergelagerten Reihen 50 von Rohren 24 auf, im Allgemeinen zwischen fünf bis sieben Reihen, oder die exemplarischen sechs Reihen, die in den Abb. 1, 2 und 3 gezeigt werden. Jede Reihe 50 besitzt bis zu einigen Hundert Rohren 24 und erstreckt sich im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des Gehäuses 14. Die Länge des Gehäuses 14 ist ungefähr die gleiche wie die Breite der Papierbahn, die mit Hilfe des durch den Stoffauflaufkasten 10 fließenden Papierstoffs gebildet wird.
Das stromabwärts liegende Ende 22 der Rohrbatterie 18 wird mit dem Einlassende oder stromaufwärts gelegenen Ende 32 der Stauvorrichtungskammer 30 verbunden. Der an die Stauvorrichtungskammer 30 gelieferte Papierstoff geht durch die Stauvorrichtungskammer 30 hindurch und wird aus dem stromabwärts liegenden Ende oder Lippe 34 der Stauvorrichtungskammer 30 auf ein Bildungssieb 12 ausgestoßen, wie dies durch Abb. 1 gezeigt wird. Die Reihen 50 der Rohrbatterie 18 bestimmen die Breite der auf dem Sieb 12 gebildeten Papierbahn und eine jede der Reihen bestimmt einen Teil der durchgehenden Dicke oder der z- Richtung der Bahn. Wie dies durch die Abb. 2 gezeigt wird, sind es die hinteren Elemente 64, lange, dünne Glieder mit Gelenken, die zwischen den Reihen 50 der Rohrbatterie 18 angeordnet sind, welche das Fließen aus den einzelnen Reihen 50 voneinander getrennt halten. Die hinteren Elemente 64 enden in der Nähe der Lippe 34 der Stauvorrichtung 30. Der Strom aus einer jeden Reihe 50 der Rohre legt auf diese Weise Fasern ab, welche die übereinander angeordneten und sich teilweise durchdringenden Schichten in der z-Richtung einer auf dem Sieb 12 gebildeten Papierbahn ergeben.
Wie dies durch die Abb. 3 gezeigt wird, liefern die einzelnen Reihen 50 von Rohren 24 eine beinahe kontinuierliche Folie aus Papierstoff an die Stauvorrichtung 30. Die Reihen 50 der Rohre 24 sind übereinander angeordnet, wobei die oberste Reihe 51 der obersten Faserschicht in der gebildeten Papierbahn entspricht. Die unterste Reihe 53 entspricht den Papierfasern in dem unteren Teil der Folie in der z-Richtung, welche im Kontakt mit dem beweglichen Sieb 12 gebildet wird.
Wie dies in der Abb. 5 gezeigt wird, werden sechs Reihen Von einzelnen Rohren 24 senkrecht und regelmäßig angeordnet und erstrecken sich ausgehend von der Zufuhrwand 21. Die Rohre 24 werden auf diese Weise angeordnet, um Papierstoff aus dem Papierstoffverteiler 16 aufzunehmen. Jedes Rohr 24 in einer reihenförmigen vertikalen Gruppierung kommt aus einer unterschiedlichen der übereinandergelagerten Reihen 50 der Rohrbatterie 18. Eine große Anzahl von Speiseleitungen 36 dient zum Entladen der Weichmacher in den Verteiler 16. Ein einzelne Speiseleitung 36 spritzt die Weichmacher, wie etwa Stärke, in den Verteiler 16 durch die Zufuhrwand 21 des Papierstoffs hindurch.
Obwohl die Leitungen auf verschiedenen Ebenen in dem Verteiler lokalisiert sein können, wird als Beispiel eine Speiseleitung 36 in der Abb. 5 gezeigt, welche Papierstoff zwischen zwei Reihen 50 von Rohren 24 einspritzt. Wie dies in Abb. 3 gezeigt wird, verbindet eine große Anzahl von Speiseleitungen 36 eine Quelle des Weichmachers 38 mit einer großen Anzahl von Einspritzpunkten oder -öffnungen 39 für den Weichmacher zwischen einzelnen Rohren 24 in einer Reihe 50 von Rohren.
Die veranschaulichten Einspritzpunkte 39 für den Weichmacher sind angeordnet, um Weichmacher in die Mitte der Papierbahn einführen zu können. Die Weichmacher, die in die Mitte der Papierbahn hinzugefügt werden, könnten Stärke einschließen. Wenn Basisgewichtspapier oder Einlegepappe zwischen einem Doppelsiebblattbildner geformt werden, dann kann das Zentrum der Folie einer Schichtspaltung unterliegen. Das Folienzentrum kann verstärkt werden durch die selektive Zugabe zu dem zentralen Teil der Faserbahn eines Bindemittels, wie etwa Stärke. Wenn die Einspritzpunkte 39 in der Nähe der obersten Reihe 51 oder der untersten Reihe 53 lokalisiert sind, dann könnten Materialien, wie etwa Tonfüllstoffe in der Nähe der Oberflächen des Papiers auf eine selektive Weise hinzugefügt werden, wo sie die Oberflächebeschaffenheit verbessern.
Die Öffnungen in dem Drahtsieb 12, das in einem Bildungsteil einer Fourdriniermaschine benutzt wird, sind so dass der überwiegende Anteil der Papierfasern frei durch dieselben hindurchlaufen kann, und auf diese Weise basieren sich das Fourdriniersieb oder die Doppelsiebe eines Doppelsiebblattbildners auf ein Faservlies mit Fasern von einem leicht größeren Ausmaß, welches sich zuerst auf den Sieben aufbaut, um anschließend Fasern aus dem Papierstoff zurückzuhalten. Gewisse molekulare Zusatzstoffe mit langen Ketten können die anfängliche Retention der Fasern auf dem Sieb verbessern und es einem Sieb mit einer größeren Öffnungsfläche auf diese Weise erlauben ein schnelleres Entwässern der Papierbahn zu erleichtern, dies ohne einen übermäßigen Verlust an durch die Bildungssiebe hindurch gehenden Fasern. Während diese Chemikalien gegenwärtig im Allgemeinen zu dem Papierstoff hinzugefügt werden, sollten sie, wenn sie auf eine ausgewählte Weise in denjenigen Teil des Papierstoffs eingespritzt werden, der zuerst in Berührung mit dem Bildungssieb tritt, ihre Funktion des Zurückhaltens der Anfangsfasern auf dem Sieb ausüben, während sie zur gleichen Zeit die benötigte Menge an Chemikalien herabsetzen, da nur derjenige Teil des Papierstoffs der sich in unmittelbarer Nähe zu dem Bildungssieb befindet das Polymer enthalten muss. Dies setzt die Kosten herab infolge der Verminderung der chemischen Zusätze sowie auch der Herabsetzung der gesamten Konzentration der Chemikalien in dem Abwasser. Zusätzlich, weil die Moleküle mit langen Ketten durch den Fluidschub aufgebrochen werden können und das Fluid einem relativ begrenzten Ausmaß an Schub zwischen dem Stoffauflaufkastenverteiler 16 und der Stauvorrichtungslippe 34 ausgesetzt ist, bedeutet dies, dass weniger Chemikalien benötigt werden um wirksam zu sein.
Der Stoffauflaufkasten 10 wird ausgelegt, um eine gleichmäßige Ausrichtung und Konsistenz der Fasern herzustellen, welche in der quer zur Maschine verlaufenden Richtung auf das Sieb 12 abgelegt werden. Diese Gleichförmigkeit fängt mit einem (nicht gezeigten) Dämpfer an, welcher stromaufwärts in Bezug auf den Stoffauflaufkasten angeordnet ist zwecks Dämpfung der Druckpulsationen, die durch die Pumpenausrüstung für den Papierstoff verursacht werden. Der Papierstoff fließt dann in den Verteiler 16. Der Verteiler ist in einer Querrichtung zur Maschine entweder auf eine lineare oder eine parabolische Weise so verengt, dass der Druck in dem Verteiler in der Querrichtung zur Maschine konstant bleibt.
Die Arbeit eines jeden Rohrs 24, wovon ein Beispiel am besten in der Abb. 4 gezeigt worden ist, besteht darin die Richtung des Stroms des Papierstoffs von der quer zur Maschine verlaufenden Richtung in die Maschinenrichtung zu verändern. Jedes Rohr besitzt einen stromaufwärts liegenden Abschnitts 54, der im Allgemeinen zylindrisch ist und der den Papierstoff aus dem Verteiler 16 erhält. Der stromaufwärts gelegene Abschnitt 54 ist an einem Dehnungsanschluss 61 mit einem abgeflachten stromabwärts liegenden Abschnitt 60 verbunden, welcher den Papierstoff auf das Sieb 12 entlädt. Die Länge des stromaufwärts liegenden Abschnitts 54 des Rohrs 24 wird so gewählt, dass der Strom völlig symmetrisch und in der Maschinenrichtung ausgerichtet wird. Der Strom unterliegt dann einer unvermittelten Expansion an der Verbindungsstelle 61 mit dem stromabwärts liegenden Abschnitt 60. Die plötzliche Expansion erzeugt einen Schub zur verbesserten Dispersion der Fasern und sie schafft ebenso einen Druckverlust für die Gleichförmigkeit entlang der Querrichtung der Maschine. Weil das Fließen durch ein Rohr 24 abhängig ist von dem gesamten Druckabfall, vermindert ein großer, an der Verbindungsstelle 61 verursachter Druckabfall die Wirkung der stromaufwärts stattfindenden Druckveränderungen, wodurch die Gleichförmigkeit des Durchfließens durch alle Rohre 24 in der Rohrbatterie 18 erhöht wird.
Der Übergang zwischen dem kreisförmigen ersten Abschnitt 54 und dem kreisförmigen zweiten Abschnitt 60 erzeugt gleichförmige und stabile Profile innerhalb eines kurzen Abstands stromabwärts von dem Dehnungsanschluss 61. Der Strom geht dann gleichmäßig über zu einem im Allgemeinen rechteckig gestalteten Auslass 62. Der Umfang des Rohrs wird konstant gehalten, wobei er der Querschnittsfläche erlaubt herabgesetzt zu werden. Das Ergebnis ist, ein Rohrquerschnitt, indem das Fließen beschleunigt wird, wobei sowohl die Fließstabilität als auch die Gleichförmigkeit gesteigert werden.
Der kritische Parameter besteht in der Länge des stromabwärts liegenden Abschnitts 60 anschließend an den Ausdehnungsanschluss 61. Eine geeignete Länge verhindert, dass sich eine wasserreiche Schicht mit einer niedrigen Konsistenz neben den Rohrwänden bildet.
Messungen der Konsistenz, die durch eine direkte Probeentnahme aus dem Strom erlangt werden, während er aus Rohren von unterschiedlichen Längen austritt, zeigen dass je länger das Rohr ist, desto größer wird die Nichtgleichförmigkeit des Profils der Konsistenz. Der Druckabfall in den Rohren 24, kombiniert mit dem gleichmäßigen Druckprofil in dem Verteiler 16, bedeutet dass die Einspritzpunkte 39 der Speiseleitung 36 eine minimale oder keine Wirkung auf das volumetrische Fließen durch die einzelnen Rohre 24 ausüben. Ferner, weil die Einspritzpunkte vorzugsweise in regelmäßigen Abständen in der Querrichtung zur Maschine angeordnet sind, werden irgendwelche durch den Weichmacher verursachten Verdünnungswirkungen in der Querrichtung zur Maschine gleichmäßig sein. Die Fließstabilität wird in der Stauvorrichtungskammer 30 erhöht durch den Einsatz von hinteren Elementen 64, die dickere Basisdimensionen aufweisen, welche die Ausdehnung des Stroms begrenzen, während er in die durch die Stauvorrichtung 30 gebildete Düse eintritt. Für Qualitäten, die in Punkto Papierausrichtung empfindlich sind, ist es wünschenswert den Durchflussweg so auszurichten, dass er in einer Linie liegt mit dem Verteiler 16 durch die Rohrbatterie 18 und durch die Stauvorrichtung 30 hindurch.
Wie durch die Abb. 3 gezeigt, können die Ventile 88 den Zusatz von Weichmacher, ausgehend von der Weichmacherquelle 38, in der Querrichtung der Maschine steuern. Jedoch werden die Ventile im Allgemeinen so eingestellt, dass sie eine gleichmäßige Einspritzung des Weichmachers in der Querrichtung der Maschine bewerkstelligen. Obwohl die Ventile eingestellt werden könnten für Messungen in der Abwärtsrichtung der durch die Weichmacher ausgeübten Wirkung, werden sie im Allgemeinen über die Zeit relativ konstant betätigt und in vielen Fällen sind die Ventile 88 nicht erfordert.
Obwohl die Speiseleitungen in einer einzelnen Reihe oder in der Nähe von zwei Rohrreihen gezeigt worden sind, könnten zwei oder mehr Gruppen von Speiseleitungen in einem einzelnen Stoffauflaufkasten so installiert werden, dass verschiedene Weichmacherarten in verschiedene Schichten oder Zonen in der durchgehenden Richtung oder der z-Richtung der Papierbahn eingespritzt werden könnten.
Die Einspritzung von Weichmachern könnte auch kombiniert werden mit einem getrennten System zur Einspritzung des Abwassers zwecks Steuerung der Konsistenz der Folie in der Querrichtung der Maschine. Solche Einspritzsysteme des Abwassers werden in dem Dokument US-A- 5.196.091 beschrieben. Wie dies in der Abb. 2 gezeigt worden ist, kann ein Steuerungsmittel 40 zwischen einer Weichmacherquelle 38 und den Speiseleitungen 36 installiert werden. Ein typisches Steuerungsmittel kann aus einer Dosierpumpe bestehen, welche eine genau kontrollierte Menge des Weichmachers mit einer kontrollierten Strömungsgeschwindigkeit an die Speiseleitungen 38 liefert, welche durch die Einspritzpunkte 39 in den Verteiler 16 einspritzen.
Es soll wohl verstanden sein, dass die Expansionsanschlüsse 61 für hohe Turbulenzen ein gleichmäßiges Mischen der Weichmacher mit dem durch die Rohre 24 fließenden Papierstoff fördern. Durch Anwenden des korrekten Modells der Injektionsrohre und der Regelung der Strömungsgeschwindigkeiten der Zusatzstoffe individuell zu den verschiedenen Einspritzrohren, kann die Zugabe des Zusatzstoffs genau gesteuert werden, um die Zusatzstoffe vorzugsweise an irgendeiner Stelle der z-Richtung in der Folie, dem unterem Teil, dem Zentrum oder dem oberem Teil, zu konzentrieren oder sie kann in der Querrichtung zur Maschine variieren, um die Benutzung des Zusatzstoffs quer über die Maschinebreite zu optimieren.
Weil die Zusatzstoffe direkt in den Stoffauflaufkasten eingespritzt werden, wird das Ausmaß des Fluidschubs bei den Zusatzstoffen minimiert. Dies gewährleistet einen minimalen Abbau der Polymere mit einem hohen Molekulargewicht und die maximale Wirksamkeit der benutzten Chemikalien. Der Einsatz von mehreren kleinen Einspritzrohren sichert auch eine bessere Verteilung der Weichmacher und das lokale Vermischen wird verbessert, weil die Zone, über welche die Diffusion der Zusatzstoffe stattfindet, in großem Maße verkleinert wird.
Es soll ferner verstanden sein, dass der Strom in den Einspritzrohren durch eine auf herkömmliche Weise gesteuerte Quelle geliefert werden kann, um einen gleichen Zusatz an Weichmacher an einer großen Anzahl von Einspritzstellen zu gewährleisten. Gemäß einer Alternative kann die zusätzliche Strömungsgeschwindigkeit zu den verschiedenen Einspritzrohren getrennt geregelt werden, was die zusätzliche Anpassungsfähigkeit ergibt zum Variieren der Zugabegeschwindigkeit des Zusatzstoffs in der Querrichtung zur Maschine und in der z- oder Dickenrichtung, dies im Hinblick auf einen möglichst wirksamen Einsatz der Weichmacher, Ferner soll verstanden sein, dass dieses neue Verfahren zum Einspritzen von Weichmachern, welche in sowohl der z-Richtung als auch der Querrichtung der Maschine gesteuert wird, auch auf vorteilhafte Weise gebraucht werden kann bei der Entwicklung von neuen Chemikalien und neuen chemischen Systemen, welche heutzutage nicht benutzt werden können wegen der Notwendigkeit der Mischung des Weichmachers oder des Zusatzstoffs durch die ganze Masse der Papierstoffzufuhr. Ferner soll es verstanden sein, dass ein parabolisch verjüngter Verteiler, in einem Beispiel wo der Verteiler neun Meter lang ist, von dem linearen Profil um ungefähr dreißig Millimeter abweicht bei dem Punkt des größten Unterschieds zwischen der linearen und der parabolischen Krümmung des Verteilers.
Man wird wohl verstehen, dass die Erfindung nicht auf die hierin veranschaulichten und beschriebenen, besonderen Gestaltungen und Anordnungen der Teile begrenzt ist, sondern dass sie derart umgebildete Formen umfasst, welche unter den Geltungsbereich der nachfolgenden Ansprüche fallen.

Claims

1. Stoffauflaufkastenapparat (10) zum Ausstoßen von Papierstoff auf ein Bildungssieb (12) zum Erzeugen einer Papierbahn mit einer gegebenen Breite und Dicke, wobei der Apparat (10) folgende Elemente enthält:

eine Druckquelle (15) des Papierstoffs für die Papierherstellung,

ein Gehäuse (14), das mit der unter Druck stehenden Quelle (15) des Papierstoffs in Verbindung steht, wobei das Gehäuse (14) einen sich verjüngenden Einlassverteiler (16) für den dadurch fließenden Strom des Papierstoffs begrenzt,

eine Rohrbatterie (18) mit einer großen Anzahl von Reihen (50) von Rohren (24), in welcher eine jede Reihe (50) der großen Anzahl von Reihen (50) von Rohren (24) eine große Anzahl von ausgerichteten Rohren (24) besitzt, und in welcher ein jede s Rohr (24) Papierstoff von dem Einlassverteiler (16) derart erhält, dass der Papierstoff mit einer im Wesentlichen konstanten Strömungsgeschwindigkeit durch den Verteiler (16) fließt,

eine Stauvorrichtungskammer (30), die sich zwischen der Rohrbatterie (18) und einem Bildungssieb (12) erstreckt, in welcher das von den Rohren (24) entladene Fluid durch die Stauvorrichtungskammer (30) fließen gelassen wird, um auf das Bildungssieb (12) entladen zu werden und dadurch eine Papierbahn zu bilden,

dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat ferner eine Weichmacherquelle (38) enthält, sowie

eine große Anzahl von Speiseleitungen (36) zum Einführen von Weichmachern auf einer ausgewählten Ebene in der Richtung der Dicke in die gebildete Papierbahn, wobei jede Speiseleitung (36) unter der großen Anzahl an Speiseleitungen (36) mit der Weichmacherquelle (38) in Verbindung steht zwecks Einspritzens von Weichmachern in die Papierbahn die dabei ist von der Rohrbatterie (18) gebildet zu werden, und

dadurch, dass jede Speiseleitung (36) Weichmacher durch einen jeweiligen Auslass (39) in den Einlassverteiler (16) entlädt, wobei alle Speiseleitungen (36) entlang einer Linie enden, welche einer ausgewählten Stelle in der Dicke der Papierbahn entspricht.

2. Stoffauflaufkastenapparat (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Rohrbatterie (18) ein stromaufwärts liegendes Ende (20) und ein stromabwärts liegendes Ende (22) aufweist, wobei das stromaufwärts liegende Ende (20) der Rohrbatterie (18) mit dem sich verjüngenden Einlass (16) so verbunden ist, dass der Papierstoff mit einer im Wesentlichen konstanten Strömungsgeschwindigkeit durch den Einlass (16) und durch das stromaufwärts liegende Ende (20) der Rohrbatterie (18) zu dem stromabwärts liegenden Ende (22) der Rohrbatterie (18) fließt,

die große Anzahl der Rohre (24) eine reihenförmige Rohranordnung bildet, wobei die große Anzahl der Rohre (24) sich im Wesentlichen quer über die Breite des Papiers erstreckt und eine Breite für die reihenförmige Anordnung bestimmt, wobei die reihenförmige Anordnung der Rohre (24) mindestens zwei Reihen von Rohren (50) aufweist, welche mit der Dicke der Papierbahn in Wechselbeziehung stehen und eine Dicke der reihenförmigen Anordnung bestimmen,

die Stauvorrichtungskammer (30) ein stromaufwärts liegendes Ende (32) und ein stromabwärts liegendes Ende aufweist, wobei das stromaufwärts liegende Ende (32) der Stauvorrichtungskammer mit dem stromabwärts liegenden Ende (22) der Rohrbatterie (18) verbunden ist, wobei das stromabwärts liegende Ende der Stauvorrichtungskammer (30) in der Nähe des Bildungssiebs (12) derart angeordnet ist, dass der Papierstoff durch das stromabwärts liegende Ende (22) der Rohrbatterie (18) und durch das stromaufwärts liegende Ende (32) der Stauvorrichtungskammer (30) fließt, so dass der Papierstoff aus dem stromabwärts liegenden Ende der Stauvorrichtungskammer (30) auf das Bildungssieb (12) ausgestoßen wird, und

eine große Anzahl von Speiseleitungen (36) mit dem stromaufwärts liegenden Ende (20) der Rohrbatterie (18) verbunden sind, und mit Abstand entlang der Breite der reihenförmigen Anordnung der Rohre angeordnet sind, wobei eine jede Speiseleitung (36) sich durch die Rohrbatterie (18) hindurch zwischen den benachbarten Rohren (24) erstreckt, wobei eine jede Speiseleitung (36) Weichmacher im Innern des Papierstoffeinlasses (16) an einer Stelle (39) entlädt, welche sich in der näheren Umgebung und stromaufwärts in Bezug auf ein Rohr (24) unter der großen Anzahl von Rohren (24) befindet.

3. Verfahren zum Ausstoßen von Papierstoff für die Papierherstellung zwecks Erzeugung einer Papierbahn, welches die folgenden Schritte enthält:

ein Einspritzen einer Zufuhr von unter Druck stehendem Papierstoff in einen Verteiler (16) eines Stoffauflaufkastens (10), wobei der Verteiler (16) stromaufwärts in Bezug auf eine Rohrbatterie (18) angeordnet ist, in welchem der Verteiler (16) sich in der Querrichtung zur Maschine verjüngt, und

ein gleichzeitiges Fließen des Papierstoffs von dem Verteiler (16) durch die Rohrbatterie (18), die aus mindestens zwei übereinandergelagerten Reihen (50) von Rohren (24) besteht, wobei sich die übereinandergelagerten Reihen (50) von Rohren (24) in der Querrichtung zur Maschine erstrecken und der Breite einer gebildeten Bahn entsprechen und wobei die einzelnen übereinandergelagerten Reihen (50) den Anteilen der gebildeten Bahn in der Richtung der Dicke entsprechen,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

eine Zugabe eines Weichmachers zu dem Papierstoff in dem Verteiler (16) durch eine Zufuhrquelle für Weichmacher (38),

gleichzeitig mit dem Einspritzen des Papierstoffs in die mindestens zwei übereinandergelagerten Reihen (50) von Rohren (24), ein Einspritzen des Weichmachers entlang der Breite des Stoffauflaufkastens (10), in welchen der Weichmacher eingespritzt wird, ausgehend von Einspritzpunkten (39), die entlang einer Linie angeordnet sind, welche einer ausgewählten Stelle in der Dicke der Papierbahn entspricht, wobei die Einspritzpunkte (39) in engem Abstand zueinander an einem stromaufwärts liegenden Ende der Rohre (24) der Rohrbatterie (18) angeordnet sind,

wodurch die Einspritzpunkte (39) so angeordnet sind, dass sie den Weichmacher in eine ausgewählte Zone einer durchgehenden Dicke der Papierbahn liefern, welche so ausgebildet ist, dass der Weichmacher nicht gleichmäßig über die Dicke der Papierbahn verteilt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Weichmacher aus Stärke besteht und an einer Stelle eingespritzt wird, welche entfernt ist von den Rohren (24) einer zentralen Reihe (50), um die Stärke auf diese Weise vorzugsweise in der Nähe des Zentrums der gebildeten Papierbahn zu konzentrieren.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrbatterie (18) mindestens drei Reihen (50) von Rohren (24) aufweist, durch welche der Papierstoff gleichzeitig fließen gelassen wird, und der Weichmacher in den Stoffauflaufkasten (10) eingeführt wird, um die Oberflächebeschaffenheit der gebildeten Papierbahn zu beeinflussen und um vorzugsweise konzentriert in der Nähe der Oberflächen des Papiers eingespritzt zu werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrbatterie (18) mindestens drei Reihen (50) von Rohren (24) aufweist, durch welche der Papierstoff gleichzeitig fließen gelassen wird, und der Weichmacher wird konstruiert, um eine Retention der Fasern auf dem Bildungssieb (12) zu erleichtern, wobei der Weichmacher in den Stoffauflaufkasten (10) eingespritzt wird, um in einem Abschnitt der Papierbahn in der Nähe des Bildungssiebs (12) konzentriert zu werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (16) eine Zufuhrwand (21) des Papierstoffs besitzt, welche eine stromaufwärts liegende Seite der Rohrbatterie (18) bildet, und der Weichmacher wird durch die Zufuhrwand (21) des Papierstoffs in den Verteiler (16) eingespritzt, in der Nähe der ausgewählten Rohröffnungen, die einer ausgewählten Zone durch die Dicke der gebildeten Papierbahn entsprechen.