DE69624544T2

DE69624544T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Blattbildungsqualität von Papier oder Karton

Info

Publication number: DE69624544T2
Application number: DE69624544T
Authority: DE
Inventors: Cyrus K. Aidun
Original assignee: Institute of Paper Science and Technology Inc
Current assignee: Institute of Paper Science and Technology Inc
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2016-03-09
Also published as: EP0769586A3; EP0769586A2; PT769586E; EP0769586B1; ATE226987T1; US5792321A; DE69624544D1; US5876564A; JPH09119087A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die verbesserte Produktivität und Herstellungsqualität bei Papierherstellungsmaschinen- Stoffauflaufkasten-Bauteilen durch hydrodynamische Optimierung der Herstellung von Papier und Karton. Spezieller betrifft die Erfindung die Erzeugung definierter Wirbel in Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff, welche die Mischung des Stoffs verbessern, wenn Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff aus einem Umlenkerblock zum Anschluss eines Diffusors an eine Düsenkammer in einem Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten austreten, um den Papierfaserstoff auf ein Langsiebbauteil auszustoßen, wobei der gleichmäßige Fluss des Stoffs von dem Umlenkerblock oder von Einsatzrohren gefördert wird. In vorteilhafter Weise vermeidet die Erzeugung kleinmaßstäblicher, turbulenter Flüsse durch die definierten Wirbel der Düsenstrahlen großmaßstäbliche hydrodynamische Probleme in Bezug auf sekundäre Flüsse, Flussinstabilitäten, Grenzschichtabtrennungen und andere hydrodynamisch hervorgerufene Ungleichförmigkeiten in der Herstellungsabschnitts-Düsenkammer des Papierherstellungsmaschinen- Stoffauflaufkasten-Bauteils, womit folgende Probleme vermieden werden: Verdrillung/Deformation bei Kartonqualitäten; ungleichförmiges Basisgewicht; ungleichmäßige Faserausrichtung; ungleichmäßiges Feuchtigkeitsprofil; Kräuselung und Diagonalkräuselung bei Druckpapier; und Streifenbildung (gezackt) der Trocknungslinie auf dem Herstellungstisch- oder Langsiebbauteil.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Die DE 93 04 736 U beschreibt einen Umlenkerblock nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Anschluss eines Diffusors an eine andere Kammer in einem Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten zum Ausstoßen von Papierfaserstoff auf ein Langsiebbauteil, das sich in Maschinenrichtung bewegt, wobei der Umlenkerblock mehrere einzelne rohrförmige Elemente zur Verbindung des Papierfaserstoffs zwischen dem Diffusor und der Düsenkammer aufweist, wobei die rohrförmigen Elemente axial in Maschinenrichtung ausgerichtet sind, und als Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sind, um mehrere Düsenstrahlen aus dem Stoff zu erzeugen, der in die Düsenkammer fließt.
Die US-A-3 846 229 beschreibt ein Verfahren zum Mischen von Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff, die von mehreren axial ausgerichteten Rohren austreten, die in einer Matrix aus Zeilen und Spalten in einem Umlenkerblock angeordnet sind, der an eine Düsenkammer in einem Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten angeschlossen ist, um ein gleichförmiges Flussfeld des Stoffs auf ein Langsiebbauteil auszustoßen, das sich in Maschinenrichtung bewegt, wobei das Verfahren die Erzeugung von Turbulenz in kleinem Maßstab in dem Stoff umfasst, wogegen relativ starke Wirbelströme und Wirbel vermieden werden sollen.
In B. Felsch: "Papiermacher-Taschenbuch", 1998, Dr. Curt Haefner Verlag, Heidelberg, Seiten 129-136 werden austauschbare Einsätze für Umlenkerblöcke beschrieben, um bei den Herstellungsbedingungen kontrollierte Mikroturbulenzen einzusetzen.
Die Qualität des hergestellten Papiers und Kartons bei der Herstellung hängt wesentlich von der Gleichförmigkeit des rechteckigen Düsenstrahls ab, der von einem Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteil zum Ausstoßen von Papierfaserstoff auf das Langsiebbauteil der Papierherstellungsmaschine erzeugt wird. Versuche zur Erzeugung eines gleichförmigen Papierstoffflusses in dem Stoffauflaufkastenbauteil, insbesondere der Düsenkammer, und zur Verbesserung der Papierfaserorientierung an dem Stauvorrichtungsauslass des Stoffauflaufkastens umfassten die Verwendung eines Umlenkers, der zwischen dem Stoffauflaufkasten-Diffusor (Einlass) und der Stoffauflaufkasten- Düsenkammer (Auslass) angebracht ist. Der Umlenkerblock erhöht die Zufuhr eines gleichmäßigen Flusses aus Papierstoff über die Breite des Stoffauflaufkastens in der Maschinenrichtung (MD). Ein derartiger Umlenkerkasten weist typischerweise mehrere Leitungen oder rohrförmige Elemente zwischen dem Diffusor und der Düsenkammer auf, was auch eine stufenweise Erweiterung oder sich abrupt öffnende Änderungen einschließen kann, um turbulente Flüsse zur Entflockung oder Zerkleinerung des Papierfaserstoffs zu erzeugen, um eine bessere Konsistenz des Stoffs sicherzustellen. Hohe Qualität bedeutet typischerweise gute Herstellung, gleichmäßige Basisgewichtsprofile, gleichmäßigen Blattaufbau, und hohe Blattfestigkeitseigenschaften. Diese Parameter werden in unterschiedlichem Ausmaß durch Papierfaserverteilungen, Faserorientierungen, die Faserdichte und die Verteilungen von Feinstoffen und Filzstoffen beeinflusst. Die optimale Faserorientierung in der XY-Ebene der Papier- und Kartonbahnen, welche die elastischen Steifigkeitsverhältnisse in Bezug auf MD/CD über die Breite beeinflussen, ist von wesentlicher Bedeutung bei der Umwandlung von Betriebsabläufen und dem Endeinsatz bei bestimmten Papierqualitäten.
Eine herkömmliche Papierherstellungseinrichtung, die hauptsächlich in der Papier- und Kartonindustrie verwendet wird, besteht aus einer Einheit, die dazu verwendet wird, Papierfaserstoffe, eine verdünnte Stoffsuspension (also Fasern, die in Wasser mit etwa 0,5 bis 1 Gew.-% suspendiert sind), in einen rechteckigen Düsenstrahl umzuwandeln, und diesen Düsenstrahl oben auf einem sich bewegenden Sieb abzulagern (das in der Papierindustrie als Langsieb bezeichnet wird). Die Flüssigkeit fließt ab, oder wird unter Druck durch das Sieb abgesaugt, wenn sich dies nach vorn bewegt, so dass eine Matte aus Bahnfaser verbleibt (beispielsweise etwa 5 bis 7 Gew.-% Konzentration). Die feuchte Fasermatte wird auf eine sich drehende Walze übertragen, die als Gautschwalze bezeichnet wird, welche die Matte in den Pressabschnitt für zusätzliche Entwässerungs- und Trocknungsprozesse transportiert.
Die Einrichtung, welche den rechteckigen Düsenstrahl ausbildet, wird als Stoffauflaufkasten bezeichnet. Diese Einrichtungen weisen eine Breite irgendwo zwischen 1 und 9 Metern auf, abhängig von der Breite der Papiermaschine. Es gibt verschiedene Arten von Stoffauflaufkästen, die in der Industrie verwendet werden. Es gibt allerdings einige Merkmale, die bei allen diesen Einrichtungen vorhanden sind. Die Stoffsuspension (als Stoff bezeichnet) wird über ein Rohr in einen sich verjüngenden Abschnitt übertragen, den Verteiler, an welchem der Fluss annähernd gleichförmig über die Breite des Kastens verteilt wird. Das Rohr tritt in den Verteiler von der Seite aus ein, so dass ein Mechanismus dazu vorgesehen werden muss, den Fluss wieder in Maschinenrichtung auszurichten. Dies erfolgt durch eine Gruppe kreisförmiger Rohre, die vor dem Verteiler vor der sich verengenden Zone oder der Düsenkammer des Stoffauflaufkastens angeordnet sind. Dieser Abschnitt wird als das. Rohrbündel, die Rohrgruppe oder der Umlenkerblock des Stoffauflaufkastens bezeichnet. Diese Rohre sind entweder aufeinanderliegend zueinander ausgerichtet, oder sich in einem versetzten Muster angeordnet. In einem Stoffauflaufkasten sind einige wenige hundert bis einige wenige tausend Rohre vorgesehen.
Die Rohre in heutigen Stoffauflaufkästen weisen eine glatte Oberfläche auf, beginnend mit einer Kreisform an der Verteilerseite, und dann erfolgen ein oder zwei stufenförmige Änderungen zu kreisförmigen abschnitten mit größerem Durchmesser. Einige Rohre laufen in einen rechteckigen Auslass zusammen (einige mit abgerundeten Rändern) an dem anderen Ende, das zur zusammenlaufenden Zone des Stoffauflaufkastens hin offen ist.
Untersuchungen in Bezug auf die vorliegende Erfindung ergeben, dass der Fluss, der in das Rohr hineingelangt, erneut einen Kreislauf beginnen kann, was eine Wirbelbildung in der Maschinenrichtung hervorruft. Das Vorzeichen des Wirbelbildungsvektors hängt vom Ort des Rohrs ab. Sehr häufig tritt ein Muster auf, das sich als natürliches Ergebnis der Rohrmusteranordnung und des Aufbaus des Stoffauflaufkastens ergibt. Bei heutigen Maschinen ist keine Kontrolle der Richtung oder Stärke der Wirbel in den Rohren vorhanden. Die Rohre weisen sämtlich ebene, glatte innere Oberflächen auf, und das Flussmuster und der sekundäre Fluss innerhalb der Rohre wird durch die Bedingungen am Einlass und am Auslass festgelegt. Die Maschinenrichtungs-Wirbelbildung kann positiv oder negativ sein, abhängig von den Bedingungen am Einlass und am Auslass, die wiederum vom Ort des Rohrs in der Rohrgruppe abhängen.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein neues Konzept gemäß der Erfindung besteht darin, die Ausbildung des sekundären Flusses in den Rohren zu kontrollieren, um ein besseres Flussfeld innerhalb der zusammenlaufenden Zone des Stoffauflaufkastens zu erzielen. Jeder Mechanismus, der dazu verwendet wird, den sekundären Fluss innerhalb der Rohre und in dem Rohrgruppenbereich zu kontrollieren oder zu erhöhen, um eine bestimmte Flusseigenschaft in der zusammenlaufenden Zone des Stoffauflaufkastens zu erzielen, stellt ein Teil dieses Konzepts dar. Das Konzept betrifft daher die Abänderung des Flusses innerhalb der Rohrgruppe durch Änderung der Geometrie der inneren Oberfläche momentaner Rohre oder Rohreinsätze. Die inneren Oberflächen sämtlicher momentanen Rohre oder Rohreinsätze sind entweder kreisförmig und daher achsensymmetrisch (Typ I), oder sie beginnen mit einem kreisförmigen Einlass und verengen sich schließlich zu einem rechteckigen Auslass (Typ II) mit einer vierfältigen Symmetrie (so dass das gesamte Rohr in symmetrische Bereiche durch zwei diagonale Querschnittsebenen unterteilt werden kann, eine vertikale Querschnittsebene und eine horizontale Querschnittsebene). Das neue Konzept besteht darin, die Geometrie des Typs I und/oder von Einsätzen so zu modifizieren, dass die innere Oberfläche nicht mehr achsensymmetrisch ist, oder nicht-achsensymmetrisch, und die interne Geometrie der Rohre des Typs II so zu modifizieren, dass die interne Geometrie des Rohrs oder des Einsatzes nicht mehr eine vierfältige Symmetrie aufweist. Eine geschilderte Ausführungsform modifiziert die interne Geometrie jedes Rohrs, um Wirbelbildung in Maschinenrichtung (MD) zu erzeugen, und nachfolgend das Rohr oder den Einsatz so anzuordnen, dass sämtliche Düsenstrahlen in jeder Zeile des Rohrbündels einen MDwirbelbildungsvektor mit dem selben Vorzeichen erzeugen, und die Düsenstrahlen in jeder Spalte eine MD-Wirbelbildung mit alternierendem Vorzeichen erzeugen. Dies erzeugt Scherungsschichten, die zu einer Orientierung von Fasern in Quermaschinenrichtung führen, und daher die Festigkeit und andere physikalische Eigenschaften in der CD erhöhen, wobei eine wirksame Mischung und die Erzeugung von Turbulenz zwischen Rohren hervorgerufen wird, die einander benachbart in jeder Zeile angeordnet sind.
Eine andere geschilderte Ausführungsform modifiziert die interne Geometrie jedes Rohreinsatzes oder jedes Rohrs, um Wirbelbildung in Maschinenrichtung (MD) hervorzurufen, und nachfolgend die Rohre oder die Einsätze so anzuordnen, dass sämtliche Düsenstrahlen in jeder Zeile und Spalte des Rohrbündels eine MD-Wirbelbildungsvektor mit dem selben Vorzeichen zu erzeugen. Dies führt zu einer starken Mischung und Dispersion der Fasern und Filzstoffe, und daher zu einer verbesserten Gleichförmigkeit der Verteilung von Faser und Filzstoff in dem Blatt.
Ein anderer Mechanismus zur Erzeugung einer Wirbelbildung in Axialrichtung innerhalb der Rohre eines Stoffauflaufkastens besteht darin, eine Einrichtung vorzusehen, nämlich einen Rohreinsatz, bei welcher auf einen ebenen Abschnitt an der Seite des Verteilers ein zusammenlaufender, gekrümmter Abschnitt folgt, an den sich ein gerader Rohrabschnitt anschließt, und bei welcher eine oder mehrere geneigte Rippen oder Nuten auf dem ebenen Abschnitt oder sowohl auf dem ebenen als auch auf dem zusammenlaufenden, gekrümmten Abschnitt des Rohrs des Stoffauflaufkastens oder der Einsatzdüse des Rohrs des Stoffauflaufkastens vorgesehen sind. Der Zweck geneigter Rippen oder Nuten besteht darin, die festgelegte Richtung oder Ausrichtung der axialen Wirbel zu steuern, die innerhalb der Rohre erzeugt werden. Der zusammenlaufende Abschnitt der Einsatzdüse oder des Rohrs beschleunigt die Flüssigkeit und erhöht die Winkelgeschwindigkeit des Fluids, so dass die Stärke des Wirbels vergrößert wird, wenn sich die Flüssigkeit zu dem geraden Abschnitt (konstanter Durchmesser) des Rohrs bewegt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren und eine Einrichtung zur Verbesserung der Qualität bei der Herstellung von Papier und Karton zur Verfügung zu stellen, welche die verschiedenen Probleme beim Stand der Technik überwinden, durch Bereitstellung von Wirbelerzeugungsvorrichtungen für mehrere rohrförmige Elemente, um kontrollierte, axiale Wirbel in der Maschinenrichtung zu erzeugen, welche die Mischung der Düsenstrahlen des Stoffs von den rohrförmigen Elementen fördern, wenn die Düsenstrahlen in die Düsenkammer zu einem gleichförmigen Flussfeld des Stoffs fließen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten- Bauteils zum Empfangen von Papierfaserstoff und zur Erzeugung eines rechteckigen Düsenstrahls aus diesem, zur Ablage auf einem Langsiebbauteil, das sich in der Maschinenrichtung bewegt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Umlenkerblocks zur Verbindung eines Diffusors mit einer Düsenkammer in einem Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten zur Abgabe von Papierfaserstoff.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Mischen von Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff, die aus mehreren, in Axialrichtung ausgerichteten Rohren austreten, die als Matrix aus Zeilen und Spalten in einem Umlenkerblock angeordnet sind, der mit einer Düsenkammer in einem Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten verbunden ist, um ein gleichförmiges Flussfeld aus Stoff auf das Langsiebbauteil auszustoßen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Einsatzrohrs, das in einem Umlenkerblock einsetzbar ist, zum Verbinden eines Diffusors mit einer Düsenkammer in einem Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten, mit einer Wirbelerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung der kontrollierten, axialen Wirbel in der Maschinenrichtung, um die Mischung von Papierfaserstoff- Düsenstrahlen zu fördern, die in die Düsenkammer fließen.
Kurz gefasst betrifft die vorliegende Erfindung einen Umlenkerblock gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1; ein Papierherstellungsmaschinen- Stoffauflaufkasten-Bauteil gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 5; ein Verfahren zum Mischen von Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 15; und ein Einsatzrohr gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 23.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
In den beigefügten Patentansprüchen sind im einzelnen die Merkmale der vorliegenden Erfindung angegeben. Die Erfindung, zusammen mit ihren Zielen und Vorteilen, lässt sich am besten auf Grundlage der folgenden, detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstehen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A zeigt ein Papierherstellungsmaschinen- Stoffauflaufkasten-Bauteil, das bei einem Umlenkerblock eingesetzt wird, der freigelegt ist, um Wirbelerzeugungsvorrichtungen zu zeigen, die für mehrere der rohrförmigen Elemente des Umlenkerblocks gemäß der Erfindung vorgesehen sind;
Fig. 1B zeigt eine entsprechend Querschnittsansicht;
Fig. 1C zeigt ein Einsatzrohr, das eine Wirbelerzeugungsvorrichtung aufweist, ebenfalls gemäß der Erfindung, zum Einführen in einen Umlenkerblock eines herkömmlichen Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteils;
Fig. 1D zeigt ein rohrförmiges Element eines stufenförmigen Umlenkerblocks zur Erzeugung kontrollierter, axialer Wirbel in diesem;
Fig. 2A und 2B zeigen eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung, bei welcher Rippen oder Nuten am Einlass des rohrförmigen Elements dazu eingesetzt werden können, Wirbel zu erzeugen, und einen zusammenlaufenden Abschnitt, der als gekrümmter Abschnitt ausgebildet sein kann, der einen länglichen Abschnitt in der Nähe des Einlasses ausbildet, ebenfalls zur Erzeugung kontrollierter, axialer Wirbel innerhalb rohrförmiger Elemente;
Fig. 3A-3H zeigen verschiedene Konfigurationen kontrollierter Wirbel als positiv und negativ festgelegte Wirbel, die von dem Umlenkerblock ausgehen, um kleinmaßstäbliche Turbulenz zwischen benachbarten Rohren zur verbesserten Herstellung zu erzeugen, und vorbestimmte Flüsse in Querrichtung, um einen gleichmäßigen Stofffluss in der Düsenkammer zu erzielen, gemäß der Erfindung;
Fig. 4A-4H zeigen Unregelmäßigkeiten des Stoffflusses, die bei herkömmlichen Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteilen auftreten; und
Fig. 5A - 5H zeigen den Einsatz kontrollierter, axialer Wirbel in den Papierstoffdüsenstrahlen, um gleichmäßigere Papierstoffflüsse in der Düsenkammer bei Annäherung an die Stauvorrichtung des Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteils gemäß der Erfindung zu erzielen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nunmehr wird im einzelnen Bezug auf die momentan bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Fig. 1A erläutert eine Ausführungsform eines Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten- Bauteils 10 zur Aufnahme eines Papierfaserstoffs und zur Erzeugung eines rechteckigen Düsenstrahls aus diesem, zur Ablage auf ein Langsiebbauteil, das sich in Maschinenrichtung (MD) bewegt. Ein Diffusor 12 ist zu dem Zweck vorgesehen, den Papierfaserstoff, der in das Stoffauflaufkasten-Bauteil 10 fließt, in Quermaschinenrichtung (CD) zu verteilen, die im allgemeinen senkrecht zur Maschinenrichtung des Langsiebbauteils bei einem herkömmlichen Hydraulik-Stoffauflaufkasten verläuft. Allerdings ist wesentlich festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung auch bei einem herkömmlichen, luftgefederten Stoffauflaufkasten eingesetzt werden kann, ebenso wie bei dem hydraulischen Stoffauflaufkasten. Der Diffusor 12 ist zu dem Zweck vorgesehen, einen Fluss aus Papierfaserstoff über die Breite des Stoffauflaufkastens 10 in Maschinenrichtung zu liefern. Eine Düsenkammer 14 ist so gezeigt, dass sie eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, die so zusammenlaufen, dass ein rechteckiger Ausgangsrand ausgebildet wird, der die Öffnung einer Stauvorrichtung 22 für den rechteckigen Düsenstrahl an der Öffnung 24 ausbildet. Wie in Fig. 1B im Querschnitt gezeigt, fließt der Papierfaserstoff so, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist, in die Düsenkammer 14, um den rechteckigen Düsenstrahl 30 auf das Langsieb 32 auszugeben, das zum Teil in Fig. 1B gezeigt ist.
Ein Umlenkerblock 16 ist dazu vorgesehen, den Diffusor 12 mit der Düsenkammer 14 zu verbinden. Wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, weist der Umlenkerblock 16 mehrere einzelne rohrförmige Elemente 18 auf, die zwischen dem Diffusor 12 und der Düsenkammer 14 angeordnet sind, und weist gemäß der Erfindung die momentan beschriebene Ausführungsform Wirbelerzeugungsvorrichtungen 20 auf, die für mehrere der rohrförmigen Elemente 18 vorgesehen sind. Die hier vorhandenen Wirbelerzeugungsvorrichtungen 20 können für eine Untergruppe oder für mehrere der mehreren rohrförmigen Elemente 18 vorgesehen sein, um kontrollierte, axiale Wirbel in der Maschinenrichtung zu erzeugen, welche die Mischung der Düsenstrahlen aus dem Stoff von den rohrförmigen Elementen 18 fördern, wenn die Düsenstrahlen in die Düsenkammer in einem gleichmäßigen Flussfeld des Stoffs an der Öffnung der Stauvorrichtung 22 für den rechteckigen Düsenstrahl 30 von der rechteckigen Öffnung 24 an der Stauvorrichtung 22 ausfließen.
Wie Fig. 1B im Querschnitt zeigt, können Stufen 26 und 28 in einem herkömmlichen Umlenkerblock zu dem Zweck vorgesehen sein, den Papierfaserstoff zu unterteilen, zu entflocken oder zu zerkleinern, um dessen Gleichförmigkeit zu verbessern Wie bereits erwähnt ist ein stufenförmiger Umlenkerblock üblicherweise bei herkömmlichen Stoffauflaufkästen vorgesehen, und kann die vorliegende Erfindung die Verwendung eines derartigen, stufenförmigen Umlenkerblocks erfordern oder auch nicht, wobei zum Zwecke der geschilderten Ausführungsform der stufenförmige Umlenkerblock wie gezeigt vorhanden ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 1C ein Einsatzrohr 34, das in einen Umlenkerblock eingeführt werden kann, um den Diffusor mit der Düsenkammer in einem Papierherstellungsmaschinen- Stoffauflaufkasten zu verbinden, damit Papierfaserstoff auf einem Langsiebbauteil abgelagert wird, das sich in Maschinenrichtung bewegt. Der Umlenkerblock bei herkömmlichen Maschinen weist mehrere einzelne rohrförmige Elemente auf, wie bereits erwähnt, wobei auch bereits die Möglichkeit derartiger Einsätze, typischerweise glatter, zylindrischer, rohrförmiger Einsätze vorhanden ist, dass die einzelnen, rohrförmige Elemente unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Gemäß der Erfindung werden jedoch die Einsätze der geschilderten Ausführungsform, die hier dargestellt sind, typischerweise dazu verwendet, Wirbel in derartigen Rohren zu erzeugen, und daher werden achsensymmetrische oder nicht-achsensymmetrische Oberflächen mit Stegen, Rippen oder Nuten eingesetzt, im Gegensatz zu glatten, achsensymmetrischen Innenoberflächen. Die rohrförmigen Elemente und die Einsatzrohre sind axial in Maschinenrichtung angeordnet, und sind als Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet, um mehrere Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff zu erzeugen, die in die Düsenkammer 14 fließen. Das Einsatzrohr 34 weist einen Einlass 36 mit ebenem Querschnitt auf, also einen kreisförmigen Einlassflansch mit einer ebenen Oberfläche, gefolgt von einem verjüngten Abschnitt, zur Aufnahme des Stoffs von dem Diffusor, der auch als Schulter oder Rand zur Befestigung des Einsatzrohrs 34 in dem Umlenkerblock 16 dient. Die Ausführungsform des Einsatzrohrs 34 weist weiterhin einen Auslass 38 mit einem länglichen Abschnitt auf, der mit dem Einlass 36 mit einem ebenen Abschnitt verbunden ist, um die Düsenstrahlen aus dem Papierfaserstoff durch die rohrförmigen Elemente des Umlenkerblocks 16 zu schicken, wenn die Düsenstrahlen zur Düsenkammer 14 hin fließen. Weiterhin sind gemäß der Erfindung Wirbelerzeugungsvorrichtungen 40 für das Einsatzrohr 34 vorgesehen, um die kontrollierten, axialen Wirbel in Maschinenrichtung zu erzeugen, zur Förderung der Mischung der Düsenstrahlen von dem Auslass mit einem länglichen Abschnitt, wenn die Düsenstrahlen zur Düsenkammer 14 hin fließen. Hierbei weisen die Wirbelerzeugungsvorrichtungen eine achsensymmetrische Innenoberfläche auf, wie in Fig. 1C gezeigt, innerhalb des Auslasses 38 mit einem länglichen Abschnitt, um darin die kontrollierten, axialen Wirbel zu erzeugen. Genauer gesagt weist die achsensymmetrische Innenoberfläche eine Zahnsteigung auf, die einen schraubenförmigen Weg wie dargestellt festlegt, innerhalb der rohrförmigen Elemente, um die kontrollierten, axialen Wirbel zu erzeugen, wenn sich der Stoff entlang dem schraubenförmigen Weg in dem Auslass 38 mit einem länglichen Abschnitt bewegt. Daher kann, wie geschildert, für Rohre bei vorhandenen Stoffauflaufkästen das Einsatzrohr 34 aus Kunststoff, Metall, Keramik oder aus Verbundwerkstoffen aufgebaut sein, mit den spiralförmigen Nuten, Rippen, Stegen oder Führungen in unterschiedlicher Form an der Innenoberfläche. Ein derartiges Merkmal besteht darin, spiralförmige Nuten oder Muster durch die Innenoberfläche des Einsatzes auszubilden, wie gezeigt. Diese Einsätze können einfach innerhalb der Rohre angeordnet werden, um die gewünschte Wirbelbildung in Maschinenrichtung in dem Rohr zu erzeugen. Die Einsätze, beispielsweise der Rohreinsatz 34, können innerhalb der Rohre an der Seite des Diffusors oder an der Seite des Verteilers eines Stoffauflaufkastens 10 angeordnet werden. Der Anfangsabschnitt des Einsatzes am Einlass kann mit einer glatten Oberfläche beginnen, bevor die Wirbelerzeugungsvorrichturig anfängt, die voranstehend erläutert wurde.
Wie aus Fig. 1D hervorgeht, gibt es verschiedene Möglichkeiten dafür, gemäß der Erfindung das geschilderte Konzept zu verwirklichen. Die Rohre weisen das Merkmal auf, dass sie den Fluss auf solche Weise ausrichten, dass Wirbelbildung in Maschinenrichtung in einer bestimmten Richtung auftritt (also mit einem bestimmten Vorzeichen des Wirbelvektors, definiert als positiv (+) oder negativ (-) auf Grundlage einer Rechtshandregel). Das Vorzeichen des sekundären Flusses der Wirbel innerhalb des Rohrs wird daher durch die spiralförmigen Nuten, Rippen, Stege oder Führungen von verschiedener Form in der Innenoberfläche einer derartigen Vorrichtung zur Erzeugung des Wirbels festgelegt. Ein derartiges Merkmal besteht darin, spiralförmige Nuten oder Muster in den Innenoberflächen der Rohre vorzusehen, wie in Fig. 1D gezeigt, in einem stufenförmigen Umlenkerkasten. Wenn die Flüssigkeit in das Rohr von dem Verteiler aus hineingelangt, richten die spiralförmigen Nuten den Fluss zu einem Umlauf aus, wobei die kontrollierte Wirbelbildung in der Maschinenrichtung erzeugt oder verstärkt wird. Die Nuten weisen eine zunehmende oder abnehmende Zahnsteigung auf, abhängig von der Art des Rohrs und der Konstruktion des Stoffauflaufkastens. Wie in Fig. 1D gezeigt, kann sich die Zahnsteigung der spiralförmigen Nuten allmählich im Verlauf des stufenförmigen Umlenkerrohrs ändern, wie durch die Bezugszeichen 42, 44 und 46 angedeutet; man beachte insbesondere die erhöhte Zahnsteigung zwischen der Nut 44 und der Nut 46. Die Zahnsteigung der Nuten hängt von der mittleren MD-Geschwindigkeit im Verlauf des Rohrs ab. Ist die MD-Geschwindigkeit sehr hoch, dann kann die Zahnsteigung beträchtlich kleiner sein als in der Figur dargestellt. Als weitere Vorrichtung zur Erzeugung der kontrollierten Wirbel, zusätzlich zu den spiralförmigen Nuten oder Rippen, oder anstelle dieser, können diskrete Abschnitte von Rippen oder Stegen dazu verwendet werden, den Stoff zu einem schraubenförmigen Muster innerhalb der Rohre auszurichten, wodurch kontrollierte MD-Wirbel erzeugt werden. Die spiralförmigen Nuten, Rippen oder Führungen lassen die Flüssigkeit allmählich in dem spiralförmigen Muster der Rohroberfläche fließen.
In den Fig. 2A und 2B sind zusätzliche Ausführungsformen von Rohreinsätzen dargestellt, welche Wirbelerzeugungsvorrichtungen aufweisen, beispielsweise eine geneigte Rippe oder Nut 56 und 70 auf Einlässen 48 und 62 mit einem ebenen Abschnitt, also kreisförmigen Einlassflanschen. Derartige geneigte Rippen oder Nuten erleichtern die Erzeugung der kontrollierten, axialen Wirbelbildung, wenn der Stoff zu dem Auslass mit einem länglichen Abschnitt von dem Diffusor 12 des Stoffauflaufkastens 10 aus fließt. Die Mechanismen gemäß den Fig. 2A und 2B erzeugen eine axiale Wirbelbildung innerhalb der Rohre des Stoffauflaufkastens, wobei sich an den ebenen Abschnitt an der Seite des Verteilers oder Diffusors ein zusammenlaufender, gekrümmter Abschnitt anschließt, also ein verjüngter Abschnitt mit sich verringender Querschnittsfläche in Flussrichtung, wobei hier gekrümmte Abschnitte 50 und 64 und zusammenlaufende Abschnitte 52 und 66 als Abschnitte des Auslasses mit einem länglichen Abschnitt vorgesehen siüd, der eine Verbindung zu länglichen Abschnitten 54 und 68 herstellt, bei den beiden Ausführungsformen der Fig. 2A und 2B. Dort, wo die geneigte Rippe oder Nut, beispielsweise 56 oder 70, auf dem ebenen Abschnitt, beispielsweise 48 oder 62, oder auf dem ebenen und dem zusammenlaufenden Abschnitt des Stoffauflaufkasten-Rohrs oder der Einsatzdüse des Stoffauflaufkasten-Rohrs angeordnet ist, besteht der Zweck der geneigten Rippe oder Nut darin, die Richtung des Wirbels zu kontrollieren, der wie gezeigt innerhalb des Rohrs erzeugt wird, wobei der Einlassfluss 58 als wirbelförmiges Flussmuster fließt, wie durch Bezugszeichen 60 in Fig. 2A angedeutet; und der ankommende Fluss 72 als wirbelförmiger Fluss 74 bei der Ausführungsform von Fig. 2B fließt. Der zusammenlaufende Abschnitt 52 oder 66 des Einsatzrohrs beschleunigt die Flüssigkeit, und erhöht die Winkelgeschwindigkeit des Wirbels der Flüssigkeit, wodurch die Stärke des Wirbels erhöht wird, wenn die Flüssigkeit zum geraden Rand 54 oder 68 des Rohrs fließt. In Fig. 2 ist die Nut 56 so dargestellt, dass sie sich innerhalb des länglichen Auslassabschnittes des Rohrs befindet, sowie in dem ebenen Abschnitt 48; wogegen in Fig. 2B die Nut oder Rippe 70 nur auf der ebenen Oberfläche 62 angeordnet ist. Es wird darauf hingewiesen, dass zwar bei den Rohren eine einzelne Rippe oder Nut dargestellt ist, jedoch mehr Rippen dazu wünschenswert sein können, die axiale Wirbelbildung innerhalb der Rohre hervorzurufen, und ebenso zur einfachen Anordnung, zur Unabhängigkeit der Orientierung und dergleichen, beim Anbringen derartiger Rohre in dem Umlenkerblock herkömmlicher Stoffauflaufkästen. Die gekrümmten Abschnitte 50 und 64 können in dem länglichen Abschnitt vorgesehen sein, und zwischen dem ebenen Abschnitt 48 und dem zusammenlaufenden Abschnitt 52 in Fig. 2A angeordnet sein, um die axiale Wirbelbildung zu erleichtern, und als solche zusätzliche Wirbelerzeugungsvorrichtungen zur Verfügung zu stellen, als gekrümmter Abschnitt, der entlang einem Abschnitt des zusammenlaufenden Abschnittes in der Nähe des ebenen Abschnittes vorgesehen ist, um die kontrollierten, axialen Wirbel zu erzeugen, wenn der Papierfaserstoff in dem Auslass mit länglichem Abschnitt fließt.
Gemäß der Erfindung erläutern die Fig. 3A, 3B und 3C verschiedene Verfahren zum Mischen von Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff, die aus mehreren axial ausgerichteten Rohren austreten, die als Matrix aus Zeilen und Spalten in einem Umlenkerblock angeordnet sind, der an eine Düsenkammer in einem Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten angeschlossen ist, um ein gleichmäßiges Flussfeld aus Stoff auf das Langsiebbauteil auszuschließen, das sich in Maschinenrichtung bewegt. Wie gezeigt sind die MD-Komponenten der Wirbel der Düsenstrahlen, die von den Rohren ausgehen, als positiv oder negativ definierte, axiale Wirbel entsprechend der Festlegung durch die Rechtshandregel dargestellt, wobei hier die Übereinkunft getroffen wird, dass eine positive MD in die Oberfläche der Figuren hineingeht. Man könnte ebenfalls die Übereinkunft verwenden, dass MD die negative Richtung darstellt. Positive oder negative Düsenstrahlen bezeichnen Düsenstrahlen mit positiver bzw. negativer MD-Wirbelbildung. Ein Verfahren gemäß der Erfindung sorgt für die Erzeugung positiver Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff, die von dem Umlenkerblock als kontrollierte, axiale Wirbel in Maschinenrichtung bei mehreren ersten Rohren austreten, wobei die Richtung des Wirbels in eine erste, als positiv festgelegte Richtung um die Achsen jedes der ersten mehreren Rohre weist, und zumindest einer der positiven Düsenstrahlen neben einem anderen der positiven Düsenstrahlen angeordnet ist, was die Mischung fördert, wenn die Düsenstrahlen in die Düsenkammer fließen. Dies ist in Fig. 3A gezeigt, anhand der ersten Zeile 76 von Fig. 3A und der unteren Zeile 80 von Fig. 3A, wodurch eine kleinmaßstäbliche Turbulenz zwischen den einzelnen, positiv ausgerichteten Düsenstrahlen der Zeilen 76 und 80 hervorgerufen wird, wenn der Fluidfluss aus den Rohren austritt, wodurch die Mischung gefördert wird. Eine kleinmaßstäbliche Turbulenz wird ebenfalls zwischen den einzelnen, negativ ausgerichteten Düsenstrahlen von Zeile 78 in Fig. 3A hervorgerufen. Zusätzlich zu der sekundären Wirbelbildung der Düsenstrahlen, welche die Mischung der aus den Rohren austretenden Flüssigkeit fördert, erzeugt die Anordnung von Fig. 3A ebenfalls Scherungsschichten, die zu einer Ausrichtung der Fasern in Quermaschinenrichtung führen, und daher die Festigkeit und andere physikalische Eigenschaften in Quermaschinenrichtung erhöhen, wie dies durch Scherungsschichten zwischen 82 und 84 angedeutet ist, mit der dazwischen angeordneten Schicht aus einer Zeile mit negativer Wirbelbildung, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 78. Die Düsenstrahlausrichtung der Zeile 78 erfolgt entsprechend dem Verfahren, negative Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff zu erzeugen, die von dem Umlenkerblock ausgehen, als kontrollierte, axiale Wirbel in Maschinenrichtung, für eine zweite Anzahl an Rohren, wobei die Richtung jedes Wirbels eine zweite, negativ festgelegte Richtung um die Achsen jeder der zweiten mehreren Rohren ist, und zumindest einer der negativen Düsenstrahlen neben einem der negativen Düsenstrahlen angeordnet wird, was die Mischung fördert, wenn die Düsenstrahlen in die Düsenkammer fließen, wobei es sich hierbei um die Zeile 78 handelt. Fig. 3A erläutert die gewünschten Flüsse zur Erhöhung der Festigkeit von Papier oder Karton, da die Scherungsschichten in CD eine CD-Festigkeit zur Verfügung stellen, infolge der abwechselnden MD-Wirbelrichtung des sekundären Flusses der Düsenstrahlen von den Rohren in jeder Rohrzeile, was zu Scherungsschichten führt, die mehr Fasern in CD ausrichten.
Ein alternatives Konzept der Abänderung der internen Geometrie jedes Rohrs, um Wirbelbildung in Maschinenrichtung zu erzeugen, und dann die Rohre oder Einsätze so anzuordnen, dass sämtliche Düsenstrahlen jeder Zeile und jeder Spalte des Rohrbündels das selbe Vorzeichen des MD- Wirbelbildungsvektors aufweisen, ist in Fig. 3B gezeigt. Dies führt zu einer starken Mischung und Dispersion der Fasern und Füllstoffe, und daher zu einer besseren Gleichförmigkeit der Faser- und Füllstoffverteilung in dem Blatt, und verbesserter Herstellung. Wie in Fig. 3B gezeigt ist, weisen sämtliche Zeilen und Spalten die selbe Orientierung auf, angedeutet durch das Bezugszeichen 86, nämlich eine positive Orientierung der Wirbel, was zu turbulenten Scherungsschichten führt, wie durch die Bezugszeichen 88 und 90 angedeutet ist. Fig. 3B zeigt eine Orientierung, die am besten zum Mischen ist, wobei eine gleichmäßige Dispersion das Kriterium darstellt, das der Festigkeit vorgezogen wird; so beispielsweise bei Anwendungen für Tissue oder Papier mit niedrigem Gewicht.
Fig. 3C zeigt eine Wirbelbildung 92 und 94 mit alternierendem Vorzeichen in den Zeilen und Spalten der Rohrgruppe, wodurch die Konfiguration des Falles 2 zur Verfügung gestellt wird, der nachstehend im Zusammenhang mit den Fig. 5A-5H erläutert wird, wobei das geschilderte Muster mit Drehung in entgegengesetzter Richtung bei benachbarten Düsenstrahlen für eine bessere Mischung als bei Düsenstrahlen sorgt, die keine Wirbelbildung aufweisen, wie dies nachstehend genauer erläutert wird. Computeruntersuchungen von Stoffauflaufkästen, bei denen die Anordnung gemäß Fig. 3C eingesetzt wird, zeigen die Fähigkeit, einen gleichmäßigeren Fluss des Papierfaserstoffs innerhalb der Düsenkammer zu erzielen, wobei sekundäre Düsenstrahlen an der Stauvorrichtung schwächer ausgebildet werden, so dass eine deutliche Verbesserung der Gleichförmigkeit auftritt.
Die Fig. 3D, 3E und 3F zeigen zusätzliche Muster für die Rohre zur Erzeugung von Wirbeln mit festgelegter Orientierung, wobei die Matrix aus Zeilen und Spalten in dem Umlenkerblock entweder vertikale oder geneigte Spalten aufweist, und die Wirbelmuster bei versetzten Rohranordnungen hervorgerufen werden. Die Fig. 3D, 3E und 3F zeigen jeweils Muster, die ähnlich jenen sind, die voranstehend im Zusammenhang mit den Fig. 3A, 38 und 3C gezeigt wurden, wobei die jeweilige, sekundäre Wirbelbildung der Düsenstrahlen, die von den Rohren ausgehen, ein versetztes Muster aufweist, in den Fig. 3D-3F. In Fig. 3D führt die alternierende MD-Wirbelrichtung des sekundären Flusses der Düsenstrahlen aus den versetzten Rohren zu Scherungsschichten, die mehr Fasern im CD ausrichten. In Fig. 3E führt die MD-Wirbelrichtung des sekundären Flusses der Düsenstrahlen aus den versetzten Rohren zu einer erhöhten Faserdispersion und Mischung der Füllstoffe in dem Papierfaserstoff. In Fig. 3F führt die abwechselnde, schachbrettartige MD-Wirbelrichtung des sekundären Flusses der Düsenstrahlen aus den versetzten Rohren zu einer wirksamen Mischung und Faserdispersion.
Weiterhin zeigt Fig. 3 G mehrere Zeilenpaare gemeinsamer, sekundärer Wirbelbildungen der Düsenstrahlen aus den Rohren in einem versetzten Muster, wobei hier ein Paar negativ ausgerichteten Zeilen 96 oberhalb eines Paars positiv ausgerichteter Zeilen 97 in einem sich wiederholenden Muster vorgesehen ist. Die abwechselnde MD-Wirbelrichtung des sekundären Flusses der Düsenstrahlen aus den versetzten Rohren in Fig. 3 G führt daher zu Scherungsschichten, welche mehr Fasern im CD ausrichten. Aus den voranstehenden Ausführungen wird für Fachleute deutlich, dass die Rohre, die als Matrix aus Zeilen und Spalten in dem Umlenkerblock angeordnet sind, entweder vertikal oder geneigt angeordnet sind, und dass die Zeilen oder Spalten versetzt angeordnet sein können, um die Faserausrichtung zu erhöhen. Fig. 3H zeigt auf ähnliche Weise ein sich wiederholendes, paarweise auftretendes Wirbelbildungsmuster, beispielsweise mit negativ ausgerichteten Zeilen 98 und positiv ausgerichteten Zeilen 99.
In den Fig. 4A-4H und den Fig. 5A-5H ist die Auswirkung der Wirbelbildung in den Rohren des Stoffauflaufkastens 10 auf den Fluss für die Stauvorrichtung und die Düsenkammer 14 dargestellt. Hierbei zeigen Untersuchungen die Auswirkungen der Wirbelbildung in den Düsenstrahlen, welche die Rohre in der Rohrgruppe verlassen, und in die zusammenlaufende Zone des Stoffauflaufkastens eintreten. Der Zweck dieser Untersuchungen besteht darin, die Auswirkungen der Wirbelbildung an der Rohrgruppe auf den rechteckigen Düsenstrahl 30 mit freier Oberfläche an der Stauvorrichtung 22 zu untersuchen. Es wurden zwei Fälle betrachtet, Fall 1 ohne Wifbelbildung, und Fall 2 mit axialer Wirbelbildung. Diese Fälle sind in Fig. 4A bzw. 5A gezeigt.
Die Rohre in diesen Fällen, also im Fall #1 (Fig. 4A-4H) und im Fall #2 (Fig. 5A-5H), sind in vertikalen Spalten angeordnet, wie dies in Fig. 4A bzw. 5A gezeigt ist. Der Fluss durch das Rohr im Fall 1 weist eine Geschwindigkeitskomponente nur in der Maschinenrichtung auf. Dagegen weist im Fall 2 der Fluss in dem Rohr eine axiale Wirbelbildung auf, die dem Fluss in Stromrichtung überlagert ist. Die überlagerten, sekundären Flüsse sind sich in Gegenrichtung drehende, axiale Wirbel, so dass die Drehrichtung in einem Schachbrettmuster abwechselnd im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn verläuft. Die Komponente y in Quermaschinenrichtung und die Komponente z in Vertikalrichtung der Geschwindigkeit am Rohrauslass und am Einlass mit der zusammenlaufenden Zone sind gegeben durch:
Diese Geschwindigkeitskomponenten werden der in Stromrichtung verlaufenden Geschwindigkeitskomponente des Düsenstrahls überlagert, der die Rohre verlässt, wie dies in Fig. 5A gezeigt ist. In den Gleichungen (1a, 1b) bezeichnen w und v die vertikale (Z) bzw. die Komponente in Querrichtung (CD) der Geschwindigkeit, bezeichnet A die Größe des sekundären Flusses am Einlass, und bezeichnen Δy und Δz die horizontale bzw. vertikale Abmessung des Rohrauslasses. Die Größe A des überlagerten, sekundären Wirbels bei dieser Untersuchung beträgt 1,5% der gemittelten Komponente in Stromrichtung. Das sekundäre Geschwindigkeitsprofil am Einlass zur zusammenlaufenden Zone hin wird durch eine Funktion vierter Ordnung der y- und z-Koordinaten festgelegt. Die Reynolds-Zahl, auf Grundlage der mittleren Zuflussgeschwindigkeit U, der Vertikalhöhe L des Stoffauflaufkastens, und der kinematischen Fluidviskosität v ergibt sich aus:
Re = UL/ν
Die Ergebnisse der beiden Fälle werden hier anhand der Analyse von Rechnerexperimenten geschildert. Die Flusseigenschaften an der Stauvorrichtung in jedem Fall sind als Konturenkurven jeder der drei Geschwindigkeitskomponenten dargestellt (siehe die Fig. 4C-4H und die Fig. 5C-5H). Da die Richtung der sekundäre Flüsse bei der Schwarz- Weißdarstellung der farbkodierten Kurven nicht wiedergegeben werden kann, haben wir den Kurven Pfeile hinzugefügt, um die Flussrichtungen zu unterscheiden.
Im ersten Fall, in welchem die Rohre in einer geradlinigen, vertikalen Spalte angeordnet sind, ist der Fluss periodisch, mit einer Wellenlänge, die ein Drittel der Breite des Berechnungsbereichs beträgt. Die Vertikalkomponente des Flusse spielt eine wichtige Rolle beim Transport von Flüssigkeit mit hohem Impuls in Stromrichtung zur Bodenwand des Stoffauflaufkastens. Infolge der Periodizität des Flusses ändert sich dieser Impulstransport signifikant in CD-Richtung. Wenn die Vertikalgeschwindigkeit zur Wand hin größer ist, bildet die sich schneller bewegende Flüssigkeit, die von der Mitte der Stauvorrichtung aus zur Wand transportiert wird, einen flüssigen Düsenstrahl aus. Wenn die Vertikalgeschwindigkeit relativ kleiner ist, tritt ein Düsenstrahl mit Geschwindigkeit in Stromrichtung auf, die niedriger ist. Diese Flüssigkeitsdüsenstrahlen sind in den Fig. 4D, 4F und 4H dargestellt, in denen die Konturkurve der drei Geschwindigkeitskomponenten für diesen Fall entlang einer horizontalen Querschnittsebene in der Nähe des unteren Randes der Stauvorrichtung aufgetragen sind. Separiert man die mittlere Vertikalgeschwindigkeit von der tatsächlichen Vertikalgeschwindigkeit, so wird das Zellenmuster der Struktur des sekundären Flusses deutlich. Die sekundären Flussmuster an der Stauvorrichtung für jeden der beiden Fälle sind in den Konturkurven dargestellt. Die Konturkurven der mittleren Geschwindigkeitskomponenten für die Fälle 1 und 2 in einer horizontalen Querschnittsebene sind in den Fig. 4D, 4F, 4H bzw. den Fig. 5D, 5F und 5H gezeigt.
Die Konturenkurve der vertikalen Geschwindigkeitskomponente in den Fig. 4G, 4E und 4C zeigt, dass der Fluss an der Stauvorrichtung eine periodische Struktur aufweist, ähnlich wie im Falle 1 (also bei den Fig. 5G, 5E und 5C). Allerdings ist in diesem Fall die Abweichung der tatsächlichen Vertikalgeschwindigkeit von der mittleren Vertikalgeschwindigkeit geringer. Daher wird weniger Flüssigkeit mit hohem Impuls in Stromrichtung zur Bodenoberfläche des Stoffauflaufkastens transportiert. Weiterhin wird weniger Flüssigkeit mit niedrigem Impuls in Stromrichtung von der unteren Oberfläche zur Mitte der Stauvorrichtung hin angehoben. Die sekundären Düsenstrahlen an der Stauvorrichtung im Falle 2 sind daher schwächer und weniger deutlich. Im Vergleich zu Fall 1 liegen die Zellen des sekundären Flüssigkeitsflusses, die in diesem Fall erzeugt werden, weiter weg vom Boden, und sind die CD-Geschwindigkeitskomponenten kleiner als im ersten Fall.
Im Fall 1 ändert die vertikale Geschwindigkeitskomponente ihr Vorzeichen, und bleibt die Variation der Geschwindigkeit in Stromrichtung infolge der Düsenstrahlen von den Rohren stark bis zur Stauvorrichtung. Vdie aus der Konturkurve der z-Komponente der Geschwindigkeit deutlich wird, ist eine beträchtliche Ungleichförmigkeit der Geschwindigkeit vorhanden. Diese Art von Fluss führt zu einem Streifenmuster, wenn Blätter mit geringem Gewicht hergestellt werden. Im anderen Fall ist jedoch die Vertikalkomponente, ebenso wie die anderen Komponenten des Flussfeldes, gleichmäßiger, infolge der Wirbel, was zu einem wirksameren Zusammenhalt und einer wirksameren Mischung der Düsenstrahlen führt.
Das Muster mit Umlauf in Gegenrichtung benachbarter Düsenstrahlen, das bei dieser Untersuchung berücksichtigt wurde, ist möglicherweise nicht das wirksamste Muster zum Mischen der Flüssigkeit und der suspendierten Teilchen in Düsenstrahlen aus benachbarten Rohren. Ein wirksameres Mischverfahren bestände darin, die Düsenstrahlen aus den Rohren dazu zu zwingen, sich in der selben Richtung zu drehen. Abhängig von den gewünschten Eigenschaften des Blattes sollte das Drehmuster der Düsenstrahlen entsprechend gesteuert werden, unter Verwendung der speziellen Rohre, die voranstehend erläutert wurden, und der speziellen Musteranordnung der Fig. 3A, 3B oder 3C, je nach Fall.
Fachleute wissen, dass Abänderungen der voranstehenden, bevorzugten Ausführungsformen in Bezug auf verschiedene Aspekte vorgenommen werden können. Die vorliegende Erfindung ist in ihren Einzelheiten in den beigefügten Patentansprüchen angegeben. Der Umfang der Erfindung, der durch die Patentansprüche festgelegt wird, wird so angesehen, dass er derartige Modifikationen und Abänderungen der bevorzugten Ausführungsform umfasst, welche Fachleuten auf diesem Gebiet auffallen werden, die mit den Lehren der vorliegenden Anmeldung vertraut sind.

Claims

1. Umlenkerblock (16) zur Verbindung eines Diffusors (12) mit einer Düsenkammer (14) in einem Papierherstellungsmaschinen- Stoffauflaufkasten zur Abgabe von Papierfaserstoff auf ein Langsiebbauteil (32), das sich in einer Maschinenrichtung (MD) bewegt, wobei der Umlenkerblock (16) aufweist:

mehrere einzelne rohrförmige Elemente (18) zum Übertragen des Papierfaserstoffs zwischen dem Diffusor (12) und der Düsenkammer (14), wobei die rohrförmigen Elemente (18) axial in der Maschinenrichtung ausgerichtet und als Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sind, um mehrere Düsenstrahlen aus dem Stoff zu erzeugen, der in die Düsenkammer (14) fließt;

gekennzeichnet durch

eine Wirbelerzeugungsvorrichtung (20), die für mehrere der rohrförmigen Elemente (18) vorgesehen ist, um kontrollierte, axiale Wirbel in der Maschinenrichtung zu erzeugen, welche die Mischung der Düsenstrahlen des Stoffs von den rohrförmigen Elementen (18) fördern, wenn die Düsenstrahlen in die Düsenkammer (14) fließen, zu einem gleichförmigen Flußfeld aus gut verteiltem Stoff.

2. Umlenkerblock nach Anspruch 1, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtung (20) eine nicht-achsensymrmetrische Innenoberfläche innerhalb der rohrförmigen Elemente (18) aufweist, um darin kontrollierte, axiale Wirbel zu erzeugen, wenn die Düsenstrahlen aus dem Stoff von den rohrförmigen Elementen (18) vor der Düsenkammer (14) fließen.

3. Umlenkerblock nach Anspruch 2, bei welchem die nicht- achsensymmetrische Innenoberfläche eine Zahnsteigung aufweist, die einen schraubenförmigen Weg innerhalb der rohrförmigen Elemente (18) vorgibt, welche die kontrollierten, axialen Wirbel erzeugen, wenn sich der Stoff entlang dem schraubenförmigen Weg in den rohrförmigen Elementen (18) bewegt.

4. Umlenkerblock nach Anspruch 3, bei welchem sich die Zahnsteigung (42, 44, 46) entlang dem schraubenförmigen Weg innerhalb der nicht-achsensymmetrischen Innenoberfläche der rohrförmigen Elemente (18) ändert.

5. Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteil (10) zur Aufnahme eines Papierfaserstoffes und zur Erzeugung eines rechteckigen Düsenstrahls aus diesem zum Ausstoßen auf ein Langsiebbauteil (32), das sich in einer Maschinenrichtung (MD) bewegt, wobei das Stoffauflaufkastenbauteil (10) aufweist:

einen Umlenker (12) zum Verteilen von Stoff, der in das Stoffauflaufkastenbauteil (10) fließt, in einer Quermaschinenrichtung (CD), im wesentlichen senkrecht zur Maschinenrichtung des Langsiebbauteils (32), und zum Verteilen eines Flusses des Stoffes über die Breite des Stoffauflaufkastenbauteils (10) in der Maschinenrichtung;

eine Düsenkammer (14), die eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, die zusammenlaufen, um einen rechteckigen Auslaßrand auszubilden, der eine Stauvorrichtungsöffnung (22) für den rechteckigen Düsenstrahl ausbildet; und

einen Umlenkerblock (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteil (10) nach Anspruch 5, bei welchem die rohrförmigen Elemente einen kreisförmigen Einlaßflansch (48) mit einer ebenen Oberfläche aufweisen, an den sich ein sich verjüngender Abschnitt (52) anschließt, um den Stoff von dem Umlenker (12) zu empfangen, sowie ein Auslaß (54) mit länglichen Querschnitt zum Richten des Düsenstrahls aus dem Stoff von den rohrförmigen Elementen, wenn die Düsenstrahlen in die Düsenkammer (14) fließen.

7. Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteil nach Anspruch 6, bei welchem die rohrförmigen Elemente ein Einsatzrohr (34) aufweisen, das in den Umlenkerblock (16) einsetzbar ist, um den Stoff von dem Diffusor (12) zu empfangen.

8. Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteil nach Anspruch 6, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtung eine schräge Rippe (56) auf dem kreisförmigen Einlaßflansch (48) aufweist, welche die kontrollierten, axialen Wirbel erzeugt, wenn der Stoff zu dem Auslaß (54) mit länglichem Querschnitt fließt.

9. Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteil nach Anspruch 8, bei welchem die schräge Rippe auf dem kreisförmigen Einlaßflansch (48) teilweise entlang dem Auslaß (54) mit länglichem Querschnitt verläuft, um die kontrollierten, axialen Wirbel (60) zu erzeugen, wenn der Stoff zu dem Auslaß (54) mit länglichem Querschnitt fließt.

10. Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteil nach Anspruch 6, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtung eine schräge Nut (70) auf dem kreisförmigen Einlaßflansch (62) aufweist, um die kontrollierten, axialen Wirbel zu erzeugen, wenn der Stoff zu dem Auslaß (68) mit länglichem Querschnitt fließt.

11. Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteil nach Anspruch 10, bei welchem die schräge Nut (70) auf dem kreisförmigen Einlaßflansch (62) teilweise entlang dem Auslaß (68) mit länglichem Querschnitt verläuft, um die kontrollierten, axialen Wirbel (74) zu erzeugen, wenn der Stoff zu dem Auslaß (68) mit länglichem Querschnitt fließt.

12. Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteil nach Anspruch 6, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtung mehrere schräge Rippen (51) und/oder Nuten (70) auf dem kreisförmigen Einlaßflansch aufweist, um die kontrollierten, axialen Wirbel zu erzeugen, wenn der Stoff zu dem Auslaß (54) mit länglichem Querschnitt fließt.

13. Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteil nach Anspruch 6, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtung einen zusammenlaufenden Abschnitt (52) aufweist, und der Auslaß mit länglichem Querschnitt der rohrförmigen Elemente weiterhin einen geraden Abschnitt (54) aufweist, wobei der zusammenlaufende Abschnitt (62) zwischen dem kreisförmigen Einlaßflansch (48) und dem geraden Abschnitt (54) liegt, und der zusammenlaufende Abschnitt (52) der rohrförmigen Elemente die kontrollierten, axialen Wirbel (60) erzeugt, wenn der Stoff von dem zusammenlaufenden Abschnitt (52) zu dem geraden Abschnitt (54) des Auslasses mit länglichem Querschnitt fließt, der die Düsenstrahlen aus dem Stoff von den rohrförmigen Elementen ausrichtet, wenn die Düsenstrahlen in die Düsenkammer fließen.

14. Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten-Bauteil nach Anspruch 13, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtungen weiterhin eine oder mehrere schräge Rippen (56) und/oder Nuten (70) auf dem kreisförmigen Einlaßflansch (48; 62) aufweisen, um die kontrollierten, axialen Wirbel (60; 74) zu erzeugen, wenn der Stoff zu dem Auslaß (54; 68) mit länglichem Querschnitt fließt.

15. Verfahren zum Mischen von Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff, der aus mehreren, axial ausgerichteten Rohren (18) austritt, die als Matrix aus Zeilen und Spalten in einem Umlenkerblock (16) angeordnet sind, der mit einer Düsenkammer (14) in einem Papierherstellungsmaschinen- Stoffauflaufkasten (10) verbunden ist, um ein gleichförmiges Flußfeld aus Stoff auf ein Langsiebbauteil (32) auszustoßen, das sich in einer Maschinenrichtung (MD) bewegt, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

Erzeugen positiver Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff, der aus dem Umlenkerblock (16) austritt, mit kontrollierten, axialen Wirbeln in der Maschinenrichtung für eine erste Anzahl der Rohre (18), wobei die Richtung jedes Wirbels in einer ersten, positiv definierten Richtung bezüglich der Achsen jeder der ersten mehreren Rohre verläuft; und

Anordnen zumindest eines der positiven Düsenstrahlen neben einem anderen der positiven Düsenstrahlen zum Fördern der Mischung, wenn die Düsenstrahlen in die Düsenkammer (14) fließen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem der Positionierungsschritt die positiven Düsenstrahlen jedes der ersten mehreren Rohre (18) neben einem anderen in dem Umlenkerblock (16) anordnet, wodurch kleinmaßstäbliche, turbulente Flüsse in der Düsenkammer (14) erzeugt werden, wenn die Düsenstrahlen aus den Rohren (18) austreten, wodurch die Mischung des Stoffes in der Düsenkammer (14) gefördert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem der Positionierungsschritt die positiven Düsenstrahlen entlang zumindest einer der Zeilen (97) der Matrix in dem Umlenkerblock (16) anordnet, wodurch ein erster sekundärer Fluß in der Düsenkammer in einer Quermaschinenrichtung (CD) erzeugt wird, die im wesentlichen senkrecht zur Maschinenrichtung (MD) verläuft, wenn die Zeile (97) aus positiven Düsenstrahlen aus den Rohren (18) austritt.

18. Verfahren nach Anspruch 15 mit folgenden Schritten:

Erzeugung negativer Düsenstrahlen aus Papierfaserstoff, der aus dem Umlenkerblock (16) austritt, mit kontrollierten, axialen Wirbeln in der Maschinenrichtung (MD) für eine zweite Anzahl an Rohren. (18), wobei die Richtung jedes Wirbels in einer zweiten, negativ definierten Richtung bezüglich der Achsen jeder der zweiten mehreren Rohre (18) verläuft; und

Positionieren zumindest eines der negativen Düsenstrahlen neben einem anderen der negativen Düsenstrahlen, um die Mischung zu fördern, wenn die Düsenstrahlen in die Düsenkammer (14) fließen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem der Positionierungsschritt die positiven Düsenstrahlen der ersten mehreren Rohre (18) neben den negativen Düsenstrahlen der zweiten mehreren Rohre (18) in dem Umlenkerblock (16) positioniert, wodurch ein gleichförmiger Fluß des Stoffs gefördert wird, der aus den Rohren in die Düsenkammer (14) austritt.

20. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem der Positionierungsschritt die positiven Düsenstrahlen entlang zumindest einer der Zeilen (97) der Matrix in dem Umlenkerblock (16) positioniert, wodurch ein zweiter sekundärer Fluß in der Düsenkammer (14) in einer Quermaschinenrichtung (CD) erzeugt wird, die im wesentlichen senkrecht zu der Maschinenrichtung (MD) verläuft, wenn die Zeile (97) aus positiven Düsenstrahlen aus den Rohren austritt.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem der Positionierungsschritt die negativen Düsenstrahlen entlang zumindest einer anderen der Zeilen (96) der Matrix in dem Umlenkerblock (16) positioniert, wodurch ein zweiter sekundärer Fluß in der Düsenkammer in einer entgegengesetzten Quermaschinenrichtung erzeugt wird, wenn die Zeile (96) aus negativen Düsenstrahlen aus den Rohren austritt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem der Positionierungsschritt die Zeile (96) aus negativen Düsenstrahlen neben der Zeile (97) aus positiven Düsenstrahlen positioniert, wodurch entgegengesetzte, sekundäre Flüsse in der Quermaschinenrichtung erzeugt werden, wenn die Zeilen aus Düsenstrahlen aus den Rohren (18) austreten, wodurch Scherschichten zur Verfügung gestellt werden, welche die Papierfasern des Stoffes in der Quermaschinenrichtung ausrichten.

23. Einsatzrohr (34), das in einen Umlenkerblock (16) einsetzbar ist, zur Verbindung eines Diffusors (12) mit einer Düsenkammer (14) in einem Papierherstellungsmaschinen-Stoffauflaufkasten (10), um Papierfaserstoff auf ein Langsiebbauteil (32) auszustoßen, das sich in einer Maschinenrichtung (MD) bewegt, wobei der Umlenkerblock (14) mehrere einzelne rohrförmige Elemente (18) zum Übertragen des Papierfaserstoffs zwischen dem Diffusor (12) und der Düsenkammer (14) aufweist, und die rohrförmigen Elemente (18) in Axialrichtung in der Maschinenrichtung ausgerichtet sind, und als Matrix aus Zeilen und Spalten angeordnet sind, um mehrere Düsenstrahlen aus dem Stoff zu erzeugen, der in die Düsenkammer (14) fließt,

dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzrohr (34) aufweist:

einen kreisförmigen Einlaßflansch (36) zum Empfang des Stoffs von dem Diffusor (12);

einen Auslaß (38) mit länglichem Querschnitt, der mit dem kreisförmigen Einlaßflansch (36) verbunden ist, um die Düsenstrahlen aus dem Stoff durch die rohrförmigen Elemente (18) des Umlenkerblocks (16) zu richten, wenn die Düsenstrahlen zu der Düsenkammer (14) fließen; und

eine Wirbelerzeugungsvorrichtung (40), die für das Einsatzrohr (34) vorgesehen ist, um kontrollierte, axiale Wirbel in der Maschinenrichtung zu erzeugen, welche die Mischung der Düsenstrahlen von dem Auslaß (38) mit länglichem Querschnitt fördern, wenn die Düsenstrahlen zur Düsenkammer (14) fließen.

24. Einsatzrohr nach Anspruch 23, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtungen eine nicht-achsensymmetrische Innenoberfläche innerhalb des Auslasses (38) mit länglichem Querschnitt aufweisen, um darin kontrollierte, axiale Wirbel zu erzeugen, wenn die Düsenstrahlen zu der Düsenkammer (14) fließen.

25. Einsatzrohr nach Anspruch 24, bei welchem die Innenoberfläche eine Zahnsteigung aufweist, die einen schraubenförmigen Weg innerhalb der rohrförmigen Elemente (18) ausbildet, der die kontrollierten, axialen Wirbel erzeugt, wenn sich der Stoff entlang dem schraubenförmigen Weg in dem Auslaß (38) mit länglichem Querschnitt bewegt.

26. Einsatzrohr nach Anspruch 25, bei welchem die Zahnsteigung (42, 44, 46) sich entlang dem schraubenförmigen Weg innerhalb der Innenoberfläche des Auslasses mit länglichem Querschnitt ändert.

27. Einsatzrohr nach Anspruch 23, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtung eine schräge Rippe (56) auf dem kreisförmigen Einlaßflansch (48) aufweist, um die kontrollierten, axialen Wirbel (60) zu erzeugen, wenn der Stoff zu dem Auslaß (52, 54) mit länglichem Querschnitt fließt.

28. Einsatzrohr nach Anspruch 27, bei welchem die schräge Rippe (56) auf dem kreisförmigen Einlaßflansch (48) teilweise entlang dem Auslaß (52, 54) mit länglichem Querschnitt verläuft, um die kontrollierten, axialen Wirbel (60) zu erzeugen, wenn der Stoff zu dem Auslaß (52, 54) mit länglichem Querschnitt fließt.

29. Einsatzrohr nach Anspruch 23, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtung eine schräge Nut (70) auf dem kreisförmigen Einlaßflansch (62) aufweist, um die kontrollierten, axialen Wirbel (74) zu erzeugen, wenn der Stoff zu dem Auslaß (66, 68) mit länglichem Querschnitt fließt.

30. Einsatzrohr nach Anspruch 29, bei welchem die schräge Nut (56) auf dem kreisförmigen Einlaßflansch (48) teilweise entlang dem Auslaß (52, 54) mit länglichem Querschnitt verläuft, um die kontrollierten, axialen Wirbel (60) zu erzeugen, wenn der Stoff zu dem Auslaß (52, 54) mit länglichem Querschnitt fließt.

31. Einsatzrohr nach Anspruch 23, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtungen mehrere schräge Rippen (56) und/oder Nuten (70) auf dem kreisförmigen Einlaßflansch (48) aufweisen, um die kontrollierten, axialen Wirbel (60) zu erzeugen, wenn der Stoff zu dem Auslaß (52, 54) mit länglichem Querschnitt fließt.

32. Einsatzrohr nach Anspruch 23, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtung einen zusammenlaufenden Abschnitt (52) aufweist, und der Auslaß (52, 54) mit länglichem Querschnitt der rohrförmigen Elemente (18) weiterhin einen geraden Abschnitt (54) aufweist, wobei der zusammenlaufende Abschnitt (52) zwischen dem kreisförmigen Einlaßflansch (48) und dem geraden Abschnitt (54) angeordnet ist, und der zusammenlaufende Abschnitt (52) der rohrförmigen Elemente (18) die kontrollierten, axialen Wirbel (60) erzeugt, wenn der Stoff von dem zusammenlaufenden Abschnitt (52) zu dem geraden Abschnitt (54) des Auslasses (52, 54) mit länglichem Querschnitt fließt, wodurch die Düsenstrahlen aus dem Stoff von den rohrförmigen Elementen (18) ausgerichtet werden, wenn die Düsenstrahlen in die Düsenkammer (14) fließen.

33. Einsatzrohr nach Anspruch 32, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtung weiterhin einen sich verjüngenden Abschnitt (50) mit sich verkleinernder Querschnittsfläche in der Flußrichtung aufweist, der entlang einem Abschnitt des zusammenlaufenden Abschnitts (52) in der Nähe des kreisförmigen Einlaßflansches (48) vorgesehen ist, um die kontrollierten, axialen Wirbel (60) zu erzeugen, wenn der Stoff in den Auslaß (52, 54) mit länglichem Querschnitt fließt.

34. Einsatzrohr nach Anspruch 32, bei welchem die Wirbelerzeugungsvorrichtung weiterhin eine oder mehrere schräge Rippen (56) und/oder Nuten (70) auf dem kreisförmigen Einlaßflansch (48) aufweist, um die kontrollierten, axialen Wirbel (60) zu erzeugen, wenn der Stoff zu dem Auslaß (52, 54) mit länglichem Querschnitt fließt.