EP0581051B1 - Mehrschichtstoffauflauf für eine Papiermaschine oder dergl. - Google Patents
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- D21F9/003—Complete machines for making continuous webs of paper of the twin-wire type
- D21F9/006—Complete machines for making continuous webs of paper of the twin-wire type paper or board consisting of two or more layers
Definitions
- the invention relates to a headbox according to the preamble of claim 1.
- headboxes are used to form a web on a paper machine or the like, which consists of at least three layers. It usually makes sense to produce the different layers with different properties. Such properties are e.g. the type or quality of fiber or other parameters such as consistency, fine material content or the like.
- the headbox used for this has i.a. the task of generating a wide beam, which is then e.g. enters the forming area of a paper machine.
- a pressure channel in the headbox also referred to as a nozzle space
- pressure energy is converted into kinetic energy, i.e. the suspension is accelerated considerably.
- the individual partial streams meet in the jet at a certain angle.
- This angle mostly depends on the structural conditions of the headbox, for example the space required for the material feed / distribution and for adjustment devices.
- the various partial streams of suspension are brought together in the jet, the partial streams lying further outward also have a velocity component perpendicular to the direction of an adjacent partial jet due to the angle. Because of these speed components, flow impulses arise in this transverse direction, which intensify the mixing of adjacent layers with one another. This Mixing is undesirable to the extent that occurs.
- such a multi-layer headbox is considerably more complex than a single-layer headbox both in production and in operation. The benefit of this effort is reduced if it is not possible to adequately separate the various partial streams in the sheet.
- the partial flows in the headbox itself be guided as parallel as possible - that is to say at an acute angle. This makes it possible to keep the disruptive cross-speed component small, but on the other hand the headbox becomes even larger because it is longer and more complex.
- the partial flows are already diverted in the headbox so that they can emerge approximately in parallel. This can lead to the formation of detachments and secondary flows in the pressure channels of the outer layers, where the deflection takes place, which are detrimental to the uniformity of the jet.
- a multi-layer headbox in which the suspension is guided in three channels that run towards one another and is released as a wide jet onto the paper machine.
- This headbox is compact due to the relatively steep angle of the channels, which is an advantage. If, however, the broad jets at the exit from the headbox are to converge as acute as possible, deflections of the stock suspension are required within the channels.
- the stock suspensions in the channels will expediently differ in type and composition.
- efforts are often made to use different fiber qualities in different layers of the paper produced.
- the effect of the object of the invention in solving the problem can also be improved by the fact that the flow speed of adjacent partial flows is not the same.
- the outlet gaps 4, 4 ′′ of the external channels 3, 3 ′′ can be adjusted by means of screens 10.
- screens 10 At the end of partition walls 7 and 8 lying between two channels are guide surfaces which converge at an acute angle. Not absolutely necessary, but often helpful, they are designed as flexible separating lamellae 11. Such slats can partially reduce the undesired mixing of adjacent layers.
- the angle alpha, in which the channels 3, 3 ', 3' 'are relative to one another is chosen to be even more acute at 10 °. This measure, which is in itself advantageous for the operation of the headbox, cannot usually be carried out easily because of space problems.
- a central surface can be defined as the geometric location of all points that are at the same distance from both boundary walls that form this channel.
- the course of this surface approximately reflects the mean direction of flow. This is indicated here by arrows in a row.
- the angle alpha is the one in which two adjacent middle flow directions, here the middle and the outer ones, are related to each other. The direction of flow within a channel is thus assumed to be the mean value between the boundary walls.
- the distance A is drawn in, which is formed between the end of the boundary wall lying further outside and the end of the boundary wall lying further inside.
- the flexible separating lamellae are not included in the measurement if the reversal of direction should preferably take place on a fixed contour, which in this case is present on the inner boundary wall 7.
- the effect used by the invention can also be realized in the area of the separating lamella 11, which is then also taken into account for determining the dimension A (see FIG. 6).
- Fig. 5 differs essentially from Fig. 4 in that the angle alpha, here at about 23 °, is steeper than that shown at 15 ° in Fig. 4. This can make the entire headbox even more compact, i.e. shorter in the direction of travel.
- the headbox according to the invention does not necessarily have to be directed horizontally, rather it is possible to arrange it so that it can generate an oblique suspension jet directed vertically upwards or vertically downwards.
- the advantages can also be achieved with it.
Landscapes
- Paper (AREA)
- Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
- Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Sewing Machines And Sewing (AREA)
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoffauflauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Bekanntlich werden derartige Stoffaufläufe verwendet, um auf einer Papiermaschine oder dergl. eine Bahn zu bilden, die aus mindestens drei Schichten besteht. Es ist zumeist sinnvoll, die verschiedenen Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. Derartige Eigenschaften sind z.B. die Faserart oder -beschaffenheit oder auch sonstige Parameter, wie etwa Konsistenz, Feinstoffgehalt oder dergleichen. Der hierzu verwendete Stoffauflauf hat u.a. die Aufgabe, einen Breitstrahl zu erzeugen, der dann anschließend z.B. in den Formierbereich einer Papiermaschine eintritt. Dazu ist es zweckmäßig, für jeden der Suspensionsströme einen auch als Düsenraum bezeichneten Druckkanal im Stoffauflauf auszubilden, der in einen Spalt mündet. Beim Durchtritt der Stoffsuspension durch den Düsenkanal und Austritt aus dem Spalt wird Druckenergie in Bewegungsenergie umgewandelt, d.h. die Suspension wird beträchtlich beschleunigt.
- Bei den bekannten Drei- und Mehrschichtstoffaufläufen treffen die einzelnen Teilströme im Strahl unter einem bestimmten Winkel zusammen. Dieser Winkel richtet sich zumeist nach den baulichen Gegebenheiten des Stoffauflaufes, z.B. dem Platzbedarf für die Stoffzuführung/-verteilung sowie für Verstelleinrichtungen. Beim Zusammenführen der verschiedenen Suspensionsteilströme im Strahl haben infolge des Winkels die weiter außen liegenden Teilströme auch eine Geschwindigkeitskomponente rechtwinkelig zur Richtung eines benachbarten Teilstrahles. Aufgrund dieser Geschwindigkeitskomponenten ergeben sich in dieser Querrichtung Strömungsimpulse, die die Vermischung benachbarter Schichten miteinander verstärken. Diese Vermischung ist in dem auftretenden Maße unerwünscht. Schließlich ist ein solcher Mehrschichtstoffauflauf sowohl bei der Herstellung als auch beim Betrieb beträchtlich aufwendiger als ein Einschichtstoffauflauf. Der Nutzen dieses Aufwandes wird reduziert, wenn keine ausreichende Trennung der verschiedenen Teilströme im Blatt möglich ist.
- Denkbar und gelegentlich praktiziert wird eine weitestmöglich parallele - also spitzwinkelige - Führung der Teilströme im Stoffauflauf selbst. Dadurch läßt sich zwar die störende Quergeschwindigkeitskomponente klein halten, andererseits wird der Stoffauflauf noch größer, da länger und noch aufwendiger.
- Bei anderen bekannten kurz gebauten Stoffaufläufen werden die Teilströme bereits im Stoffauflauf umgelenkt, so daß sie annähernd parallel austreten können. Das kann dazu führen, daß sich in den Druckkanälen der äußeren Schichten, wo also die Umlenkung stattfindet, Ablösungen und Sekundärströmungen bilden, welche schädlich für die Gleichmäßigkeit des Strahles sind.
- So ist z.B. aus der österreichischen Patentschrift AT 374 843 ein Mehrlagenstoffauflauf bekannt, in den die Suspension in drei aufeinanderzulaufenden Kanälen geführt und als Breitstrahl auf die Papiermaschine abgegeben wird. Dieser Stoffauflauf ist aufgrund der mit relativ steilem Winkel zueinanderstehenden Kanäle kompakt gebaut, was durchaus ein Vorteil ist. Wenn die Breitstrahlen am Austritt aus dem Stoffauflauf jedoch möglichst spitzwinkelig aufeinanderzulaufen sollen, sind innerhalb der Kanäle Umlenkungen der Stoffsuspension erforderlich.
- Es stellt sich daher die Aufgabe, eine möglichst parallele Zusammenführung der Teilströme und damit eine Verminderung eventuell auftretender Quergeschwindigkeiten mit einer kompakten Bauform des Stoffauflaufes zu verbinden und dabei Ablösungen und Strömungsstörungen weitestgehend zu vermeiden.
- Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 vollständig gelöst.
- Die Unteransprüche 2 bis 15 geben vorteilhafte Ausführungsformen an.
- Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes werden sich zweckmäßigerweise die in den Kanälen geführten Stoffsuspensionen nach Art und Zusammensetzung unterscheiden. Insbesondere bei der Papierherstellung ist man oft bestrebt, verschiedene Faserqualitäten in verschiedenen Schichten des erzeugten Papieres einzusetzen.
- Die Wirkung des Erfindungsgegenstandes bei der Lösung der Aufgabe kann auch dadurch noch verbessert werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit benachbarter Teilströme nicht gleich ist.
- Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch
- Fig. 1
- einen erfindungsgemäßen Dreischicht-Stoffauflauf, geschnitten, in Seitenansicht;
- Fig. 2
- stark vereinfacht eine Variante des in Fig. 1 gezeigten Gegenstandes;
- Fig. 3
- Ausschnitt von dem in Fig. 1 gezeigten Gegenstand;
- Fig. 4 u. 5
- jeweils einen Ausschnitt des Erfindungsgegenstandes, geschnitten, in Seitenansicht;
- Fig. 6
- eine weitere Ausführungsform, geschnitten, in Seitenansicht
- Die Austrittsspalte 4, 4'' der außen liegenden Kanäle 3, 3'' können durch Blenden 10 verstellt werden. Am Ende von zwischen zwei Kanälen liegenden Trennwänden 7 und 8 sind Führungsflächen, die spitzwinkelig zusammenlaufen. Nicht unbedingt erforderlich, aber oft hilfreich sind sie als flexible Trennlamellen 11 ausgebildet. Derartige Lamellen können das unerwünschte Vermischen benachbarter Schichten teilweise vermindern.
- Nicht dargestellt sind die Teile der Papiermaschine oder dergl., von denen der vorgebildete Mehrschichtstrahl aufgenommen und entwässert wird, um eine Bahn zu bilden.
- In der noch weiter vereinfachten Darstellung gemäß Fig. 2 ist der Winkel alpha, in denen die Kanäle, 3, 3', 3'' relativ zueinander stehen, mit 10° noch spitzer gewählt. Diese an sich für den Betrieb des Stoffauflaufes günstige Maßnahme läßt sich zumeist wegen Platzproblemen nicht ohne weiteres durchführen.
- Die ebenfalls sehr schematisch angelegte Fig.3 stellt den Winkel beta dar, in dem zwei benachbarte aus den Kanälen 3 und 3' austretende Teilstrahlen aufeinandertreffen.
- Etwas detaillierter lassen sah die Strömungsverhältnisse auf den Fig. 4 und 5 erkennen. Für jeden Kanal läßt sich eine Mittelfläche definieren als geometrischen Ort aller Punkte, die von beiden diesen Kanal bildenden Begrenzungswänden den gleichen Abstand haben. Der Verlauf dieser Fläche gibt, in Strömungsrichtung betrachtet, näherungsweise die mittlere Strömungsrichtung wieder. Diese wird hier durch hintereinander stehende Pfeile angedeutet. Der Winkel alpha ist der, in dem zwei benachbarte mittlere Strömungsrichtungen, hier die mittlere und die sich anschließend äußere, zueinanderstehen. Dabei wird also die Strömungsrichtung innerhalb eines Kanals als Mittelwert zwischen den Begrenzungswänden angenommen.
- Ferner ist der Abstand A eingezeichnet, der gebildet wird zwischen dem Ende der weiter außen liegenden Begrenzungswand von dem Ende der weiter innen liegenden Begrenzungswand. Dabei werden in dem hier gezeichneten Beispiel die flexiblen Trennlamellen nicht mitgemessen, wenn die Richtungsumkehr bevorzugt an einer festen Kontur stattfinden soll, welche in diesem Fall an der innen liegenden Begrenzungswand 7 vorhanden ist. Unter bestimmten Bedingungen kann der durch die Erfindung benutzte Effekt aber auch im Bereich der Trennlamelle 11 realisiert sein, wobei diese dann zur Ermittlung des Maßes A die mitberücksichtigt wird (s. Fig. 6).
- Fig. 5 unterscheidet sich im wesentlichen von Fig. 4 dadurch, daß bei ihr der Winkel alpha, hier mit etwa 23°, steiler ist, als der mit 15° in Fig. 4 gezeigte. Der ganze Stoffauflauf kann dadurch noch kompakter werden, d.h. kürzer in Laufrichtung.
- Es ist ohne weiteres einzusehen, daß der erfindungsgemäße Stoffauflauf nicht zwangsläufig horizontal gerichtet sein muß, vielmehr ist es möglich, diesen so anzuordnen, daß er einen schrägen, vertikal nach oben oder auch vertikal nach unten gerichteten Suspensionsstrahl erzeugen kann. Die Vorteile sind auch damit erzielbar.
Claims (17)
- Stoffauflauf für eine Papiermaschinea) mit mindestens drei sich im wesentlichen über die Papiermaschinenbreite erstreckenden, durch Begrenzungswände (7,8) voneinander getrennten und aufeinander zulaufenden Kanälen, das heißt mindestens einem inneren (3') und mindestens zwei äußeren (3,3''), in denen Suspensionsströme geführt werden können und die in Austrittsspalte (4,4',4'') münden, aus denen der jeweilige Suspensionsstrom in Form eines breiten Teilstrahles (5,5',5'') austreten kann, wonach die verschiedenen Teilstrahlen so zusammengeführt werden können, daß sie sich anfangs mit einem Winkel (beta) von höchstens 10 Grad berühren,b) wobei die einem weiter außen liegende Teilstrahl (5,5'') zugewandte Fläche der Begrenzungswand (7 bzw. 8), in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem Bereich endet, in dem die denselben Teilstrahl (5,5'') weiter außen begrenzende Begrenzungswand (6 bzw. 9) endet und damit auch der jeweils weiter außen liegende Kanal (3,3''), sodaß dadurch bei Betrieb des Stoffauflaufes ein Abschnitt eines einseitig offen geführten Teilstrahles (5,5'') entsteht,
dadurch gekennzeichnet,c) daß die Kanäle einen im wesentlichen ungekrümmten Verlauf haben,d) daß der Winkel (alpha), in dem benachbarte Kanäle (3,3',3'') relativ zueinander stehen, zwischen 8 und 45 Grad liegt,e) daß die einem weiter außen liegende Teilstrahl (5,5'') zugewandte Fläche der Begrenzungswand (7 bzw. 8), in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem Bereich, in dem die denselben Teilstrahl (5,5'') weiter außen begrenzende Begrenzungswand (6 bzw. 9) endet, eine Winkeländerung von wenigstens 5 Grad in Richtung zum weiter äußeren Teilstrahl (5 bzw. 5'') hin aufweist, und dort eine Richtungsumkehr im wesentlichen auf die Richtung des weiter innen liegenden Strahles (5') erfolgt. - Stoffauflauf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einem weiter außen liegende Teilstrahl (5,5'') zugewandte Fläche einer weiter innen liegenden Begrenzungswand (7 bzw. 8), in einem Abstand (A) von mindestens 5 mm in Strahlrichtung gesehen, hinter dem Bereich endet, in dem die denselben Teilstrahl (5,5'') weiter außen begrenzende Begrenzungswand (6 bzw. 9) und damit auch der weiter außen liegende Kanal (3,3'') endet. - Stoffauflauf nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einem weiter außen liegende Teilstrahl (5,5'') zugewandte Fläche einer weiter innen liegenden Begrenzungswand (7 bzw. 8), in einem Abstand (A) von 10 bis 60 mm in Strahlrichtung gesehen, hinter dem Bereich endet, in dem die denselben Teilstrahl (5,5'') weiter außen begrenzende Begrenzungswand (6 bzw. 9) und damit auch der weiter außen liegende Kanal (3,3'') endet. - Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den äußeren Enden der Begrenzungswände (7,8) eines innneren Kanals (3') flexible Lamellen (11) angebracht sind. - Stoffauflauf nach Anspruch 1 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die an der jeweils weiter innen liegende Begrenzungswand (7,8) des weiter innen liegenden Kanals (3') angebrachte flexible Trennlamelle (11) in einem Abstand (A) von 10 bis 60 mm in Strahlrichtung gesehen, hinter dem Bereich endet, in dem die denselben Teilstrahl (5,5'') weiter außen begrenzende Begrenzungswand (6 bzw. 9) und damit auch der weiter außen liegende Kanal (3,3'') endet. - Stoffauflauf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel in dem zwei benachbarte Kanäle relativ zueinander stehen, zwischen 10 und 20° liegt. - Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich nach der Richtungsumkehr die benachbarten Teilstrahlen anfangs mit einem Winkel (beta) von 1 bis höchstens 5 Grad berühren. - Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich im Bereich des Zusammenführens von benachbarten Teilstrahlen Führungsflächen befinden, die in einem Winkel von maximal 8 Grad, vorzugsweise 1 bis 5 Grad, zusammenlaufen. - Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich innerhalb eines Kanals die Richtung der Mittelfläche in Strömungsrichtung um höchstens 5 Grad ändert. - Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußeren Begrenzungswände (6,9) der beiden äußersten Kanäle (3,3') auf ihrer ganzen Länge starr ausgebildet sind, die Begrenzungswände (7,8) des innneren Kanals (3') bzw. der inneren Kanäle in ihrem bezüglich des Strömungsverlaufes anfänglichen Teil starr und an ihren äußeren Enden flexibel sind. - Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den inneren Kanal (3') begrenzenden Begrenzungswände (7,8) so weit verformbar sind, daß sich während des Betriebes des Stoffauflaufes in dem äußeren Kanal (3,3'')und in dem inneren Kanal (3') im wesentlichen der gleiche Druck einstellen kann. - Stoffauflauf nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verformbaren, den inneren Kanal (3') begrenzenden Begrenzungswände (7,8) stromaufwärts starr im Stoffauflauf befestigt sind. - Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den äußeren Begrenzungswänden (6,9) Blenden (10) zur Spaltweiteneinstellung vorhanden sind. - Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den inneren Kanal (3') begrenzenden Begrenzungswände (7,8) in Stömungsrichtung verschiebbar sind und sich dadurch die Spaltweite am Austrittsspalt verändern läßt. - Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß drei Kanäle mit insgesamt mindestens zwei unterschiedlichen Zuführungen für die Suspensionen vorhanden sind. - Verwendung des Stoffauflaufs nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er zur Bildung eines auf einer Papiermaschine zur Papiererzeugeung entwässerbaren Faserstoff-Suspensionsstrahles eingesetzt wird, und daß die mindestens drei Kanäle mit mindestens zwei unterschiedlichen Suspensionen, bezüglich Zusammensetzung oder Strömungsparameter, beschickt werden. - Verwendung des Stoffauflaufs nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
mindestens zwei unterschiedliche Teilstrahlen unterschiedliche Geschwindigkeiten haben.
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