EP0639239B1

EP0639239B1 - Strahlgeschwindigkeitsbeeinflussung im mehrschichtenstoffauflauf

Info

Publication number: EP0639239B1
Application number: EP94909912A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Begemann; Albrecht Dr. Meinecke; Dieter Egelhof; Wolfgang Ruf; Helmut Heinzmann; Hans-Peter Arledter
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1993-03-06
Filing date: 1994-03-03
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: EP0639239A1; DE59407683D1; DE4307143C2; US5622603A; CA2135163A1; FI111278B; FI945017A0; DE4307143A1; JPH07506640A; FI945017A; ATE176018T1; WO1994020678A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrschichtenstoffauflauf einer Papiermaschine mit einer durch biegeweich aufgehängte Lamellen unterteilten Auslaufdüse, in der für jede einzelne Stoffsuspension ein über die Maschinenbreite verlaufender Düsenraum vorgesehen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Einstellung der Relativgeschwindigkeiten der einzelnen Stoffsuspensionen am Düsenaustritt.

Ein solcher Stoffauflauf ist beispielsweise aus der DE-OS 37 04 462 bekannt. Er dient bei voneinander unabhäniger Beschickung der einzelnen Düsenräume mit Stoffsuspensionen zur Herstellung einer mehrschichtigen Papierbahn. Die Lamellen zwischen den einzelnen Düsenräumen sind zur Einstellung unterschiedlicher Geschwindigkeiten und Drücke der Stoffsuspension in den einzelnen Zwischenräumen um ihre Längsachse schwenkbar ausgebildet und von außen manuell einzustellen. Nachteilig ist hierbei, daß bei Änderung der Durchsatzmenge durch den Stoffauflauf in einzelnen Schichten das Verhältnis der Stoffgeschwindigkeiten der einzelnen Schichten zueinander geändert wird, bzw. durch manuelle Einstellung wieder angepaßt werden muß. Ein weiterer Nachteil ist, daß die notwendige Genauigkeit der Einstellung gar nicht oder aber nur mit außerordentlichem Aufwand zu erreichen ist.

Aus der DE-A-28 24 608 ist ein Speiseapparat in einer Bahnbildungsmaschine zur Herstellung einer zwei- oder mehrschichtigen Faserbahn bekannt geworden. Der Speiseapparat bildet eine sich quer über die Siebe der Papiermaschine erstreckende Lippenöffnung und ist durch mindestens eine Zwischenwand in mit verschiedenen Fasersuspensionsquellen verbundene getrennte Lippenkanäle zwecks Leiten verschiedener Fasersuspensionen in Strömen von Siebbreite auf die Siebe geteilt, wobei das stromaufwärtige Ende der Zwischenwand an dem Speiseapparat befestigt ist. Die aus der DE 28 24 608 bekannten Speiseapparate werden z. B. bei der Herstellung von mehrschichtigen Faserbahnen, insbesondere Papierbahnen mit einem Speiseapparat durch Leitung verschiedener Fasersuspensionen aufeinander zwischen zwei Siebe benutzt.

Weiterhin wird auf die Schrift DE 31 01 407 A1 verwiesen. In oben genannten Patentschriften werden Mehrschichtenstoffaufläufe gezeigt, deren eingebaute Lamellen biegeweich aufgehängt sind. Die dort gezeigten Lamellen haben jedoch das Ziel, die Strömungsgeschwindigkeiten der unterschiedlichen Schichten möglichst aneinander anzugleichen.

Es ist also auch bekannt, die Lamellen im Düsenraum über ihre gesamte Länge flexibel auszubilden, so daß sie sich automatisch so einstellen, daß in allen Düsenräumen an jeder Stelle der gleiche Druck herrscht. Eine Einstellung der Strömung in den einzelnen Düsenräumen und eine voneinander unabhängige Einstellung der Ausgangsspalte für die einzelnen Papierlagen ist hiermit jedoch nicht möglich.

Es besteht seit längerem der Wunsch, die Strahlgeschwindigkeiten der Einzelstrahlen eines Mehrschichtenstoffauflaufes so zu beinflussen, daß sich dabei die Differenzgeschwindigkeiten zwischen den Einzelstrahlen ändern. In dem angegebenen Stand der Technik wird dies durch manuelle Verstellung der einzelnen Lamellen durchgeführt. Es zeigt sich hierbei jedoch, daß es sehr schwierig ist, die bis zu 10 Meter langen Lamellen auf die notwendige Genauigkeit von wenigen hundertstel Millimetern entgegen der Strömungskräfte über die Maschinenbreite konstant einzustellen. Weiterhin führt eine Veränderung der Durchsetzverhältnisse zu unterschiedlichen Geschwindigkeitsverhältnissen zwischen den einzelnen Schichten, wodurch ein Nachstellen notwendig wird.

Die Gründe für die Notwendigkeit der Geschwindigkeitsbeeinflussung der einzelnen Stoffsuspensionsschichten sind:

Die Formation ist auch eine Funktion der Geschwindigkeitsunterschiede der einzelnen Stoffstrahlen. Die auf diesem Wege mögliche Variation der Scherkräfte zwischen Flüssigkeitsschichten erzeugt formationsbeeinflussende Turbulenzen, was eine eventuell gewünschte Beeinflussung der Formation der Papierbahne erlaubt.
Durch Variation der Strahlgeschwindigkeit einer Außenschicht werden, abhängig von der Größe des Strahlwinkels und der Strahlsiebgeschwindigkeitsdifferenz, die Ausrichtung und die Längen der Halbachsen der Reißlängenellipsen der Papierbahn beeinflußt. Diese korrelieren wiederum mit der Ausrichtung und statistischen Verteilung der Fasern um die Hauptrichtung in der Außenschicht. Eine beeinflussung der mechanischen Eigenschaften der Papierbahn ist somit möglich.
Eine Papierbahn schrumpft bei Trocknung bevorzugt in der Richtung quer zur Faserlage, d.h. sie verformt sich bei Feuchteänderungen entsprechend dieser Eigenschaft. Sind die Faserlage und die Verteilung in den Außenschichten einer Papierbahn unterschiedlich, so begünstigt dies den sogenannten "Curl" eines Blattes, d.h. die Tendenz eines Papierblattes, sich bei Feuchteänderungen zu rollen. Die Rollneigung kann durch Geschwindigkeitsänderungen daher ebenfalls beeinflußt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beeinflussung der Strahlgeschwindigkeiten der einzelnen Schichten eines Mehrschichtenstoffauflaufes darzustellen, der in weiten Grenzen unabhängig von der Durchsatzmenge an Stoffsuspension durch den Stoffauflauf ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Mehrschichtenstoffauflauf darzustellen, der das vorgenannte Verfahren benutzt.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Verfahrensanspruches 1 und durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruches 4 gelöst.

Die Unteransprüche 2, 3 und 5 bis 8 erhalten weitere Merkmale des Verfahrens gemäß Anspruch 1 und der Vorrichtung gemäß Anspruch 4.

Die Erfinder haben erkannt, daß die Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen den aus der Stoffauflaufdüse austretenden Einzelstrahlen beim Einsatz von in sich starren jedoch momentfrei aufgehängten Lamellen unabhängig von den Volumenströmen in den einzelnen Schichten des Stoffauflaufs konstant sind. Eine zusätzliche Korrektur der Lamellenstellung bei Veränderung der Volumenströme ist somit nicht notwendig. Der Drehpunkt der Lamelle muß nicht notwendigerweise wie in den Figuren 1-4 gezeigt am Düseneintritt liegen sondern kann auch in der Düse liegen.

Des weiteren haben die Erfinder erkannt, daß durch geeignete Maßnahmen gewünschte Geschwindigkeitsdifferenzen in einem weiten Bereich fest vorgegeben werden können. Maßnahmen dieser Art lassen sich in zwei Kategorien aufteilen:

I. Veränderungen der Widerstandsbeiwerte der Einzeldüsen z.B. dadurch, daß:

die Länge des aus der Düse herausragenden Lamellenteils verändert wird;
die Viskosität der Teilvolumenströme geändert wird; oder
die Auslaufgeometrieen der Außenschichten durch Einsatz einer Blende gezielt variiert wird.

II. Veränderung des Druckverlaufes entlang der starren Lamelle in der Düse z.B. dadurch, daß:

Lamellen auf beiden Seiten unterschiedlich profiliert sind;
die Düseninnenwandung profiliert ist.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläuter. Darin ist im übrigen folgendes dargestellt:

Figur 1:: Einzeldüsen mit gleicher Geometrie.
Figur 2:: Einzeldüsen mit unterschiedlichen Geometrien.
Figur 3:: Einzeldüsen mit unterschiedlichen Widerstandsbeiwerten bei gleicher Geometrie.
Figur 4:: Einzeldüsen mit unterschiedlichen Widerstandsbeiwerten und unterschiedlichen Geometrien.

Figur 1 zeigt eine Drei-Schichten-Stoffauflaufdüse im Querschnitt mit der Oberlippe 1.1 und der Unterlippe 1.2. Zwischen Ober- und Unterlippe sind symetrisch die drei Suspension zuführenden Turbulenzeinsätze 5.1, 5.2 und 5.3 angeordnet. Zwischen den Turbulenzeinsätzen sind an deren Auslaufteil mit momentfreier Lagerung 4.1 und 4.2 die starren, sich zum Auslauf hin gleichmäßig verjüngenden Lamellen 2.1 und 2.2 befestigt, deren vordere Enden mit den gleich langen Ober- und Unterlippen abschliessen und die zusammen mit Ober- und Unterlippe die Einzeldüsen 3.1, 3.2 und 3.3 bilden. Der Stoffauflauf, insbesondere die Einzeldüsenformen sind in diesem Fall absolut symetrisch ausgebildet.

Figur 2 zeigt wieder eine Drei-Schichten-Stoffauflaufdüse im Querschnitt mit der Oberlippe 1.1 und der Unterlippe 1.2. Zwischen Ober- und Unterlippe sind symetrisch die drei Suspension zuführenden Turbulenzeinsätze 5.1, 5.2 und 5.3 angeordnet. Zwischen den Turbulenzeinsätzen sind an deren Auslaufteil mit momentfreier Lagerung 4.1 und 4.2 die starren, Lamellen 2.1 und 2.2 befestigt, deren vordere Enden mit den gleich langen Ober- und Unterlippen abschliessen und die zusammen mit Ober- und Unterlippe die Einzeldüsen 3.1, 3.2 und 3.3 bilden. In diesem Beispiel ist die oben liegende Lamelle 2.1 konvex geformt, so daß eine Düsenverengung in der oberen Düse 3.1 auftritt, was eine Geschwindigkeitserhöhung der entsprechenden Schicht bewirkt.

Figur 3 zeigt wieder eine Drei-Schichten-Stoffauflaufdüse wie in Figur 1 mit den gleichen Bezugszeichen. Der Unterschied zur Figur 1 liegt in der einstellbaren Blende 6.1 an der Oberlippe des Stoffauflaufes.

Figur 4 zeigt eine Drei-Schichten-Stoffauflaufdüse wie in Figur 3 mit den gleichen Bezugszeichen. Zum Unterschied zur Figur 3 sind hier die beiden Lamellen über den durch die Ober- und Unterlippe gebildeten Auslaufspalt hinausgeführt, wodurch auf Grund der Druckverhältnisse eine Ausweitung der mittleren Düse 3.3 erzeugt wird und die Strahlgeschwindigkeit hier verlangsamt ist.

Claims

Verfahren zur Einstellung einer relativen Strömungsgeschwindigkeit der Schichten eines Mehrschichtenstoffauflaufes mit zwischen im Betrieb unbeweglicher Ober- und Unterlippe (1.1, 1.2) momenffrei aufgehängter Lamellen (2.1, 2.2), dadurch gekennzeichnet, daß
eine Geschwindigkeitsdifferenz der einzelnen Schichten dadurch erzeugt wird, daß ein ungleicher Verlauf des statischen Druckes, bezogen auf die einzelnen Schichten, hervorgerufen wird.
Verfahrem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer Schicht eine relativ zu mindestens einer anderen Schicht höhere Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird, indem der statische Druck der Strömung im Strömungsverlauf anfänglich erniedrigt und im weiteren Verlauf zumindest nicht erhöht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer Schicht eine relativ zu mindestens einer anderen Schicht niedrigere Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird, indem der statische Druck der Strömung im Strömungsverlauf anfänglich erhöht und im weiteren Verlauf zumindest nicht verringert wird.
Mehrschichtenstoffauflauf zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit folgenden Merkmalen:

4.1 der Stoffauflauf besitzt eine Auslaufdüse für Stoffströme mit einer starren und im Betrieb unbeweglichen Ober- und Unterlippe (1.1, 1.2);

4.2 Ober- und Unterlippe (1.1, 1.2) sind auf den Seiten über Seitenteile miteinander verbunden;

4.3 zwischen Ober- und Unterlippe (1.1, 1.2) befinden sich in sich starre Lamellen (2.1, 2.2), die an einem Gelenk quer zur Strömungsrichtung in Richtung der Maschinenbreite verlaufend angelenkt sind;

4.4 die Lamellen (2.1, 2.2) sind im Gelenk (4.1, 4.2) momenffrei beweglich;

4.5 die Schlitzweite zwischen den Lamellen (2.1, 2.2) bzw. zwischen Lamellen (2.1, 2.2) und Ober- bzw. Unterlippe (1.1, 1.2) wird durch die Oberflächenformgebung der Lamellen oder die Formgebung der Düsenwandung und die damit verbundenen Änderungen der statischen Druckverhältnisse bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenformgebung der Lamellen (2.1, 2.2) oder die Formgebung der Düsenwandung derart gewählt wurde, daß ein ungleicher Verlauf des statischen Druckes bezogen auf die einzelnen Schichten hervorgerufen wird, wodurch eine Geschwindigkeitsdifferenz der einzelnen Schichten erzeugt wird.
Mehrschichtenstoffauflauf zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

5.1 N Stoffströme, mit N > = 2, vorgesehen sind, wobei die Auslaufdüse N -1 über die Maschinenbreite verlaufende Lamellen Umfaßt;

5.2 die Lamellen sind als Begrenzung zwischen den einzelnen Stoffströmen vorgesehen, wobei mindestens eine der Lamellen auf mindestens einer Seite in ihrem in Strömungsrichtung gesehenen Profil derart gestaltet vorgesehen ist, daß sie zur relativen Geschwindigkeitserhöhung einer Schicht eine konvexe Form in Verbindung mit einer Verdickung aufweist.
Mehrschichtenstoffauflauf zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß

6.1 N Stoffströme, mit N > = 2, vorgesehen sind, wobei die Auslaufdüse N -1 über die Maschinenbreite verlaufende Lamellen umfaßt;

6.2 die Lamellen sind als Begrenzung zwischen den einzelnen Stoffströmen vorgesehen, wobei mindestens eine der Lamellen auf mindestens eine Seite in ihrem in Strömungsrichtung gesehenen Profil derart gestaltet ist, daß sie für eine relative Geschwindigkeitsreduktion der Strömung eine konkave Form in Verbindung mit eine Dickenreduktion aufweist.
Mehrschichtenstoffauflauf gemäß Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
7.1 mindestens eine der Lamellen ist auf mindestens eine Seite in ihrem in Strömungsrichtung gesehenen Profil derart gestaltet vorgesehen, daß zur relativen Geschwindigkeitserhöhung einer Schicht eine konvexe Form in Verbindung mit einer Verdickung aufweist.
Mehrschichtenstoffauflauf gemäß einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberlippe eine verstellbare Blende vorgesehen ist.