WO2018019545A1 - Strömungsmodul und verfahren zur herstellung eines strömungsmoduls für einen stoffauflauf einer papiermaschine - Google Patents

Strömungsmodul und verfahren zur herstellung eines strömungsmoduls für einen stoffauflauf einer papiermaschine Download PDF

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WO2018019545A1
WO2018019545A1 PCT/EP2017/067052 EP2017067052W WO2018019545A1 WO 2018019545 A1 WO2018019545 A1 WO 2018019545A1 EP 2017067052 W EP2017067052 W EP 2017067052W WO 2018019545 A1 WO2018019545 A1 WO 2018019545A1
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WO
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flow
grid
module
modules
flow module
Prior art date
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PCT/EP2017/067052
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Ruf
Konstantin Fenkl
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21FPAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/02Head boxes of Fourdrinier machines
    • D21F1/026Details of the turbulence section

Definitions

  • the invention relates to a flow module for a headbox of a machine for producing a fibrous web for the passage of a pulp suspension according to the preamble of claim 1 and a flow grid with a flow module, and a headbox with a flow grid. Furthermore, a method for producing a flow module is part of the invention.
  • Document EP251821 1 B1 discloses a distributor grating which comprises individual modules with a plurality of distribution channels arranged one above the other. The individual modules are arranged between two perforated plates. The distributor grid is fed via a distributor tube with pulp suspension. After the distributor grille an intermediate channel with an adjoining further flow grid and a nozzle is arranged. The individual modules of the distributor grid are arranged at a distance from each other next to one another, forming a gap. The intermediate space serves to supply dilution water into the distribution channels of the individual modules.
  • the individual modules are preferably made of a material (plastic) that is easy to work with.
  • the object is solved by the claim 1.
  • the claim 1 describes a flow module for a headbox of a machine for producing a fibrous web for the passage of a pulp suspension comprising at least two flow channels with an inflow side and with an outflow side.
  • the invention is characterized in that at least one connecting element having a connecting surface for the direct connection to the corresponding connecting element of at least one further flow module is provided on the outflow side, and that the flow module is produced in one piece by an additive manufacturing process.
  • This one piece construction of the flow module does not have any gaps in the flow area of the pulp suspension and, therefore, when used in a headbox, is not prone to contamination and disturbances during headbox operation.
  • the design of the connecting elements between two adjacent flow modules can be matched to one another by the additive manufacturing method and can be produced in a simple manner in any desired, necessary form. There are no machining production processes necessary and the material used from the flow module consists can be used almost completely. Material waste is therefore hardly on.
  • the shape of the outflow-side flow cross-sections of the flow channels and the partitions between adjacent flow channels can be made with high dimensional accuracy. This is particularly advantageous if the flow module is used in a flow grid, which is arranged immediately in front of the nozzle of a headbox.
  • the solution also allows for the assembly of multiple flow modules into a flow grid with reduced effort.
  • the flow grid thus formed has no gaps in the flow region of the pulp suspension, in particular in the flow channels from the inflow side to the outflow side.
  • the length of the individual flow modules corresponds to the length of the flow grid formed in the flow direction of the pulp suspension.
  • individual flow modules can be connected by known methods such as welding, gluing, soldering, clamping together, for example by means of tie rods, to form a flow grid.
  • the connection point is formed by the connecting surface of the connecting elements.
  • the design of the connecting elements and the connecting surfaces of the flow modules to be connected are coordinated so that on the one hand no gaps occur and on the other hand, the strength requirements regarding the effects of pressure and mechanical effects are met.
  • the connecting elements can also be positively connected to each other.
  • the connecting elements may comprise a dovetail joint, or a bayonet joint, or a tongue and groove joints, or a bore and bolt connection. These compounds can also fulfill the function of a positioning aid by their execution. As a result, the flow modules can be assembled quickly and accurately positioned.
  • fastening elements for connection to adjacent flow modules and / or for connection to the headbox may be attached as an integral part of a flow module during production.
  • connection element having a connection surface is provided on the inflow side for connection to the corresponding connection element of at least one further flow module.
  • adjacent flow channels are separated from each other on the outflow side by a dividing wall and the distance between the connecting face and an adjacent flow channel assumes a value in the range from 0.2 times to 0.8 times the wall thickness of the dividing wall.
  • the distance between the connection surface and an adjacent flow channel, in this case an outer flow channel of the flow module corresponds approximately to the wall thickness of the outer flow channel of the flow module.
  • the flow into the headbox nozzle is thus evened out and disruptive detachment vortices at the web ends are reduced or even avoided.
  • the distance between the connection surface and an adjacent flow channel in the above-mentioned range can be freely selected. This is not possible in the known state of the art, in which the individual flow channels are produced starting from pipes.
  • the wall thickness of the partition may be in the range of 0.2 mm to 2 mm, in particular between 0.5 mm and 1, 5 mm. This has an advantageous effect in particular with a turbulence insert. The flow into the headbox nozzle is thus evened out and disruptive detachment vortices at the web ends are reduced or even avoided.
  • the additive manufacturing process is selected from the group consisting of metal printing, laser cladding, three-dimensional printing, selective laser sintering, selective laser melting, which is also known under the English term “powder bed fusion.”
  • Standards have been developed by ASTM (American Society for Testing and Materials Stainless steel is preferably used as the material, since this material fulfills the required strength and at the same time the requirements of the suspensions with regard to, for example, chemical resistance and susceptibility to fouling to the flow channels in a headbox.
  • the flow module comprises at least 3, in particular at least 6, preferably at least 12 flow channels.
  • the pitch of the flow channels in the horizontal and / or vertical direction may be in a range of 10 mm to 30 mm, in particular 15 mm to 25 mm. This can relate to the division of the flow channels on the inflow side and / or outflow side. A small pitch is also for a good flow quality without coarse vortex of advantage.
  • the at least one flow-side and / or outflow-side connecting element of at least one flow module has at least one fastening device for introducing force.
  • the fastening device may comprise a continuous opening for receiving a tie rod or a thread.
  • the at least one upstream side and / or at least one downstream connection element can have at least one feed opening for feeding a fluid, such as white water as diluting water for adjusting the cross section of the basis weight of the produced paper web, into at least one of the flow channels , Despite the inflow openings and channels, the flow module remains compact and can be produced easily and in one piece with the additive manufacturing method.
  • a fluid such as white water as diluting water for adjusting the cross section of the basis weight of the produced paper web
  • the at least one inflow-side and / or at least one outflow-side connecting element has a fold, which preferably runs in the z-direction, for receiving a correspondingly complementary connecting element of a further adjacent flow module.
  • This seam connection allows on the one hand a positive connection and on the other hand an asymmetrical in the horizontal direction arrangement of the connecting surfaces to the flow channels of the flow modules. Since the stagnation point of the flow of the Flow grid is symmetrical to the flow channels, thus the dirt-prone Trenn Pilge between the connecting surfaces between two flow modules outside the stagnation point can be arranged. The risk of fiber wiping between the bonding surfaces is thus reduced or even avoided.
  • the flow channels can have an oval flow cross section on the inflow side. This allows the realization of small pitches for a good flow quality downstream of the flow grid, without the risk of the formation of fiber bridges due to small land areas between the inflow-side flow channels.
  • the oval flow cross section can preferably proceed in the course of the flow direction into a round flow cross section.
  • the area ratio of the oval flow cross section to the round flow cross section can be between 0.1 and 10, in particular between 0.1 and 1.
  • the flow channels can have a rectangular and / or a square flow cross-section at the outflow side.
  • the flow channels on the outflow side can have a hexagonal and / or a pentagonal flow cross-section.
  • the shape of the flow cross-section of the flow channels on the outflow side has radii in the range between 0.2 mm and 3 mm.
  • the velocity profile is thereby made uniform over the flow cross-section and the formation of disturbing vortices in the wake flow of the flow grid is avoided.
  • the flow module can be equipped with fastening elements. These can be designed for example as through holes or as threaded holes.
  • the fastening devices extending in the z-direction can to attach the flow module to the headbox.
  • the flow module may also be configured and dimensioned such that the flow module itself serves as a tie rod in conjunction with the fasteners extending in the z direction to receive the expansion forces generated by the pressurized nozzle.
  • Claim 8 relates to a flow grid for a headbox of a machine for producing a fibrous web for passing a pulp suspension with a plurality of transversely to the flow side by side or side by side and one above the other arranged flow channels.
  • the flow grid comprises a plurality of flow modules according to claim 1.
  • the flow grid has a height and a width.
  • the flow modules are designed so that they each extend over the entire height and entire length of the flow grid and are arranged side by side in the width direction and form the flow grid. The length is measured in the flow direction of the flow module or the flow grid.
  • the flow modules have one or more slat holders designed as slots for mechanically receiving separating slats.
  • the lamella holders preferably extend over the entire width of the flow grid.
  • the flow grid has a height and a width.
  • the flow modules can be designed so that in the height direction and in the width direction of the flow grid in each case a plurality of flow modules are arranged side by side and form the flow grid.
  • the length of the flow modules corresponds to the length of the flow grid.
  • the lamella holders designed as slots can each be formed by two flow modules arranged one above the other. For example, the upper flow module the upper part and the lower flow module form the lower part of the lamella holder.
  • the flow grid may each comprise at least one edge flow module downstream of its two edges lying transversely to the flow direction.
  • the edge flow module may differ in width from the flow module. This can be true if the width of the flow grid is not a multiple of the width of a flow module. In this case, the edge flow modules are adapted in their width so that the width of all flow modules together with the edge flow modules results in the width of the flow grid. It is also conceivable that the pitch and / or the width and / or the number of flow channels of an edge flow module likewise differ from those of a flow module.
  • the edge flow modules can be designed so that a separate and independent of the remaining flow modules supply with a fluid, such as a pulp suspension, is possible. This separate volume flow may have a different composition and / or a variable and controllable throughput.
  • the area-related mass and / or the fiber orientation in the paper can be influenced.
  • the distance between the marginal outer surface and a marginal flow channel and the wall thickness of the marginal partition between marginal flow channels of the edge flow module may be greater than the corresponding dimensions of a flow module.
  • Claim 1 1 relates to a flow grid for a headbox of a machine for producing a fibrous web for passing a pulp suspension with a plurality of transverse to the flow side by side or side by side and one above the other arranged flow channels.
  • the solution is characterized in that the flow grid is manufactured in one piece by an additive manufacturing process.
  • the features described in connection with the flow module can be applied individually or in combination to the flow grid, unless it concerns specific features of modules, such as the different types of connection of flow modules.
  • a headbox for a machine for producing a fibrous web in particular a paper, tissue or board web, with a distributor, a turbulence generator and a nozzle according to claim 12.
  • the solution is characterized in that the turbulence generator is designed as a flow grid according to claim 8 or claim 1 1 and seen in the flow direction is arranged directly in front of the nozzle.
  • an intermediate channel is arranged upstream of the turbulence generator and a pipe grid is arranged upstream of the intermediate channel in the direction of flow, wherein the pipe grid is designed as a flow grid according to claim 8 or claim 11.
  • the object is also achieved by a method according to claim 14. It is a method for producing a flow module for a headbox of a machine for producing a fibrous web for passing a pulp suspension, comprising at least two flow channels with an inflow side and with an outflow side, and on the inflow side at least one connecting surface having a connecting member for direct connection to the corresponding connecting element provided at least one further flow module, wherein the flow module is manufactured in one piece by an additive manufacturing process.
  • the object is also achieved by a method according to claim 15. It is a method for producing a flow grid for a headbox of a machine for producing a fibrous web for passing a pulp suspension provided with a plurality of transverse to the flow side by side or side by side and one above the other arranged flow channels, wherein the flow grid is manufactured in one piece by an additive manufacturing process.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a flow module according to the invention in three-dimensional representation
  • Figure 2a shows another embodiment of an inventive
  • FIG. 2b shows a further embodiment with one above the other
  • FIG. 2c shows a further embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 3 shows an embodiment of the lamella holder of a three-dimensional representation
  • FIG. 4 a shows an outflow-side section of a flow grid in the FIG
  • FIG. 4b shows an outflow-side section of a flow grid in FIG.
  • Figure 5 shows an embodiment of a flow grid in a simplified
  • FIGS. 6a-6c show further embodiments of flow grids with differently designed and arranged flow modules
  • FIG. 7 shows an embodiment of an edge flow module
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a flow grid in a simplified three-dimensional representation
  • Figure 9a shows an embodiment of the inflow side of a flow grid
  • FIG. 9b shows a further embodiment of the inflow side of a flow grid with flow modules with feed openings
  • FIG. 10 shows an embodiment of a headbox with flow modules in FIG
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a flow module 1 according to the invention in a three-dimensional representation.
  • the flow module 1 comprises in the horizontal direction 1 1 three flow channels 3 in a row and in the z-direction 12, ie in the vertical direction, four flow channels 3. All flow channels 3 have on the outflow 6 a rectangular flow cross section and on the inflow 5 a round flow cross-section ,
  • the flow module has on its outflow side 6 on both sides depending on a connecting surface 7 exhibiting connecting element 8 for the direct connection to the corresponding connecting elements of adjacent flow modules 1 or edge flow modules 2.
  • the division of the flow channels 3, 3 ' taking into account the geometric requirements for the flow grid 20 of a headbox 21 can be made smaller than required in known embodiments
  • Connecting elements 8 are made very thin and form on the outflow side the walls of the outer flow channels 3 '
  • the pitch 14, 15 of the flow channels 3, 3' can be in the horizontal and / or vertical direction in a range of 10 mm to 30 mm, in particular 15 This may be true for the division 14, 15 of the flow channels 3, 3 'on the inflow and / or outflow side
  • the horizontal pitch 14 is 18 mm
  • a small pitch 14, 15 is also good flow quality without rough vortexes of advantage
  • In the embodiment in Figure 1 are between the lines of Flow channels 3,3 'slats 26 are provided, which are fixed in slat holders 4.
  • the pitches can be the same size in both directions.
  • the wall thickness of the partition 9 may be in the range of 0.5 mm to 2 mm, in particular between 0.5 mm and 1, 5 mm. In this example it is 1, 2 mm. This has an advantageous effect in particular with a turbulence insert. The flow into the headbox nozzle is thus evened out and disruptive detachment vortices at the web ends are reduced or even avoided.
  • the distance 10 between the connecting surface 7 and an adjacent flow channel 3 ' corresponds to the wall thickness of the outer flow channel 3' of the flow module and can be made very small and independent of the wall thickness of the partition 9 by the additive manufacturing process.
  • the distance 10 between the connecting surface 7 and an adjacent flow channel 3 ' has a value in the range of 0.2 times to 0.8 times the wall thickness of the partition wall 9.
  • the distance 10 with 0.6 mm is the 0, 5 times the wall thickness of the partition wall 9.
  • the flow module 1 has fastening devices 18 in this example. They are designed as through holes for receiving a tie rod. Thus, a plurality of flow modules can be clamped together to form a flow grid 20.
  • the connecting surfaces 7 extend from the inflow side 5 to the outflow side 6.
  • the elements described are an integral part of the integrally manufactured flow module 1.
  • FIGS. 2 a to 2 c each show further exemplary embodiments of a flow module or flow grid according to the invention in a representation cut in the direction of flow 13.
  • 6 fins 26 are shown on the outflow side, which are fastened in each case in a lamella holder 4 formed by the additive manufacturing method.
  • the flow channels 3 have a square cross section on the outflow side and a round flow cross section on the inflow side.
  • the formed flow grid 20 has no gaps in the flow area of the pulp suspension, in particular in the flow channels 3 from the inflow side to the outflow side.
  • FIG. 2 a comprises three rows of flow channels 3 lying one above the other.
  • three flow modules 1 are arranged one above the other and are connected by connecting elements 8 having connecting surfaces 7 line by line to form a flow grid 20.
  • the lamella holder 4 are formed in half in the opposite connecting elements.
  • the connecting elements 8 of a flow module 1 can each have complementary contours to the opposite connecting elements 8 for the positive connection of two flow modules 1.
  • the embodiment of a flow module 1 shown in FIG. 2c corresponds to the embodiment in FIG. 2a.
  • a plurality of flow modules can be clamped together to form a flow grid 20 in the horizontal direction 11 and / or in the z direction 12 for the embodiment according to FIG. 2b.
  • the lamella holder 4 extends over the entire width of the flow grid 20.
  • the lamellae must be replaced from time to time.
  • the flow module 1 or at least the edge flow module 2 has an entry slope 4 'on the lateral opening of the lamella holder 4.
  • the groove width 28 of the lamella holder 4, measured in the z-direction, is at the narrowest point in the range between 1 mm and 10 mm.
  • the flow modules and edge flow modules are designed so that the distance 29, measured in the z direction, between adjacent flow channels 3, 3 'is in the range between 3 mm and 15 mm. This also applies to the case in which two flow modules 1 are arranged one above the other according to the embodiment shown in FIG. 2b.
  • FIG. 4 a shows a detail of a flow grid 20 of the outflow side 6 in plan view with the connection point of two flow modules 1, 1 '. At the connection points abut the connecting surfaces 7 of the connecting elements 8 directly to each other. The connection is made by welding in this example.
  • the flow modules are made of stainless steel.
  • FIG. 4b likewise shows an outflow-side section of a flow grid 20 in plan view with the connection point of two flow modules 1, V. At the joints, the connecting surfaces 7 of the connecting elements 8 abut each other directly. The connection is made in this example by gluing the bonding surfaces 7 together.
  • the flow modules are made of plastic.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a flow grid 20 in a simplified three-dimensional representation.
  • the flow grid 20 is composed of two flow modules 1, V, which are arranged in the horizontal direction 1 1 side by side. These flow modules 1, V are designed as edge flow modules 2. If a plurality of flow modules 1, V are necessary due to the width 16 of the head box 21, and if the flow grid 20 is composed of additional flow modules 1, V, further flow modules 1, 1 'are arranged between these edge flow modules 2.
  • the flow channels 3, 3 ' have a square flow cross-section on the outflow side 6. In course in the direction of inflow 5 this flow cross section is in a round shape.
  • the flow modules 1 or edge flow modules 2 likewise have connecting elements 8 which abut with the connecting surfaces 7 directly on the connecting surfaces 7 of the connecting elements 8 of the respectively adjacent flow module V.
  • the flow grid 20 is preceded by a manifold 22 for supplying pulp suspension.
  • a distributor 22 the known designs, such as transverse distributor, rotary distributor, hose manifold, may be provided.
  • FIGS. 6a to 6c show further possible embodiments of flow grid 20 with differently designed and arranged flow modules 1, 1 '.
  • a flow module 1 extends over the entire height 17 of the flow grid 20.
  • a multiplicity of flow modules 1, V are arranged over the width 16 of the flow grid 20.
  • the flow modules 1, 1 at their outflow sides 6 on each side on each of a connecting surface 8 having a connecting surface 8 for direct connection with the corresponding connecting elements of adjacent flow modules 1.
  • the connecting elements 8 and the connecting surfaces 7 extend from the inflow side 5 to the outflow side 6.
  • the flow modules 1, V each comprise at least four flow channels 3, 3 'which extend in the horizontal direction 1 1 are arranged.
  • About the height 17 of the flow grid 20 four of these flow modules 1, 1 'are arranged stapeiförmig. Several of these stacks are in turn juxtaposed across the width 16 and interconnected as previously described. While in the embodiments according to FIGS.
  • the flow grid 20 in the embodiment shown in FIG. 6c comprises two different flow modules 1, 1'.
  • the shape, geometry and number of the flow channels 3, 3 'of the individual flow modules 1, 1' are selected such that they together form a flow grid 20.
  • the geometry and size of the flow channels 3, 3 ' are essentially the same for all flow modules 1, 1'.
  • the edge flow modules 2 may differ in geometry and in particular in wall thicknesses from the flow modules 1, V.
  • FIG. 7 shows by way of example an embodiment of an edge flow module 2.
  • the partition walls 9 between adjacent flow channels 3, 3 ' are made thicker than those of the flow modules 1, V. This may be necessary because of increased mechanical stress on the edge flow module 2. This also applies to the embodiment of the distance between the marginal outer surface 2 'and a marginal flow channel 2 ", ie for the wall thickness of a marginal flow channel 2", as well as for the wall thickness of the marginal partition wall 9' between marginal flow channels 2 "of the edge flow module. 2
  • FIG. 8 shows an embodiment of a flow grid 20 in a simplified three-dimensional representation.
  • the flow grid 20 is composed of more than two flow modules 1, V, which are arranged in the horizontal direction 1 1 side by side.
  • One of these flow modules 1, V is as an edge flow module 2 executed.
  • the flow channels 3, 3 ' have a square flow cross-section on the outflow side 6. In course in the direction of inflow 5 this flow cross section is in a round shape.
  • the flow modules 1 or edge flow modules 2, in contrast to FIG. 5, have no connection elements 8.
  • the flow channels have a round tubular outer contour, which can be mechanically and / or hydraulically connected to devices such as attachable tubes or perforated plates.
  • FIGS. 9a and 9b show a view of the inflow sides of two embodiments of flow grids 20.
  • fastening devices 18 designed as through-holes are provided in the horizontal direction 11 and in the z-direction 12.
  • a plurality of flow modules can be compressed on the inflow side to form a flow grid 20 in the horizontal direction 11 and / or in the z direction 12 for the embodiment according to FIG. 2b, for example by means of a tie rod.
  • fastening devices 18 designed as threaded bores can still be provided.
  • the flow grid 20 can be connected to the headbox 21.
  • connection can also be used to control Aufweit whon in the area of the nozzle under pressure, wherein the flow grid 20 and the flow module 1, V acts as a tie rod for receiving the Aufweit product.
  • all the flow channels 3, 3 'or only a part of the flow channels 3, 3' of the flow modules 1, V may be connected to the feed openings 19.
  • the feed openings 19 can also be arranged on the underside.
  • FIG. 10 shows an embodiment of a headbox with flow modules in a simplified three-dimensional representation.
  • the headbox 21 comprises a distributor 22 which is designed as a transverse distributor and which is connected to a pipe grid 23. This is followed by an intermediate channel 24, which in turn is connected to a turbulence generator 25.
  • the turbulence generator 25 is arranged directly upstream of a nozzle 27 and has no fins 26 in this example.
  • the pipe grid 23 and / or the Turbulence generator 25 may be designed as a flow grid 20, which comprises a plurality of flow modules 1, 1 '.
  • the pipe grid and the turbulence generator 25 extend over the entire width 16 of the headbox 21.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strömungsmodul (1, 1') für einen Stoffauflauf (21) einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension, umfassend mindestens zwei Strömungskanäle (3, 3') mit einer Einströmseite (5) und mit einer Ausströmseite (6). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ausströmseitig mindestens ein eine Verbindungsfläche (7) aufweisendes Verbindungselement (8) für das direkte Verbinden mit dem entsprechenden Verbindungselement (8) mindestens eines weiteren Strömungsmoduls (1, 1') vorgesehen ist, und dass das Strömungsmodul (1, 1') einstückig durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Strömungsgitter mit Strömungsmodulen, sowie einen Stoffauflauf mit mindestens einem Strömungsgitter und ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungsmoduls.

Description

Strömungsmodul und Verfahren zur Herstellung eines Strömungsmoduls für einen
Stoffauflauf einer Papiermaschine
Die Erfindung betrifft ein Strömungsmodul für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Strömungsgitter mit einem Strömungsmodul, sowie einen Stoffauflauf mit einem Strömungsgitter. Weiter ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungsmoduls Teil der Erfindung.
Strömungsmodule für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension sind bekannt. Im Dokument EP251821 1 B1 ist ein Verteilergitter offenbart, das Einzelmodule mit mehreren übereinander angeordneten Verteilungskanälen umfasst. Die Einzelmodule sind zwischen zwei Lochplatten angeordnet. Das Verteilergitter wird über ein Verteilrohr mit Faserstoffsuspension gespeist. Nach dem Verteilergitter ist ein Zwischenkanal mit einem sich daran anschließenden weiteren Strömungsgitter sowie eine Düse angeordnet. Die Einzelmodule des Verteilergitters sind in einem Abstand zueinander nebeneinander unter Ausbildung eines Zwischenraumes angeordnet. Der Zwischenraum dient zur Zuführung von Verdünnungswasser in die Verteilungskanäle der Einzelmodule. Die Einzelmodule werden bevorzugt aus einem Material (Plastik) hergestellt, das leicht zu bearbeiten ist.
Diese bekannte Lösung hat den Nachteil, dass zum einen eine große Anzahl von Einzelteilen für das Strömungsgitter erforderlich ist und zum anderen die Einzelmodule mit Abstandshaltern auf Abstand gehalten werden müssen. Alle Teile müssen sehr genau mechanisch hergestellt werden, da sich Fertigungstoleranzen der Vielzahl von Teilen über die Breite eines Stoffauflaufes, welche beispielsweise bis zu 12 m betragen kann, aufaddieren und zu Maßabweichungen führen können und so die Verteilgüte der Faserstoffsuspension über die Breite negativ beeinflussen können. Dies wiederum kann zu einer Verschlechterung der Querprofile, wie beispielsweise dem Querprofil für die flächenbezogenen Masse oder dem Faserorientierungsquerprofil, im produzierten Papier führen. Zum anderen ist diese bekannte Lösung für die Anwendung als Strömungsgitter unmittelbar vor der Düse, also als Turbulenzgenerator, ungeeignet, da die den Einzelmodulen nachgeordnete perforierte Platte die Papierqualität störende Turbulenzen erzeugen würde. Auch ist der Montageaufwand dieser Strömungsgitter durch die große Anzahl von Teilen erheblich. Ein weiterer bedeutender Nachteil sind auch die Spalte zwischen den Einzelelementen des Strömungsgitters. Diese bergen die Gefahr der Bildung von Faseransammlungen, die sich wiederum sporadisch lösen und zu Bahnabrissen in der Papiermaschine führen können.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung die bekannten Lösungen für Strömungsmodule und Strömungsgitter zu verbessern und die Nachteile hinsichtlich des Aufbaues, der Maßgenauigkeit und der Verschmutzungsanfälligkeit zu vermeiden.
Die Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst. Der Anspruch 1 beschreibt ein Strömungsmodul für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension, umfassend mindestens zwei Strömungskanäle mit einer Einströmseite und mit einer Ausströmseite. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ausstromseitig mindestens ein eine Verbindungsfläche aufweisendes Verbindungselement für das direkte Verbinden mit dem entsprechenden Verbindungselement mindestens eines weiteren Strömungsmoduls vorgesehen ist, und dass das Strömungsmodul einstückig durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt ist.
Dieser Aufbau des Strömungsmoduls aus einem Stück weist keine Spalte im Strömungsbereich der Faserstoffsuspension auf und ist daher bei der Verwendung in einem Stoffauflauf nicht für Verschmutzungen und Störungen während des Betriebes des Stoffauflaufes anfällig. Die Gestaltung der Verbindungselemente zwischen zwei benachbarten Strömungsmodulen können durch das additive Fertigungsverfahren aufeinander abgestimmt und auf einfache Weise in jeder gewünschten notwendigen Form hergestellt werden. Es sind keine spanabhebenden Fertigungsverfahren notwendig und das eingesetzte Material aus dem das Strömungsmodul besteht kann nahezu vollständig verwendet werden. Materialabfälle fallen daher kaum an. Zudem kann die Form der ausströmseitigen Strömungsquerschnitte der Strömungskanäle und die Trennwände zwischen benachbarten Strömungskanälen mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden. Dies ist besonders von Vorteil, wenn das Strömungsmodul in einem Strömungsgitter eingesetzt wird, das unmittelbar vor der Düse eines Stoffauflaufes angeordnet ist. Dort ist austrittsseitig eine gute Strömungsqualität zur Erreichung einer guten Papierqualität besonders wichtig. Die Lösung ermöglicht auch einen Zusammenbau mehrerer Strömungsmodule zu einem Strömungsgitter mit reduziertem Aufwand. Das so gebildete Strömungsgitter weist keine Spalte im Strömungsbereich der Faserstoffsuspension, insbesondere in den Strömungskanälen von der Einströmseite bis zur Ausströmseite auf. Die Länge der einzelnen Strömungsmodule entspricht der Länge des gebildeten Strömungsgitters in Durchströmrichtung der Faserstoffsuspension.
In einer vorteilhaften Ausführung können einzelne Strömungsmodule durch bekannte Verfahren wie beispielsweise Schweißen, Kleben, Löten, Zusammenspannen, beispielsweise mittels Zuganker, zu einem Strömungsgitter verbunden werden. Die Verbindungsstelle wird dabei durch die Verbindungsfläche der Verbindungselemente gebildet. Die Ausgestaltung der Verbindungselemente und der Verbindungsflächen der zu verbindenden Strömungsmodule sind aufeinander abgestimmt, so dass einerseits keine Spalte auftreten und zum anderen die Festigkeitsanforderungen bezüglich den Einflüssen von Druck und von mechanischen Einwirkungen erfüllt sind. So können die Verbindungselemente auch formschlüssig miteinander verbunden sein. Beispielsweise können die Verbindungselemente eine Schwalbenschwanzverbindungen, oder eine Bajonettverbindungen, oder eine Nut- und Federverbindungen, oder eine Bohrung- und Bolzenverbindung aufweisen. Diese Verbindungen können auch durch ihre Ausführung die Funktion einer Positionierhilfe erfüllen. Dadurch lassen sich die Strömungsmodule schnell und positionsgenau zusammenbauen.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung können während der Fertigung Befestigungselemente zur Verbindung mit benachbarten Strömungsmodulen und/oder zur Verbindung mit dem Stoffauflauf als integraler Bestandteil eines Strömungsmoduls angebracht sein.
In einer weiteren möglichen Ausführung ist einströmseitig mindestens ein eine Verbindungsfläche aufweisendes Verbindungselement für das Verbinden mit dem entsprechenden Verbindungselement mindestens eines weiteren Strömungsmoduls vorgesehen. Zweckmäßigerweise sind benachbarte Strömungskanäle ausströmseitig durch eine Trennwand voneinander getrennt und der Abstand zwischen der Verbindungsfläche und einem benachbarten Strömungskanal einen Wert im Bereich des 0,2-fachen bis 0,8- fachen der Wandstärke der Trennwand annimmt. Dabei entspricht der Abstand zwischen der Verbindungsfläche und einem benachbarten Strömungskanal, in diesem Fall eines außenliegenden Strömungskanals des Strömungsmoduls, in etwa der Wandstärke des außenliegenden Strömungskanals der Strömungsmoduls. Der Vorteil ist, dass die ausströmseitigen Trennwände und Wandstärken sehr dünn ausgeführt werden können. Dies wirkt sich insbesondere bei einem Turbulenzeinsatz vorteilhaft aus. Die Strömung in die Stoffauflaufdüse hinein wird somit vergleichmäßigt und störende Ablösewirbel an den Stegenden werden reduziert oder gar vermieden. Zur Optimierung der Strömung kann der Abstand zwischen der Verbindungsfläche und einem benachbarten Strömungskanal in dem oben angegebenen Bereich frei gewählt werden. Dies ist beim bekannten Stand der Technik nicht möglich, bei dem die einzelnen Strömungskanäle ausgehend von Rohren hergestellt werden.
In einem praktischen Fall kann die Wandstärke der Trennwand im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 1 ,5 mm liegen. Dies wirkt sich insbesondere bei einem Turbulenzeinsatz vorteilhaft aus. Die Strömung in die Stoffauflaufdüse hinein wird somit vergleichmäßigt und störende Ablösewirbel an den Stegenden werden reduziert oder gar vermieden.
Vorzugsweise ist das additive Fertigungsverfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Metalldruck, Laserauftragsschweißen, Dreidimensionales Druckverfahren, selektives Lasersintern, selektives Laserschmelzen, welches auch unter dem englischen Begriff „Powder Bed Fusion" bekannt ist. Standards dazu wurden von ASTM (American Society for Testing and Materials) erstellt.. Vorzugsweise wird als Material rostfreier Edelstahl verwendet, da dieses Material die erforderliche Festigkeit und gleichzeitig die Anforderungen der Suspensionen hinsichtlich beispielsweise chemischer Beständigkeit und Verschmutzungsanfälligkeit an die Strömungskanäle in einem Stoffauflauf erfüllt.
In einer bevorzugten möglichen Ausführungsform umfasst das Strömungsmodul mindestens 3, insbesondere mindestens 6, vorzugsweise mindestens 12 Strömungskanäle. Durch die Realisierung vieler Strömungskanäle in einem Strömungsmodul werden die Verschmutzungsanfälligkeit und die Anzahl der Strömungsmodule für einen Stoffauflauf reduziert.
Ferner ist es möglich, die Strömungskanäle nebeneinander in horizontaler und/oder in vertikaler Richtung anzuordnen.
Bei einer praktischen Ausführungsform kann die Teilung der Strömungskanäle in horizontaler und/oder in vertikaler Richtung in einem Bereich von 10 mm bis 30 mm, insbesondere von 15 mm bis 25 mm liegen. Dies kann für die Teilung der Strömungskanäle einströmseitig und/oder ausströmseitig betreffen. Eine kleine Teilung ist ebenfalls für eine gute Strömungsqualität ohne grobe Wirbel von Vorteil.
In einer weiteren praktischen Weiterentwicklung weist das mindestens eine einstromseitige und/oder ausstromseitige Verbindungselement mindestens eines Strömungsmoduls mindestens eine Befestigungsvorrichtung zur Krafteinleitung auf. Die Befestigungsvorrichtung kann eine durchgängige Öffnung zur Aufnahme eines Zugankers umfassen oder ein Gewinde.
Zur Anwendung der Verdünnungswassertechnologie ist es möglich, dass das mindestens eine einstromseitige und/oder mindestens eine ausstromseitige Verbindungselement mindestens eine Zuführöffnung zum Zuführen eines Fluids, wie beispielsweise Siebwasser als Verdünnungswasser zur Einstellung des Querprofils der flächenbezogenen Masse der produzierten Papierbahn, in mindestens einen der Strömungskanäle aufweist. Trotz der Zuströmöffnungen und -kanäle bleibt das Strömungsmodul kompakt und ist mit dem additiven Fertigungsverfahren einfach und einstückig herstellbar.
In einer praktischen Ausführung weist das mindestens eine einstromseitige und/oder mindestens eine ausstromseitige Verbindungselement einen Falz, der vorzugsweise in z- Richtung verläuft, zur Aufnahme eines entsprechend komplementär ausgeführten Verbindungselementes eines weiteren benachbarten Strömungsmoduls auf. Diese Falzverbindung ermöglicht einerseits eine formschlüssige Verbindung und andererseits eine in horizontaler Richtung asymmetrische Anordnung der Verbindungsflächen zu den Strömungskanälen der Strömungsmodule. Da der Staupunkt der Anströmung des Strömungsgitters symmetrisch zu den Strömungskanälen liegt, kann somit die verschmutzungsanfällige Trennfüge zwischen den Verbindungsflächen zwischen zwei Strömungsmodulen außerhalb des Staupunktes angeordnet werden. Das Risiko der Faserwischbildung zwischen den Verbindungsflächen wird somit reduziert oder sogar vermieden.
Insbesondere bei kleinen Teilungen der Strömungskanäle können die Strömungskanäle an der Einströmseite einen ovalen Strömungsquerschnitt aufweisen. Dies ermöglicht die Realisierung kleiner Teilungen für eine gute Strömungsqualität nach dem Strömungsgitter, ohne das Risiko der Bildung von Faserbrücken infolge zu kleiner Landflächen zwischen den einströmseitigen Strömungskanälen eingehen zu müssen.
Der ovale Strömungsquerschnitt kann vorzugsweise im Verlauf der Strömungsrichtung in einen runden Strömungsquerschnitt übergehen.
Dabei kann das Flächenverhältnis von ovalem Strömungsquerschnitt zu rundem Strömungsquerschnitt zwischen 0,1 und 10, insbesondere zwischen 0,1 und 1 liegen.
In einer weiteren Ausführungsform können die Strömungskanäle an der Ausströmseite einen rechteckigen und/oder einen quadratischen Strömungsquerschnitt aufweisen.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Strömungskanäle an der Ausströmseite einen sechseckigen und/oder einen fünfeckigen Strömungsquerschnitt aufweisen.
In einer möglichen bevorzugten praktischen Weiterentwicklung weist die Form des Strömungsquerschnittes der Strömungskanäle an der Ausströmseite Radien im Bereich zwischen 0,2 mm und 3 mm auf. Das Geschwindigkeitsprofil wird dadurch über den Strömungsquerschnitt vergleichmäßigt und die Ausbildung störender Wirbel in der Nachlaufströmung des Strömungsgitters vermieden.
Ferner ist es möglich, das Strömungsmodul mit Befestigungselementen auszustatten. Diese können zum Beispiel als Durchgangsöffnungen oder als Gewindebohrungen ausgeführt sein. Die sich in z-Richtung erstreckenden Befestigungsvorrichtungen können zur Befestigung des Strömungsmoduls am Stoffauflauf dienen. Das Strömungsmodul kann auch so ausgeführt und dimensioniert sein, dass das Strömungsmodul selbst als Zuganker in Verbindung mit den in z-Richtung sich erstreckenden Befestigungsvorrichtungen zur Aufnahme der durch die unter Druck stehenden Düse erzeugten Aufweitkräfte dient.
Die Aufgabe wird auch durch ein Strömungsgitter nach Anspruch 8 gelöst. Anspruch 8 betrifft ein Strömungsgitter für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension mit mehreren quer zur Durchströmrichtung nebeneinander oder nebeneinander und übereinander angeordneten Strömungskanälen. Erfindungsgemäß umfasst das Strömungsgitter mehrere Strömungsmodule nach Anspruch 1 .
Das Strömungsgitter weist eine Höhe und eine Breite auf. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Strömungsmodule so ausgebildet, dass sie sich jeweils über die gesamte Höhe und gesamte Länge des Strömungsgitters erstrecken und in Breitenrichtung nebeneinander angeordnet sind und das Strömungsgitter bilden Die Länge ist in Durchströmrichtung des Strömungsmoduls beziehungsweise des Strömungsgitters gemessen.
In einer weiteren alternativen Ausführung weisen die Strömungsmodule ein oder mehrere als Schlitze ausgeführte Lamellenhalter zur mechanischen Aufnahme von Trennlamellen auf. Die Lamellenhalter erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Breite des Strömungsgitters.
In einer möglichen Ausgestaltung weist das Strömungsgitter eine Höhe und eine Breite auf. Die Strömungsmodule können so ausgebildet sein, dass in der Höhenrichtung und in der Breitenrichtung des Strömungsgitters jeweils mehrere Strömungsmodule nebeneinander angeordnet sind und das Strömungsgitter bilden. Auch in diesem Beispiel entspricht die Länge der Strömungsmodule der Länge des Strömungsgitters. Sind in diesem Fall Trennlamellen in der Düse des Stoffauflaufes vorgesehen, so können die als Schlitze ausgeführten Lamellenhalter jeweils durch zwei übereinander angeordnete Strömungsmodule gebildet werden. So kann beispielsweise das obere Strömungsmodul den oberen Teil und das untere Strömungsmodul den unteren Teil des Lamellenhalters ausbilden.
Das Strömungsgitter kann ausströmseitig an seinen beiden quer zur Durchströmrichtung liegenden Rändern jeweils mindestens ein Randströmungsmodul umfassen. Das Randströmungsmodul kann sich vom Strömungsmodul in seiner Breite unterscheiden. Dies kann dann zutreffen, wenn die Breite des Strömungsgitters kein Vielfaches der Breite eines Strömungsmodules ist. In diesem Fall werden die Randströmungsmodule in ihrer Breite so angepasst, dass die Breite aller Strömungsmodule zusammen mit den Randströmungsmodulen die Breite des Strömungsgitters ergibt. Hierbei ist es auch denkbar, dass sich die Teilung und/oder die Breite und/oder die Anzahl der Strömungskanäle eines Randströmungsmoduls ebenfalls von denen eines Strömungsmodules unterscheiden. Zur Beeinflussung der Strömung in der Düse des Stoffauflaufes können die Randströmungsmodule so ausgeführt sein, dass eine separate und eine von den restlichen Strömungsmodulen unabhängige Versorgung mit einem Fluid, beispielsweise einer Faserstoffsuspension, möglich ist. Dieser separate Volumenstrom kann eine andere Zusammensetzung und/oder einen variablen und steuerbaren Durchsatz aufweisen. Damit kann beispielsweise die flächenbezogene Masse und /oder die Faserorientierung im Papier beeinflusst werden.
Um den Festigkeitsanforderungen an das Strömungsgitter im Randbereich Rechnung zu tragen, kann der Abstand zwischen der randständigen Außenfläche und einem randständigen Strömungskanal als auch die Wandstärke der randständigen Trennwand zwischen randständigen Strömungskanälen des Randströmungsmoduls größer sein als die entsprechenden Maße eines Strömungsmoduls.
Die Aufgabe wird auch durch ein Strömungsgitter nach Anspruch 1 1 gelöst. Anspruch 1 1 betrifft ein Strömungsgitter für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension mit mehreren quer zur Durchströmrichtung nebeneinander oder nebeneinander und übereinander angeordneten Strömungskanälen. Die Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass das Strömungsgitter einstückig durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt ist. In verschiedenen Weiterbildungen des Strömungsgitters können die im Zusammenhang mit dem Strömungsmodul beschriebenen Merkmale einzeln oder in Kombination auch auf das Strömungsgitter angewandt werden, sofern es sich nicht um spezifische Merkmale von Modulen, wie beispielsweise der verschiedenen Arten der Verbindung von Strömungsmodulen, betreffen.
Die Aufgabe wird auch durch einen Stoffauflauf für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, mit einem Verteiler, einem Turbulenzgenerator und einer Düse nach Anspruch 12 gelöst. Die Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass der Turbulenzgenerator als Strömungsgitter nach Anspruch 8 oder Anspruch 1 1 ausgeführt ist und in Durchströmrichtung gesehen unmittelbar vor der Düse angeordnet ist.
In einer möglichen alternativen Ausführungsform ist in Durchströmrichtung gesehen vor dem Turbulenzgenerator ein Zwischenkanal und vor dem Zwischenkanal ein Rohrgitter angeordnet ist, wobei das Rohrgitter als Strömungsgitter nach Anspruch 8 oder Anspruch 1 1 ausgeführt ist.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungsmoduls für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension, umfassend mindestens zwei Strömungskanäle mit einer Einströmseite und mit einer Ausströmseite, sowie einströmseitig mindestens ein eine Verbindungsfläche aufweisendes Verbindungselement für das direkte Verbinden mit dem entsprechenden Verbindungselement mindestens eines weiteren Strömungsmoduls vorgesehen, wobei das Strömungsmodul einstückig durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wird.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungsgitters für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension mit mehreren quer zur Durchströmrichtung nebeneinander oder nebeneinander und übereinander angeordneten Strömungskanälen vorgesehen, wobei das Strömungsgitter einstückig durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wird. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigen
Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungsmoduls in dreidimensionaler Darstellung;
Figur 2a eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Strömungsmoduls in geschnittener Darstellung;
Figur 2b eine weitere Ausführungsform mit übereinander angeordneten
erfindungsgemäßen Strömungsmodulen in geschnittener Darstellung;
Figur 2c eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Strömungsmoduls in geschnittener Darstellung mit
Befestigungselementen;
Figur 3 eine Ausführungsform des Lamellenhalters dreidimensionaler Darstellung; Figur 4a einen ausströmungsseitigen Ausschnitt aus einem Strömungsgitter in der
Draufsicht mit der Verbindungsstelle zweier Strömungsmodule;
Figur 4b einen ausströmungsseitigen Ausschnitt aus einem Strömungsgitter in der
Draufsicht mit einer weiteren Ausführung der Verbindungsstelle zwischen zwei Strömungsmodulen;
Figur 5 eine Ausführungsform eines Strömungsgitters in vereinfachter
dreidimensionaler Darstellung; Figur 6a - 6c weitere Ausführungsformen von Strömungsgittern mit unterschiedlich ausgeführten und angeordneten Strömungsmodulen;
Figur 7 eine Ausführungsform eines Randströmungsmoduls; Figur 8 eine weitere Ausführungsform eines Strömungsgitters in vereinfachter dreidimensionaler Darstellung;
Figur 9a eine Ausführungsform der Einströmseite eines Strömungsgitters mit
Strömungsmodulen mit Befestigungselementen;
Figur 9b eine weitere Ausführungsform der Einströmseite eines Strömungsgitters mit Strömungsmodulen mit Zuführöffnungen; Figur 10 eine Ausführungsform eines Stoffauflaufes mit Strömungsmodulen in
vereinfachter dreidimensionaler Darstellung;
Die Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungsmoduls 1 in dreidimensionaler Darstellung. Das Strömungsmodul 1 umfasst in horizontaler Richtung 1 1 drei Strömungskanäle 3 in einer Zeile und in z-Richtung 12, also in vertikaler Richtung, vier Strömungskanäle 3. Alle Strömungskanäle 3 besitzen an der Ausströmseite 6 einen rechteckigen Strömungsquerschnitt und an der Einströmseite 5 einen runden Strömungsquerschnitt. Das Strömungsmodul weist an seiner Ausströmseite 6 auf beiden Seiten je ein eine Verbindungsfläche 7 aufweisendes Verbindungselement 8 für das direkte Verbinden mit den entsprechenden Verbindungselementen von benachbarten Strömungsmodulen 1 oder Randströmungsmodulen 2 auf. Durch die Anwendung eines additiven Fertigungsverfahrens, in diesem Fall des „Powder Bed Fusion" Verfahrens, kann die Teilung der Strömungskanäle 3, 3' bei Berücksichtigung der geometrischen Anforderungen an das Strömungsgitter 20 eines Stoffauflaufes 21 bei Bedarf kleiner ausgeführt werden als bei bekannten Ausführungen. Die Verbindungselemente 8 sind sehr dünn ausgeführt und bilden ausstromseitig die Wandungen der außenständigen Strömungskanäle 3'. Die Teilung 14, 15 der Strömungskanäle 3, 3' können in horizontaler und/oder in vertikaler Richtung in einem Bereich von 10 mm bis 30 mm, insbesondere von 15 mm bis 25 mm liegen. Dies kann für die Teilung 14,15 der Strömungskanäle 3, 3' einströmseitig und/oder ausstromseitig zutreffen. In diesem Beispiel beträgt die horizontale Teilung 14 18 mm. Eine kleine Teilung 14, 15 ist ebenfalls für eine gute Strömungsqualität ohne grobe Wirbel von Vorteil. In dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 sind zwischen den Zeilen der Strömungskanäle 3,3' Lamellen 26 vorgesehen, welche in Lamellenhaltern 4 befestigt sind. In diesem Fall ist die Teilung 15 in z-Richtung größer als die Teilung 14 in horizontaler Richtung 1 1. Werden keine Lamellen 26 vorgesehen, so können die Teilungen in beiden Richtungen gleich groß sein. Benachbarte Strömungskanäle 3, 3' sind durch eine Trennwand 9 voneinander getrennt. Die Wandstärke der Trennwand 9 kann im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 1 ,5 mm liegen. In diesem Beispiel beträgt sie 1 ,2 mm. Dies wirkt sich insbesondere bei einem Turbulenzeinsatz vorteilhaft aus. Die Strömung in die Stoffauflaufdüse hinein wird somit vergleichmäßigt und störende Ablösewirbel an den Stegenden werden reduziert oder gar vermieden. Der Abstand 10 zwischen der Verbindungsfläche 7 und einem benachbarten Strömungskanal 3' entspricht der Wandstärke des außenliegenden Strömungskanals 3' des Strömungsmoduls und kann durch das additive Fertigungsverfahren sehr klein und unabhängig von der Wandstärke der Trennwand 9 gefertigt werden. Der Abstand 10 zwischen der Verbindungsfläche 7 und einem benachbarten Strömungskanal 3' hat einen Wert im Bereich des 0,2-fachen bis 0,8-fachen der Wandstärke der Trennwand 9. In diesem Beispiel beträgt der Abstand 10 mit 0,6mm das 0,5-fache der Wandstärke der Trennwand 9. Das Strömungsmodul 1 weist in diesem Beispiel Befestigungsvorrichtungen 18 auf. Sie sind als Durchgangsbohrungen zur Aufnahme eines Zugankers ausgeführt. Damit können mehrere Strömungsmodule zu einem Strömungsgitter 20 zusammengespannt werden. In dem vorliegenden Beispiel erstrecken sich die Verbindungsflächen 7 von der Einströmseite 5 bis zur Ausströmseite 6. Die beschriebenen Elemente sind integraler Bestandteil des einstückig hergestellten Strömungsmoduls 1 .
Die Figuren 2a bis 2c zeigen jeweils weitere beispielhafte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Strömungsmoduls beziehungsweise Strömungsgitters in einer in Durchströmrichtung 13 geschnittenen Darstellung. In allen drei Ausführungsbeispielen sind auf der Ausströmseite 6 Lamellen 26 gezeigt, welche in jeweils einem durch das additive Herstellverfahren ausgebildeten Lamellenhalter 4 befestigt sind. Die Strömungskanäle 3 haben ausströmseitig einen quadratischen Querschnitt und einströmseitig einen runden Strömungsquerschnitt. Das gebildete Strömungsgitter 20 weist keine Spalte im Strömungsbereich der Faserstoffsuspension, insbesondere in den Strömungskanälen 3 von der Einströmseite bis zur Ausströmseite auf. Die Länge der einzelnen Strömungsmodule 1 , 1 ' entspricht der Länge des gebildeten Strömungsgitters 20 in Durchströmrichtung der Faserstoffsuspension. Das einstückige Strömungsmodul 1 in Figur 2a umfasst drei übereinander liegende Zeilen von Strömungskanälen 3. In der Figur 2b sind drei Strömungsmodule 1 übereinander angeordnet und durch die Verbindungsflächen 7 aufweisenden Verbindungselemente 8 zeilenweise miteinander zu einem Strömungsgitter 20 verbunden. Die Lamellenhalter 4 sind hälftig in den sich gegenüberliegenden Verbindungselementen ausgeformt. Die Verbindungselemente 8 eines Strömungsmoduls 1 können jeweils zu den gegenüberliegenden Verbindungselementen 8 komplementäre Konturen zur formschlüssigen Verbindung zweier Strömungsmodule 1 aufweisen. Die in der Figur 2c dargestellte Ausführungsform eines Strömungsmoduls 1 entspricht der Ausführung in Figur 2a. Es sind zusätzlich noch als Durchgangsbohrungen ausgeführte Befestigungsvorrichtungen 18 in horizontaler Richtung 1 1 und in z-Richtung 12 vorgesehen, welche auch für die Ausführung in der Figur 2b vorhanden sein können. Durch die Befestigungsvorrichtungen 18 lassen sich mehrere Strömungsmodule zu einem Strömungsgitter 20 in horizontaler Richtung 1 1 und / oder in z-Richtung 12 für die Ausführungsform nach Figur 2b zusammenspannen.
Die Figur 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Lamellenhalters 4 eines Strömungsmoduls 1 , insbesondere eines Randströmungsmoduls 2. Der Lamellenhalter 4 erstreckt sich über die gesamte Breite des Strömungsgitters 20. Die Lamellen müssen von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Hierfür werden die Enden der Lamellen für den Einbau seitlich in den Lamellenhalter 4, der nutähnlich ausgeführt ist, eingeschoben. Um das Einfädeln bei diesem Vorgang zu erleichtern, weist das Strömungsmodul 1 oder zumindest das Randströmungsmodul 2 eine Einfahrschräge 4' an der seitlichen Öffnung des Lamellenhalters 4 auf. Die Nutweite 28 des Lamellenhalters 4, in z-Richtung gemessen, liegt an der engsten Stelle im Bereich zwischen 1 mm und 10 mm. Die Strömungsmodule und Randströmungsmodule sind so ausgeführt, dass der Abstand 29, in z-Richtung gemessen, zwischen benachbarten Strömungskanälen 3, 3' im Bereich zwischen 3 mm und 15 mm liegt. Dies gilt auch für den Fall, bei dem zwei Strömungsmodule 1 übereinander angeordnet sind entsprechend der in Figur 2b dargestellten Ausführung.
In der Figur 4a ist ein Ausschnitt aus einem Strömungsgitter 20 der Ausströmseite 6 in der Draufsicht mit der Verbindungsstelle zweier Strömungsmodule 1 , 1 ' dargestellt. An den Verbindungsstellen stoßen die Verbindungsflächen 7 der Verbindungselemente 8 direkt aufeinander. Die Verbindung wird in diesem Beispiel durch Schweißen hergestellt. Die Strömungsmodule sind dabei aus Edelstahl hergestellt. In der Figur 4b ist ebenfalls ein ausströmungsseitiger Ausschnitt aus einem Strömungsgitter 20 in der Draufsicht mit der Verbindungsstelle zweier Strömungsmodule 1 , V dargestellt. An den Verbindungsstellen stoßen die Verbindungsflächen 7 der Verbindungselemente 8 direkt aufeinander. Die Verbindung wird in diesem Beispiel durch Zusammenkleben der Verbindungsflächen 7 hergestellt. Die Strömungsmodule sind dabei aus Kunststoff hergestellt.
Die Figur 5 zeigt eine Ausführungsform eines Strömungsgitters 20 in vereinfachter dreidimensionaler Darstellung. Das Strömungsgitter 20 setzt sich aus zwei Strömungsmodulen 1 , V zusammen, die in horizontaler Richtung 1 1 nebeneinander angeordnet sind. Diese Strömungsmodule 1 , V sind als Randströmungsmodule 2 ausgeführt. Sind aufgrund der Breite 16 des Stoffauflaufes 21 mehrere Strömungsmodule 1 , V notwendig, und setzt sich das Strömungsgitter 20 somit aus zusätzlichen Strömungsmodulen 1 , V zusammen, sind zwischen diesen Randströmungsmodulen 2 weitere Strömungsmodule 1 , 1 ' angeordnet. Die Strömungskanäle 3, 3' haben auf der Ausströmseite 6 einen quadratischen Strömungsquerschnitt. In Verlauf in Richtung Einströmseite 5 geht dieser Strömungsquerschnitt in eine runde Form über. Auf der Einströmseite 5 weisen die Strömungsmodule 1 beziehungsweise Randströmungsmodule 2 ebenfalls Verbindungselemente 8 auf, welche mit den Verbindungsflächen 7 direkt an die Verbindungsflächen 7 der Verbindungselemente 8 des jeweils benachbarten Strömungsmoduls V anliegen. Dem Strömungsgitter 20 ist ein Verteiler 22 zur Versorgung mit Faserstoffsuspension vorgeschaltet. Als Verteiler 22 können die bekannten Ausführungen, wie beispielsweise Querverteiler, Rundverteiler, Schlauchverteiler, vorgesehen sein. In den Figuren 6a bis 6c sind weitere mögliche Ausführungsformen von Strömungsgitter 20 mit unterschiedlich ausgeführten und angeordneten Strömungsmodulen 1 , 1 ' gezeigt. In der in Figur 6a dargestellten Ausführung erstreckt sich ein Strömungsmodul 1 über die gesamte Höhe 17 des Strömungsgitters 20. Über die Breite 16 des Strömungsgitters 20 ist eine Vielzahl vom Strömungsmodulen 1 , V angeordnet. Wie bereits beschrieben, weisen die Strömungsmodule 1 , 1 ' an ihren Ausströmseiten 6 auf beiden Seiten je ein eine Verbindungsfläche 7 aufweisendes Verbindungselement 8 für das direkte Verbinden mit den entsprechenden Verbindungselementen von benachbarten Strömungsmodulen 1 auf. Im vorliegenden Beispiel erstrecken sich die Verbindungselemente 8 und die Verbindungsflächen 7 von der Einströmseite 5 bis zur Ausströmseite 6. In der in Figur 6b dargestellten Ausführungsform eines Strömungsgitters 20 umfassen die Strömungsmodule 1 , V jeweils mindestens vier Strömungskanäle 3, 3', welche in horizontaler Richtung 1 1 angeordnet sind. Über die Höhe 17 des Strömungsgitters 20 sind vier dieser Strömungsmodule 1 , 1 ' stapeiförmig angeordnet. Mehrere dieser Stapel sind wiederum über die Breite 16 nebeneinander angeordnet und wie bereits beschrieben miteinander verbunden. Während in den Ausführungsformen nach den Figuren 6a und 6b einheitliche Strömungsmodule 1 , 1 ' aufweisen, umfasst das Strömungsgitter 20 in der in Figur 6c dargestellten Ausführungsform zwei verschiedene Strömungsmodule 1 , 1 '. Die Form, Geometrie und Anzahl der Strömungskanäle 3, 3' der einzelnen Strömungsmodule 1 , 1 'sind dabei so gewählt, dass sie zusammen ein Strömungsgitter 20 bilden. Die Geometrie und Größe der Strömungskanäle 3, 3' sind im wesentlich für alle Strömungsmodule 1 , 1 ' gleich. Ein Strömungsmodul 1 , 1 ' umfasst 8 Strömungskanäle 3, 3', während das andere Strömungsmodul 1 , 1 ' vier Strömungskanäle 3, 3'umfasst. Die Randströmungsmodule 2 können sich in der Geometrie und insbesondre in den Wandstärken von den Strömungsmodulen 1 , V unterscheiden. Die Figur 7 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform eines Randströmungsmoduls 2. Die Trennwände 9 zwischen benachbarten Strömungskanälen 3, 3' sind dicker ausgeführt als die der Strömungsmodule 1 , V. Dies kann wegen erhöhter mechanischer Beanspruchung des Randströmungsmoduls 2 erforderlich sein. Dies gilt auch für die Ausführung des Abstandes zwischen der randständigen Außenfläche 2' und einem randständigen Strömungskanal 2", also für die Wandstärke eines randständigen Strömungskanles 2", als auch für die Wandstärke der randständigen Trennwand 9' zwischen randständigen Strömungskanälen 2" des Randströmungsmoduls 2.
Die Figur 8 zeigt eine Ausführungsform eines Strömungsgitters 20 in vereinfachter dreidimensionaler Darstellung. Das Strömungsgitter 20 setzt sich aus mehr als zwei Strömungsmodulen 1 , V zusammen, die in horizontaler Richtung 1 1 nebeneinander angeordnet sind. Eines dieser Strömungsmodule 1 , V ist als Randströmungsmodul 2 ausgeführt. Die Strömungskanäle 3, 3' haben auf der Ausströmseite 6 einen quadratischen Strömungsquerschnitt. In Verlauf in Richtung Einströmseite 5 geht dieser Strömungsquerschnitt in eine runde Form über. Auf der Einströmseite 5 weisen die Strömungsmodule 1 beziehungsweise Randströmungsmodule 2 im Gegensatz zu Figur 5 keine Verbindungselemente 8 auf. Die Strömungskanäle weisen eine runde rohrförmige Aussenkontur auf, welche mit Vorrichtungen, wie beispielsweise aufsteckbare Rohre oder Lochplatten, mechanisch und/oder hydraulisch verbunden werden können.
Die Figuren 9a und 9b zeigen eine Ansicht der Einströmseiten zweier Ausführungsformen von Strömungsgittern 20. In der Figur 9a sind als Durchgangsbohrungen ausgeführte Befestigungsvorrichtungen 18 in horizontaler Richtung 1 1 und in z-Richtung 12 vorgesehen. Durch die Befestigungsvorrichtungen 18 lassen sich mehrere Strömungsmodule einströmseitig zu einem Strömungsgitter 20 in horizontaler Richtung 1 1 und / oder in z-Richtung 12 für die Ausführungsform nach Figur 2b beispielsweise mithilfe eines Zugankers zusammenspannen. Alternativ oder zusätzlich können noch als Gewindebohrung ausgeführte Befestigungsvorrichtungen 18 vorgesehen sein. Damit kann das Strömungsgitter 20 mit dem Stoffauflauf 21 verbunden werden. Die Verbindung kann auch zur Beherrschung von Aufweitkräften im Bereich der unter Druck stehenden Düse genutzt werden, wobei das Strömungsgitter 20 beziehungsweise das Strömungsmodul 1 , V als Zuganker zur Aufnahme der Aufweitkräfte wirkt. Bei der Ausführungsform in der Figur 9b sind in den Verbindungselementen 8 Zuführöffnungen 19 und Zuführkanäle zum Zuführen von beispielsweise Verdünnungswasser in die Strömungskanäle 3, 3' integriert. Dabei können alle Strömungskanäle 3, 3' oder nur ein Teil der Strömungskanäle 3, 3' der Strömungsmodule 1 , V mit den Zuführöffnungen 19 verbunden sein. Die Zuführöffnungen 19 können auch auf der Unterseite angeordnet sein. Die Merkmale der beschriebenen Ausführungen der Figuren 9a und 9b können auch kombiniert werden.
Figur 10 zeigt eine Ausführungsform eines Stoffauflaufes mit Strömungsmodulen in vereinfachter dreidimensionaler Darstellung. Der Stoffauflauf 21 umfasst einen als Querverteiler ausgeführten Verteiler 22 der mit einem Rohrgitter 23 verbunden ist. Daran schließt sich ein Zwischenkanal 24 an, der wiederum mit einem Turbulenzgenerator 25 verbunden ist. Der Turbulenzgenerator 25 ist direkt einer Düse 27 vorgeordnet und weist in diesem Beispiel keine Lamellen 26 auf. Das Rohrgitter 23 und/oder der Turbulenzgenerator 25 können als Strömungsgitter 20, das mehrere Strömungsmodule 1 , 1 'umfasst, ausgeführt sein. Das Rohrgitter und der Turbulenzgenerator 25 erstrecken sich über die gesamte Breite 16 des Stoffauflaufes 21. Die verschiedenen, in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale sind nicht auf die jeweiligen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können ausdrücklich auch miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden, sofern sich keine Widersprüche ergeben. Ebenso schränken die Ausführungsbeispiele den Umfang der Erfindung nicht ein. Eine mögliche Kombination oder Teilkombination der beschriebenen Merkmale der Erfindung sollen im Umfang der Erfindung gesehen werden.
Bezugszeichenliste
1 Strömungsmodul
r benachbartes Strömungsmodul
2 Randströmungsmodul
2' randseitige Außenfläche
2" randseitiger Strömungskanal
3 Strömungskanal
3' benachbarter Strömungskanal
4 Lamellenhalter
4' Einfahrschräge
5 Einströmseite
6 Ausströmseite
7 Verbindungsfläche
8 Verbindungselement
9 Trennwand
9' randständige Trennwand
10 Abstand
1 1 horizontale Richtung
12 z-Richtung
13 Durchströmrichtung
14 Teilung horizontal
15 Teilung in z-Richtung
16 Breite
17 Höhe
18 Befestigungsvorrichtung
19 Zuführöffnungen, Zuführkanäle
20 Strömungsgitter
21 Stoffauflauf
22 Verteiler
23 Rohrgitter
24 Zwischenkanal
25 Turbulenzgenerator
26 Lamelle Düse
Nutweite
Abstand

Claims

Strömungsmodul und Verfahren zur Herstellung eines Strömungsmoduls für einenStoffauflauf einer Papiermaschine Patentansprüche
1 . Strömungsmodul (1 , 1 ') für einen Stoffauflauf (21 ) einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension, umfassend mindestens zwei Strömungskanäle (3, 3') mit einer Einströmseite (5) und mit einer Ausströmseite (6),
dadurch gekennzeichnet, dass
ausströmseitig mindestens ein eine Verbindungsfläche (7) aufweisendes
Verbindungselement (8) für das direkte Verbinden mit dem entsprechenden Verbindungselement (8) mindestens eines weiteren Strömungsmoduls (1 , 1 ') vorgesehen ist, und dass das Strömungsmodul (1 , 1 ') einstückig durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt ist.
2. Strömungsmodul (1 , 1 ') nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
einströmseitig mindestens ein eine Verbindungsfläche (7) aufweisendes
Verbindungselement (8) für das Verbinden mit dem entsprechenden
Verbindungselement (8) mindestens eines weiteren Strömungsmoduls (1 , 1 ') vorgesehen ist. 3. Strömungsmodul (1 , 1 ') nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
benachbarte Strömungskanäle (3,
3') ausströmseitig durch eine Trennwand (9) voneinander getrennt sind und ausströmseitig der Abstand (10) zwischen der Verbindungsfläche (7) und einem benachbarten Strömungskanal (1 ') einen Wert im Bereich des 0,2-fachen bis 0,8-fachen der Wandstärke der Trennwand (9) beträgt
4. Strömungsmodul (1 , 1 ') nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wandstärke der Trennwand (9) im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm,
insbesondere zwischen 0,5 mm und 1 ,5 mm liegt.
5. Strömungsmodul (1 , 1 ') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das additive Fertigungsverfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist:
Metalldruck, Laserauftragsschweißen, Dreidimensionales Druckverfahren, selektives Lasersintern, selektives Laserschmelzen („Powder Bed Fusion") , wobei als Material vorzugsweise rostfreier Edelstahl oder Kunststoff verwendet ist.
6. Strömungsmodul (1 , 1 ') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strömungsmodul (1 , 1 ') mindestens 5, insbesondere mindestens 15, vorzugsweise mindestens 20 Strömungskanäle (3, 3') umfasst.
7. Strömungsmodul (1 , 1 ') nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens eine einströmseitige und/oder ausströmseitige
Verbindungselement (8) mindestens ein Befestigungsvorrichtung (18),
insbesondere eine Öffnung zur Aufnahme eines Zugankers oder insbesondere ein Gewinde, zur Krafteinleitung aufweist.
8. Strömungsgitter (20) für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension mit mehreren quer zur Durchströmrichtung nebeneinander oder nebeneinander und übereinander angeordneten Strömungskanälen (3, 3'),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strömungsgitter (20) mehrere Strömungsmodule (1 , 1 ') nach Anspruch 1 umfasst.
9. Strömungsgitter (20) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsgitter (20) eine Höhe (17) und eine Breite (16) aufweist und dass die Strömungsmodule (1 , 1 ') so ausgebildet sind, dass sie sich jeweils über die gesamte Höhe (17) des Strömungsgitters (20) erstrecken und in Breitenrichtung nebeneinander angeordnet sind.
10. Strömungsgitter (20) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strömungsgitter (20) eine Höhe (17) und eine Breite (16) aufweist und dass die Strömungsmodule (1 , 1 ') so ausgebildet sind, dass in der Höhenrichtung und in der Breitenrichtung des Strömungsgitters jeweils mehrere Strömungsmodule (1 , 1 ') nebeneinander angeordnet sind.
1 1 . Strömungsgitter (20) für einen Stoffauflauf (21 ) einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoff bahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension mit mehreren quer zur Durchströmrichtung (13) nebeneinander oder nebeneinander und übereinander angeordneten Strömungskanälen (3, 3'),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strömungsgitter (20) einstückig durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt ist.
12. Stoffauflauf (21 ) für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn,
insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, mit einem Verteiler (22), einem Turbulenzgenerator (25) und einer Düse (27),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Turbulenzgenerator (25) als Strömungsgitter (20) nach Anspruch 8 oder Anspruch 1 1 ausgeführt ist und in Durchströmrichtung (13) gesehen unmittelbar vor der Düse (27) angeordnet ist.
13. Stoffauflauf (21 ) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Durchströmrichtung (13) gesehen vor dem Turbulenzgenerator (25) ein
Zwischenkanal (24) und vor dem Zwischenkanal (24) ein Rohrgitter (23) angeordnet ist, wobei das Rohrgitter (23) als Strömungsgitter (20) nach Anspruch 8 oder Anspruch 1 1 ausgeführt ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Strömungsmoduls (1 , 1 ') für einen Stoffauflauf (21 ) einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension, umfassend mindestens zwei Strömungskanäle (3, 3') mit einer Einströmseite (5) und mit einer Ausströmseite (6), sowie ausströmseitig mindestens ein eine Verbindungsfläche (7) aufweisendes Verbindungselement (8) für das direkte Verbinden mit dem entsprechenden Verbindungselement (8) mindestens eines weiteren Strömungsmoduls (1 , 1 '), wobei das Strömungsmodul (1 , 1 ') einstückig durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Strömungsgitters (20) für einen Stoffauflauf (21 ) einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension mit mehreren quer zur Durchströmrichtung (13)
nebeneinander oder nebeneinander und übereinander angeordneten
Strömungskanälen (3, 3'), wobei das Strömungsgitter (20) einstückig durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wird.
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