WO2019063160A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines strömungselements - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines strömungselements Download PDF

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WO2019063160A1
WO2019063160A1 PCT/EP2018/069328 EP2018069328W WO2019063160A1 WO 2019063160 A1 WO2019063160 A1 WO 2019063160A1 EP 2018069328 W EP2018069328 W EP 2018069328W WO 2019063160 A1 WO2019063160 A1 WO 2019063160A1
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WO
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flow
sub
partial
flow channel
channel
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PCT/EP2018/069328
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Ruf
Konstantin Fenkl
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a flow element with at least one flow channel for the passage of a fluid, in particular a pulp suspension, in a flow direction, wherein at least a first partial element with at least a first partial flow channel and a second partial element with at least one second partial flow channel are provided for forming the flow element be, and the first sub-element and the second sub-element in the flow direction directly behind each other to form the at least one flow channel can be arranged.
  • the invention also relates to a flow element, a flow grid, and a headbox for a machine for producing a fibrous web.
  • Devices of this type are known.
  • the document DE69719756 T2 discloses a tube header of a headbox for a paper machine for producing a fibrous web with a plurality of flow channels.
  • These flow channels are plate-like modules and plates upstream with further flow channels, which are formed by machining.
  • the plate-like modules have additional channels for metering dilution medium into the flow channels. The plates can be loosened for cleaning purposes.
  • Document DE102009055229 A1 discloses a similar device for a headbox for feeding fiber suspension with a plurality of flow channels.
  • module-like blocks which are arranged between an inlet plate and a outlet plate and connected by means of clamping elements and screws with the plates.
  • the structure is detachably chosen so that a change of the modular blocks is possible.
  • the channels of the plates and blocks are made by drilling or for larger channel lengths by deep hole drilling.
  • the known devices on the one hand have the disadvantage of a large variety of parts. All these parts have to be manufactured and individually machined, joined and aligned.
  • the object of the invention is therefore an improved method for producing a flow element, and to propose an improved device, which in particular simplifies the production of a flow element with improved dimensional accuracy and thus more cost-effective and on the other hand the scope in the design of the flow element to optimize the technological effect is enlarged.
  • the object is solved by features of claim 1.
  • the second sub-element is produced by an additive manufacturing method and is thereby printed on the first sub-element in a pressing step.
  • the at least first sub-element and the second sub-element are thus connected by the manufacturing process to a one-piece part.
  • the flow element comprising the at least first sub-element and the second sub-element thus consists of one piece.
  • the flow element is used as a flow grid or as part of a flow grid for a headbox of a machine for producing a fibrous web, in particular a paper, tissue or board web.
  • the end of the flow channel forms an outflow area.
  • the at least one flow channel comprises only a first subelement and a second subelement, the beginning of the first subelement with the first subflow channel forms an inflow region in the direction of flow.
  • the flow element is used as a flow grid or as part of a flow grid for a headbox of a machine for producing a fibrous web, in particular a paper, tissue or board web, wherein the flow grid forms the turbulence generator of the headbox and immediately before the nozzle of Headbox is arranged.
  • an intermediate channel or a distributor can be provided directly in front of the turbulence generator. The intermediate channel may extend across the width and height of the turbulence generator.
  • the flow element is used as a flow grid or as part of a flow grid for a headbox of a machine for producing a fibrous web, in particular a paper, tissue or board web, wherein the flow grid forms the arranged directly after the manifold pipe grid of the headbox.
  • an intermediate channel is provided after the pipe grid.
  • the pulp supersion flow enters the nozzle directly after the second subelement.
  • the walls surrounding the second sub-flow channel can be produced with very thin wall thicknesses, thus avoiding the occurrence of disturbing turbulence in the outflow region of the flow element.
  • this makes it possible to realize optimum shapes of the flow cross-section in the outflow region of the flow channel with regard to the flow quality.
  • Another advantage results from the fact that by the production by means of an additive manufacturing process constructive elements with auxiliary function, such as brackets and holes for attachment of the flow element at the headbox and the introduction of force and attachment of, for example, inserted in the nozzle fins, without adversely affecting itself the flow quality impacting geometry of the second partial flow channel are possible.
  • the first sub-element thus acts as a pressure element according to the invention, wherein the first part-flow channel is at the same time part of the flow channel of the flow element.
  • a first sub-element is provided with a partial flow channel. The manufacturing process with the used additive manufacturing process for the second sub-element thus begins on the first sub-element with the Anyakvorgang, wherein the material of the additive manufacturing process is directly connected to the first sub-element according to the additive manufacturing process used.
  • Another advantage of this embodiment is the possibility of a tube-like design of the second partial flow channel, the wall thickness thinner than in flow channels which conventionally, for example by using a tube forming or drilling or other machining processes, made to perform.
  • This has a particularly advantageous effect when the flow element is used as a flow grid or as part of a flow grid for a headbox of a paper machine.
  • Use of this flow grid as a turbulence generator or as part of a turbulence generator directly in front of the nozzle of a headbox has an advantageous effect on the flow quality of the fiber suspension flow into the nozzle. Disturbing turbulence structures can be reduced or even prevented.
  • the flow cross-sectional area of the second partial flow channel of the second partial element may be equal to or greater than the flow cross-sectional area of the first partial flow channel of the first partial element in the region of the pressure parts, that is to say at the transition from the first partial element to the second partial element.
  • the shape of the flow cross section of the second partial flow channel of the second partial element can be selected from the following group at least over part of the length in the flow direction: round, hexagonal, pentagonal, oval, square, rectangular. In the flow direction different shapes can be easily realized.
  • the shape of the flow cross-section at the beginning of the second partial flow channel may be round, followed by a transitional cross-section to a square, rectangular, hexagonal or pentagonal flow cross-section in the outflow region.
  • the shape of the flow cross section of the second partial flow channel of the second partial element is preferably hexagonal, pentagonal, square or rectangular at least at the end of the second partial flow channel in the throughflow direction.
  • the additive manufacturing process is selected from the following group: metal printing, laser cladding, three-dimensional printing, selective laser sintering, powder-bed fusion, preferably using stainless steel or plastic as the material.
  • At least a third sub-element with at least one third partial flow channel is arranged directly on the side of the at least one first sub-element facing away from the second sub-element to form a part of the flow channel of the flow element.
  • the beginning of the third subelement with the third subflow channel forms an inflow region in the direction of flow.
  • the at least one third subelement can form the initial region, that is to say the inflow region into the flow element.
  • the flow can flow from an upstream channel into the at least one third subelement.
  • the at least one third sub-element with the at least one first sub-element is mechanically, for example, positive or frictional, for example by means of O-rings, connected.
  • Conceivable is a connection by screwing, gluing, welding, soldering.
  • the at least one third sub-element is produced by an additive manufacturing process and thereby printed on the at least one first sub-element.
  • the at least one first sub-element preferably before the pressure step, mechanically and / or processed by a laser process.
  • the first partial flow channel and / or the outer contour is processed mechanically and / or with a laser process. This can preferably be carried out inexpensively on numerically controlled drilling or milling machines.
  • the at least one third sub-element made of stainless steel and / or plastic. These materials can be processed well and can be selected according to the application of the flow element.
  • the at least one third subelement can be designed as a socket, as a tube or as a perforated plate.
  • the flow-contacted surface of the at least one flow channel of the flow element can be processed by surface treatment methods.
  • electrochemical processes can be used.
  • the at least one flow element can serve as the anode, wherein the anode connection can be printed with an additive manufacturing process.
  • a tool serving as a cathode becomes within the flow channel with a gap forming distance leading to the flow-contacted surface. The gap is filled with an electrolyte.
  • electropolishing By applying a voltage, material is removed from the wall of the flow channel.
  • electropolishing It can also be used as a surface treatment method, the flow grinding.
  • an abrasive paste is routed cyclically along the surface which is in contact with the flow in order to process the surface of the wall of the flow channel.
  • both methods can be used to machine the surface of the flow channel.
  • the object of the invention is also achieved by a flow element produced by the method with at least one flow channel for the passage of a fluid, in particular a pulp suspension in a flow direction, the flow element at least a first sub-element with at least a first partial flow channel and a second sub-element with at least one comprises second partial flow channel, and the first sub-element and the second sub-element are arranged in the flow direction directly behind one another to form the at least one flow channel.
  • the second sub-element is produced by an additive manufacturing method and printed on the at least one first sub-element.
  • the flow element is used as a flow grid or as part of a flow grid for a headbox of a machine for producing a fibrous web, in particular a paper, tissue or board web.
  • the end of the flow channel forms an outflow area.
  • the at least one flow channel comprises only a first subelement and a second subelement, the beginning of the first subelement with the first subflow channel forms an inflow region in the direction of flow.
  • the flow element is used as a flow grid or as part of a flow grid for a headbox of a machine for producing a fibrous web, in particular a paper, tissue or board web, wherein the flow grid forms the turbulence generator of the headbox and immediately before the nozzle of Headbox is arranged.
  • an intermediate channel or a distributor can be provided directly in front of the turbulence generator. The intermediate channel may extend across the width and height of the turbulence generator.
  • the flow element is used as a flow grid or as part of a flow grid for a headbox of a machine for producing a fibrous web, in particular a paper, tissue or board web, wherein the flow grid forms the arranged directly after the manifold pipe grid of the headbox.
  • an intermediate channel is provided after the pipe grid.
  • this flow grid as a turbulence generator or as part of a turbulence generator directly in front of the nozzle of a headbox has an advantageous effect on the flow quality, in particular no disturbing Turbulence spectra, the fiber suspension flow out.
  • the second sub-element in the flow direction forms the last sub-element of the flow element.
  • the pulp supernatant flow enters the nozzle directly after the second subelement.
  • the first sub-element thus acts as a pressure element according to the invention, wherein the first part-flow channel is at the same time part of the flow channel of the flow element.
  • a first sub-element is provided with a partial flow channel. The manufacturing process with the used additive manufacturing process for the second sub-element thus begins on the first sub-element with the Anyakvorgang, wherein the material of the additive manufacturing process is directly connected to the first sub-element according to the additive manufacturing process used.
  • Another advantage of this design is the possibility of a tube-like design of the second partial flow channel, the wall thickness thinner than at Flow channels which conventionally, for example by a tube forming technique or by drilling or by other machining processes, were made to perform.
  • This has a particularly advantageous effect if the flow element is used as a flow grid or as part of a flow grid for a headbox of a paper machine.
  • Use of this flow grid as a turbulence generator or as part of a turbulence generator directly in front of the nozzle of a headbox has an advantageous effect on the flow quality of the fiber suspension flow into the nozzle. Disturbing turbulence structures can be reduced or even prevented.
  • the flow cross-sectional area of the second partial flow channel of the second partial element may be equal to or greater than the flow cross-sectional area of the first partial flow channel of the first partial element in the region of the pressure parts, that is to say at the transition from the first partial element to the second partial element.
  • the shape of the flow cross section of the second partial flow channel of the second partial element can be selected from the following group at least over part of the length in the flow direction: round, hexagonal, pentagonal, oval, square, rectangular. In the flow direction different shapes can be easily realized.
  • the shape of the flow cross-section at the beginning of the second partial flow channel may be round, followed by a transition cross-section to a square flow cross-section in the outflow region.
  • the shape of the flow cross section of the second partial flow channel of the second partial element is preferably hexagonal, pentagonal, square or rectangular at least at the end of the second partial flow channel in the throughflow direction. In conjunction with those through the additive manufacturing process possible thin wall thicknesses of the second partial flow channel disturbing turbulence in the wake of the flow element can be avoided.
  • At least one third subelement with at least one third subflow channel is arranged directly on the side of the at least one first subelement remote from the second subelement for forming a part of the flow channel of the flow element.
  • the beginning of the third subelement with the third subflow channel forms an inflow region in the direction of flow.
  • the at least one third subelement can form the initial region, that is to say the inflow region into the flow element.
  • the flow can flow from an upstream channel into the at least one third subelement.
  • the at least one third subelement is mechanically connected to the at least one first subelement, for example by positive engagement or frictional engagement.
  • Conceivable is a connection by screwing, gluing, welding, soldering.
  • the at least one third sub-element is produced by an additive manufacturing process and thereby printed on the at least one first sub-element. This allows a cost-effective production of the flow element by an additive manufacturing process with the described technological and constructive advantages.
  • the at least one first sub-element preferably before the pressure step, machined mechanically and / or with a laser process.
  • the first partial flow channel and / or the outer contour is processed mechanically and / or with a laser process. This can preferably be carried out inexpensively on numerically controlled drilling or milling machines.
  • the flow-contacted surface of the at least one flow channel of the flow element preferably after its production, for the modification of the surface roughness, for example by electropolishing and / or by flow grinding, be processed.
  • At least a third sub-element with at least one third partial flow channel is arranged on the side of the first sub-element facing away from the second sub-element for forming the flow channel.
  • the flow element comprises a plurality of flow channels arranged side by side for the passage of a fluid in a flow direction.
  • the flow element comprises a plurality of juxtaposed flow channels for the passage of a fluid in a flow direction and the at least one first sub-element has a plurality of first Operaströmungskanäle and the second sub-element a plurality of second Operaströmungskanäle to form the plurality of flow channels.
  • the number of first partial flow channels may correspond to the number of second partial flow channels.
  • the flow element comprises a plurality of juxtaposed flow channels for the passage of a fluid in a flow direction and wherein a plurality of first sub-elements each have a first partial flow channel and the second sub-element a plurality of second partial flow channels for forming the plurality of flow channels.
  • a single first subelement is a first one Partial flow channel associated with a second partial flow channel of the second sub-element.
  • the object is also achieved by a flow grid for a headbox with a machine for producing a fibrous web for passing a pulp suspension in a flow direction.
  • the flow grid comprises at least one flow element.
  • 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 is proposed, wherein the nozzle directly upstream turbulence generator is designed as a flow grid according to the invention.
  • a headbox for a machine for producing a fibrous web, in particular a paper, tissue or board web proposed with a manifold, a pipe grid, a turbulence generator and a nozzle, wherein the manifold directly downstream pipe grid as a flow grid according to the invention is executed.
  • Figure 3a shows a third embodiment of an inventive
  • Figure 3b shows a detail of the embodiment of Figure 1 in cut
  • Figure 3c shows a detail of the embodiment of Figure 3a in cut
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of an inventive
  • Figure 5a shows a variant of a headbox with a
  • Figure 5b shows another embodiment of a headbox with a
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of a flow element 1 according to the invention with a flow channel 2 in a sectional view.
  • the flow element 1 comprises a flow channel 2 for the passage of a Fluids, in particular a pulp suspension, in a flow direction 3, wherein the flow element 1 comprises a first sub-element 4 with a first partial flow channel 5 and a second sub-element 6 with a second partial flow channel 7, and the first sub-element 4 and the second sub-element 6 in the flow direction 3 directly one behind the other, are arranged to form the flow channel 2.
  • the second sub-element 6 is produced by an additive manufacturing process and printed on the first sub-element 4.
  • the first sub-element 4 and the second sub-element 6 thus form an integral part, that is, a one-piece part, by the manufacturing process. If the flow element 1 comprises only the first subelement 4 and the second subelement 6, then the flow element 1 consists of only one piece after production. These parts are, without destroying the flow element 1, not detachably connected to each other.
  • a third partial element 8 with a third partial flow channel 9 is arranged directly on the side of the one first partial element 4 facing away from the second partial element 6 to form a part of the flow channel 2 of the flow element 1. In this case, in the flow direction 3, the beginning of the third subelement 8 with the third subflow channel 9 forms an inflow region 22.
  • the flow element 1 comprises only one flow channel 2, which consists of the third subflow channel 9 of the third subelement 8, the second subflow channel 7 of FIG second sub-element 6 and the first partial flow channel 5 of the first sub-element 4 is formed.
  • the second partial element 6 forms an outflow region 23 at the end of the second partial flow channel 7.
  • the shape of the flow cross section of the flow channel 2 is shown as square or rectangular at the outflow region 23.
  • the third sub-element 8 is positively connected to the first sub-element 4 by a thread.
  • sealing means may be provided for sealing the connection point. It is also conceivable to frictionally perform the connection by means of an O-ring seal.
  • the third sub-element 8 is designed as a tube and the first sub-element 4 is designed as a socket. Both partial elements are made of stainless steel. It is also conceivable that the third sub-element 8 protrudes so far into the first sub-element and thereby completely covers the surface of the first partial flow channel 5. In this case, part of the third partial flow channel 9 forms the surface of the first partial flow channel 5 in the region of the first partial element 4.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a flow element 1 according to the invention, which has a plurality of flow channels in contrast to the embodiment according to FIG. 1, in a perspective view.
  • Each flow channel 2 is assigned in each case a first sub-element 4 in the form of a socket.
  • the respective first sub-element 4 has only a first partial flow channel 5.
  • the second sub-element 6 is produced by an additive manufacturing process and printed on the plurality of first sub-elements 4.
  • the first sub-element 4 and the plurality of second sub-elements 6 thus form an integral part, that is, a one-piece part, by the manufacturing process.
  • the flow element 1 comprises only the first part elements 4 and the second part element 6, then the flow element 1 consists of only one piece after production.
  • the plurality of flow channels 2 are arranged in an imaginary first plane and in a substantially parallel second plane adjacent to each other, forming a row of flow channels. The planes can be convergent in the flow direction to each other by a maximum of 20 ° inclined.
  • the flow element 1 in or as turbulence generator 15 in a headbox 12 of a paper machine it is advantageous if between the rows of flow channels 2, a lamella holder 16 for receiving in the nozzle 13 of the headbox 12 projecting slats 14 by the additive Manufacturing process is formed.
  • This will be a compact design with only small paragraphs between the flow channel 2 and lamella 14 achieved, which is particularly advantageous in terms of a good flow quality. Disturbing turbulences are thereby avoided.
  • the flow channels 2 are rohrformig designed with thin wall thickness and only at the end, that is at the outflow area 23, connected to each other by the additive manufacturing process.
  • the flow element 1 shown in FIG. 3a consists of a first subelement 4 with a plurality of subflow channels 5 and a second subelement 6 with a plurality of second subflow channels 5.
  • the second subelement 6 is designed in accordance with the second subelement 6 described in the exemplary embodiment in FIG.
  • the first sub-element 4 is in contrast to the embodiment in Figure 2 as a perforated plate 4, 10 executed.
  • the first sub-element 4 thus consists of only one part.
  • the perforated plate 4, 10 has bores which each form a first partial flow channel 5. Each bore is associated with a second partial flow channel 7. The diameter of each bore is equal to or smaller than the corresponding diameter of the second partial flow channel 7.
  • Both sub-elements 4, 6 are inextricably linked together by the additive manufacturing process in the manufacture of the flow element 1 by the pressure of the second sub-element 6 to the perforated plate 4, 10.
  • the first sub-element 4 has perpendicular to the holes extending tie-bolt holes 1 1 for attachment of the flow element 1 to, for example, a headbox, on.
  • the flow element 1 has a length 21 which, when used as a turbulence generator 15 or as a pipe grid 18, corresponds to the length of the turbulence generator 15 or to a pipe grid 18.
  • the perforated plate 4, 10 forms the inflow region 22 and the second subelement 6 forms a discharge region 23 at the downstream end.
  • FIG. 3b shows a section of the region of the pressure parts at the transition from the first subelement 4 to the second subelement 6 of the flow lattice 1 Embodiment of Figure 1 in a sectional view.
  • the diameter of the first partial flow channel 5 is equal to or smaller than the diameter of the second partial flow channel 7 at the pressure parts.
  • FIG. 3c shows a section of the area of the pressure parts at the transition from the first partial element 4 to the second partial element 6 of the flow grid 1 of the embodiment according to FIG. 3a in a sectional view.
  • the respective diameter of the first partial flow channel 5 is equal to or smaller than the corresponding diameter of the second partial flow channel 7 at the pressure parts.
  • the second partial flow channels 7 are designed like a tube in the region of the transition from the first partial element 4 to the second partial element 6 of the flow grid 1, wherein each of the second partial flow channels 7 has its own wall. Thereafter, these walls are merged so that the adjacent second partial flow channels 7 at least partially have a common wall. This allows the production of flow elements 1 with little material and low weight.
  • the flow element 1 according to FIG. 4 consists of a first partial element 4 with a plurality of first partial flow channels 5 and a second partial element 6 with a plurality of second partial flow channels 7.
  • the first partial element 4 is designed as a perforated plate 10.
  • the embodiment of these elements corresponds to the exemplary embodiment in FIG. 3a.
  • the flow element 1 has a length 21 which, when used as a turbulence generator 15 or as a pipe grid 18 for a headbox of the length of the turbulence generator 15 or as a pipe grid 18 corresponds.
  • the perforated plate 10 forms the inflow region 22 and the second partial element 6 forms an outlet region 23 at the downstream end.
  • FIGS. 5a and 5b Two exemplary embodiments of a headbox are shown in FIGS. 5a and 5b.
  • the headbox comprises a distributor 19, which is arranged directly in front of a turbulence generator 15.
  • the outflow region 23 of the turbulence generator 15 is located directly in front of the inlet into a nozzle 13.
  • Within the nozzle 13, one or more fins are arranged, which are attached to the turbulence generator 15.
  • the pulp suspension coming from the distributor 19 flows in the direction of flow 3 through the turbulence generator 15 via the nozzle 13 to the forming area of a paper machine.
  • the embodiment according to FIG. 5 b differs from the embodiment according to FIG.
  • the flow elements 1 described in the various embodiments can advantageously be used as a turbulence insert or as a pipe grid for a headbox. Depending on the design, a plurality of flow elements 1 can be combined to form a flow grid, such as, for example, a turbulence generator 15 or a pipe grid 18, or the flow grid 1 as a whole forms the corresponding flow grid.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungselementes (1) mit mindestens einem Strömungskanal (2) zur Durchleitung eines Fluides, insbesondere einer Faserstoffsuspension, in einer Durchströmrichtung (3), wobei zur Bildung des Strömungselementes (1) mindestens ein erstes Teilelement (4) mit mindestens einem ersten Teilströmungskanal (5) und ein zweites Teilelement (6) mit mindestens einem zweiten Teilströmungskanal (7) vorgesehen werden, und das erste Teilelement (4) und das zweite Teilelement (6) in Durchströmrichtung (3) direkt hintereinander zur Bildung des mindestens einen Strömungskanals (2) angeordnet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das zweite Teilelement (6) durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wird und dabei an das erste Teilelement (4) in einem Andruckschritt angedruckt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Strömungselements
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungselementes mit mindestens einem Strömungskanal zur Durchleitung eines Fluides, insbesondere einer Faserstoffsuspension, in einer Durchströmrichtung, wobei zur Bildung des Strömungselementes mindestens ein erstes Teilelement mit mindestens einem ersten Teilströmungskanal und ein zweites Teilelement mit mindestens einem zweiten Teilströmungskanal vorgesehen werden, und das erste Teilelement und das zweite Teilelement in Durchströmrichtung direkt hintereinander zur Bildung des mindestens einen Strömungskanals angeordnet werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Strömungselement, ein Strömungsgitter, sowie einen Stoffauflauf für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn. Vorrichtungen dieser Art sind bekannt. Das Dokument DE69719756 T2 offenbart eine Röhrensammelleitung eines Stoffauflaufes für eine Papiermaschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn mit mehreren Strömungskanälen. Diesen Strömungskanälen sind plattenartige Module und Platten mit weiteren Strömungskanälen, welche durch spanendes Bearbeiten ausgebildet sind, vorgelagert. Die plattenartigen Module weisen zusätzliche Kanäle zur Dosierung von Verdünnungsmedium in die Strömungskanäle auf. Die Platten können zu Reinigungszwecken gelöst werden.
Im Dokument DE102009055229 A1 ist eine ähnliche Einrichtung für einen Stoffauflauf zur Zuführung von Fasersuspension mit mehreren Strömungskanälen offenbart. Es sind wiederum modulartige Blöcke vorgesehen, welche zwischen einer Einlaufplatte und einer Auslaufplatte angeordnet und mittels Spannelemente und Schrauben mit den Platten verbunden sind. Der Aufbau ist dabei lösbar gewählt, so dass ein Wechseln der modulartigen Blöcke möglich ist. Die Kanäle der Platten und Blöcke werden durch Bohrungen bzw. für größere Kanallängen durch Tieflochbohren hergestellt. Die bekannten Vorrichtungen weisen einerseits den Nachteil einer großen Teilevielfalt auf. Alle diese Teile müssen hergestellt und einzeln bearbeitet, gefügt und ausgerichtet werden. Andererseits ist es aus technologischer Sicht wichtig, dass die Einzelkanäle der hintereinander angeordneten Platten exakt zu einander ausgerichtet sein müssen, um in jedem Strömungskanal eine möglichst gleiche Strömungscharakteristik hinsichtlich Strömungsgeschwindigkeit, Druckverlust und Turbulenz zu erzielen. Zudem ist in diesem Zusammenhang die Gestaltungsfreiheit, bei der Herstellung der Strömungskanäle durch Bohren, begrenzt. Dies engt den Spielraum bei der Optimierung der technologischen Wirkung der Strömungskanäle ein.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Strömungselementes, sowie eine verbesserte Vorrichtung vorzuschlagen, wodurch insbesondere einerseits die Herstellung eines Strömungselementes mit verbesserter Maßgenauigkeit vereinfacht und somit kostengünstiger wird und andererseits der Spielraum bei der Gestaltung des Strömungselementes zur Optimierung der technologischen Wirkung vergrößert wird. Die Aufgabe wird durch Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Strömungselementes mit mindestens einem Strömungskanal zur Durchleitung eines Fluides, insbesondere einer Faserstoffsuspension, in einer Durchströmrichtung, vorgeschlagen wobei zur Bildung des Strömungselementes mindestens ein erstes Teilelement mit mindestens einem ersten Teilströmungskanal und ein zweites Teilelement mit mindestens einem zweiten Teilströmungskanal vorgesehen werden, und das erste Teilelement und das zweite Teilelement in Durchströmrichtung direkt hintereinander zur Bildung des mindestens einen Strömungskanals angeordnet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das zweite Teilelement durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wird und dabei an das erste Teilelement in einem Andruckschritt angedruckt wird. Das mindestens erste Teilelement und das zweite Teilelement werden durch das Herstellverfahren also zu einem einstückigen Teil verbunden. Das Strömungselement, umfassend das mindestens erste Teilelement und das zweite Teilelement besteht also aus einem Stück. Diese Teile sind, ohne das Strömungselement zu zerstören, nicht lösbar miteinander verbunden.
In einer praktischen Ausführung wird das Strömungselement als Strömungsgitter oder als Teil eines Strömungsgitters für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn eingesetzt. Das Ende des Strömungskanals bildet dabei einen Ausströmbereich. Umfasst dabei der mindestens eine Strömungskanal nur ein erstes Teilelement und ein zweites Teilelement so bildet in Durchströmrichtung der Beginn des ersten Teilelements mit dem ersten Teilströmungskanal einen Einströmbereich.
In einer weiteren möglichen Ausführung wird das Strömungselement als Strömungsgitter oder als Teil eines Strömungsgitters für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn eingesetzt, wobei das Strömungsgitter den Turbulenzgenerator des Stoffauflaufes bildet und unmittelbar vor der Düse des Stoffauflaufes angeordnet ist. Direkt vor dem Turbulenzgenerator kann ein Zwischenkanal oder ein Verteiler vorgesehen sein. Der Zwischenkanal kann sich über die Breite und Höhe des Turbulenzgenerators erstrecken.
In einer weiteren möglichen Ausführung wird das Strömungselement als Strömungsgitter oder als Teil eines Strömungsgitters für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn eingesetzt, wobei das Strömungsgitter das direkt nach dem Verteiler angeordnete Rohrgitter des Stoffauflaufes bildet. In einer möglichen Ausführung ist nach dem Rohrgitter ein Zwischenkanal vorgesehen. Eine Verwendung dieses Ström ungsgitters als Turbulenzgenerator oder als Teil eines Turbulenzgenerators direkt vor der Düse eines Stoffauflaufs wirkt sich vorteilhaft auf die Strömungsqualität, insbesondere entstehen keine störenden Turbulenzspektren, der Fasersuspensionsströmung aus. In diesem Fall bildet das zweite Teilelement in Durchströmrichtung das letzte Teilelement des Strömungselementes. Die Faserstoff-supensionsströmung tritt nach dem zweiten Teilelement direkt in die Düse ein. Durch die Herstellung des zweiten Teilelementes durch ein additives Fertigungsverfahren können die den zweiten Teilströmungskanal umgebende Wände mit sehr dünnen Wandstärken hergestellt werden und somit das Entstehen von störenden Turbulenzen im Ausströmbereich des Strömungselementes vermieden werden. Ebenso lassen sich dadurch hinsichtlich der Strömungsqualität optimale Formen des Strömungsquerschnittes im Ausströmbereich des Strömungskanals realisieren. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass durch die Herstellung mittels eines additiven Fertigungsverfahrens konstruktive Elemente mit Hilfsfunktion, wie beispielsweise Halterungen und Bohrungen zur Befestigung des Strömungselementes am Stoffauflauf und zur Krafteinleitung und Befestigung von beispielsweise in der Düse eingesetzte Lamellen, ohne negative Beeinflussung der sich auf die Strömungsqualität auswirkenden Geometrie des zweiten Teilströmungskanals möglich sind.
Durch das direkte Andrucken des zweiten Teilelementes an das erste Teilelement entfällt die Bereitstellung eines zusätzlichen, nur für den Andruckschritt benötigten Andruckelementes. Das zusätzliche Andruckelement muss daher nach dem Andrucken nicht aufwändig wieder abgetrennt und durch das erste Teilelement ersetzt werden. Das erste Teilelement fungiert somit nach der erfindungsgemäßen Lösung als Andruckelement, wobei der erste Teilströmungskanal gleichzeitig Teil des Strömungskanals des Strömungselementes ist. Bei diesem Herstellverfahren wird ein erstes Teilelement mit einem Teilströmungskanal bereitgestellt. Der Herstellungsprozess mit dem verwendeten additiven Fertigungsverfahren für das zweite Teilelement beginnt also am ersten Teilelement mit dem Andruckvorgang, wobei das Material des additiven Fertigungsverfahrens mit dem ersten Teilelement entsprechend dem verwendeten additiven Fertigungsverfahren direkt verbunden wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist die Möglichkeit bei einer rohrartigen Ausführung des zweiten Teilströmungskanals die Wandstärke dünner als bei Strömungskanälen die konventionell, beispielsweise durch Anwendung einer Rohrumformtechnik oder Bohren oder durch andere spanabhebende Verfahren, hergestellt wurden, auszuführen. Dies wirkt sich insbesondere dann besonders vorteilhaft aus, wenn das Strömungselement als Strömungsgitter oder als Teil eines Strömungsgitters für einen Stoffauflauf einer Papiermaschine eingesetzt wird. Eine Verwendung dieses Strömungsgitters als Turbulenzgenerator oder als Teil eines Turbulenzgenerators direkt vor der Düse eines Stoffauflaufs wirkt sich vorteilhaft auf die Strömungsqualität der Fasersuspensionsströmung bis in die Düse hinein aus. Störende Turbulenzstrukturen können vermindert oder gar verhindert werden.
Die Strömungsquerschnittsfläche des zweiten Teilströmungskanals des zweiten Teilelements kann im Bereich der Andrucksteile, das heißt am Übergang vom ersten Teilelement zum zweiten Teilelement, gleich oder größer sein als die Strömungsquerschnittsfläche des ersten Teilströmungskanals des ersten Teilelements.
Die Form des Strömungsquerschnitts des zweiten Teilströmungskanals des zweiten Teilelements kann zumindest auf einem Teil der Länge in Durchströmrichtung aus folgender Gruppe ausgewählt sein: rund, sechseckig, fünfeckig, oval, quadratisch, rechteckig. In Durchströmrichtung können verschiedene Formen einfach realisiert werden. So kann beispielsweise die Form des Strömungsquerschnittes am Beginn des zweiten Teilströmungskanals rund sein, gefolgt von einem Übergangsquerschnitt zu einem quadratischen, rechteckigen, sechseckigen oder fünfeckigen, Strömungsquerschnitt im Ausströmbereich. Vorzugsweise ist die Form des Strömungsquerschnitts des zweiten Teilströmungskanals des zweiten Teilelements zumindest am Ende des zweiten Teilströmungskanals in Durchströmrichtung sechseckig, fünfeckig, quadratisch oder rechteckig. In Verbindung mit den durch das additive Fertigungsverfahren möglichen dünnen Wandstärken des zweiten Teilströmungskanals können störende Turbulenzen im Nachlauf des Ausströmbereiches des Strömungselements vermieden werden. In einem praktischen Fall wird das additive Fertigungsverfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Metalldruck, Laserauftragsschweißen, Dreidimensionales Druckverfahren, selektives Lasersintern, selektives Laserschmelzen („Powder Bed Fusion"), wobei als Material vorzugsweise Edelstahl oder Kunststoff verwendet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung wird mindestens ein drittes Teilelement mit mindestens einem dritten Teilströmungskanal unmittelbar an der dem zweiten Teilelement abgewandten Seite des mindestens einen ersten Teilelements zur Bildung eines Teiles des Strömungskanals des Strömungselementes angeordnet. In diesem Fall bildet in Durchströmrichtung der Beginn des dritten Teilelements mit dem dritten Teilströmungskanal einen Einströmbereich.
Das mindestens eine dritte Teilelement kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform den Anfangsbereich, das heißt den Einströmbereich in das Strömungselement bilden. Die Strömung kann aus einem vorgelagerten Kanal in das mindestens eine dritte Teilelement einströmen.
In einer weiteren möglichen Ausführung wird das mindestens eine dritte Teilelement mit dem mindestens einen ersten Teilelementes mechanisch, beispielsweise formschlüssig oder reibschlüssig, beispielsweise mittels O-Ringen, verbunden. Denkbar ist ein Verbinden durch Verschrauben, Kleben, Schweißen, Löten.
In einer möglichen Weiterentwicklung wird das mindestens eine dritte Teilelement durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt und dabei an das mindestens eine erste Teilelement angedruckt. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Strömungselementes durch ein additives Fertigungsverfahren mit den beschriebenen technologischen und konstruktiven Vorteilen. Vorzugsweise wird das mindestens eine erste Teilelement, vorzugsweise vor dem Andruckschritt, mechanisch und/oder mit einem Laserverfahren bearbeitet. Dabei wird insbesondere der erste Teilströmungskanal und/oder die Außenkontur mechanisch und/ oder mit einem Laserverfahren bearbeitet. Dies kann vorzugsweise auf numerisch gesteuerten Bohr- oder Fräsautomaten kostengünstig durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist das mindestens eine dritte Teilelement aus Edelstahl und/oder Kunststoff. Diese Werkstoffe lassen sich gut verarbeiten und können entsprechend der Anwendung des Strömungselementes gewählt werden.
Das mindestens eine dritte Teilelement kann als Buchse, als Rohr oder als eine Lochplatte ausgeführt sein.
Ferner kann die strömungsberührte Fläche des mindestens einen Strömungskanals des Strömungselementes, vorzugsweise nach dessen Herstellung, zur Veränderung der Oberflächenrauigkeit, durch Oberflächenbearbeitungsverfahren bearbeitet werden. So können elektrochemische Verfahren angewendet werden. Hierbei kann das mindestens eine Strömungselement als Anode dienen, wobei der Anodenanschluss mit einem additiven Fertigungsverfahren angedruckt sein kann. Ein als Kathode dienendes Werkzeug wird innerhalb des Strömungskanals mit einem einen Zwischenraum bildenden Abstand zur strömungsberührten Fläche geführt. Der Zwischenraum wird mit einem Elektrolyt gefüllt. Durch Anlegen einer Spannung wird Material von der Wandung des Strömungskanals abgetragen. Hierbei kann auch die Kathode durch ein additives Herstellverfahren hergestellt sein. Diese bekannten Verfahren werden auch als Elektropolieren bezeichnet. Es kann als Oberflächenbearbeitungsverfahren auch das Strömungsschleifen angewendet werden. Dieses ist auch bekannt unter den Bezeichnungen Druckfließläppen, Pressläppen, Fließschleifen, MicroStream-Strömungsschleifen und Hubschleifen. Hierbei wird eine abrasive Paste an der strömungsberührten Fläche zur Bearbeitung der Oberfläche der Wandung des Strömungskanals in der Regel zyklisch entlang geführt. Zur Bearbeitung der Oberfläche des Strömungskanales können auch je nach Bearbeitungsaufgabe beide Verfahren zur Anwendung kommen. Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein nach dem Verfahren hergestellten Strömungselement mit mindestens einem Strömungskanal zur Durchleitung eines Fluides, insbesondere einer Faserstoffsuspension, in einer Durchströmrichtung gelöst, wobei das Strömungselement mindestens ein erstes Teilelement mit mindestens einem ersten Teilströmungskanal und ein zweites Teilelement mit mindestens einem zweiten Teilströmungskanal umfasst, und das erste Teilelement und das zweite Teilelement in Durchströmrichtung direkt hintereinander zur Bildung des mindestens einen Strömungskanals angeordnet sind . Erfindungsgemäß ist das zweite Teilelement durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt und an das mindestens eine erste Teilelement angedruckt.
Durch das Andrucken wird eine Verbindung zwischen dem für das additive Fertigungsverfahren verwendeten Material und dem ersten Teilelement hergestellt, die ähnlich der einer Schweißung ist. ln einer praktischen Ausführung wird das Strömungselement als Ström ungsgitter oder als Teil eines Strömungsgitters für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn eingesetzt. Das Ende des Strömungskanals bildet dabei einen Ausströmbereich. Umfasst dabei der mindestens eine Strömungskanal nur ein erstes Teilelement und ein zweites Teilelement so bildet in Durchströmrichtung der Beginn des ersten Teilelements mit dem ersten Teilströmungskanal einen Einströmbereich. Ferner ist es auch möglich, mehrere Strömungselemente zur Ausbildung eines Strömungsgitters nebeneinander anzuordnen.
In einer weiteren möglichen Ausführung wird das Strömungselement als Strömungsgitter oder als Teil eines Strömungsgitters für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn eingesetzt, wobei das Strömungsgitter den Turbulenzgenerator des Stoffauflaufes bildet und unmittelbar vor der Düse des Stoffauflaufes angeordnet ist. Direkt vor dem Turbulenzgenerator kann ein Zwischenkanal oder ein Verteiler vorgesehen sein. Der Zwischenkanal kann sich über die Breite und Höhe des Turbulenzgenerators erstrecken.
In einer weiteren möglichen Ausführung wird das Strömungselement als Strömungsgitter oder als Teil eines Strömungsgitters für einen Stoffauflauf einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn eingesetzt, wobei das Strömungsgitter das direkt nach dem Verteiler angeordnete Rohrgitter des Stoffauflaufes bildet. In einer möglichen Ausführung ist nach dem Rohrgitter ein Zwischenkanal vorgesehen.
Eine Verwendung dieses Strömungsgitters als Turbulenzgenerator oder als Teil eines Turbulenzgenerators direkt vor der Düse eines Stoffauflaufs wirkt sich vorteilhaft auf die Strömungsqualität, insbesondere entstehen keine störenden Turbulenzspektren, der Fasersuspensionsströmung aus. In diesem Fall bildet das zweite Teilelement in Durchströmrichtung das letzte Teilelement des Strömungselementes. Die Faserstoffsupensionsströmung tritt nach dem zweiten Teilelement direkt in die Düse ein. Durch die Herstellung des zweiten Teilelementes durch ein additives Fertigungsverfahren können die den zweiten Teilströmungskanal umgebende Wände mit sehr dünnen Wandstärken hergestellt werden und somit das Entstehen von störenden Turbulenzen im Ausströmbereich des Strömungselementes vermieden werden. Ebenso lassen sich dadurch hinsichtlich der Strömungsqualität optimale Formen des Strömungsquerschnittes im Ausströmbereich des Strömungskanals realisieren. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass durch die Herstellung mittels eines additiven Fertigungsverfahrens konstruktive Elemente, wie beispielsweise Halterungen und Bohrungen zur Befestigung des Strömungselementes am Stoffauflauf und zur Krafteinleitung und Befestigung von beispielsweise in der Düse eingesetzte Lamellen, ohne negative Beeinflussung der sich auf die Strömungsqualität auswirkenden Geometrie des zweiten Teilströmungskanals möglich sind.
Durch das direkte Andrucken des zweiten Teilelementes an das erste Teilelement entfällt die Bereitstellung eines zusätzlichen, nur für den Andruckschritt benötigten Andruckelementes. Das zusätzliche Andruckelement muss daher nach dem Andrucken nicht aufwändig wieder abgetrennt und durch das erste Teilelement ersetzt werden. Das erste Teilelement fungiert somit nach der erfindungsgemäßen Lösung als Andruckelement, wobei der erste Teilströmungskanal gleichzeitig Teil des Strömungskanals des Strömungselementes ist. Bei diesem Herstellverfahren wird ein erstes Teilelement mit einem Teilströmungskanal bereitgestellt. Der Herstellungsprozess mit dem verwendeten additiven Fertigungsverfahren für das zweite Teilelement beginnt also am ersten Teilelement mit dem Andruckvorgang, wobei das Material des additiven Fertigungsverfahrens mit dem ersten Teilelement entsprechend dem verwendeten additiven Fertigungsverfahren direkt verbunden wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist die Möglichkeit bei einer rohrartigen Ausführung des zweiten Teilströmungskanals die Wandstärke dünner als bei Strömungskanälen die konventionell, beispielsweise durch eine Rohrumformtechnik oder durch Bohren oder durch andere spanabhebende Verfahren, hergestellt wurden, auszuführen. Dies wirkt sich insbesondere dann besonders vorteilhaft aus, wenn das Strömungselement als Ström ungsgitter oder als Teil eines Strömungsgitters für einen Stoffauflauf einer Papiermaschine eingesetzt wird. Eine Verwendung dieses Strömungsgitters als Turbulenzgenerator oder als Teil eines Turbulenzgenerators direkt vor der Düse eines Stoffauflaufs wirkt sich vorteilhaft auf die Strömungsqualität der Fasersuspensionsströmung bis in die Düse hinein aus. Störende Turbulenzstrukturen können vermindert oder gar verhindert werden.
Die Strömungsquerschnittsfläche des zweiten Teilströmungskanals des zweiten Teilelements kann im Bereich der Andrucksteile, das heißt am Übergang vom ersten Teilelement zum zweiten Teilelement, gleich oder größer sein als die Strömungsquerschnittsfläche des ersten Teilströmungskanals des ersten Teilelements.
Die Form des Strömungsquerschnitts des zweiten Teilströmungskanals des zweiten Teilelements kann zumindest auf einem Teil der Länge in Durchströmrichtung aus folgender Gruppe ausgewählt sein: rund, sechseckig, fünfeckig, oval, quadratisch, rechteckig. In Durchströmrichtung können verschiedene Formen einfach realisiert werden. So kann beispielsweise die Form des Strömungsquerschnittes am Beginn des zweiten Teilströmungskanals rund sein, gefolgt von einem Übergangsquerschnitt zu einem quadratischen Strömungsquerschnitt im Ausströmbereich.
Vorzugsweise ist die Form des Strömungsquerschnitts des zweiten Teilströmungskanals des zweiten Teilelements zumindest am Ende des zweiten Teilströmungskanals in Durchströmrichtung sechseckig, fünfeckig, quadratisch oder rechteckig. In Verbindung mit den durch das additive Fertigungsverfahren möglichen dünnen Wandstärken des zweiten Teilströmungskanals können störende Turbulenzen im Nachlauf des Strömungselements vermieden werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist mindestens ein drittes Teilelement mit mindestens einem dritten Teilströmungskanal auf der dem zweiten Teilelement abgewandten Seite des mindestens einen ersten Teilelements unmittelbar zur Bildung eines Teiles des Strömungskanals des Strömungselementes angeordnet. In diesem Fall bildet in Durchströmrichtung der Beginn des dritten Teilelements mit dem dritten Teilströmungskanal einen Einströmbereich.
Das mindestens eine dritte Teilelement kann in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform den Anfangsbereich, das heißt den Einströmbereich in das Strömungselement bilden. Die Strömung kann aus einem vorgelagerten Kanal in das mindestens eine dritte Teilelement einströmen.
In einer weiteren möglichen Ausführung ist das mindestens eine dritte Teilelement mit dem mindestens einen ersten Teilelement mechanisch, beispielsweise formschlüssig oder reibschlüssig, verbunden. Denkbar ist ein Verbinden durch Verschrauben, Kleben, Schweißen, Löten.
In einer möglichen Weiterentwicklung ist das mindestens eine dritte Teilelement durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt und dabei an das mindestens eine erste Teilelement angedruckt. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Strömungselementes durch ein additives Fertigungsverfahren mit den beschriebenen technologischen und konstruktiven Vorteilen.
Vorzugsweise ist das mindestens eine erste Teilelement, vorzugsweise vor dem Andruckschritt, mechanisch und/oder mit einem Laserverfahren bearbeitet. Dabei wird insbesondere der erste Teilströmungskanal und/oder die Außenkontur mechanisch und/ oder mit einem Laserverfahren bearbeitet. Dies kann vorzugsweise auf numerisch gesteuerten Bohr- oder Fräsautomaten kostengünstig durchgeführt werden.
Ferner kann die strömungsberührte Fläche des mindestens einen Strömungskanals des Strömungselementes, vorzugsweise nach dessen Herstellung, zur Veränderung der Oberflächenrauigkeit, beispielsweise durch Elektropolieren und/oder durch Strömungsschleifen, bearbeitet sein.
In einer weiteren möglichen Ausführung ist mindestens ein drittes Teilelement mit mindestens einem dritten Teilströmungskanal auf der dem zweiten Teilelement abgewandten Seite des ersten Teilelements zur Bildung des Strömungskanals angeordnet.
In einer möglichen Weiterbildung umfasst das Strömungselement mehrere nebeneinander angeordnete Strömungskanäle zur Durchleitung eines Fluid in einer Durchströmrichtung.
In einer praktischen Ausführung umfasst das Strömungselement mehrere nebeneinander angeordnete Strömungskanäle zur Durchleitung eines Fluides in einer Durchströmrichtung und das mindestens eine erste Teilelement weist mehrere erste Teilströmungskanäle und das zweite Teilelement mehrere zweite Teilströmungskanäle zur Bildung der mehreren Strömungskanäle auf. In diesem Fall kann die Anzahl von ersten Teilströmungskanälen der Anzahl der zweiten Teilströmungskanäle entsprechen.
In einer weiteren Ausgestaltungsform umfasst das Strömungselement mehrere nebeneinander angeordnete Strömungskanäle zur Durchleitung eines Fluides in einer Durchströmrichtung und wobei mehrere erste Teilelemente jeweils einen ersten Teilströmungskanal und das zweite Teilelement mehrere zweite Teilströmungskanäle zur Bildung der mehreren Strömungskanäle aufweisen. Beispielsweise ist ein einzelnes erstes Teilelement mit einem ersten Teilströmungskanal einem zweiten Teilströmungskanal des zweiten Teilelements zugeordnet.
Die Aufgabe wird auch durch ein Strömungsgitter für einen Stoffauflauf mit einer Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn zur Durchleitung einer Faserstoffsuspension in einer Durchströmrichtung gelöst. Das Strömungsgitter umfasst dabei mindestens ein Strömungselement.
Erfindungsgemäß wird auch ein Stoffauflauf für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, mit einem Verteiler einem Turbulenzgenerator und einer Düse vorgeschlagen, wobei der der Düse direkt vorgelagerte Turbulenzgenerator als Strömungsgitter entsprechend der Erfindung ausgeführt ist. Des Weiteren wird auch ein Stoffauflauf für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, mit einem Verteiler, einem Rohrgitter, einem Turbulenzgenerator und einer Düse vorgeschlagen, wobei das dem Verteiler direkt nachgeordnete Rohrgitter als Strömungsgitter entsprechend der Erfindung ausgeführt ist.
Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung - soweit dies technisch sinnvoll ist - beliebig miteinander kombiniert sein können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen Figur 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Strömungselementes mit einem Strömungskanal in geschnittener Darstellung; Figur 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Strömungselementes mit mehreren Strömungskanälen in
perspektivischer Darstellung;
Figur 3a eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Strömungselementes mit mehreren Strömungskanälen in
perspektivischer Darstellung;
Figur 3b einen Ausschnitt der Ausführungsform nach Figur 1 in geschnittener
Darstellung;
Figur 3c einen Ausschnitt der Ausführungsform nach Figur 3a in geschnittener
Darstellung;
Figur 4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Strömungselementes mit mehreren Strömungskanälen in
perspektivischer Darstellung;
Figur 5a eine Ausführungsvariante eines Stoffauflaufes mit einem
erfindungsgemäßen Strömungselement in schematischer Darstellung;
Figur 5b eine weitere Ausführungsvariante eines Stoffauflaufes mit einem
erfindungsgemäßen Strömungselement schematischer Darstellung;
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungselements 1 mit einem Strömungskanal 2 in geschnittener Darstellung. Das Strömungselement 1 umfasst einen Strömungskanal 2 zur Durchleitung eines Fluides, insbesondere einer Faserstoffsuspension, in einer Durchströmrichtung 3, wobei das Strömungselement 1 ein erstes Teilelement 4 mit einem ersten Teilströmungskanal 5 und ein zweites Teilelement 6 mit einem zweiten Teilströmungskanal 7 umfasst, und das erste Teilelement 4 und das zweite Teilelement 6 in Durchströmrichtung 3 direkt hintereinander, zur Bildung des Strömungskanals 2 angeordnet sind. Das zweite Teilelement 6 ist durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt und an das erste Teilelement 4 angedruckt. Das erste Teilelement 4 und das zweite Teilelement 6 bilden durch das Herstellverfahren also ein einstückiges Teil, das heißt, ein aus einem Stück bestehendes Teil. Umfasst das Strömungselement 1 nur das erste Teilelement 4 und das zweite Teilelement 6, so besteht also das Strömungselement 1 nach der Herstellung aus nur einem Stück. Diese Teile sind, ohne das Strömungselement 1 zu zerstören, nicht lösbar miteinander verbunden. In diesem Beispiel nach Figur 1 ist ein drittes Teilelement 8 mit einem dritten Teilströmungskanal 9 unmittelbar an der dem zweiten Teilelement 6 abgewandten Seite des einen ersten Teilelements 4 zur Bildung eines Teiles des Strömungskanals 2 des Strömungselementes 1 angeordnet. In diesem Fall bildet in Durchströmrichtung 3 der Beginn des dritten Teilelements 8 mit dem dritten Teilströmungskanal 9 einen Einströmbereich 22. Das Strömungselement 1 umfasst in diesem Beispiel nur einen Strömungskanal 2, der aus dem dritten Teilströmungskanal 9 des dritten Teilelements 8, dem zweiten Teilströmungskanal 7 des zweiten Teilelements 6 und dem ersten Teilströmungskanal 5 des ersten Teilelements 4 gebildet wird. In Durchströmrichtung 3 gesehen bildet das zweite Teilelement 6 am Ende des zweiten Teilströmungskanals 7, einen Ausströmbereich 23. Die Form des Strömungsquerschnittes des Strömungskanals 2 ist am Ausströmbereich 23 quadratisch oder rechteckig dargestellt. Das dritte Teilelement 8 ist mit dem ersten Teilelement 4 formschlüssig durch ein Gewinde verbunden. Zusätzlich können noch Dichtmittel zur Abdichtung der Verbindungsstelle vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, die Verbindung durch eine O-Ring Dichtung reibschlüssig auszuführen. Das dritte Teilelement 8 ist als Rohr und das erste Teilelement 4 ist als Buchse ausgeführt. Beide Teilelemente bestehen aus Edelstahl. Es ist auch denkbar, dass das dritte Teilelement 8 in das erste Teilelement soweit hineinragt und dabei die Oberfläche des ersten Teilströmungskanals 5 vollständig überdeckt. In diesem Falle bildet ein Teil des dritten Teilströmungskanals 9 die Oberfläche des ersten Teilströmungskanal, 5 im Bereich des ersten Teilelements 4.
Die Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strömungselementes 1 , das im Gegensatz zur Ausführung nach Figur 1 mehrere Strömungskanäle aufweist, in perspektivischer Darstellung. Es sind mehrere Strömungskanäle 2 des Strömungselementes 1 im Wesentlichen parallel zur Durchströmrichtung 3 nebeneinander und übereinander angeordnet. Jedem Strömungskanal 2 ist jeweils ein erstes Teilelement 4 in Form einer Buchse zugeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel weist das jeweils erste Teilelement 4 nur einen ersten Teilströmungskanal 5 auf. Es sind mehrere dritte Teilelemente 8, die als Rohre ausgebildet sind, vorgesehen und jeweils mit dem entsprechenden ersten Teilelement 4, entsprechend der Ausführung in Figur 1 , verbunden. Auch in diesem Beispiel ist das zweite Teilelement 6 durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt und an die mehreren ersten Teilelemente 4 angedruckt. Das erste Teilelement 4 und die mehreren zweiten Teilelemente 6 bilden durch das Herstellverfahren also ein einstückiges Teil, das heißt, ein aus einem Stück bestehendes Teil. Umfasst das Strömungselement 1 nur die ersten Teilelemente 4 und das zweite Teilelement 6, so besteht also das Strömungselement 1 nach der Herstellung aus nur einem Stück. Die mehreren Strömungskanäle 2 sind in einer gedachten ersten Ebene und in einer im Wesentlichen dazu parallelen zweiten Ebene nebeneinander jeweils unter Ausbildung einer Zeile von Strömungskanälen, angeordnet. Die Ebenen können in Durchströmrichtung zueinander um maximal 20° konvergent geneigt verlaufen. Insbesondere für die Anwendung des Strömungselementes 1 in einem bzw. als Turbulenzgenerator 15 in einem Stoffauflauf 12 einer Papiermaschine ist es vorteilhaft, wenn zwischen den Zeilen von Strömungskanälen 2 ein Lamellenhalter 16 zur Aufnahme von in die Düse 13 des Stoffauflaufes 12 ragende Lamellen 14 durch das additive Fertigungsverfahren ausgebildet ist. Dadurch wird eine kompakte Bauweise mit nur kleinen Absätzen zwischen Strömungskanal 2 und Lamelle 14 erreicht, welche sich besonders vorteilhaft hinsichtlich einer guten Strömungsqualität auswirkt. Störende Turbulenzen werden dadurch vermieden. Wie in Figur 1 erkennbar ist, sind die Strömungskanäle 2 rohrformig mit dünner Wandstärke ausgeführt und lediglich am Ende, das heißt am Ausströmbereich 23, miteinander durch das additive Fertigungsverfahren verbunden.
Das in der Figur 3a dargestellte Strömungselement 1 besteht aus einem ersten Teilelement 4 mit mehreren Teilströmungskanälen 5 und einem zweiten Teilelement 6 mit mehreren zweiten Teilströmungskanälen 5. Das zweite Teilelement 6 ist entsprechend dem im Ausführungsbeispiel in Figur 2 beschriebenen zweiten Teilelement 6 ausgeführt. Das erste Teilelement 4 ist im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in Figur 2 als Lochplatte 4, 10 ausgeführt. Das erste Teilelement 4 besteht also aus nur einem Teil. Die Lochplatte 4, 10 weist Bohrungen auf, welche jeweils einen ersten Teilströmungskanal 5 bilden. Jeder Bohrung ist ein zweiter Teilströmungskanal 7 zugeordnet. Der Durchmesser jeder Bohrung ist gleich oder kleiner als der entsprechende Durchmesser des zweiten Teilströmungskanals 7. Beide Teilelemente 4, 6 sind durch das additive Fertigungsverfahren bei der Herstellung des Strömungselementes 1 durch das Andrucken des zweiten Teilelements 6 an die Lochplatte 4, 10 unlösbar miteinander verbunden. Das erste Teilelement 4 weist senkrecht zu den Bohrungen verlaufende Zugankerbohrungen 1 1 zur Befestigung des Strömungselementes 1 an beispielsweise einem Stoffauflauf, auf. Das Strömungselement 1 weist eine Länge 21 auf, welche, bei Verwendung als Turbulenzgenerator 15 oder als Rohrgitter 18 der Länge des Turbulenzgenerators 15 oder als Rohrgitters 18 entspricht. Die Lochplatte 4, 10 bildet den Einströmbereich 22 und das zweite Teilelement 6 bildet am stromabwärtigen Ende einen Auslaufbereich 23. Figur 3b zeigt einen Ausschnitt des Bereiches der Andrucksteile am Übergang vom ersten Teilelement 4 zum zweiten Teilelement 6 des Strömungsgitters 1 der Ausführungsform nach Figur 1 in geschnittener Darstellung. Der Durchmesser des ersten Teilströmungskanals 5 ist gleich oder kleiner als der Durchmesser des zweiten Teilströmungskanals 7 an der Andrucksteile. Figur 3c zeigt einen Ausschnitt des Bereiches der Andrucksteile am Übergang vom ersten Teilelement 4 zum zweiten Teilelement 6 des Strömungsgitters 1 der Ausführungsform nach Figur 3a in geschnittener Darstellung. Der jeweilige Durchmesser des ersten Teilströmungskanals 5 ist gleich oder kleiner als der entsprechende Durchmesser des zweiten Teilströmungskanals 7 an der Andrucksteile. Die zweiten Teilströmungskanäle 7 sind im Bereich des Überganges vom ersten Teilelement 4 zum zweiten Teilelement 6 des Strömungsgitters 1 rohrartig ausgeführt, wobei jeder der zweiten Teilströmungskanäle 7 eine eigene Wandung besitzt. Danach werden diese Wandungen so zusammengeführt, dass die benachbarten zweiten Teilströmungskanäle 7 zumindest bereichsweise eine gemeinsame Wandung besitzen. Dies ermöglicht die Herstellung von Strömungselementen 1 mit wenig Materialaufwand und geringem Gewicht.
Das Strömungselement 1 nach Figur 4 besteht aus einem ersten Teilelement 4 mit mehreren ersten Teilströmungskanälen 5 und einem zweiten Teilelement 6 mit mehreren zweiten Teilströmungskanälen 7. Das erste Teilelement 4 ist als Lochplatte 10 ausgeführt. Die Ausführung dieser Elemente entspricht dem Ausführungsbeispiel in Figur 3a. Es sind zusätzlich mehrere rohrformige dritte Teilelemente 8 mit dritten Teilströmungskanälen 9 vorgesehen, welche stromabwärts, bezogen auf die Durchströmrichtung, durch ein additives Fertigungsverfahren an das erste Teilelement 4 angedruckt und hergestellt sind und mit dem stromaufwärtigen Ende mit den Bohrungen einer Lochplatte 10 verbunden sind. Diese Lochplatte 10, wie auch das als Lochplatte 10 ausgeführte erste Teilelement 4, weisen senkrecht zu den Bohrungen verlaufende Zugankerbohrungen 1 1 zur Befestigung des Strömungselementes 1 an beispielsweise einem Stoffauflauf, auf. Die mehreren rohrförmigen dritten Teilelemente 8 mit dritten Teilströmungskanälen 9 können jedoch auch entsprechend dem in Figur 2 gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel mit dem ersten Teilelement 4 verbunden sein. Das Strömungselement 1 weist eine Länge 21 auf, welche, bei Verwendung als Turbulenzgenerator 15 oder als Rohrgitter 18 für einen Stoffauflauf der Länge des Turbulenzgenerators 15 oder als Rohrgitters 18 entspricht. Die Lochplatte 10 bildet den Einströmbereich 22 und das zweite Teilelement 6 bildet am stromabwärtigen Ende einen Auslaufbereich 23. In Figur 5a und Figur 5b sind zwei Ausführungsbeispiele für einen Stoffauflauf gezeigt. Im ersten Beispiel umfasst der Stoffauflauf einen Verteiler 19, der direkt vor einem Turbulenzgenerator 15 angeordnet ist. Der Ausströmbereich 23 des Turbulenzgenerators 15 ist direkt vor dem Einlass in eine Düse 13. Innerhalb der Düse 13 sind eine oder mehrere Lamellen angeordnet, welche am Turbulenzgenerator 15 befestigt sind. Die vom Verteiler 19 kommende Faserstoffsuspension strömt in Durchströmrichtung 3 durch den Turbulenzgenerator 15 über die Düse 13 zum Formierbereich einer Papiermaschine. Die Ausführungsform nach Figur 5b unterscheidet sich von der Ausführung nach Figur 5a dadurch, dass zwischen dem Verteiler 19 und dem Einströmbereich 22 des Turbulenzgenerators 15 ein Rohrgitter 18 mit einem nachfolgenden Zwischenkanal 17 platziert ist. Die in den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Strömungselemente 1 können in vorteilhafterweise als Turbulenzeinsatz oder als Rohrgitter für einen Stoffauflauf eingesetzt werden. Je nach Ausführung können mehrere Strömungselemente 1 zu einem Strömungsgitter, wie beispielsweise einem Turbulenzgenerator 15 oder einem Rohrgitter 18 kombiniert werden oder das Strömungsgitter 1 bildet als Ganzes das entsprechende Strömungsgitter.
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
Strömungselement
Strömungskanal
Durchströmrichtung
erstes Teilelement
erster Teilströmungskanal
zweites Teilelement
zweiter Teilströmungskanal
drittes Teilelement
dritter Teilströmungskanal
Lochplatte
Zugankerbohrungen
Stoffauflauf
Düse
Lamelle
Turbulenzgenerator
Lamellenhalter
Zwischenkanal
Rohrgitter
Verteiler
Strömungsgitter
Länge des Strömungsgitters
Einströmbereich
Ausströmbereich

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Strömungselementes (1 ) mit mindestens einem Strömungskanal (2) zur Durchleitung eines Fluides, insbesondere einer Faserstoffsuspension, in einer Durchströmrichtung (3), wobei zur Bildung des Strömungselementes (1 ) mindestens ein erstes Teilelement (4) mit mindestens einem ersten Teilströmungskanal (5) und ein zweites Teilelement (6) mit mindestens einem zweiten Teilströmungskanal (7) vorgesehen werden, und das erste Teilelement (4) und das zweite
Teilelement (6) in Durchströmrichtung (3) direkt hintereinander zur Bildung des mindestens einen Strömungskanals (2) angeordnet werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Teilelement (6) durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt wird und dabei an das erste Teilelement (4) in einem
Andruckschritt angedruckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das additive Fertigungsverfahren aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Metalldruck, Laserauftragsschweißen, Dreidimensionales
Druckverfahren, selektives Lasersintern, selektives Laserschmelzen („Powder Bed Fusion"), wobei als Material vorzugsweise Edelstahl oder Kunststoff verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein drittes Teilelement (8) mit mindestens einem dritten
Teilströmungskanal (9) auf der dem zweiten Teilelement (6) abgewandten Seite des ersten Teilelements (4) zur Bildung des Strömungskanals (2) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens dritte Teilelement (8) mit dem ersten Teilelement (4) mechanisch verbunden, insbesondere verschraubt, wird.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens dritte Teilelement (8) durch ein additives
Fertigungsverfahren hergestellt wird und dabei an das erste Teilelement (4) angedruckt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens erste Teilelement (4), vorzugsweise vor dem
Andruckschritt, mechanisch oder mit einem Laserverfahren bearbeitet wird.
Strömungselement (1 ) hergestellt nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, mit mindestens einem Strömungskanal (2) zur Durchleitung eines Fluides, insbesondere einer Faserstoffsuspension, in einer
Durchströmrichtung (3), wobei das Strömungselement (1 ) mindestens ein erstes Teilelement
(4) mit mindestens einem ersten Teilströmungskanal
(5) und ein zweites Teilelement
(6) mit mindestens einem zweiten
Teilströmungskanal
(7) umfasst, und das erste Teilelement (4) und das zweite Teilelement (6) in Durchströmrichtung (3) direkt hintereinander zur Bildung des mindestens einen Strömungskanals (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Teilelement (6) durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt ist und an das erste Teilelement (4) angedruckt ist.
8. Strömungselement nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein drittes Teilelement (8) mit mindestens einem dritten
Teilströmungskanal (9) auf der dem zweiten Teilelement (6) abgewandten Seite des ersten Teilelements (4) zur Bildung des Strömungskanals (2) angeordnet ist.
9. Strömungselement nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens dritte Teilelement (8) mit dem ersten Teilelement (4) mechanisch, beispielsweise formschlüssig oder reibschlüssig,
insbesondere durch Verschrauben, Kleben, Schweißen, Löten, verbunden, ist.
10. Strömungselement nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens dritte Teilelement (8) durch ein additives
Fertigungsverfahren hergestellt ist und an das mindestens erste
Teilelement (4) angedruckt ist.
1 1 . Strömungselement nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens erste Teilelement (4) mechanisch oder mit einem
Laserverfahren bearbeitet ist.
12. Strömungselement nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strömungselement (1 ) mehrere nebeneinander angeordnete
Strömungskanäle (2) zur Durchleitung eines Fluides in einer Durchströmrichtung (3) umfasst und dass das mindestens eine erste Teilelement (4) mehrere erste Teilströmungskanäle (5) und das zweite Teilelement (6) mehrere zweite Teilströmungskanäle (7) zur Bildung der mehreren Strömungskanäle (2) aufweisen
13. Strömungselement nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strömungselement (1 ) mehrere nebeneinander angeordnete
Strömungskanäle (2) zur Durchleitung eines Fluides in einer
Durchströmrichtung (3) umfasst und dass mehrere erste Teilelemente (4) jeweils einen ersten Teilströmungskanal (5) und das zweite Teilelement (6) mehrere zweite Teilströmungskanäle (7) zur Bildung der mehreren
Strömungskanäle (2) aufweisen.
14. Strömungsgitter (20) für einen Stoffauflauf (12) einer Maschine zur
Herstellung einer Faserstoff bahn zur Durchleitung einer
Faserstoffsuspension in Durchströmrichtung (3),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Strömungsgitter (20) mindestens ein Strömungselement (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 13 umfasst.
15. Stoffauflauf (12) für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, mit einem Verteiler (19) einem Turbulenzgenerator (15) und einer Düse (13),
dadurch gekennzeichnet, dass
der der Düse (13) direkt vorgeordnete Turbulenzgenerator (15) als
Strömungsgitter (20) nach Anspruch 14 ausgeführt ist.
16. Stoffauflauf (12) für eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, insbesondere einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, mit einem Verteiler (19), einem Rohrgitter, einem Turbulenzgenerator (15) und einer Düse (13), dadurch gekennzeichnet, dass
das dem Verteiler direkt nachgeordnete Rohrgitter (18) als Strömungsgitter (20) nach Anspruch 14 ausgeführt ist.
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