STOFFAUFLAUF UND BLATTBILDUNGSEINHEIT MIT EINEM STOFFAUFLAUF

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf für den Einsatz in einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen aus wenigstens einer Faserstoffsuspension, mit mindestens einer, die wenigstens eine Faserstoffsuspension zuführenden Zuführvorrichtung, einer einen Austrittsspalt aufweisenden Düse zur Abgabe der Faserstoffsuspension in einem Freistrahl und einer in Strömungsrichtung der Düse unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung, in welcher die mindestens eine Faserstoffsuspension durch eine Vielzahl von turbulenzerzeugenden Kanälen in Teilströmen führbar ist, wobei innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals zumindest ein, einen Fluidisierungsbereich bildender Bereich vorgesehen ist.

[0002] DE-A-10 234 559 beschreibt einen derartigen Stoffauflauf.

[0003] Die Erfindung betrifft ferner eine Blattbildungseinheit für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, umfassend einen Stoffauflauf und eine diesem nachgeordnete Formiereinheit.

[0004] Die Stoffdichte einer Faserstoffsuspension bestimmt maßgeblich die Qualität einer im Ergebnis des Herstellungsprozesses vorliegenden Faserstoffbahn. Dabei kann bei Verwendung von Faserstoffsuspensionen mit höherer Stoffdichte eine sich verschlechternde, durch die makroskopische und mikroskopische Verteilung von Fasern und Füllstoffen beschreibbare Formation beobachtet werden. Um dennoch befriedigende Ergebnisse hinsichtlich der Qualität der Faserstoffbahn zu erzielen, werden derzeit mit den bekannten Stoffaufläufen Faserstoffsuspensionen mit Stoffdichten im Bereich von 0,8 bis 1,0 Prozent in eine nachgeordnete Formiereinheit eingebracht. Höhere Stoffdichten führen bereits beim Austritt des Strahls aus dem Stoffauflauf durch die starke Faserflockung zu einer grobwolkigen Formation. Daher ist es erforderlich, Maßnahmen zu treffen, die der Zerstörung dieser unerwünschten Flocken und der rechtzeitigen Fixierung der Strömung dienen. Ziel ist die Bereitstellung eines über die gesamte Breite des Stoffauflaufs möglichst flockenfreien Faserstoffsuspensionsstrahls am Austrittsspalt des Stoffauflaufs. Dazu werden verschiedenartigste Mittel, insbesondere turbulenzerzeugende und hydraulische Einheiten eingesetzt, die gewöhnlich eine Vielzahl von Kanälen zur besseren Fluidisierung aufweisen. Diese können verschiedenartig ausgeführt sein und sind im einfachsten Fall durch stufenartige Querschnittsänderungen des Strömungsquerschnitts charakterisiert. Die sich daran anschließenden Düsen weisen im Allgemeinen eine Länge zwischen 600 bis 700 mm auf, um eine ausreichende Strahlstabilität zu erhalten. Die aus der Gitternachlaufströmung entstehenden Wirbel können dabei innerhalb der Düse über diese Länge ausreichend gedämpft werden. Jedoch wird dadurch die Verweildauer für die Faserstoffsuspension innerhalb der Düse größer als die Reflockulationszeit, so dass es zu einer erneuten Flockenbildung kommt. Um befriedigende Formationskennwerte für die auszubildende Faserstoffbahn zu erzielen, ist eine Reflockulation der Faserstoffsuspension nach der letzten erfolgten Fluidisierung im Stoffauflauf möglichst gänzlich zu vermeiden. Dies erfordert entsprechend kurz gebaute Einheiten.

[0005] Die Problematik der Flockenbildung und deren Auswirkung auf die Qualität der entstehenden Faserstoffbahn ist eingehend in der Druckschrift EP 1 313 912 B1 beschrieben. Zur Lösung wird eine Ausführung eines Stoffauflaufs mit einer Modifizierung der Turbulenzerzeugungseinrichtung vorgeschlagen, durch welche innerhalb der Turbulenzerzeugungseinrichtung lediglich einmal in einer Stufe eine Fluidisierung in jedem turbulenzerzeugenden Kanal vorgenommen wird, wodurch eine Beschleunigung der Strömung und kurze Verweildauer der Faserstoffsuspension im Stoffauflauf erzielt wird. Der Fluidisierungsgrad kann dann durch die spezielle Gestaltung der Lamellen innerhalb der Düse beibehalten werden. Zur Fluidisierung werden den Fluidisierungsbereich bildende stufenartige Änderungen der Querschnittsflächen und Längen der einzelnen Teilbereiche der Strömungskanäle der Turbulenzerzeugungseinrichtung vorgeschlagen, welche eine Gesamtlänge der Turbulenzerzeugungseinrichtung in einem vorgeschriebenen Bereich ergeben. Zur Verbesserung der Formation der entstehenden Faserstoffbahn ist des Weiteren eine Vielzahl von Maßnahmen vorbekannt, die durch eine Modifikation der Düse oder der Turbulenzerzeugungseinrichtung charakterisiert sind.

[0006] Die Druckschrift DE 101 06 684 A1 offenbart eine Ausführung eines Stoffauflaufs mit zur Vermeidung von Strömungsinstabilitäten innerhalb der Düse und damit einer Schwingungsanregung speziell ausgeführten Lamellenende, das eine Schräge an der zur Düsenwand gerichteten Seite aufweist und an der von dieser weggerichteten Seite mit einer Struktur versehen ist.

[0007] Zur Formationsbeeinflussung innerhalb der Düse ist es gemäß der Druckschrift DE 199 02 621 A1 vorbekannt, die Düse mit unterschiedlichen geometrischen Bereichen zur Erzeugung unterschiedlicher Strömungsquerschnitte innerhalb der Düse auszubilden.

[0008] Die Druckschrift WO 2008/077585 A1 offenbart die Begünstigung der Ausbildung symmetrischer Eigenschaften in Z-Richtung über symmetrisch ausgebildete Stoffauflaufdüsen und die Ausgestaltung und Dimensionierung dieser.

[0009] Maßnahmen zur Verbesserung der Quersteifigkeit durch Ausrichtung der Fasern im Bereich des Austritts aus der Düse sind in der Druckschrift EP 1 022 378 A2 beschrieben. Die Ausbildung der Düse erfolgt mit einem Bereich mit stetiger Querschnittsverringerung und sich daran anschließendem Bereich mit stetiger Querschnittserweiterung.

[0010] Um beim Austritt des Freistrahls aus der Düse ein Aufplatzen dessen zu verhindern, offenbart die Druckschrift DE 297 13 433 U1 eine Ausführung eines Stoffauflaufs mit einer aus maschinenbreit verlaufenden Begrenzungsflächen gebildeten Düsen, bei welcher zumindest eine der Begrenzungsflächen durch zumindest drei Abschnitte mit unterschiedlichem Konvergenzwinkel charakterisiert ist.

[0011] Die Druckschrift DE 102 34 559 A1 offenbart eine Ausführung eines Stoffauflaufs in einem Blattbildungssystem, bei welchem die Düse durch eine Länge größer 400 mm charakterisiert ist, wobei die Länge der dieser vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung vorzugsweise ebenfalls in diesem Bereich liegt.

[0012] Die bekannten Maßnahmen reichen nicht aus, die Reflockulation bei höheren Stoffdichten der Faserstoffsuspension, beispielsweise von über 1,0 Prozent, insbesondere von über 1,2 Prozent, im gewünschten Maß zu unterbinden beziehungsweise zu reduzieren.

[0013] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stoffauflauf der eingangs genannten Art für den Einsatz in Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden und die Reflockulation der Faserstoffsuspension nach dem letzten Fluidisierungsbereich vermindert oder unterbunden wird. Dabei ist insbesondere auf eine Verringerung der Verweildauer der Faserstoffsuspension im Stoffauflauf bei gleichbleibender Strahlqualität abzustellen.

[0014] Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

[0015] Bei einem erfindungsgemäßen Stoffauflauf für den Einsatz in einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen aus wenigstens einer Faserstoffsuspension mit mindestens einer, die wenigstens eine Faserstoffsuspension zuführenden Zuführvorrichtung, einer einen Austrittsspalt aufweisenden Düse zur Abgabe der Faserstoffsuspension in einem Freistrahl und einer in Strömungsrichtung der Düse unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung, in welcher die mindestens eine Faserstoffsuspension durch eine Vielzahl von turbulenzerzeugenden Kanälen in Teilströmen führbar ist, wobei innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals zumindest ein, einen Fluidisierungsbereich bildender Bereich vorgesehen ist, weist die Düse eine Länge auf, die als Funktion der Größe der einem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal zugeordneten und eine Teilungsfläche beschreibenden Anteilsfläche der Querschnittsfläche der Düse am Eintritt in die Düse beträgt:


mit

L

Länge der Düse;

k

Konstante, wobei 10 ≤ k ≤ 20; und

B_T

Teilungsfläche

[0016] Unter einem Fluidisierungsbereich wird ein Bereich verstanden, in welchem eine homogene Verteilung der die Faserstoffsuspension enthaltenden Bestandteile, wie beispielsweise Fasern und Füllstoffe, vorliegt. Die Einwirkung kann dabei aktiv durch hinsichtlich ihrer Wirkung steuerbare Elemente, wie beispielsweise statische Mischeinrichtungen oder passiv durch die geometrische Ausgestaltung des Strömungswegs und die dadurch bedingte Erzeugung von Turbulenzen auf die Faserstoffsuspension unter Auflösung von Ansammlungen, insbesondere Flocken erfolgen. Der Bereich kann in Durchströmungsrichtung betrachtet örtlich auf einer Linie in Maschinenquerrichtung beschränkt oder aber sich in Durchströmungsrichtung erstreckend ausgeführt sein.

[0017] Die Länge der Düse ist durch den Abstand zwischen Austritt aus der vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung und Austrittspalt der Düse charakterisiert und wird senkrecht zur Austrittsfläche aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung gemessen.

[0018] Die erfindungsgemäße Lösung nutzt gezielt den Zusammenhang zwischen der hydraulischen Teilung und dem Querschnitt in der Düse, wobei die Ausbildung der Länge der Düse entsprechend dem erfindungsgemäßen funktionalen Zusammenhang den Vorteil einer kurzen Verweildauer der Faserstoffsuspension in der Düse bei gleichzeitiger Beibehaltung der Strahlqualität am Austritt aus dem Austrittsspalt bietet. Durch die Abstimmung der Länge der Düse auf die den einzelnen turbulenzerzeugenden Kanälen zugeordneten Teilungsflächen der Querschnittsfläche am Eintritt in die Düse kann eine optimierte Faser- und Füllstoffverteilung und damit Formation in der Faserstoffsuspension beim Austritt dieser in einem Freistrahl in die Formiereinheit durch Vermeidung von Faser- und Füllstoffballungen bei gleichzeitig ausreichender Dämpfungswirkung erzielt werden.

[0019] Die Definition der Teilungsfläche kann verschiedenartig erfolgen. Je nach Ausführung basiert die Bestimmung entweder auf den Abmessungen an der Düse und dem Aufbau der Turbulenzerzeugungseinrichtung oder der Turbufenzerzeugungseinrichtung allein. Die Größe der einzelnen Teilungsfläche wird erfindungsgemäß durch den Quotienten aus der Querschnittsfläche der Düse am Eintritt in die Düse und der Anzahl der einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle in der der Düse unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung bestimmt. Diese Definition ist nahezu frei vom Einfluss von Toleranzen.

[0020] In einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist der einzelne turbulenzerzeugende Kanal der Turbulenzerzeugungseinrichtung derart ausgebildet, dass das Verhältnis des Strömungsquerschnitts des Kanals am Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung und der diesem zugeordneten Teilungsfläche der Querschnittsfläche der Düse am Eintritt in die Düse im Bereich von jeweils einschließlich 0,5 bis 0,95, vorzugsweise im Bereich von jeweils einschließlich 0,75 bis 0,95, besonders bevorzugt im Bereich von jeweils einschließlich 0,75 bis 0,9 beträgt.

[0021] Ein derartig erfindungsgemäß ausgebildeter Stoffauflauf wird vorzugsweise in einer Blattbildungseinheit für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, umfassend desweiteren eine dieser nachgeordnete Formiereinheit, in welcher die Faserstoffsuspension aus dem Austrittsspalt des Stoffauflaufs auf eine Bespannung unter Definition einer Auftrefflinie in einem Freistrahl auf- bzw. eingebracht wird, zum Einsatz gelangen. Dabei erfolgt die Ausführung des Stoffauflaufs derart, dass die Verweildauer der Faserstoffsuspension in der Düse und in der Turbulenzerzeugungseinrichtung möglichst gering gehalten wird.

[0022] Die Formiereinheit kann dabei als Hybridformer, Spaltformer, umfassend zwei einen Einlaufspalt für die Faserstoffsuspension bildende Siebbänder oder Langsiebformer ausgeführt sein, umfassend ein Siebband, auf dessen Oberfläche die Faserstoffsuspension mittels des Stoffauflaufs aufgebracht wird.

[0023] Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:

Figur 1

verdeutlicht anhand eines Diagramms den Zusammenhang zwischen der Größe der Stoffdichte der verwendeten Faserstoffsuspension und der Formation;

Figur 2

verdeutlicht anhand eines Ausschnitts aus einem Axialschnitt einer Blattbildungseinheit einer Maschine zur Herstellung einer Materialbahn einen erfindungsgemäßen Stoffauflauf;

Figur 3a

zeigt im Detail einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Stoffauflauf gemäß Figur 2; und

Figur 3b

zeigt eine Ansicht A-A gemäß Figur 3a.

[0024] Die Figur 1 verdeutlicht anhand eines Diagramms den Einfluss der Stoffdichte SD einer Faserstoffsuspension FS auf die Formation. Das Diagramm veranschaulicht im Einzelnen die Ausbildung der Flockenstruktur FL im sich bei Austritt der Faserstoffsuspension FS aus einer Düse eines Stoffauflaufs ergebenden Freistrahl hinsichtlich der Dimension der sich ausbildenden Flocken FL in Abhängigkeit von der Stoffdichte SD. Daraus ersichtlich ist der Zusammenhang zwischen hoher Stoffdichte SD und einer hinsichtlich der Anordnung der Fasern und Füllstoffe ungleichen und grobwolkigen Formation durch erhöhte Flockenbildung (Pfeil FL+), das heißt, die Tendenz zum Vorliegen größerer Flocken FL im aus dem Austrittsspalt eines Stoffauflaufs austretenden Freistrahl einer Faserstoffsuspension FS bei herkömmlichen bekannten Stoffaufläufen. Ersichtlich ist ferner, dass bei Faserstoffsuspensionen FS mit geringeren Stoffdichten (Pfeil FL-) unterhalb eines Stoffdichtekennwerts SDk von ca. 1,2 % die Flockenbildung geringer ist, das heißt nur noch kleinere Flocken in einem Freistrahl am Austritt aus dem Austrittsspalt des Stoffauflaufs zu beobachten sind. Die Figur 1 verdeutlicht dabei lediglich den Grundzusammenhang zwischen der Konsistenz einer Faserstoffsuspension FS und der Flockenneigung. Diese ist auch vom gewählten Faserstoff selbst abhängig.

[0025] Die Figur 2 verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung einen Ausschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Stoffauflaufs 1 für den Einsatz in Maschinen zur Herstellung von Materialbahnen, insbesondere Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen in Form von Papier-, Karton- oder Tissuebahnen mit erfindungsgemäßer Länge L der Düse 4 zur Reduzierung der Reflockulation, das heißt Rückflockung innerhalb der Faserstoffsuspension FS vor oder beim Austritt aus dem Stoffauflauf 1. Der Stoffauflauf 1 ist einer Formiereinheit 2, welche hier nur anhand einer Bespannung beispielhaft angedeutet ist, vorgeordnet und bildet mit dieser eine Blattbildungseinheit 3. Die Funktion des Stoffauflaufs 1 besteht dabei im maschinenbreiten Ausbringen zumindest einer Faserstoffsuspension FS in die Formiereinheit 2, was über zumindest eine Düse 4 erfolgt. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen wird an den dargestellten Ausschnitt aus der beispielhaft wiedergegebenen Blattbildungseinheit 3 ein Koordinatensystem angelegt. Die X-Richtung beschreibt die Längsrichtung der Maschine und wird auch als Maschinenrichtung MD bezeichnet. Diese fällt mit der Durchlaufrichtung der Faserstoffbahn zusammen. Die Y-Richtung beschreibt die Richtung quer zur Durchlaufrichtung der Faserstoffbahn F, insbesondere Breitenrichtung der Maschine, und wird daher auch als Maschinenquerrichtung CD bezeichnet, während die Z-Richtung der Höhenrichtung entspricht. Im dargestellten Fall fällt die Durchströmungsrichtung im Stoffauflauf 1 mit der Maschinenrichtung MD zusammen. Denkbar sind jedoch auch andere Anordnungen, insbesondere mit Neigung gegenüber der Maschinenrichtung MD.

[0026] Der Stoffauflauf 1 umfasst eine Zuführvorrichtung 5, über welche die zumindest eine Faserstoffsuspension FS über die gesamte Breite des Stoffauflaufs 1 verteilt werden kann. Diese umfasst im einfachsten Fall ein sich in Maschinenquerrichtung CD erstreckendes, einen Verteilkanal bildendes Element, insbesondere ein Verteilrohr, das in Durchströmungsrichtung in Maschinenquerrichtung CD verjüngend ausgebildet ist. Von der Zuführvorrichtung 5 gelangt die Faserstoffsuspension FS über zumindest eine Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 zur Düse 4. Dargestellt ist hier lediglich eine der Düse 4 in Strömungsrichtung unmittelbar vorgeordnete Turbulenzerzeugungseinrichtung 6. Denkbar sind jedoch auch Ausführungen von Stoffaufläufen 1 mit einer Mehrzahl von Turbulenzerzeugungseinrichtungen, welche nacheinander unter Zwischenordnung von Mischern und/oder Mischkammern durchlaufen werden. An den Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 schließt sich die Düse 4 unter Ausbildung eines Düsenraums 8 an, der geeignet ist, im Betrieb die Strömung der Faserstoffsuspension FS wesentlich zu beschleunigen und die Faserstoffsuspension FS durch einen Austrittsspalt 11 an die Formiereinheit 2 zur Herstellung einer Materialbahn abzugeben. Der Austrittsspalt 11 wird hier beispielhaft von einer Blende und den Düsenwandungen 10.1, 10.2 begrenzt.

[0027] Innerhalb der einzelnen Turbulenzerzeugungseinrichtung, hier der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6, wird die Faserstoffsuspension FS entsprechend einer vordefinierten Teilung aufgeteilt und in Teilströmen verteilt geführt. Die Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 umfasst dazu eine Vielzahl von sich in Durchströmungsrichtung und mit zumindest einer Richtungskomponente in Maschinenrichtung MD erstreckenden turbulenzerzeugenden Kanälen 7.xy, welche entweder maschinenbreit ausgebildet sind oder in Maschinenquerrichtung CD parallel zueinander in Reihen Rx mit x≥1 und in vertikaler Richtung, das heißt senkrecht zu einer durch die Durchströmungsrichtung und die Maschinenquerrichtung CD beschreibbaren Ebene in Spalten SPy mit y≥1 parallel zueinander angeordnet sind. Der erste Index nach der Bezugsziffer beschreibt die Anordnung des einzelnen Kanals in der jeweiligen Reihe Rx, während der zweite Index die Anordnung in der jeweiligen Spalte SPy senkrecht zur Maschinenquerrichtung CD wiedergibt. Der Begriff "Kanal" beschreibt keine konkrete fest definierte konstruktive Ausführung und ist funktional als Strömungsgang zu verstehen. Dieser kann von einzelnen Komponenten oder in einen Vollkörper integrierten beziehungsweise eingearbeiteten Durchgangsöffnungen gebildet werden. Erkennbar sind hier die einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle 7.11 bis 7.31 der ersten Spalte SP1. Die Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 bildet ein Strömungsgitter und kann dazu verschiedenartig ausgeführt sein. Im einfachsten Fall umfasst diese eine die turbulenzerzeugenden Kanäle 7.xy beschreibende und Durchgangsöffnungen aufweisende Lochplatte und/oder ein die einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle 7.xy bildendes Rohrbündel. Der einzelne turbulenzerzeugende Kanal 7.xy ist ein Strömungskanal, welchem Mittel zur Erzeugung von Turbulenzen zugeordnet oder in diesem integriert sind. Über die Mittel erfolgt ein Energieeintrag in den im jeweiligen Kanal geführten Teilstrom unter Ausbildung von Turbulenzen. Dieser Bereich wird auch als Fluidisierungsbereich 12 bezeichnet, wobei innerhalb eines turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy zumindest ein derartiger Fluidisierungsbereich 12, in welchem eine Druckänderung im in diesen geführten einzelnen Teilstrom der Faserstoffsuspension FS erzeugt wird, vorgesehen ist. Dieser kann durch die geometrische Ausführung des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy, insbesondere eine örtliche Änderung der diesen in Durchströmungsrichtung beschreibenden Querschnittsfläche und/oder die Anordnung von zusätzlichen Einrichtungen zum Einbringen eines zusätzlichen Energieeintrags in den einzelnen, im jeweiligen turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy geführten Teilstrom erzielt werden.

[0028] Der erfindungsgemäße Stoffauflauf 1 ist derart ausgebildet und ausgeführt, dass die Verweilzeit der Faserstoffsuspension FS in der Düse 4 unter Beibehaltung einer ausreichenden Qualität des aus dem Austrittsspalt 11 austretenden Freistrahls reduziert wird. Zur Reduzierung der Verweildauer in der Düse 4 bei noch ausreichender Strahlqualität im Austrittsspalt 11 ist erfindungsgemäß die Länge L der Düse 4 als Funktion der hydraulischen Teilung der Gitternachlaufströmung in der Düse 4 bestimmt. Im Einzelnen ist die Länge L der Düse 4 als Funktion einer Teilungsfläche BT festgelegt. Je kleiner die Teilungsfläche BT ist, je kürzer ist die Länge L der Düse 4. Die Länge L der Düse 4 entspricht der Erstreckung beziehungsweise des Abstands zwischen dem Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 bis zum Austrittsspalt 11. Die Länge L der Düse 4 wird in Strömungsrichtung gemessen, das heißt senkrecht zum Austrittsquerschnitt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6. Um die gewünschte Strahlqualität im Austrittsspalt 11 zu erzielen, beträgt die ausgeführte Länge L der Düse 4 als Funktion der hydraulischen Teilung:


mit

L

Länge der Düse 4;

k

Konstante, wobei 10 ≤ k ≤ 20; und

B_T

Teilungsfläche

[0029] Die Teilungsfläche B_T entspricht dem einer hydraulischen Einheit E_H zugeordneten Flächenanteil an der Querschnittsfläche der Düse 4 am Düsenanfang beziehungsweise Düseneintritt 4E. Dabei wird die einen einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy allein oder als Bestandteil einer Gesamteinheit aufweisende oder beinhaltende Einheit als hydraulische Einheit EH bezeichnet. Diese umfasst den Kanal und zumindest eine diesen bildende beziehungsweise umschließende Wandung. Die Teilungsfläche BT kann daher aus dem Quotienten der Querschnittsfläche am Düsenanfang beziehungsweise Eintritt 4E und der Anzahl N der vereinzelten Strömungsquerschnitte, das heißt der Anzahl N der einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle 7.xy bestimmt werden.

[0030] Die Bestimmung und Darstellung dieser Größen ist in den Figuren 3a und 3b beispielhaft anhand eines Ausschnitts aus einem Stoffauflauf 1 gemäß Figur 2 wiedergegeben.

[0031] Figur 3a zeigt die Düse 4 und die dieser unmittelbar in Strömungsrichtung vorgeordnete Turbulenzerzeugungseinrichtung 6. Zur Veranschaulichung sind hier lediglich turbulenzerzeugende Kanäle 7.11 bis 7.31 in drei Reihen mit den Fluidisierungsbereichen 12.11 bis 12.31 dargestellt.

[0032] Figur 3b zeigt beispielhaft in einer Ansicht A-A gemäß Figur 3a eine Ansicht auf den Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 mit sich in Maschinenquerrichtung CD erstreckenden, beispielhaft in vier Reihen R1 bis R4 und den Spalten SPy, hier SP1 bis SPn angeordneten einzelnen turbulenzerzeugenden Kanälen 7.11 bis 7.4n, wobei die einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle 7.11 bis 7.1 n, 7.21 bis 7.2n, 7.31 bis 7.3n und 7.41 bis 7.4n innerhalb einer einzelnen Reihe R1 bis R4 jeweils vorzugsweise parallel zueinander in Maschinenquerrichtung CD mit vorzugsweise der gleichen Teilung angeordnet sind und die Anordnung der Reihen R1 bis R4 senkrecht zur Maschinenquerrichtung CD und zur Durchströmungsrichtung ebenfalls vorzugsweise parallel zueinander erfolgt. Der von einem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.11 bis 7.xy beaufschlagbare Düsenanfangsquerschnittsbereich wird dabei als Teilungsfläche BT bezeichnet. Die einzelne hydraulische Einheit EH ist hier beispielhaft in Form der den einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.11 aufweisenden Einheit wiedergegeben. Der dem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.11 zugeordnete Anteil am Gesamtquerschnitt am Eintritt 4E in die Düse 4 ergibt sich aus dem Quotienten aus der Querschnittsfläche Q4E am Düsenanfang beziehungsweise Eintritt 4E in die Düse 4 und der Anzahl N der turbulenzerzeugenden Kanäle 7.xy.


mit
Q_4E Querschnittsfläche am Düsenanfang/Eintritt 4E in die Düse 4; und
N Anzahl der einzelnen Strömungsgänge in der vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung, insbesondere Anzahl der turbulenzerzeugenden Kanäle.

[0033] Die Querschnittsfläche Q_4E am Düsenanfang 4E bestimmt sich als Funktion der Erstreckung der Düse 4 in Maschinenquerrichtung CD, das heißt aus der Breite AB und der Höhe h_D, welche mit der Breite und der Höhe der der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 am Austritt 6A zusammenfallen, das heißt

[0034] Der dem turbulenzerzeugenden Kanal 7.11 zugeordnete Anteil am Gesamtquerschnitt am Eintritt 4E in die Düse 4 als Teilungsfläche B_T kann ferner bei der dargestellten Ausführung mit vollständig aneinander angrenzenden Wandungen der hydraulischen Einheiten E_H bei rechteckigem Querschnitt durch das Produkt aus den Abmessungen der hydraulischen Einheit E_H, insbesondere die Seitenlängen t1 und t2 bestimmt werden. Die Teilungsfläche B_T entspricht dabei der Fläche der einzelnen hydraulischen Einheit E_H, das heißt der Querschnittsfläche des turbulenzerzeugenden Kanals am Ausgang aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 und des sich durch die Wandstärke d ergebenden Flächenbereiches, das heißt der Summe aus offener und geschlossener Fläche einer hydraulischen Einheit E_H. Sind die einzelnen hydraulischen Einheiten E_H derart ausgebildet, dass deren Wandungen frei von einer Berührung miteinander sind, entsprechen die Seitenlängen t1 und t2 den Längen einer dem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy zugeordneten Gittermasche eines an den Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 angelegten theoretischen Gitternetzes.

[0035] In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung wird die Verweildauer in der Düse 4 ferner durch die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des einzelnen Teilstroms beim Übertritt vom einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal 7.xy in die Düse 4 beeinflusst. Nach Möglichkeit soll diese Änderung so gering wie möglich gehalten werden. Erfindungsgemäß wird dazu die Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 derart ausgeführt und angeordnet, dass die am Eintritt 4E in die Düse 4 offene Querschnittsfläche B_TO der Teilungsfläche B_T der Querschnittsfläche der Düse 4 am Düsenanfang, derart ausgeführt und dimensioniert ist, dass das Austrittsverhältnis B_TO zu B_T > 0,5, vorzugsweise > 0,75 beträgt. Das Verhältnis ist mit z bezeichnet, ergibt sich aus


und definiert das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten des in Strömungsrichtung letzten Strömungsquerschnitts in der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 und des Anfangsquerschnitts der Düse 4. B_TO entspricht dabei der Querschnittsfläche des jeweiligen turbulenzerzeugenden Kanals 7.xy am Austritt 6A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 und beschreibt damit den Strömungsquerschnitt des jeweiligen turbulenzerzeugenden Kanals am Austritt 6A.

[0036] Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausführung eines Stoffauflauf 1 als Ausführungsbeispiel beschrieben.

Ausführungsbeispiel:

[0037] Die einzelnen hydraulischen Einheiten E_H der Turbulenzerzeugungseinrichtung 6 sind als Auslassrohre mit quadratischen Querschnitt ausgebildet. Die Seitenlängen t1 und t2 betragen 25 mm. Die Wandstärke d beträgt 1 mm. Die Teilungsfläche B_T ergibt sich aus

[0038] Die Länge L der Düse 4 entspricht mit


zwischen einschließlich 250 mm bis 500 mm. Dieser Längenbereich ermöglicht eine ausreichend kurze Verweildauer bei gleichzeitiger Beibehaltung einer ausreichend hohen Strahlqualität.

[0039] Das Austrittsverhältnis z ergibt für das Ausführungsbeispiel mit k=10 einen Wert von 0,84.

[0040] Die erfindungsgemäße Lösung gilt für Stoffaufläufe 1, die mit oder ohne Lamellen ausgebildet sind. Entscheidend ist hier die Wahl der Länge L der Düse 4 in Abhängigkeit der Teilungsfläche B_T, welche dem Anteil einer einzelnen hydraulische Einheit am Düsenanfangsquerschnitt entspricht und als Quotient aus dem Düsenanfangsquerschnitt Q_4E und der Anzahl N der einzelnen hydraulischen Einheiten E_H bestimmt werden kann.

[0041] Ein derart ausgestalteter Stoffauflauf 1 kann in beliebiger Art und Weise weiter modifiziert werden. Es kann sich dabei um Stoffaufläufe handeln, welche mit Lamellen ausgestattet sind und/oder mit der Verdünnungswassertechnologie, das heißt zumindest einer Zudosiereinrichtung zur Zudosierung mindestens eines weiteren Fluids in die Faserstoffsuspension charakterisiert sind.

[0042] Der erfindungsgemäße Stoffauflauf 1 kann ferner in Kombination mit beliebig ausgebildeten Formiereinheiten 2, insbesondere Langsieb, Hybridformer und Doppelsiebformer eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

[0043] 

1

Stoffauflauf

2

Formiereinheit

3

Blattbildungseinheit

4

Düse

4E

Eintritt in Düse, insbesondere Düsenanfang

5

Zuführvorrichtung

6

Turbulenzerzeugungseinrichtung

6A

Austritt aus der turbulenzerzeugenden Einrichtung

7; 7.xy

Turbulenzerzeugender Kanal

7.11-7.1 n, 7.21-7.2n

Turbulenzerzeugende Kanäle

7.31-7.3n, 7.41-7.4n

Turbulenzerzeugende Kanäle

8

Düsenraum

10.1, 10.2

Düsenwandung

11

Austrittsspalt

12, 12.11-12.31

Fluidisierungsbereich

A-A

Ansicht

AB

Breite des Düsenanfangsquerschnitts bzw. der Turbulenzerzeugungseinrichtung in Maschinenquerrichtung

B_T

Teilungsfläche

B_TO

Offene Fläche der Teilungsfläche; offene Querschnittsfläche des turbulenzerzeugenden Kanals am Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung

CD

Maschinenquerrichtung

d

Wandstärke

E_H

Hydraulische Einheit

FL

Flocken

FS

Faserstoffsuspension

h_D

Höhe der Düse, Höhe der Turbulenzerzeugungseinrichtung

k

Konstante

L

Länge der Düse

MD

Maschinenrichtung

N

Anzahl

Q_4E

Querschnittsfläche am Düsenanfang

R1-R4; Rx

Reihe

SD

Stoffdichte

SD_k

Stoffdichtekennwert

SP1-SPy

Spalte

t1, t2

Seitenlänge

X, Y, Z

Koordinaten

z

Austrittsverhältnis

Ansprüche

1. Stoffauflauf (1) für den Einsatz in einer Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen aus wenigstens einer Faserstoffsuspension (FS), mit mindestens einer, die wenigstens eine Faserstoffsuspension (FS) zuführenden Zuführvorrichtung (5), einer einen Austrittsspalt (11) aufweisenden Düse (4) zur Abgabe der Faserstoffsuspension (FS) in einem Freistrahl und einer in Strömungsrichtung der Düse (4) unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung (6), in welcher die mindestens eine Faserstoffsuspension (FS) durch eine Vielzahl von turbulenzerzeugenden Kanälen (7, 7.xy, 7.11-7.4n) in Teilströmen führbar ist, wobei innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11-7.4n) zumindest ein, einen Fluidisierungsbereich (12, 12.11-12.31) bildender Bereich vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Düse (4) eine Länge (L) aufweist, die als Funktion der Größe der einem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal (7, 7.xy, 7.11-7.4n) zugeordneten und eine Teilungsfläche (B_T) beschreibenden Anteilsfläche der Querschnittsfläche (Q_4E) der Düse (4) am Eintritt (4E) in die Düse (4) beträgt:


mit

L Länge der Düse (4);

k Konstante, wobei 10 ≤ k ≤ 20; und

B_T Teilungsfläche

wobei die Größe der einzelnen Teilungsfläche (B_T) dem Quotienten aus der Querschnittsfläche (Q_4E) der Düse (4) am Eintritt (4E) in die Düse (4) und der Anzahl (N) der einzelnen turbulenzerzeugenden Kanäle (7, 7.xy, 7.11-7.4n) in der der Düse (4) unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) entspricht.

2. Stoffauflauf (1) nach Anpruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der einzelne turbulenzerzeugende Kanal (7, 7.xy, 7.11-7.4n) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass das Verhältnis der den Strömungsquerschnitt am Austritt (6A) aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung (6) beschreibenden Querschnittsfläche des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (7, 7.xy, 7.11-7.4n) und der diesem zugeordneten Teilungsfläche (B_T) der Querschnittsfläche (Q_4E) am Eintritt (4E) in die Düse (4) im Bereich von jeweils einschließlich 0,5 bis 0,95, vorzugsweise im Bereich von jeweils einschließlich 0,75 bis 0,95, besonders bevorzugt im Bereich von jeweils einschließlich 0,75 bis 0,9, beträgt.

3. Blattbildungseinheit (3) für Maschinen zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, umfassend einen Stoffauflauf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 und eine dieser nachgeordnete Formiereinheit (2), in welcher die Faserstoffsuspension (FS) aus dem Austrittsspalt (11) des Stoffauflaufs (1) in einem Freistrahl auf- bzw. eingebracht wird.

4. Blattbildungseinheit (3) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Formiereinheit (2) als eine der nachfolgenden Einheiten ausgeführt ist:

- Hybridformer;

- Spaltformer, umfassend zwei einen Einlaufspalt für die Faserstoffsuspension (FS) bildende Bespannungen, insbesondere Siebbänder;

- Langsiebformer, umfassend ein Siebband, auf dessen Oberfläche die Faserstoffsuspension (FS) mittels des Stoffauflaufs (1) aufgebracht wird.

Claims

1. Headbox (1) for use in a machine for producing fibrous webs, in particular paper, cardboard or tissue webs from at least one fibrous stock suspension (FS), having at least one feed apparatus (5) which feeds in the at least one fibrous stock suspension (FS), a nozzle (4) which has an exit gap (11) for delivering the fibrous stock suspension (FS) in a free jet, and a turbulence-generating device (6) which is arranged immediately upstream of the nozzle (4) in the flow direction and in which the at least one fibrous stock suspension (FS) can be guided in part flows through a multiplicity of turbulence-generating channels (7, 7.xy, 7.11-7.4n), at least one region which forms a fluidization region (12, 12.11-12.31) within the individual turbulence-generating channel (7, 7.xy, 7.11-7.4n) being provided, characterized in that the nozzle (4) has a length (L) which, as a function of the size of the proportional area, of the cross-sectional area (Q_4E) of the nozzle (4), which is assigned to an individual turbulence-generating channel (7, 7.xy, 7.11-7.4n) and describes a divisional area (B_T), at the inlet (4E) into the nozzle (4), is:


where

L is the length of the nozzle (4);

k is a constant, where 10 ≤ k ≤ 20; and

B_T is a divisional area,

the size of the individual divisional area (B_T) corresponding to the quotient of the cross-sectional area (Q_4E) of the nozzle (4) at the inlet (4E) into the nozzle (4) and the number (N) of individual turbulence-generating channels (7, 7.xy, 7.11-7.4n) in the turbulence-generating device (6) which is arranged immediately upstream of the nozzle (4).

2. Headbox (1) according to Claim 1, characterized in that the individual turbulence-generating channel (7, 7.xy, 7.11-7.4n) of the turbulence-generating device (6) is configured in such a way that the ratio of that cross-sectional area, of the individual turbulence-generating channel (7, 7.xy, 7.11-7.4n), which describes the flow cross section at the outlet (6A) from the turbulence-generating device (6) and the divisional area (B_T), assigned thereto, of the cross-sectional area (Q_4E) at the inlet (4E) into the nozzle (4) is in the range of from 0.5 to 0.95 in each case inclusively, preferably in the range from 0.75 to 0.95 in each case inclusively, particularly preferably in the range from 0.75 to 0.9 in each case inclusively.

3. Sheet-forming unit (3) for machines for producing fibrous webs, in particular paper, cardboard or tissue webs, comprising a headbox (1) according to either of Claims 1 and 2 and a forming unit (2) which is arranged downstream thereof and in which the fibrous stock suspension (FS) is applied or introduced out of the exit gap (11) of the headbox (1) in a free jet.

4. Sheet-forming unit (3) according to Claim 3, characterized in that the forming unit (2) is configured as one of the following units:

- hybrid former;

- gap former, comprising two fabrics, in particular fabric belts, which form an inlet gap for the fibrous stock suspension (FS);

- Fourdrinier former, comprising a fabric belt, onto the surface of which the fibrous stock suspension (FS) is applied by means of the headbox (1).

Revendications

1. Caisse de tête (1) pour l'utilisation dans une machine de fabrication de nappes fibreuses, en particulier de nappes de papier, de carton ou de papier-tissu, à partir d'au moins une suspension fibreuse (FS), comprenant au moins un dispositif d'amenée (5) acheminant l'au moins une suspension fibreuse (FS), une buse (4) présentant une fente de sortie (11) pour distribuer la suspension fibreuse (FS) en jet libre, et un dispositif de génération de turbulences (6) disposé directement avant la buse (4) dans la direction d'écoulement, dans lequel l'au moins une suspension fibreuse (FS) peut être guidée en flux partiels par une pluralité de canaux générateurs de turbulences (7, 7.xy, 7.11-7.4n), au moins une région formant une région de fluidisation (12, 12.11-12.31) étant prévue à l'intérieur du canal individuel générateur de turbulences (7, 7.xy, 7.11-7.4n), caractérisée en ce que
la buse (4) présente une longueur (L) qui, en fonction de la taille de la surface proportionnelle, associée à un canal générateur de turbulences individuel (7, 7.xy, 7.11-7.4n) et décrivant une surface de division (B_T), de la surface en section transversale (Q_4E) de la buse (4) à l'entrée (4E) dans la buse (4), vaut :


où
L est la longueur de la buse (4) ;
k est une constante, 10 ≤ k ≤ 20 ; et
B_T est une surface de division,
la taille de la surface de division individuelle (B_T) correspondant au quotient de la surface en section transversale (Q_4E) de la buse (4) à l'entrée (4E) dans la buse (4) sur le nombre (N) des canaux individuels générateurs de turbulences (7, 7.xy, 7.11-7.4n) dans le dispositif générateur de turbulences (6) disposé directement avant la buse (4).

2. Caisse de tête (1) selon la revendication 1,
caractérisée en ce que
le canal individuel générateur de turbulences (7, 7.xy, 7.11-7.4n) du dispositif générateur de turbulences (6) est réalisé de telle sorte que le rapport de la surface en section transversale du canal individuel générateur de turbulences (7, 7.xy, 7.11-7.4n), décrivant la section transversale d'écoulement à la sortie (6A) du dispositif générateur de turbulences (6), sur la surface de division (B_T) associée à celui-ci, de la surface en section transversale (Q_4E) à l'entrée (4E) dans la buse (4), soit dans la plage inclusive de 0,5 à 0,95, de préférence dans la plage inclusive de 0,75 à 0,95, particulièrement préférablement dans la plage inclusive de 0,75 à 0, 9.

3. Unité de formation de feuilles (3) pour des machines de fabrication de nappes fibreuses, en particulier des nappes de papier, de carton ou de papier-tissu, comprenant une caisse de tête (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, et une unité de formage (2) disposée après celle-ci, dans laquelle la suspension fibreuse (FS) est appliquée ou introduite depuis la fente de sortie (11) de la caisse de tête (1) sous forme de jet libre.

4. Unité de formation de feuilles (3) selon la revendication 3,
caractérisée en ce que
l'unité de formage (2) est réalisée sous forme d'une des unités suivantes :

- formeur hybride ;

- formeur à fente, comprenant deux toiles formant une fente d'entrée pour la suspension fibreuse (FS), en particulier des tamis à bande ;

- formeur à toile longitudinale, comprenant un tamis à bande, sur la surface duquel est appliquée la suspension fibreuse (FS) au moyen de la caisse de tête (1).

Zeichnung