Mehrschichtstoffauflauf für eine Papiermaschine oder dergl.

Abstract

 Der vorgeschlagene Mehrschichtstoffauflauf für eine Papiermaschine oder dergl. ist so aufgebaut, daß er einen Breitstrahl, bestehend aus mindestens drei Einzelstrahlen (5, 5', 5''), erzeugen kann. Die Einzelstrahlen werden in getrennten Kanälen (3,3',3'') aufeinanderzugeführt, treten aus dem Stoffauflauf aus und vereinigen sich anschließend zu einem gesamten Breitstrahl. Erfindungsgemäß sind die einzelnen Kanäle so ausgebildet, daß weiter außen liegende Strahlen nach dem Austritt aus dem Kanal so weit umgelenkt werden können, daß sie nur mit einem sehr geringen Winkel auf den weiter innen liegenden Teilstrahl auftreffen. Dadurch werden Ablösungen beim Umlenken der Teilstrahlen und unerwünschte Quervermischungen bei ihrer Zusammenführung verhindert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoffauflauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Bekanntlich werden derartige Stoffaufläufe verwendet, um auf einer Papiermaschine oder dergl. eine Bahn zu bilden, die aus mindestens drei Schichten besteht. Es ist zumeist sinnvoll, die verschiedenen Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. Derartige Eigenschaften sind z.B. die Faserart oder -beschaffenheit oder auch sonstige Paramter, wie etwa Konsistenz, Feinstoffgehalt oder dergleichen. Der hierzu verwendete Stoffauflauf hat u.a. die Aufgabe, einen Breitstrahl zu erzeugen, der dann anschließend z.B. in den Formierbereich einer Papiermaschine eintritt. Dazu ist es zweckmäßig, für jeden der Suspensionsströme einen auch als Düsenraum bezeichneten Druckkanal im Stoffauflauf auszubilden, der in einen Spalt mündet. Beim Durchtritt der Stoffsuspension durch den Düsenkanal und Austritt aus dem Spalt wird Druckenergie in Bewegungsenergie umgewandelt, d.h. die Suspension wird beträchtlich beschleunigt.

[0003] Bei den bekannten Drei- und Mehrschichtstoffaufläufen treffen die einzelnen Teilströme im Strahl unter einem bestimmten Winkel zusammen. Dieser Winkel richtet sich zumeist nach den baulichen Gegebenheiten des Stoffauflaufes, z.B. dem Platzbedart für die Stoffzuführung/-verteilung sowie für Verstelleinrichtungen. Beim Zusammenführen der verschiedenen Suspensionsteilströme im Strahl haben infolge des Winkels die weiter außen liegenden Teilströme auch eine Geschwindigkeitskomponente rechtwinkelig zur Richtung eines benachbarten Teilstrahles. Aufgrund dieser Geschwindigkeitskomponenten ergeben sich in dieser Querrichtung Strömungsimpulse, die die Vermischung benachbarter Schichten miteinander verstärken. Diese Vermischung ist in dem auftretenden Maße unerwünscht. Schließlich ist ein solcher Mehrschichtstoffauflauf sowohl bei der Herstellung als auch beim Betrieb beträchtlich aufwendiger als ein Einschichtstoffauflauf. Der Nutzen dieses Aufwandes wird reduziert, wenn keine ausreichende Trennung der verschiedenen Teilströme im Blatt möglich ist.

[0004] Denkbar und gelegentlich praktiziert wird eine weitestmöglich parallele - also spitzwinkelige - Führung der Teilströme im Stoffauflauf selbst. Dadurch läßt sich zwar die störende Quergeschwindigkeitskomponente klein halten, andererseits wird der Stoffauflauf noch größer, da länger und noch aufwendiger.

[0005] Bei anderen bekannten kurz gebauten Stoffaufläufen werden die Teilströme bereits im Stoffauflauf umgelenkt, so daß sie annähernd parallel austreten können. Das kann dazu führen, daß sich in den Druckkanälen der äußeren Schichten, wo also die Umlenkung stattfindet, Ablösungen und Sekundärströmungen bilden, welche schädlich für die Gleichmäßigkeit des Strahles sind.

[0006] Es stellt sich daher die Aufgabe, eine möglichst parallele Zusammenführung der Teilströme und damit eine Verminderung eventuell auftretender Quergeschwindigkeiten mit einer kompakten Bauform des Stoffauflaufes zu verbinden und dabei Ablösungen und Strömungsstörungen weitestgehend zu vermeiden.

[0007] Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 vollständig gelöst.

[0008] Die Unteransprüche 2 bis 16 geben vorteilhafte Ausführungsformen an.

[0009] Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes werden sich zweckmäßigerweise die in den Kanälen geführten Stoffsuspensionen nach Art und Zusammensetzung unterscheiden. Insbesondere bei der Papierherstellung ist man oft bestrebt, verschiedene Faserqualitäten in verschiedenen Schichten des erzeugten Papieres einzusetzen.

[0010] Die Wirkung des Erfindungsgegenstandes bei der Lösung der Aufgabe kann auch dadurch noch verbessert werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit benachbarter Teilströme nicht gleich ist.

[0011] Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch

Fig. 1

einen erfindungsgemäßen Dreischicht-Stoffauflauf, geschnitten, in Seitenansicht;

Fig. 2

stark vereinfacht eine Variante des in Fig. 1 gezeigten Gegenstandes;

Fig. 3

Ausschnitt von dem in Fig. 1 gezeigten Gegenstand;

Fig. 4 u. 5

jeweils einen Ausschnitt des Erfindungsgegenstandes, geschnitten, in Seitenansicht;

Fig. 6

eine weitere Ausführungsform, geschnitten, in Seitenansicht

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäß konstruierten Dreischicht-Stoffauflaufes. Bei diesem werden die drei Suspensionsströme durch die Querstromverteiler 1,1', 1'' im wesentlichen über die gesamte Breite mit den Suspensionen versorgt. Letztere treten anschließend in die Turbulenzerzeuger 2, 2', 2'' ein, die hier mit Stufendiffusoren versehen sind. Den Turbulenzerzeugern schließt sich jeweils ein Kanal 3, 3', 3'' an, welcher im Betrieb mit den unter Druck stehenden Stoffsuspensionen gefüllt ist. Die Kanäle werden begrenzt durch äußere Begrenzungswände 6,9 und innere Begrenzungswände 7,8. Man erkennt deutlich, daß die Kanäle im wesentlichen ungekrümmt verlaufen. Die Mittelfläche zwischen den einen Kanal bildenden Begrenzungswänden, z.B. 6 und 7, ändert ihre Richtung innerhalb des Kanals entweder gar nicht oder nur sehr wenig, höchstens 3 bis 5^o. Das führt dazu, daß innerhalb der Kanäle keine nennenswerte Umlenkung der im Betrieb hineingeführten Suspensionsströmungen stattfindet. Erst nach dem Austritt der weiter außen liegenden Strömung wird deren Richtung geändert, so daß sie sich der der weiter innen liegenden im wesentlichen anpassen kann. Bei diesem Vorgang herrscht der Umgebungsdruck. Daher kann sich die freie Oberfläche der fließenden Suspension völlig ungehindert einstellen. Eine Ablösung von Wänden mit den schädlichen Auswirkungen auf den Strahl läßt sich so verhindern.

[0012] Die Austrittsspalte 4,4'' der außen liegenden Kanäle 3,3'' können durch Blenden 10 verstellt werden. Am Ende von zwischen zwei Kanälen liegenden Trennwänden 7 und 8 sind Führungsflächen, die spitzwinkelig zusammenlaufen. Nicht unbedingt erforderlich, aber oft hilfreich sind sie als flexible Trennlamellen 11 ausgebildet. Derartige Lamellen können das unerwünschte Vermischen benachbarter Schichten teilweise vermindern.

[0013] Nicht dargestellt sind die Teile der Papiermaschine oder dergl., von denen der vorgebildete Mehrschichtstrahl aufgenommen und entwässert wird, um eine Bahn zu bilden.

[0014] In der noch weiter vereinfachten Darstellung gemäß Fig. 2 ist der Winkel alpha, in denen die Kanäle, 3,3',3'' relativ zueinander stehen, mit 10^o noch spitzer gewählt. Diese an sich für den Betrieb des Stoffauflaufes günstige Maßnahme läßt sich zumeist wegen Platzproblemen nicht ohne weiteres durchführen.

[0015] Die ebenfalls sehr schematisch angelegte Fig.3 stellt den Winkel beta dar, in dem zwei benachbarte aus den Kanälen 3 und 3' austretende Teilstrahlen aufeinandertreffen.

[0016] Etwas detaillierter lassen sich die Strömungsverhältnisse auf den Fig. 4 und 5 erkennen. Für jeden Kanal läßt sich eine Mittelfläche definieren als geometrischen Ort aller Punkte, die von beiden diesen Kanal bildenden Begrenzungswänden den gleichen Abstand haben. Der Verlauf dieser Fläche gibt, in Strömungsrichtung betrachtet, näherungsweise die mittlere Strömungsrichtung wieder. Diese wird hier durch hintereinander stehende Pfeile angedeutet. Der Winkel alpha ist der, in dem zwei benachbarte mittlere Strömungsrichtungen, hier die mittlere und die sich anschließend äußere, zueinanderstehen. Dabei wird also die Strömungsrichtung innerhalb eines Kanals als Mittelwert zwischen den Begrenzungswänden angenommen.

[0017] Ferner ist der Abstand A eingezeichnet, der gebildet wird zwischen dem Ende der weiter außen liegenden Begrenzungswand von dem Ende der weiter innen liegenden Begrenzungswand. Dabei werden in dem hier gezeichneten Beispiel die flexiblen Trennlamellen nicht mitgemessen, wenn die Richtungsumkehr, wie im Anspruch 2 beschrieben, bevorzugt an einer festen Kontur stattfinden soll, welche in diesem Fall an der innen liegenden Begrenzungswand 7 vorhanden ist. Unter bestimmten Bedingungen kann der durch die Erfindung benutzte Effekt aber auch im Bereich der Trennlamelle 11 realisiert sein, wobei diese dann zur Ermittlung des Maßes A die mitberücksichtigt wird (s. Fig. 6).

[0018] Fig. 5 unterscheidet sich im wesentlichen von Fig. 4 dadurch, daß bei ihr der Winkel alpha, hier mit etwa 23^o, steiler ist, als der mit 15^o in Fig. 3 gezeigte. Der ganze Stoffauflauf kann dadurch noch kompakter werden, d.h. kürzer in Laufrichtung.

[0019] Es ist ohne weiteres einzusehen, daß der erfindungsgemäße Stoffauflauf nicht zwangsläufig horizontal gerichtet sein muß, vielmehr ist es möglich, diesen so anzuordnen, daß er einen schrägen, vertikal nach oben oder auch vertikal nach unten gerichteten Suspensionsstrahl erzeugen kann. Die Vorteile sind auch damit erzielbar.

Ansprüche

1. Stoffauflauf für eine Papiermaschine oder dergl., in dem mindestens drei sich im wesentlichen über die Papiermaschinenbreite erstreckende, durch Begrenzungswände (7,8) voneinander getrennte und aufeinander zulaufende Kanäle, das heißt mindestens ein innerer (3') und mindestens zwei äußere (3,3''), vorhanden sind, in denen Suspensionsströme geführt werden können und die in Austrittsspalte (4,4',4'') münden, aus denen der jeweilige Suspensionsstrom in Form eines breiten Teilstrahles (5,5',5'') austreten kann, wonach die verschiedenen Teilstrahlen zusammengeführt werden können,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kanäle einen im wesentlichen ungekrümmten Verlauf haben, der Winkel (alpha), in dem benachbarte Kanäle (3,3',3'') relativ zueinander stehen, zwischen 8 und 45 Grad liegt und daß der jeweils weiter außen liegende Kanal (3,3'') an seiner weiter außen liegenden Seite so endet, daß dadurch bei Betrieb des Stoffauflaufes ein Abschnitt eines einseitig offen geführten Teilstrahles (5,5'') entsteht, und daß an seiner weiter innen liegenden Seite die ihm zugewandte Fläche der Begrenzungswand (7,8) so geformt ist, daß dort eine Richtungsumkehr im wesentlichen auf die Richtung des weiter innen liegenden Strahles (5') erfolgen kann, und zwar derart, daß sich die benachbarten Teilstrahlen anfangs mit einem Winkel (beta) von höchstens 10 Grad berühren.

2. Stoffauflauf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einem weiter außen liegende Teilstrahl (5,5'') zugewandte Fläche der Begrenzungswand (7 bzw. 8), in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem Bereich, in dem die den weiter außenliegenden Teilstrahl(5,5'') weiter außen begrenzende Begrenzungswand (6 bzw. 9) endet, eine Winkeländerung von wenigstens 5 Grad in Richtung zum weiter äußeren Teilstrahl (5 bzw. 5'') hin aufweist.

3. Stoffauflauf nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß weiter äußere Begrenzungswände (6,9) von weiter äußeren Kanälen (3,3'') in Strahlrichtung in einem Abstand (A) von mindestens 5 mm früher enden als die jeweils weiter innen liegende Begrenzungswand (7,8) des weiter innen liegenden Kanals (3').

4. Stoffauflauf nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die weiter äußeren Begrenzungswände (6,9) von weiter äußeren Kanälen (3,3'') in Strahlrichtung 10 bis 60 mm früher enden als die jeweils weiter innen liegende Begrenzungswand (7,8) des jeweils weiter innen liegenden Kanals (3').

5. Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den äußeren Enden der Begrenzungswände (7,8) eines innneren Kanals (3') flexible Lamellen (11) angebracht sind.

6. Stoffauflauf nach Anspruch 1 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß weiter äußere Begrenzungswände (6,9) von weiter äußeren Kanälen (3,3'') in Strahlrichtung in einem Abstand (A) von mindestens 10 mm früher enden als die an der jeweils weiter innen liegende Begrenzungswand (7,8) des weiter innen liegenden Kanals (3') angebrachte flexible Trennlamelle (11).

7. Stoffauflauf nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel in dem zwei benachbarte Kanäle relativ zueinander stehen, zwischen 10 und 20^o liegt.

8. Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich nach der Richtungsumkehr die benachbarten Teilstrahlen anfangs mit einem Winkel (beta) von 1 bis höchstens 5 Grad berühren.

9. Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich im Bereich des Zusammenführens von benachbarten Teilstrahlen Führungsflächen befinden, die in einem Winkel von maximal 8 Grad, vorzugsweise 1 bis 5 Grad, zusammenlaufen.

10. Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich innerhalb eines Kanals die Richtung der Mittelfläche in Strömungsrichtung um höchstens 5 Grad ändert.

11. Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußeren Trennwände (6,9) der beiden äußersten Kanäle (3,3') auf ihrer ganzen Länge starr ausgebildet sind, die Trennwände (7,8) des innneren Kanals (3') bzw. der inneren Kanäle in ihrem bezüglich des Strömungsverlaufes anfänglichen Teil starr und an ihren äußeren Enden flexibel sind.

12. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den inneren Kanal (3') begrenzenden Begrenzungswände (7,8) so weit verformbar sind, daß sich während des Betriebes des Stoffauflaufes in dem äußeren Kanal (3,3'')und in dem inneren Kanal (3') im wesentlichen der gleiche Druck einstellen kann.

13. Stoffauflauf nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verformbaren, den inneren Kanal (3') begrenzenden Begrenzungswände (7,8) stromaufwärts starr im Stoffauflauf befestigt sind.

14. Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den äußeren Begrenzungswänden (6,9) Blenden (10) zur Spaltweiteneinstellung vorhanden sind.

15. Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den inneren Kanal (3') begrenzenden Begrenzungswände (7,8) in Stömungsrichtung verschiebbar sind und sich dadurch die Spaltweite am Austrittsspalt verändern läßt.

16. Stoffauflauf nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß drei Kanäle mit insgesamt mindestens zwei unterschiedlichen Zuführungen für die Suspensionen vorhanden sind.

17. Verwendung des Stoffauflaufs nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er zur Bildung eines auf einer Papiermaschine zur Papiererzeugeung entwässerbaren Faserstoff-Suspensionsstrahles eingesetzt wird, und daß die mindestens drei Kanäle mit mindestens zwei unterschiedlichen Suspensionen, bezüglich Zusammensetzung oder Strömungsparameter, beschickt weden.

18. Verwendung des Stoffauflaufs nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
mindestens zwei unterschiedliche Teilstrahlen unterschiedliche Geschwindigkeiten haben.

Zeichnung