DE1561650A1

DE1561650A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Zufuehrung von Aufschlaemmungen,insbesondere Papierstoff zu einer Papiermaschine

Info

Publication number: DE1561650A1
Application number: DE19671561650
Authority: DE
Inventors: Boyce William Brian; Brezinski Jerome Phillip
Original assignee: Beloit Corp
Current assignee: Beloit Corp
Priority date: 1966-11-29
Filing date: 1967-11-27
Publication date: 1970-10-01
Also published as: ES347757A1; US3514372A; FI50556C; FI50556B; GB1213137A; FR1558396A

Description

PATENTANWALT

7 STUTTGART I, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003

27. November I967 - BE 224 -

Beloit Corporation, Beloit, Wisconsin, USA

Priorität: US-Patentanmeldung Ser.No. 597 vom 29. November 1966

Verfahren und Vorrichtung zur Zuführung von Aufschlämmungen, insbesondere Papierstoff zu einer Papiermaschine ν

Die Erfindung bezieht sich auf die Beförderung und Führung von Flüssigkeiten, insbesondere auf die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Faserdispersion in Aufschlämmungen bzw. Suspensionen, die z.B* bei der papierherstellung verwendetwerden. Die Erfindung betrifft im einzelnen ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung des vermischungsVorganges

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zwischen einer Vielzahl von Plussigkeitsstrahlen, um die Entwicklung unerwünschter Strömungsverhalten, z.B. Wirbelbildung, in der Flüssigkeit zu verhindern.

Um zu einer gleichmäßigen Faserverteilung-in einer Faserstoffsuspension zu gelangen und diese danach über die Länge des Strömungsweges im Stoffauflaufkasten vor Erreichen des Formsiebes_t in dem Bereich vor dem Austrittsspalt aufrechtzuerhalten, sind komplizierte Zusatzausrüstungen bekannt, mit denen der Papierstoff mechanisch vibriert, geschüttelt oder gerührt wird. Sämtliche dieser Maßnahmen führen jedoch zu hoher Turbulenz in der Fasersuspension.

Dabei handelt es sich um Gleichrichter- und Schaufelwalzen, perforierte Platten, Verengungen durch Stabreihen, Prallbleche usw., um Querströmungen und anderen unerwünschten Strömungsverläufen entgegenzuwirken, die in dem Papierstoff während der Durchströmung des Stoff-Auflaufkastens entstehen. Solohe die Strömung in der Maschinenlängsrichtung ausrichtenden bzw. vergleiohmäßigenden Vorrichtungen, die der Strömung einen Widerstand entgegensetzen, sind nachteilig, weil sie ihrerseits Turbulenzfäden und -Strudel erzeugen, da sich die in Einzelströmungen unterteilte Hauptströmung hinter den Vorrichtungen wieder vereinigen muß. Diese Wirkungen treten um so weniger hervor, Je größer beispielsweise in einer Gleichrichter trommel der freie Durchschnittsquerschnitt ist. Daraus

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ergibt sich jedoch eine unvollständige Strömungsausrichtung, und aufgrund der schmäleren Abstände zwischen den Öffnungen können sich dort Fasern anhäufen und zu Klumpen vereinigen. Darüber hinaus muß eine Gleichrichterwalze rotieren, damit sie sauber bleibt, was einen relativ teueren Aufbau der Trommel und zusätzlich aufwendige Hilfseinrichtungen erfordert.

Ein Verfahren zur Beseitigung von Wirbelströmungen in Stoffauf lauf kästen für Papiermaschinen mit großem Durchsatz ist in der US-Patentanmeldung 459 2Ll vom 27. Mai I965 der gleichen Anmelderin angegeben. Auch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, Verfahren und Einrichtungen innerhalb des Auflaufkastens einer Hochleistungspapiermaschine anzugeben, um eine Vielzahl von (Papierstoff-) Strömungsstrahleη so zu vereinigen, daß Wirbelströme oder Querströme im wesentlichen vermieden werden. Um in einer Trägerflüssigkeit faser- , artiges Material in zweckmäßige gleichmäßige Verteilung zu bringen, beispielsweise Fasern innerhalb einer Papierstoffsuspensiön, sollen durch die Stoffströmung selbst beeinflußte Verfahren und Vorrichtung/angegeben werden, wobei wenigstens eine Folge oder ein Satz von Einrichtungen vorgesehen ist, die einen hohen Eintrittsverlust, einen möglichst kleinen Gradienten der Geschwindigkeitshöhe oder eine minimale Geschwindigkeitsänderung in der stromabwärtigen Strömung und an der Ausgangsseite einen großen Durchtrittsquerschnitt bewerkstelligen j um eine stabile Strömung am Austrittsspalt zu erreichen.

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Gemäß der Erfindung wird ein Strömungselement verwendet, das stromab hinter einer ViäLzahl von Diffusoren angeordnet ist und eine gleichförmige Mischung von Düsenstrahlen bei deren Vereinigung gewährleistet.

Faserartiges Material, das sich in flüssiger Suspension befindet, wird erfindungsgemäß einem Auflaufkasten oder einer anderen vor dem Austrittsspalt angeordneten Kammer zugeführt und gelangt von dort durch den Austrittsspalt auf ein Formsieb. Innerhalb der Kammer iäb ein Verteiler angeordnet, um mit dem Papierstoff eine Vielzahl von Diffusoren oder anderen Strömungswiderstandseinrichtungen zu beaufschlagen. Der Verteiler ist so ausgelegt, daß am Eingang sämtlicher Diffusoren im wesentlichen der gleiche Druck herrscht. Die durch die Düsen gedrückte Papierstoffsuspension gelangt anschließend an ein Strömungselement, das eine Vielzahl einzelner Abteile oder Kanäle aufweist, die jeweils hinter einem zugeordneten Diffusor angeordnet sind. Dieses Strömungselement besitzt eine im Querschnitt größere offene Durchtrittsfläche als diejenige der Diffusoren. Dadurch kann der Papierstoff beim Durchströmen der durch die Seitenwände des Strömungselementes gebildeten Leitkanäle divergieren und verbraucht dabei viel von seiner kinetischen Energie, von der ein Teil in Druck umgewandelt wird. Während der Bewegung des Papierstoffes innerhalb des Strömungselementes wird seine Geschwindigkeit aufgrund dessen großen Durchtrittsquerschnittes erheblich verringert. Beim

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Verlassen des Strömungselementes vereinigt'sich der Papierstoff somit gleichmäßig und bleibt im wesentlichen frei von Wirbelströmungen - im Gegensatz zu der Punktion bekannter Vorrichtungen, bei denen bislang nur die Größe der Wirbelströmungen reduziert werden konnte. '

Das ortsfest angeordnete Strömungselement nach der Erfindung besitzt einen freien Durchschnittsquerschnitt von annähernd 84 %> was stromab beim Vermischen der Ströme aus den einzelnen Leitkanälen des Strömungselementes zu einer minimalen Turbulenz führt. Die stromaufwärtige Seite des Strömungselementes besitzt ebenfalls einen freien Durchtrittsquerschnitt von 84 %'y die dünnen Trennwände zwischen den Leitkanälen bleiben jedoch vjegen der Turbulenz und des durch die Diffusorstrahlen erzeugten Rückflusses frei von Paseransammlungen. Zwischen den Diffusoren und dem ortsfesten Strömungselement, welches einen Teil der kinetischen Energie der Düsenstrahlen vernichtet, befindet sich eine Zone äußerst hoher Turbulenz. Der verhältnismäßig große Anteil einer festen Oberfläche Innerhalb der· Leitkanäle des Strömungselementes absorbiert ebenfalls kinetische Energie der Diffusorstrahlen und verzögert diese, üü daß auch hier kinetische Energie in Druckenergie umgewandelt wird, .

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der in den Figuren gezeigten Auüführungsbe!spiele -näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt eine etwas s<tematisehe perspektivische Ansicht eines Stoffauflaufkastens in aufgeschnittener Darstellung. ^£

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Teildarstellung einen der. Leitkanäle des Strömungselementes mit einem zugeordneten Diffusor.

Fig. .3 ist eine Vorderansicht des Strömungselementes nach B¹Ig. 1 mit den dazu ausgerichteten Diffusoren.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Strömungselementes nach B'ig. J<, und

Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform des Strömungselementes nach Fig. J5.

Entsprechend Fig. 1 ist ein Stoffauflaufkasten 10 mit einem Austrittsspalt 11 versehen, über den in Suspension befindliches Fasermaterial auf ein Formsieb oder -band 12 abgegeben wird. Das Formsieb 12 kann als ein kontinuierlich bewegtes Band aufgefaßt werden, das um eine Mehrzahl von Walzen, wie z.B. um die Walze 1J5, geführt ist.

Der zum Austrittsspalt 11 gelangende Papierstoff wird dem Auflaufkasten l_o über einen Einlaß 14 zugeführt und gelangt dabei zunächst in einen Verteiler 16, der an eine Vielzahl von Diffusoren 18 über eine entsprechend große Anzahl von Öffnungen I9 angeschlossen ist. Der Verteiler 16 erhält den Papierstoff mit einem ausreichend hohen Druck zugeführt, da-

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mit der Papierstoff durch die Diffusoren in Richtung auf den Austrittspalt hindurchgedrückt werden kann. Das stromabwärtige Ende der Diffusoren l8 besteht aus einer Vielzahl von Öffnungen 20, aus denen der Papierstoff mit relativ hoher Geschwindigkeit austritt. Der Gesamtquerschnitt der durch die Öffnungen 20 gemeinsam gebildeten freien Durchtrittsfläche ist wesentlich geringer als der offene Durchtrittsquerschnitt in dem dahinterliegenden Abschnitt des Auflaufkastens 10. Aus diesem Grund tritt der Papierstoff aus den Diffusoren 18 in Form einer Vielzahl von Düsenstrahlen hoher Geschwindigkeit aus, die sich längs ihrer Strömungsrichtung allmählich im Querschnitt erweitern bzw. divergieren und sich auf dem Weg zum Austrittsspalt 11 zu einer geschlossenen Masse vereinigen. Bei dieser Vereinigung der DUsenstrahlen entstehen jedoch Wirbelströme, die bei der Papierherstellung unerwünschte Wirkungen mit sich bringen, indem sie zur Bildung von Faserstoffklumpen und anderen Unregelmäßigkeiten der auf dem Formsieb entstehenden Papierbahn führen.

Um Wirbelströme zu vermeiden, ist hinter der Diffusoranordnung 17 ein Strömungselement 21 angeordnet, das eine Vielzahl von Leitkanälen 22 enthält, die sich jeweils in Ausfluchtung mit der Öffnung eines Diffusors l8 befinden.

Der Durchtrittsquerschnitt eines jeden Leitkanals 22 ist größer als der Öffnungsquerschnitt eines Diffusors an der Stelle 20. Der aus Papierstoffsuspension bestehende Düsenstrahl, der sich

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nach dem Austritt aus dem Diffusor aufweitet, legt sich demzufolge an die Seitenwandungen der Leitkanäle 22 an, wobei ein wesentlicher Anteil der in den Düsenstrahlen enthaltenen kinetischen Energie vernichtet wird. Die durch Düsenstrahlen hoher Geschwindigkeit hervorgerufenen Wirbelströme treten erfahrungsgemäß im stromaufwärtigen Bereich der Leitkanäle 22 auf. Da jedoch der Papierstoff beim Durchströmen der Leitkanäle erheblich an Geschwindigkeit verliert, wird das Entstehen von Wirbelströmen fast vollständig beseitigt. Wenn die Fasersuspension die Leitkanäle 22 verläßt, vereinigt sie sich somit im wesentlichen frei von Wirbelströmen. Es kann angenommen werden, daß dieser erwünschte Vorgang aufgrund der Verzögerung durch das Strömungsrichtelement 21 stattfindet, ·£*«· und auch aufgrund der Querschnittsform der Düsenstrahlen im Anschluß an das Strömungsrichtelement, Falls beispielsweise der Querschnitt der die Diffusoren 18 verlassenden Düsenstrahlen zylindrisch ist, liegen anfänglich nur ihre tangentialen Umfangsbereiche aneinander, um dazwischen einen relativ großen freien Raum freizulassen, in denen sich Wirbelströme entwickeln können. Da andererseits der Durchtrittsquerschnitt in den Leitkanälen 22 entsprechend Fig· 3 quadratisch ist, steht zwischen benachbarten Düsenstrahlen eine größere Umfangsfläche zur Verfügung, wodurch der freie Raum oder die offene Querschnitts fläche merklich verringert ist, innerhalb der sich Wirbelstr.öme entwickeln könnten. Der Papierstoff ist deshalb beim Austritt aus dem

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Strömungsrichtelement 21 im wesentlichen frei von Wirbelströmen und wird dem Austrittsspalt 11 in Form einer gleichmäßigen stabilen Strömung ohne Faserzusammenballungen oder andere Fehler zugeführt.

Der Verteiler 16 verjüngt sich von seinem breiteren dem Einlaß 14 zugekehrten Ende kontinuierlich in Richtung auf ein schmäleres Ende in der Nahe eines nachgeschalteten Auslasses 2j5. Durch diese Maßnahme wird an sämtlichen Öffnungen 19 ein im wesentlichen gleichbleibender Druckgradient aufrechterhalten, der seinerseits eine gleichförmige Papierstoffströmung durch die Diffusoren 18 gewährleistet. Der Auslaß 23 des Verteilers ist über eine Leitung 27 an einem sekundären Einlaß 26 angeschlossen. Der dem Verteiler 16 zugeführte Papierstoff, der nicht in die Diffusoren 18 eintritt, wird somit nochmals dem sekundären Einlaß 26 zugeleitet und vermischt sich dabei mit dem durch den Einlaß 14 in den Verteiler eintretenden Papierstoff. Innerhalb der Leitung 27 kann eine Pumpe vorgesehen werden, um den Strömungsdruck zu erhöhen.

B¹Ig. 2 zeigt die näheren Einzelheiten für einen Diffusor l8 UId für einen Leitkanal 22 des Richtelementes 21. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung haben die nachfolgend angegebenen Abmessungen zu besonders günstigen Ergebnissen geführt. Der Eintrittsabschnitt ^O des Diffusors ist mit einer axialen Länge A = 100 mm und einem Innendurchmesser von 20 mm ausgeführt.

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Der konische Abschnitt 31 des Diffusors besitzt eine axiale Länge B = 250 mm, wobei der keinere Durchmesser des konischen Abschnittes 3I gleich dem Durchmesser des zylindrischen Abschnittes 30 ist. Der Abschnitt 32 größeren Durchmessers hat eine axiale Länge C = 250 mm und einen Innendurchmesser von 35 mm. Der größte Innendurchmesser des konischen Abschnittes 31 entspricht dem Innendurchmesser des zylindrischen Abschnittes 32. Der Leitkanal 22 ist dem Diffusoraustritt in einem Abstand D = 75 mm nachgeschaltet. Die Außenabmessung des Leitkanals 22 (Seitenlänge) beträgt 70 mm im Quadrat, während die axiale Länge E = 300 mm mißt.

Unter Verwendung der vorstehend angegebenen Bemessungsbeispiele ergeben sich innerhalb des Diffusors 18 und des strömungskanals 32 folgende Strömungsgeschwindigkeiten: Bei einem gegebenen Druck beträgt die Geschwindigkeit des durch den zylindrischen Eintrittsabschnitt 30 fließenden Papierstoffes 5,48 m/s. Die Geschwindigkeit des Papierstoffes bei Durchströmung des im Durchmesser vergrößerten zylindrischen Abschnittes 32 des Diffusors 18 beträgt 1,79 m/s. Die Geschwindigkeit des Papierstoffes beim Austritt aus dem Leitkanal 22 beträgt Ο,3β5 m/s. Man erkennt, daß der Leitkanal demnach die Geschwindigkeit des Papierstoffes im Auflaufkasten 10 beträchtlich herabsetzt und die Möglichkeit bietet, daß sich der Papierstoff ganz allmählich frei von Wirbelströmen vereinigt. Diese gleichmäßige Vereinigung der DUsenstrahlen

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beim Durchfluß'durch den Auflaufkasten 10 wird teilweise auf den relativ großen offenen Durchtrittsquerschnitt an der Ausgangsseite des Richtelementes 21 zurückgeführt. Als Beispiel sei angenommen, daß der Durchtrittsquerschnitt des Strömungselementes 21 84 % der Querschnittsfläche.des dahinter liegen- ■ den Bereiches des Auflaufkastens ausmacht. Ein Vergleich mit der annähernd 17 % offenen Durehtrittsquerschnittfläche am Ende der Diffusoren zeigt, daß das Richtelement 21 eine beträchtliche Verbesserung inv Hinblick auf das Vermischen der Düsenstrahlen mit sich bringt. Darüber hinaus wird ein wesentlicherAnteil der kinetischen Energie der die Diffusoren verlassenden Düsenstrahlen an den Seitenwänden der Leitkanäle 22 in der Nähe des Austritts.aus den Diffusoren 18 vernichtet. Schließlich bewirkt der Rückfluß in dem Bereich, in dem die" Diffusoren das Strömungsmedium in das statisch wirkende Richteüanent 21 abgeben, daß die stromauf wärt igen Kanten der Leitkanäle von Faseraufbau bzw. -ansammlungen freibleiben.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausfuhrungsform des Riehtelementes 21, bei dem die Leitkanäle 22* mit rechteckigem Querschnitt ausgeführt sind. Nach Fig. 5 kann der Querschnitt der-Leitkanäle auch polygonal, entsprechend der dargestellten Ausführungsform bei 22", sechseckig sein. Schließlich ist es auch entsprechend Fig. 6 möglich, den Querschnitt der Leitkanäle 22^HI rund auszuführen.

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Mit der Erfindung entstehen somit ein verbessertes Verfahren sowie Vorrichtungen, um Wirbelströme in einer Papierstoff suspension während deren Durchströmung eines Auflaufkastens im wesentlichen zu beseitigen bzw. zu verhindern. Obwohl sich in dem zur Erläuterung angegebenen Ausführungsbeispiel das ortsfeste Strömungsrichtelement 21 stromab hinter den Diffusoren 18 befindet, ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung und Reihenfolge beschränkt. Der Divergenzwinkel der Diffusoren 18 kann innerhalb eines Bereiches von 3° bis l8o° liegen, und schließlich bleiben auch weitere Abänderungen und deren Kombinationen im Bereich der vorliegenden Erfindung möglich.

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Claims

DIPL.-ING. WILFRID RAECK

7 STUTTGART I, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003

Beloit Corporation, ·

Beloit, Wisconsin 27. November I967.

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Zuführung von flüssigen Aufschlämmungen, _t insbesondere von Papierstoff an eine Papiermaschine,, bei dem die Fasersuspension nacheinander einer oder mehreren Strömungsänderungen unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vor dem Austrittsspalt angeordneten Auflaufkasten (10) in dem Papierstoff ein erster Strömungszustand hergestellt wird, daß die Strömung innerhalb des Auflaufkastens in eine Mehrzahl paralleler zueinander unter Abständen verlaufender Einzelströme aufgeteilt wird, die jeweils eine vorbestimmte verhältnismäßig hohe Anfangsgeschwindigkeit aufweisen, daß die Einzelströme kurz auf die genannte Anfangsgeschwindigkeit beschleunigt und unmittelbar danach bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Richtung der Anfangsgeschwindigkeit auf eine Zwischengeschwindigkeit verzögert werden, daß die mit der Zwischengeschwindigkeit versehenen Einzelströme jeweils einem Strömungsrichtelement (21) ausgesetzt werden zur weiteren Verzögerung auf eine geringe Geschwindigkeit, und daß die Einzelströme anschließend zur Bildung eines zweiten Strömungszustandes in dem Auflaufkasten vereinigt werden, bei dem zur Erzielung einer homogenen Strömung miteinander verhakter Fasern in der Papierstoffsuspension und ohne Wirbelströme die Richtung der Anfangsgeschwindigkeit beibehalten bleibt.

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2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem vor dem Austrittsspalt einer Papiermaschine angeordneten Stoffauflaufkasten, über den eine Papierstoffströmung auf das Formsieb gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt der Kammer 10 aus einer querverlaufenden Stauplatte mit Öffnungen (19) besteht, die unter Abständen achsparallel zueinander verlaufen, wobei die Öffnungsquerschnittsflächen an der Stauplatte ihren geringsten Wert aufweisen, daß an die Öffnungen untereinander parallel verlaufende Diffusoren (18) angeschlossen sind, deren Eintrittsquerschnitt mindestens so groß wie der geringste Öffnungsquerschnitt in der Stauplatte ist, an den sich ein allmählich im Querschnitt vergrößernder Bereich (31) sowie ein Austrittsbereich (32) anschließt, dessen Querschnitt größer als der Eintrittsquerschnitt ist, und daß stromab hinter den Diffu-

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soren ein Strömungsrichtelement/mit über seine Länge gleichbleibendem Querschnitt angeordnet ist, um die Entstehung von Wirbelströmen in der Papierstoffsuspension zu verringern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusoren (18) mindestens in einem Bereich des Auflaufkastens vorgesehen sind bzw. mindestens eine Einrichtung zur Strömungszustandeänderung bilden.

K. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflaufkasten (lo) vor den Diffusoren (18) einen Verteiler enthält, über den der Papierstoff mit konstantem Druck

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eingeführt wird, und daß an dem Verteiler eine Rücklaufeinrichtung (27) angeschlossen ist, die den nicht in die Diffusoren abgegebenen Papierstoff aufnimmt und diesen zum Verteiler zurüekfhrt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stfömungsrichtelement (21) eine Vielzahl von an beiden Enden offenen Leitkanälen (22) enthält, deren Öffnungen mit einer entsprechenden Öffnung eines Diffusors im wesentlichen axial ausgerichtet ist, so daß sich die die Leitkanäle verlassenden Papierstoffströme vor dem Austrittsspalt des Auf- •laufkastens unter Beibehaltung der Richtung der Ströme in den Diffusoren miteinander vereinigen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt der Leitkanäle (2) im Strömungsrichtelement (21) größer ist als der Querschnitt an der Austrittsöffnung des zugeordneten Diffusors.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Leitkanäle (22) innerhalb des Strömungsrichtelementes (21) quadratisch ist,

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Leitkanäle (22) innerhalb des Strömungsrichteiementes rechteckig ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ^kennzeichnet, daß der Querschnitt der Leitkanäle (22) innerhalb des Strömungsrichtelementes (21) polygonal ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Leitkanäle (22) innerhalb des Strömungsrichtelementes (21) sechseckig ist.

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