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Stoffauflaufvorrichtuna für eine PaPiermaschine
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Die Erfindung betrifft eine Stoffauflaufvorrichtung für eine Papiermaschine,
mit einem Zuführkanal für die Stoffflüssigkeit, an den sich ein zu einem Ausgangsspalt
konvergierender Düsenkanal anschliesst, welcher durch Lippen begrenzt ist, von denen
mindestens eine an ihrer Innenfläche eine den Düsenkanal verengende, dem Ausgangsspalt
benachbarte Erhebung aufweist, welche an eine der Hauptströmungsrichtung der Stoffflüssigkeit
entsprechend verlaufende, stromaufwärts gelegene Wandpartie der Lippe anschliesst
und welche durch eine quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufende, ihr entgegengerichtete
Stirnfläche und eine an diese stromabwärts anschliessende, der Hauptströmungsrichtung
entsprechend verlaufende Teilfläche gebildet ist.
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Bei einer bekannten Vorrichtung der genannten Art sind die Stirnfläche
und die Teilfläche der Erhebung an einem im Querschnitt dreieckförmigen, schwellenartigen
Einbauteil ausgebildet, der auf eine durchgehend ebene Wandpartie des Düsenkanals
aufgesetzt ist (US-PS 3 310 461). Die Stirn-
fläche der bekannten
Erhebung ist gegenüber der ihr stromaufwärts benachbarten Wandpartie in einem stumpfen
Winkel von 950 bis 1450 geneigt, während die an die Stirnwand stromabwärts anschliessende
Teilfläche der Erhebung mit dem durch diese überdeckten Abschnitt der Wandpartie
einen Winkel von 50 bis 550 einschliessen soll. Bei der bekannten Ausführung soll
die entlang der Wandpartie verlaufende Randströmung durch die schräge Stirnfläche
der Erhebung gegen die Hauptströmung umgelenkt werden, um sich mit dieser zu vermischen,
wodurch Strömungsenergie absorbiert und die Strömung verlangsamt werden soll, um
diese über die ganze Breite des Düsenkanals auszugleichen. Dabei bewirken die in
einem stumpfen Winkel zu der stromaufwärtigen Wandpartie ansteigende Stirnfläche
und die zur stromabwärtigen Wandpartie in spitzem Winkel abfallende Teilfläche der
bekannten Anordnung ein zumindest teilweises Anlegen der abgelenkten Randströmung
an die Stirnfläche und an die abfallende Teilfläche der Erhebung, so dass eine Richtungsänderung
in der die Randströmung aufnehmenden Partie der Hauptströmung erzwungen wird, welche
Partie die Tendenz hat, der Kontur der Erhebung zu folgen. Aufgrund dieser relativ
starken Strömungsumlenkungen können bei der bekannten Ausführung in den die Erhebung
umströmenden Randbereichen der Stoffflüssigkeit Häufungen der suspendierten Stoffasern
auftreten, welche die Qualität des herzustellenden Papiers beeinträchtigen.
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Bei einer anderen bekannten Ausführung setzt sich die obere Lippe
in eine über den Ausgangsspalt hinaus ragende, zur Stoffflüssigkeit konvex gekrümmte
Lippenpartie fort, welche an ihrer Unterseite mit stufenartigen Erhebungen versehen
ist, während an der unteren Lippe beim Ausgangsspalt eine flexible, folienartige
Lippenpartie befestigt ist, die mit ihrem freien Ende auf einer beweglichen Bahn
einer Blattbildungsvorrichtung aufliegt (Europäische Patentan-
meldung
0 015 670). Die bekannte Ausführung bezieht sich auf die Führung der aus dem Düsenkanal
austretenden Strömung der Stoffflüssigkeit, wobei auch bei dieser Ausführung die
Stirnflächen der Erhebungen jeweils in einem stumpfen Winkel zur stromaufwärtigen
Wandpartie stehen.
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Dabei sind die Teilflächen der stromabwärts aufeinanderfolgenden Erhebungen
jeweils in einem abnehmenden Winkel gegen die Hauptströmungsrichtung bzw. zur Innenfläche
der unteren Lippe geneigt. Entsprechend kann auch bei dieser Ausführung eine wiiksarr
Verirbeiiing der Stoffasern in der Randströmung nicht mit genügend grosser Sicherheit
gewährleistet werden, wobei die gekrümmte Lippe zudem eine relativ aufwendige Herstellung
erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herzustellende
und strömungsmässig verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen,
bei der durch gute Verwirbelung der im Bereich der Randströmung befindlichen Stoffasern
deren gleichmässige Verteilung in der dem Austrittsspalt zuströmenden Stoffflüssigkeit
und damit eine gleichbleibende Qualität des zu erzeugenden Papiers gewährleistet
wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass an mindestens
einer der Lippen mindestens eine stromaufwärts der dem Ausgangsspalt benachbarten
Erhebung angeordnete, zusätzliche Erhebung vorgesehen ist und dass zumindest an
dieser Erhebung die Stirnfläche mit der ihr stromaufwärts benachbarten Wandpartie
der Lippe einen Winkel von 400 bis 900 einschliesst und die zugehörige Teilfläche
zumindest annähernd parallel zur stromaufwärtigen Wandpartie verläuft.
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An der erfindungsgemäss ausgebildeten Lippe werden in der Randströmung
Mikroturbulenzen erzeugt, wobei jeweils vor
der Stirnfläche und
im Bereich der stromabwärtigen Teilfläche stabile Wirbel gebildet werden, welche
ein Anlegen der Randströmung zumindest an die zusätzliche Erhebung verhindern. Die
Stirnfläche und die Teilfläche bilden eine definierte Ablösekante für die Strömung,
welche daher -mit Ausnahme einer im Bereich der Erhebung flach gekrümmt verlaufenden,
relativ dünnen Randschicht - durch praktisch über den ganzen Düsenkanal gerade verlaufende
Strömungsfäden bestimmt ist. Der Verlauf der Randströmung ist im wesentlichen durch
die im Bereich der Stirnfläche und der stromabwärtigen Teilfläche gebildeten Wirbel
bestimmt. Diese bilden hochturbulente Scherfelder, in welchen allfällige Ansammlungen
von Stoffasern zuverlässig aufgelöst und die Stoffasern in Suspension gehalten werden.
Durch die erfindungsgemässe Ausführung wird eine besonders günstige Strömungsführung
bei vorteilhaft gedrängter Bauart der Vorrichtung erzielt.
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Nach einer besonders zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung,
welche sowohl eine intensive Verwirbelung im Randbereich der Strömung als auch eine
praktisch ungestörte FUhrung der Hauptströmung gewährleistet, können bei mehreren,
an der gleichen Lippe ausgebildeten, bezüglich der Hauptströmungsrichtung hintereinander
liegenden Erhebungen die je durch eine der Stirnflächen und die stromabwärtige Teilfläche
gebildeten Kanten der Erhebungen im wesentlichen in einer Ebene liegen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Stirnfläche Je mit
der stromaufwärtigen Teilfläche über eine hohlkehlenartige Eckpartie verbunden sein.
Dadurch kann ein Absetzen von Stoffasern im Bereich dieser Eckpartie verhindert
werden ohne den Vorteil der erfindungsgemässen Stellung der Stirnfläche zu beeinträchtigen.
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Eine besonders strömungsgünstige und zugleich vorteilhaft kurze Bauart
des DUsenkanals kann nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erzielt werden,
dass die Stirnfläche und/oder die Teilfläche der dem Ausgangs spalt benachbarten
Erhebung zumindest annähernd parallel zur Stirnfläche bzw. Teilfläche der stromaufwärtigen
Erhebung verläuft bzw. verlaufen.
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An einer Vorrichtung mit an den beiden Lippen vorgesehenen Erhebungen
können besonders günstige Strömungsverhältnisse erzielt werden, wenn in der Betriebsstellung
der beiden Lippen die Kanten der einander gegenüberliegenden Erhebungen in einer
zumindest annähernd senkrecht zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden, gemeinsamen
Ebene liegen.
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Um die Strömungsverhältnisse im Düsenkanal zu beeinflussen, kann mindestens
eine der Lippen gegenüber der anderen Lippe beweglich angeordnet sein.
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Auf besonders einfache Weise kann sowohl die Grösse des Ausgangsspaltes
als auch die optimale Stellung der eine Turbulenz erzeugenden Erhebung beeinflusst
werden, wenn die bewegliche Lippe an einer dem Düsenkanal zugeordneten Führungsfläche
in einer der Hauptströmungsrichtung entsprechenden Längsrichtung verschiebbar gelagert
ist.
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Zum gleichen Zweck kann nach einem anderen Ausführungsbeispiel die
bewegliche Lippe an einem dem Düsenkanal zugeordneten Halteteil um eine im wesentlichen
parallel zum Ausgangsspalt verlaufende Achse schwenkbar angelenkt sein.
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Bei Ausführungen mit mindestens einer zwischen zwei Lippen angeordneten,
den Düsenkanal unterteilenden, lippenartigen Zwischenwand kann die zusätzliche Erhebung
an der Zwischenwand ausgebildet sein. Dadurch kann auch in der entlang der Zwischenwand
verlaufende Randströmung die angestrebte
VerwirbeDmgerzielt werden.
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Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäss ausgebildete
Stoffauflaufvorrichtung in einem Teilquerschnitt, Fig. 2 bis 6 weitere Stoffauflaufvorrichtungen
in entsprechenden Teilschnitten, Je in einer anderen Ausführungsform, und Fig. 7
und 8 Einzelheiten aus den Fig. 1 und 3, Je in einer grösseren Darstellung.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Stoffauflaufvorrichtung enthält eine
Verteilleitung 1, welche an eine nicht weiter dargestellte Zuführleitung für die
Stoffflüssigkeit angeschlossen ist und an welche sich seitlich ein Verteilkörer
2 mit zylindrischen Oeffnungen 3 anschliesst. Eine derartige Verteilleitung, welche
nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört, ist z. B. aus der DE-AS 26 07 823 bzw.
der entsprechenden US-PS 4 087 321 bekannt. An den Verteilkörper 2 schliesst sich
ein zu einem Ausgangsspalt 4 konvergierender Düsenkanal 5 an, der durch zwei am
Verteilkörper 2 befestigte, konisch zueinander geneigte, starre Lippen 6 begrenzt
ist. Die Innenflächender Lippen 6 sind -bezüglich der parallel zu den Achsen der
Oeffnungen 3 verlaufenden Hauptströmungsrichtung der Stoffflüssigkeit gemäss Pfeil
7 - Je in eine Wandpartie 6a und zwei hintereinander liegende Teilflächen 6b und
6c unterteilt. Dabei bilden die Teilflächen 6b und 6c je mit einer der Hauptströmungsrichtung
entgegengerichteten, parallel zum Ausgangsspalt 4 verlaufenden Stirnfläche 8 bzw.
9 eine den Düsenkanal 5 verengende, stufenartige Erhebung 11 bzw. 12.
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Wie insbesondere aus der Fig. 7 hervorgeht, sind die Stirn-
flächen
8 Je in einem spitzen Winkel cu , welcher beim dargestellten Beispiel 90° beträgt,
zur stromaufwärts benachbarten Wandpartie 6a gestellt, und bilden Je mit der an
sie stromabwärts anschliessenden Teilfläche 6b eine Ablösekante für die Strömung.
Die Stirnflächen 9 stehen senkrecht zu einer in der Hauptströmungsrichtung gemäss
Pfeil 7 durch den Ausgangsspalt 4 verlaufend gedachten Symmetrieebene E und schliessen
Je mit der ihnen stromaufwärts benachbarten, gegen die Symmetrieebene E geneigten
Teilfläche 6b einen stumpfen Winkel ß ein. Bei dieser Ausführung weisen die Teilflächen
6b je eine etwas geringere Neigung gegen die Symmetrieebene E auf als die Wandpartie
6a, während die den Ausgangsspalt 4 begrenzenden Teilflächen 6c der beiden Lippen
zur Symmetrieebene E parallel verlaufen.
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Die Lippen 6 sind je an einer am Verteilkörper 2 ausgebildeten Führungsfläche
2a in Richtung der Pfeile 13, verschiebbar gelagert und am Verteilkörper 2 befestigt.
Durch Verschieben mindestens einer der Lippen 6 wird in bekannter Weise die Breite
S des Ausgangsspaltes 4 eingestellt.
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Im Betrieb wird der Stoffauflaufvorrichtung durch die Verteilleitung
1 Stoffflüssigkeit zugeführt, welche durch die Bohrungen 3 des Verteilkörpers 2
gleichmässig über die in der Fig. 1 senkrecht zur Zeichenebene gemessene Breite
des Düsenkanals 5 verteilt und durch den Ausgangsspalt 4 gemäss Pfeil 7 einer nicht
dargestellten Blattbildungseinrichtung einer Papiermaschine zugeführt wird.
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Beim Durchströmen des Düsenkanals 5 wird die Stoffflüssigkeit jeweils
in den Bereichen der Wandpartien 6a und Teilflächen 6b kontinuierlich, und in den
Bereichen der Erhebungen 11 und 12 zusätzlich beschleunigt, wobei aufgrund der starren
Ausbildung der Lippen 6 der Querschnitt des
Düsenkanals 5 und des
Ausgangsspaltes 4 konstant gehalten und ein Ausweichen einer der Lippen 6 verhindert
wird. Entsprechend werden in den die Erhebungen 11 und 12 umströmenden Randbereichen
der Stoffflüssigkeit jeweils vor den Stirnflächen 8 und 9 sowie über den an diese
stromabwärts anschliessenden Teilflächen 6b bzw. 6c Mikroturbulenzen erzeugt, welche
aufgrund des spitzen Winkels oR ein Ablösen. der Strömung zumindest von den Stirnflächen
8 und den anschliessenden Randpartien der Teilflächen 6b bewirken, was in dem relativ
nahe dem Ausgangsspalt 4 gelegenen Bereich des Düsenkanals 5, und damit kurz vor
der Blattbildung, zu einer besonders intensiven Verwirbelung der in der Stoffflüssigkeit
in Suspension gehaltenen Stoffasern führt.
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Als besonders strömungsgünstig haben sich Ausführungen mit Erhebungen
11, 12 erwiesen, deren Teilflächen 6b und 6c Je eine der Hauptströmungsrichtung
entsprechende Länge L1 bzw.
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L2 aufweisen, die etwa das Fünf- bis Fünfzehnfache der Höhe H der
stromaufwärtigen Stirnfläche 8 bzw. 9 beträgt, wobei z. B. H etwa 2,5 mm oder mehr
betragen kann.
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Bei der Stoffauflaufvorrichtung nach Fig. 2 sind die Lippen 6 je mit
zwei der stromabwärtig letzten Erhebung 12 vorgelagerten Erhebungen 11 versehen
und Je an einer Wand 16 eines Anschlussstutzens 17 befestigt, der den Düsenkanal
5 mit einem offenen Zuführkanal 18 für die Stoffflüssigkeit verbindet. Die Lippen
6 sind an den Wänden 16 in Richtung der Pfeile 13 verschiebbar gelagert. Bei dieser
Ausführung verlaufen die Wandpartie 6a und die Teilflächen 6b jeder Lippe 6 zueinander
parallel, wobei die in den Düsenkanal 5 ragenden Kanten in einer zum Ausgangsspalt
4 geneigten Ebene B liegen.
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Bei der Vorrichtung nach der Fig. 3 ist der Düsenkanal 5
durch
zwei Lippen 21 mit parallel zur HauptströmungsrichtiinF: (Pfeil 7) verlaufenden
Wandpartien 6a und Teilflächen 6b, 6c begrenzt. Die Lippen 21 sind parallel zur
Hauptströmungsrichtung (Pfeil 7) verschiebbar an einem Stutzen 22 befestigt, welcher
an eine schlitzartige Austrittsöffnung 23 eines Zuführkanals 24 angeschlossen ist.
Die in der Fig. 3 obere Lippe 21 ist an ihrer Spitze mit einer entsprechend den
Pfeilen 25 verschiebbaren und feststellbaren Blende 26 versehen, durch welche die
Breite S des Ausgangsspaltes 4 eingestellt wird. Durch Verschieben einer der Lippen
21 parallel zur Hauptströmungsrichtung (Pfeil 7) können jeweils die Erhebungen 11
bzw. 12 gegeneinander um einen Abstand A in der Hauptströmungsrichtung versetzt
werden, um z. B. eine von einer Geraden abweichende Strömungsführung zu erzielen.
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Bei der Ausführung nach der Fig. 4 ist der Düsenkanal 5 durch eine
an einem Verteilkörper 33 feststehend angebrachte, untere Lippe 31 mit glatter Innenfläche
und eine bewegliche obere Lippe 32 begrenzt, welche am Verteilkörper 33 in an sich
bekannter Weise um eine zum Ausgangsspalt 4 parallele Achse 34 schwenkbar angelenkt
und gegenüber der Lippe 31 über ein Gestänge 35 verstellbar ist, das mit einer nicht
dargestellten Einstellvorrichtung verbunden ist. Bei dieser Ausführung ist lediglich
die obere Lippe 32 mit Erhebungen 11 und 12 versehen, wobei die Wandpartie 6a und
die Teilflächen 6b und 6c zueinander parallel verlaufen und in der Betriebsstellung
gegen die Innenfläche der unteren Lippe 31, zum Ausgangsspalt 4 hin geneigt sind.
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Bei der Ausführung nach der Fig. 5 verlaufen die Wandpartie 6a und
die Teitflächen 6b und 6c der oberen Lippe 32 in der Betriebsstellung jeweils im
wesentlichen parallel zur Innenfläche der unteren Lippe 31.
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Bei der Vorrichtung nach der Fig. 6 sind die Lippen 6 an einem Verteilblock
38 befestigt, welcher mit in der Hauptströmungsrichtung (Pfeil 7) stufenartig ausgeweiteten
Durchtrittsöffnungen 39 für die Stoffflüssigkeit versehen und mit zwei Zwischenwänden
41 verbunden ist, welche den Düsenkanal 5 in seinem Anfangsbereich in drei übereinanderliegende,
konvergierende Teilkanäle 5a, 6b und 5c unterteilen.-Bei dieser Ausführung sind
die Zwischenwände 41 an ihren einander zugekehrten Seiten Je mit einer den Teilkanal
5b verengende Erhebung 11 verseilen, deren Stirnfläche 8 der Hauptströmungsrichtung
(Pfeil 7) entgegengerichtet ist. Bei anderen Ausführungen können dieZwischenwände
31 je mehrere entsprechende, hintereinanderliegend und/oder beidseitig angeordnete
Erhebungen 11 aufweisen.
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In der Fig. 7 sind an der Erhebung 11 die Grenzwerte des zwischen
der Stirnfläche 8 und der stromaufwärtigen Wandpartie 6a gebildeten Winkels cit
dargestellt, welcher entsprechend der voll gezeichneten Stellung der Stirnfläche
8 maximal 900, und entsprechend der gestrichelt gezeichneten Stellung 8' mindestens
400 betragen kann. Bei der dem Ausgangsspalt 4 unmittelbar benachbarten Erhebung
12 ist der zwischen der Stirnfläche 9 und der Teilfläche b gebildete, in der Fig.
7 stumpfe Winkel ß durch die Geometrie des Düsenkanals 5 bestimmt. Falls auch im
Bereich dieser Stirnfläche 9, und damit noch unmittelbar vor der beim Austritt aus
dem Ausgangsspalt 4 stattfindenden Blattbildung, wie etwa bei den Ausführungen nach
den Fig. 2 bis 5, eine sichere Ablösung der Strömung gewährleistet werden soll,
kann auch der Winkel ß zwischen 400 und 900 liegen. Die in den Ausgangsspalt 4 übergehende
Teilfläche 6c kann z. B.
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auch aus einer etwa parallel zur Teilfläche 6b verlaufenden Partie
und einer etwa parallel zur Hauptströmungsrichtung (Pfeil 7) verlaufenden Partie
zusammengesetzt sein oder konvex gekrümmt verlaufen.
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Gemäss Fig. 8 kann die Stirnfläche 8 bzw. 9 auch über eine höhlkehlenartige
Eckpartie 10 in die stromaufwärts benachbarte Wandpartie 6a bzw. die entsprechende
Teilfläche übergehen. Es versteht sich, dass anstelle eines derartigen Uebergangs
jeweils auch etwa eine kahlnahtartige Materialauftragung eingebracht werden kann.
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Die erfindungsgemässe Abstufung der den Düsenkanal 5 begrenzenden
Innenfläche ermöglicht eine vorteilhaft kurze Baulänge des Düsenkanals, da die im
Bereich der Erhebungen erzeugten Mikroturbulenzen die zur Erzielung einer konstanten
Papierqualität angestrebte Formierung der Stofffasern auf einem gegenüber bisherigen
Ausführungen wesentlich verkürzten Strömungsweg gewährleisten. Ferner sind die mit
den erfindungsgemässen Erhebungen versehenen Lippen, insbesondere wegen der vorteilhaft
einfachen geometrischen Form der Erhebungen, auf besonders einfache Weise herstellbar.