DE60124739T2

DE60124739T2 - Gerillte leitschaufel für eine papiermaschine

Info

Publication number: DE60124739T2
Application number: DE60124739T
Authority: DE
Inventors: John G. Ottawa Buchanan; Richard E. Almonte Pitt; Roy North Gower ON Van Essen
Original assignee: AstenJohnson Inc
Current assignee: AstenJohnson Inc
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: WO2002020899A1; AU2001293532A1; EP1315861B1; GB0021767D0; EP1315861A1; CA2356804A1; DE60124739D1; US20020046821A1; CA2356804C

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Leitschaufel mit Entlüftung zur Verwendung in einer Papiermaschine.
Hintergrund der Erfindung
Im Anfangsbereich des Formierabschnitts entweder einer Einsieb- oder einer Zweisieb-Papiermaschine wird ein ungestützter Strahl stark wasserhaltigen Papierstoffs von der Stoffauslaufkasten-Auslaufdüse auf die Oberfläche eines laufenden Formiersiebs ausgestoßen. Der ungestützte Strahl legt typischerweise eine Strecke von etwa 6 cm bis etwa 40 cm zurück, bevor er an der Auftreffstelle auf der Oberfläche des Formiersiebs auftrifft. Der zwischen dem Papierstoffstrahl und der Ebene des Formiersiebs an der Auftreffstelle gebildete Auftreffwinkel α beträgt typischerweise zwischen etwa 4° und etwa 10°. Es ist hinreichend bekannt, dass eine verbesserte Papierbildung dadurch erreicht werden kann, dass sowohl der Winkel α als auch die Länge des ungestützten, freien Strahls so klein wie möglich gehalten werden.
Bei zunehmendem Winkel α steigt auch der Betrag des von dem Strahl auf die Oberfläche des Formiersiebs ausgeübten Drucks.
Für ein mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s laufendes Formiersieb und einen Strahl reinen Wassers kann der Auftreffdruck I in kPa so dargestellt werden, dass er mittels des folgenden Verhältnisses angegeben werden kann: I = 200 sin α
Typische Auftreffdruck-Spitzenwerte bei unterschiedlichen Werten für den Winkel α sind in Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1: Auftreffdruck-Spitzenwerte

Auftreffwinkel, α (°) Druck (I, kPa)

1 3,49

2 6,98

4 13,95

6 20,90

8 27,83

10 34,73
Bei Auftreffwinkeln über etwa 5° entstehen Auftreffdruck-Spitzenwerte, die zu einer ungleichmäßigen Blattstruktur, zu einer geringen Retention von Feinanteilen und Füllstoffen der Papierherstellung sowie zu einer Verstopfung des Formiersiebs führen können. Daher sollte der Winkel α so gering wie möglich gehalten werden, so dass der ungestützte Papierstoffstrahl im Idealfall im Wesentlichen tangential auf das Sieb auftrifft.
Bei zunehmender Länge des Papierstoffstrahls beginnt seine äußere Oberfläche aufzubrechen und Grate und Furchen zu bilden, die schließlich zu Veränderungen im Basisgewicht des Blatts führen. Ferner beginnen im Papierstoff fein verteilte Fasern im ungestützten Strahl noch vor der Auftreffstelle schnell erneut auszuflocken. Daher sollte der ungestützte Papierstoffstrahl so kurz wie möglich gehalten werden, um diese Auswirkungen zu minimieren.
Aufgrund der konkurrierenden Raumanforderungen der Lippenstruktur des Stoffauflaufkastens und der benachbarten, in Prozessrichtung vorne befindlichen Walzen, wie beispielsweise eine Brustwalze, ist es schwierig, die Länge des ungestützten Papierstoffstrahls zu verringern, ohne den Winkel α zu erhöhen. Selbst wenn die Lippen des Stoffauflaufkastens so angeordnet werden können, dass der Winkel α sehr klein ist und der freie Strahl annähernd tangential zum Formiersieb verläuft, wird Luft, die in dem kleinen, keilförmigen Raum zwischen der Oberfläche des Formiersiebs und der Oberfläche des ungestützten Papierstoffstrahls eingeschlossen ist, mit dem Papierstoff mitgerissen und bildet bildet dabei Blasen, die für die Blattbildung nachteilig sind.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten sind mehrere Vorschläge gemacht worden. Nelson et al. offenbaren in der Patentschrift US 3,440,136 ein Verfahren zum Vermeiden, dass Luft mitgerissen wird, indem die Luft aus dem Formierbereich abgeführt und dieser Bereich mit Wasser geflutet wird. Jedoch wurde festgestellt, dass dieser Vorschlag in der Praxis schwer realisierbar ist. Irwin et al. offenbaren in der Patentschrift US 4,734,164 einen Siebtisch für eine Einsiebmaschine, bei der die erste Leitschaufel leicht gekrümmt ist, um ein geringfügiges Absenken der Brustwalze zu erlauben. Die Schwierigkeit bei diesem Vorschlag besteht darin, dass Luft beim Strömen über die gekrümmte erste Leitschaufel in dem flachen, keilförmigen Raum zwischen dem Strahl und dem Formiersieb eingeschlossen wird. Diese Luft gelangt in Form von Blasen, die Defekte bei der Blattbildung verursachen, zwangsweise in den Papierstoff. Als Grundlage für den Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart Malashenko in der Patentschrift US 4,802,954 eine vor dem gekrümmten, von Irwin et al. vorgeschlagenen Leitschaufelelement angeordnete Einlass-Leitschaufel, die angeblich die Menge der vom Formiersieb in den keilförmigen Raum zwischen dem Strahl und dem Sieb gepumpten Flüssigkeit verringert. Jedoch verbleibt ein kleiner keilförmiger Raum mit Luft. Der Druck in diesem Raum wird mittels einer Unterdruckpumpe gesteuert, um die Störung des Strahls zu verringern. In der Patentschrift US 5,084,138 versucht Ewald, das Problem der übermäßigen Länge des freien Strahls dadurch zu lösen, dass gekrümmte drehbare Stäbe als Ersatz für die Brustwalzen mit großem Durchmesser und eine massive, gekrümmte Leitschaufel verwendet werden, vermeidet aber nicht das Einschließen von Luft im Keilraum zwischen dem Strahl und dem Sieb. Die Patentschrift US 5,160,583 zeigt eine Papiermaschine, wobei eine flexible hintere Lippe von einer Seite des Formierbereichs aus gelenkig angebracht ist und zur Steuerung des Profils mittels mehrerer Stangen eingestellt wird, die sich so weit erstrecken, dass sie an die hintere Lippe anstoßen. Außerdem offenbart die Patentschrift US 5,582,688 einen Doppelsiebblattbildner für eine Papiermaschine, wobei zwischen der Stelle, wo der Rohstoffstrahl auf die Siebdrähte und die Gautschwalze trifft, mehrere Entwässerungselemente angeordnet sind. Diese Lösungen lösen jedoch nicht die oben erwähnten Probleme.
Die vorliegende Erfindung soll eine Leitschaufel zur Verwendung im Siebschuh oder Siebtisch einer Hochgeschwindigkeits-Papiermaschine bereitstellen, die die zuvor erwähnten Unzulänglichkeiten des Stands der Technik beseitigt oder zumindest wesentlich verringert und insbesondere das Einschließen von Luft im Keilraum zwischen dem Strahl und dem Sieb verhindert.
Zusammenfassung der Erfindung
Zum Erreichen der oben erwähnten Zielsetzung sieht die vorliegende Erfindung eine Leitschaufel gemäß Anspruch 1 vor. Außerdem wird mit der Erfindung die Verwendung einer derartigen Leitschaufel in einer Papiermaschine vorgeschlagen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Somit ist es die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine Leitschaufel mit Entlüftung vorzusehen, die in Prozessrichtung nach der Brustwalze befindlich, nämlich zwischen der Brustwalze und den das Sieb tragenden Elementen, im Formierabschnitt verwendet wird und so angeordnet ist, dass der Papierstoffstrahl an oder in der Nähe ihrer Hinterkante auf das Formiersieb auftrifft. Die Leitschaufel mit Entlüftung erfüllt zwei Aufgaben. Erstens dient sie zum Biegen des Formiersiebs, bevor dieses in den Formierabschnitt eintritt. Zweitens dient sie zum Abführen zumindest eines wesentlichen Anteils der Luft, die in dem keilförmigen Raum zwischen der Oberfläche des Formiersiebs und der Oberfläche des Papierstoffstrahls eingeschlossen wird. Die erfindungsgemäße Leitschaufel mit Entlüftung ermöglicht es somit, dass das Formiersieb so positioniert wird, dass der Winkel α möglichst gering gehalten werden kann und dass die ungestützte Länge des Papierstoffstrahls verringert wird, indem, um Raum zu schaffen, in welchen der Stoffauflaufkasten verschoben werden kann, bei Bedarf ein Umpositionieren der Brustwalze erlaubt wird. Die erfindungsgemäße Leitschaufel kann sowohl in einem offenen Formierabschnitt mit einem Formiersieb als auch im Formierbereich einer Zweisieb-Papiermaschine verwendet werden.
Somit sieht diese Erfindung eine gekrümmte Leitschaufel mit Entlüftung zur Verwendung in einer Papiermaschine vor, die, in Prozessrichtung vor der Auftreffstelle eines von der Stoffauflaufkasten-Auslaufdüse auf ein laufendes, eine Menge Flüssigkeit mitführendes Formiersieb ausgestoßenen Papierstoffstrahls befindlich und unmittelbar an diese angrenzend angeordnet ist, wobei die Leitschaufel eine Vorderkante, einen geformten Hinterkantenbereich mit einer Hinterkante und eine konvex gekrümmte, zwischen der Vorderkante und dem Hinterkantenbereich angeordnete Oberfläche aufweist, über die das Formiersieb in Gleitkontakt läuft und die es mit einem Umschlingungswinkel θ umschlingt, wobei die konvex gekrümmte Oberfläche und der Hinterkantenbereich mehrere Rillen umfassen, die an der Vorderkante beginnen und an der Hinterkante enden und so konstruiert und angeordnet sind, dass sie an der Hinterkante der Leitschaufel zumindest einen wesentlichen Anteil der von einem keilförmigen Raum zwischen dem Papierstoffstrahl und der Oberfläche des Formiersiebs im Formiersieb eingeschlossenen Luft und zumindest einen Teil der vom Formiersieb mitgeführten Flüssigkeit abführen.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sieht diese Erfindung die Verwendung einer solchen Leitschaufel mit Entlüftung in einer Papiermaschine mit einer Maschinenrichtung und einer Maschinenquerrichtung vor, die Folgendes umfasst:
ein in der Maschinenrichtung laufendes Formiersieb;
einen Stoffauflaufkasten mit einer Stoffauflaufkasten-Auslaufdüse, die einen Strahl aus Papierstoff bereitstellt, der in einem Auftreffwinkel an einer Auftreffstelle auf das Formiersieb auftrifft;
eine Walze mit einer zylindrischen Oberfläche und einer Achse in der Maschinenquerrichtung, über die das Formiersieb läuft und die in Prozessrichtung vor der Stoffauflaufkasten-Auslaufdüse befindlich angeordnet ist;
einen in Prozessrichtung nach der Auftreffestelle befindlich angeordneten Formierabschnitt mit statischen Tragelementen, die eine Siebstrecke definieren, entlang der das Formiersieb läuft; wobei
die Leitschaufel mit Entlüftung in Prozessrichtung vor der Auftreffstelle des von der Stoffauflaufkasten-Auslaufdüse auf das laufende Formiersieb ausgestoßenen Papierstoffstrahls befindlich und unmittelbar daran angrenzend angeordnet ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sieht diese Erfindung die Verwendung einer Leitschaufel mit Entlüftung zusammen mit einer weiteren Leitschaufel in einer Papiermaschine mit einer Maschinenrichtung und einer Maschinenquerrichtung vor, die Folgendes umfasst:
ein erstes und ein zweites Formiersieb, die beide in der Maschinenrichtung laufen;
einen Stoffauflaufkasten mit einer Stoffauflaufkasten-Auslaufdüse, die einen Strahl aus Papierstoff bereitstellt, der in einem Auftreffwinkel an einer Auftreffstelle auf zumindest eines der Formiersiebe auftrifft;
zwei Walzen mit jeweils zylindrischer Oberfläche und jeweils einer Achse in der Maschinenquerrichtung, wobei über jede eines der Formiersiebe läuft und die an die Stoffauflaufkasten-Auslaufdüse angrenzend angeordnet sind;
einen in Prozessrichtung nach der Auftreffstelle befindlich angeordneten Formierabschnitt mit statischen Tragelementen, die eine Siebstrecke definieren, entlang der das Formiersieb läuft, wobei
die beiden Leitschaufeln mit Entlüftung in Prozessrichtung vor der Auftreffstelle des Papierstoffstrahls befindlich und unmittelbar daran angrenzend angeordnet sind, wobei die erste davon vom ersten Formiersieb mit dem Umschlingungswinkel θ₁ umschlungen wird und die zweite davon vom zweiten Formiersieb mit dem Umschlingungswinkel θ₂ umschlungen wird;
wobei jede Leitschaufel eine Vorderkante, einen geformten Hinterkantenbereich mit einer Hinterkante und eine konvex gekrümmte, zwischen der Vorderkante und dem Hinterkantenbereich angeordnete Oberfläche aufweist, über die das Formiersieb in Gleitkontakt läuft und die es mit einem Umschlingungswinkel umschlingt, wobei die konvex gekrümmte Oberfläche und der Hinterkantenbereich mehrere Rillen umfassen, die an der Vorderkante beginnen und an der Hinterkante enden und so konstruiert und angeordnet sind, dass sie an der Hinterkante der Leitschaufel zumindest einen wesentlichen Anteil der von einem keilförmigen Raum zwischen dem Papierstoffstrahl und der Oberfläche des Formiersiebs im Formiersieb eingeschlossenen Luft und zumindest einen Teil der vom Formiersieb mitgeführten Flüssigkeit abführen.
Bevorzugt ist die konvex gekrümmte Oberfläche im Wesentlichen kreisförmig mit einem konstanten Radius. Noch bevorzugter entspricht der geformte Hinterkantenbereich der konvex gekrümmten Oberfläche. Alternativ ist die konvex gekrümmte Oberfläche nicht kreisförmig, und der Krümmungsradius nimmt in Richtung auf die Hinterkante hin zu. Praktischerweise ist die konvex gekrümmte Oberfläche nicht kreisförmig, nimmt der Krümmungsradius in Richtung auf die Hinterkante zu und ist der geformte Hinterkantenbereich im Wesentlichen flach.
Bevorzugt weist die konvex gekrümmte Oberfläche einen wirksamen Krümmungsradius auf, der zwischen etwa 50 % und etwa 100 % des Radius der angrenzenden, in Prozessrichtung vorne befindlichen Walze liegt. Der Krümmungsradius wird im Allgemeinen nicht größer sein als der der angrenzenden, in Prozessrichtung vorne befindlichen Walze.
Bevorzugt beträgt der Winkel θ, θ₁ oder θ₂, mit dem das Formiersieb die Leitschaufel umschlingt, zwischen etwa 10° und etwa 40°. Noch bevorzugter beträgt der Umschlingungswinkel zwischen etwa 15° und etwa 30°. Am bevorzugtesten beträgt der Umschlingungswinkel zwischen etwa 20° und etwa 25°.
Bevorzugt sind in einer Papiermaschine mit zwei Formiersieben die beiden Leitschaufeln mit Entlüftung identisch, und ihre konvex gekrümmten Oberflächen weisen die gleiche Form auf. Alternativ sind in einer Papiermaschine mit zwei Formiersieben die beiden Leitschaufeln mit Entlüftung nicht identisch, und ihre konvex gekrümmten Oberflächen weisen nicht die gleiche Form auf.
Bevorzugt sind in einer Papiermaschine mit zwei Formiersieben die beiden Leitschaufeln mit Entlüftung identisch, die Winkel θ₁ und θ₂ gleich groß, und ihre konvex gekrümmten Oberflächen haben die gleiche Form. Alternativ sind in einer Papiermaschine mit zwei Formiersieben die beiden Leitschaufeln mit Entlüftung nicht identisch, die Winkel θ₁ und θ₂ nicht gleich groß, und ihre konvex gekrümmten Oberflächen haben nicht die gleiche Form.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen Teil einer Papiermaschine mit offener Oberfläche, die eine Leitschaufel mit Entlüftung umfasst;
2 und 3 Teile zweier verschiedener Zweisieb-Papiermaschinen;
4, 5 und 6 die Auswirkungen des Umschlingungswinkels und des wirksamen Radius der Leitschaufel mit Entlüftung;
7, 8 und 9 drei verschiedene Rillenanordnungen für die obere Oberfläche der Leitschaufel mit Entlüftung; und 10 vier verschiedene Rillenformen.
In den 1 bis 6 sind nur die Teile der Papiermaschine gezeigt, die für das Verständnis dieser Erfindung erforderlich sind.
1 zeigt eine Papiermaschine, die eine Leitschaufel mit Entlüftung gemäß der Lehre dieser Erfindung umfasst. Die Auslaufdüsenlippen 1A und 1B des Stoffauflaufkastens fördern an der Auftreffstelle I einen Papierstoffstrahl 2 auf das Formiersieb 3. Das Formiersieb 3 läuft um die Walze 6, umschlingt die Leitschaufel mit Entlüftung 5 und läuft dann über das erste statische Tragelement 4 im Formierabschnitt. Beim Zusammentreffen des laufenden Formiersiebs 3 und des Papierstoffstrahls 2 wird Luft 8 in dem keilförmigen Raum zwischen der Oberfläche 9 des Papierstoffstrahls, der Oberfläche 10 der Stoffauflaufkasten-Lippe 1B und der Oberfläche 11 des Formiersiebs eingeschlossen und tritt in das Formiersieb 3 ein.
Diese Luft durchläuft, zusammen mit einem Teil der Flüssigkeit, die an dieser Stelle im Formiersieb enthalten ist, das Formiersieb 3 und gelangt in die Rillen 12 in der oberen Oberfläche der Leitschaufel mit Entlüftung 5.
Da die Achse 15 der Walze 6 nun außerhalb der Siebstrecke 7 liegt und da die Leitschaufel mit Entlüftung 5 deutlich weniger Raum beansprucht als die Walze, ist es bei dieser Anordnung möglich, den Auftreffwinkel nahe null zu halten und die ungestützte Länge D des Papierstoffstrahls 2 erheblich zu verkürzen. Da die Hinterkante 14 der Leitschaufel mit Entlüftung 5 dicht an die Auftreffstelle I angrenzt, wird ferner verhindert, dass die eingeschlossene Luft den Blattbildungsprozess innerhalb des Papierstoffs im Formierabschnitt stört. Die Rillen 12 sind so angeordnet und dimensioniert, dass zumindest ein wesentlicher Teil und vorzugsweise die Gesamtheit der das Formiersieb durchlaufenden Luft zusammen mit jeglicher Flüssigkeit, die an dieser Stelle mit der Luft aus der Flüssigkeit auf dem Formiersieb mitgeführt wird, wie bei 13 aus der Leitschaufel mit Entlüftung an ihrer Hinterkante 14 abgeführt wird.
2 und 3 zeigen eine Papiermaschine mit zwei Formiersieben, die mit zwei Leitschaufeln mit Entlüftung gemäß der Lehre dieser Erfindung versehen ist. Bei der Beschreibung dieser beiden Figuren beziehen sich die Begriffe „obere" und „untere" und ihre deklinierten Formen lediglich auf die gezeigte Ausrichtung: In der Praxis ist der Formierabschnitt in einer Zweisiebmaschine oft senkrecht oder in einem Winkel dazu ausgerichtet.
Unter Bezugnahme auf 2 fördern die Auslaufdüsenlippen 1A und 1B einen Papierstoffstrahl 2 an der Auftreffstelle I auf das untere Formiersieb 31. Das Formiersieb 31 umschlingt die untere Leitschaufel mit Entlüftung 51. Beim Zusammentreffen des laufenden Formiersiebs 31 und des Papierstoffstrahls 2 wird Luft 81 in dem keilförmigen Raum zwischen der Oberfläche 91 des Papierstoffstrahls, der Oberfläche 101 der Stoffauflaufkasten-Lippe 1B und der Oberfläche 111 des Formiersiebs eingeschlossen und tritt in das Formiersieb 31 ein. Diese Luft 81 durchläuft, zusammen mit einem Teil der Flüssigkeit, die an dieser Stelle im Formiersieb 31 enthalten ist, das Formiersieb 31 und gelangt in die Rillen 121 in der unteren Leitschaufel mit Entlüftung 51. Die angesammelte Luft und Flüssigkeit 131 werden an der Hinterkante 141 der unteren Leitschaufel mit Entlüftung 51 abgeführt. Die Konstruktion ist mit Bezug auf das untere Formiersieb 51 im Wesentlichen gleich der in 1. In Prozessrichtung hinter der Auftreffstelle I trifft ein zweites Formiersieb 32 mit der oberen Seite 92 des auf dem unteren Formiersieb 31 befindlichen Papierstoffs 2 zusammen. Weitere Luft wird in dem Raum 82 zwischen der unteren Seite 112 des oberen Formiersiebs 32 und der Oberfläche 92 des Papierstoffs 2 eingeschlossen. Diese zusätzliche Luft und ein Teil der Flüssigkeit auf dem Formiersieb 32 durchlaufen das Formiersieb 52 und gelangen in die Rillen 122 und werden an der Hinterkante 142 der oberen Leitschaufel mit Entlüftung 52 abgeführt.
3 zeigt eine alternative Anordnung zu der von 2. Die Anordnung des unteren Formiersiebs 31 ist gleich. Das obere Formiersieb 32 trifft mit dem Papierstoffstrahl 2 an der gleichen Stelle zusammen wie das untere Formiersieb 31, mehr oder weniger an der Auftreffstelle I. Beim oberen Formiersieb wird die Luft nun in dem Raum eingeschlossen, der von der oberen Oberfläche 92 des Papierstoffstrahls, der unteren Oberfläche 112 des oberen Formiersiebs 32 und der unteren Oberfläche 102 der Stoffauflaufkasten-Lippe 1A begrenzt ist. Die Gesamtheit der eingeschlossenen Luft wird zusammen mit einem Teil der Flüssigkeit in den beiden Formiersieben über die Rillen 121, 122 an den Hinterkanten 141, 142 der beiden Leitschaufeln mit Entlüftung 51, 52 abgeführt.
Bei diesen beiden Zweisiebmaschinen sind die beiden Leitschaufeln mit Entlüftung häufig identisch und haben die gleiche konvex gekrümmte Form. Unter bestimmten Umständen jedoch kann es wünschenswert sein, zwei verschiedene Leitschaufeln mit Entlüftung zu verwenden, die unterschiedliche konvex gekrümmte Formen aufweisen können. Es ist dann auch möglich, dass die beiden Umschlingungswinkel θ₁ und θ₂ vermutlich ähnlich sind, möglicherweise sind sie nicht gleich.
4, 5 und 6 zeigen das Verhältnis zwischen dem Winkel θ, mit dem das Formiersieb 3 eine Leitschaufel mit Entlüftung umschlingt, dem wirksamen Krümmungsradius der Leitschaufel mit Entlüftung und dem Radius der angrenzenden in Prozessrichtung vorne befindlichen Walze. In jeder dieser Figuren werden die gleichen Bezugszeichen wie in 1 verwendet, somit wird eine Einsiebmaschine in Betracht gezogen. Ähnliche Betrachtungen treffen auf eine Zweisiebmaschine zu.
In jeder dieser Figuren hat die konvex gekrümmte Oberfläche 16 der Leitschaufel mit Entlüftung 5 einen konstanten Radius, wird das Formiersieb 3 tangential von der angrenzenden, in Prozessrichtung vorne befindlichen Walze übernommen und grenzt die Auftreffstelle I an die Hinterkante 14 der Leitschaufel mit Entlüftung 5 an. Diese drei Figuren sind auch in einem im Wesentlichen gleichen Maßstab dargestellt.
In 4 ist der Radius R₄ der Oberfläche 16 der Leitschaufel mit Entlüftung gleich dem Radius R₁ der Walze 6, die sich in einer bestimmten Entfernung von den Auslaufdüsenlippen 1A, 1B des Stoffauflaufkastens befindet. Die Leitschaufel mit Entlüftung 5 muss dann relativ breit sein, um das Formiersieb 3 in die Siebstrecke 7 zu biegen. Wenn R₁ und R₄ beide annähernd 46 cm sind, beträgt der Umschlingungswinkel θ₄ etwa 18°. Dieser große Radius bringt es auch mit sich, dass die Länge D₄ des ungestützten Papierstoffstrahls 2 nicht sehr verkürzt werden kann.
In 5 ist der Radius R₅ der Oberfläche 16 der Leitschaufel mit Entlüftung kleiner als der Radius R₁ der Walze 6, die sich noch in einer bestimmten Entfernung von den Auslaufdüsenlippen 1A, 1B des Stoffauflaufkastens befindet. Die Leitschaufel mit Entlüftung 5 muss nach wie vor relativ breit sein, um das Formiersieb 3 in die Siebstrecke 7 zu biegen. Wenn R₁ annähernd 46 cm und R₅ annähernd 23 cm sind, beträgt der Umschlingungswinkel θ₅ etwa 36°. Dieser kleinere Radius R₅ erlaubt es, die Länge D₅ des ungestützten Papierstoffstrahls 2 zu verkürzen.
In 6 ist der Radius R₆ der Oberfläche 16 der Leitschaufel mit Entlüftung kleiner als der Radius R₁ der Walze 6, die sich nun näher bei den Auslaufdüsenlippen 1A, 1B des Stoffauflaufkastens befindet. Die Leitschaufel mit Entlüftung 5 ist viel schmäler, um das Formiersieb 3 in die Siebstrecke 7 zu biegen. Wenn R₁ annähernd 46 cm und R₆ annähernd 23 cm sind, beträgt der Umschlingungswinkel θ₆ etwa 18°. Dieser kleinere Radius R₆ erlaubt es, die Länge D₆ des ungestützten Papierstoffstrahls 2 noch weiter zu verkürzen.
Es ist somit offensichtlich, dass die erfindungsgemäße Leitschaufel mit Entlüftung eine erhebliche Flexibilität für die Geometrie der Nasspartie der Maschine vorsieht.
Die gekrümmte Oberfläche der Einlass-Leitschaufel wird mittels Rillen entlüftet, die an der äußersten, in Prozessrichtung vorne befindlichen Kante beginnen und durchgehend bis zu ihrer in Prozessrichtung hinten befindlichen Kante reichen. In 7, 8 und 9 sind drei Rillenanordnungen gezeigt. In jeder Figur läuft das Formiersieb in Richtung des Pfeils A. In 7 sind die Rillen 17 regelmäßig mit gleichem Abstand voneinander angeordnet und verlaufen im Wesentlichen parallel zum Pfeil A. Der Nachteil bei dieser Anordnung liegt darin, dass eine gewisse Gefahr hinsichtlich der Spurhaltung des Formiersiebs auf der Leitschaufel besteht. Dies wird in 8 vermieden, wo die Rillen 18, obwohl sie nach wie vor regelmäßig und parallel angeordnet sind, in einem Winkel β zum Pfeil A verlaufen. Alternativ können zwei Sätze winklig angeordneter Rillen 18A, 18B verwendet werden, wie in 9 gezeigt. In jedem Satz verlaufen die Rillen parallel zueinander und sind regelmäßig angeordnet, und jeder Satz verläuft in einem Winkel β zum Pfeil A. Typischerweise beträgt der Winkel β in 8 und 9 zwischen etwa 2° und etwa 30°.
Der Zweck der Rillen in der Leitschaufel mit Entlüftung ist es, Räume vorzusehen, durch welche zumindest ein wesentlicher Anteil der Luft abgeführt wird, die von dem keilförmigen Raum, der sich im Wesentlichen zwischen dem Formiersieb und der Oberfläche des Strahls befindet, in das Formiersieb eintritt. Gleichzeitig wird zumindest ein Teil der Flüssigkeit im Formiersieb beim Eintreten in den Formierabschnitt ebenfalls abgeführt.
10 zeigt vier mögliche Rillenstrukturen zu diesem Zweck. Der Einfachheit halber wird die Oberfläche 17 der Leitschaufel in flacher Form gezeigt; in der Praxis ist sie gekrümmt. Die Rille 19 weist über ihre gesamte Länge von der Vorderkante 17A zur Hinterkante 17B eine konstante Breite auf. Während das Sieb über die Leitschaufel mit Entlüftung 17 läuft, tritt ständig Luft in das Formiersieb ein. Es ist somit häufig vorteilhaft, eine Rille mit einem zunehmenden Querschnitt zu verwenden, wie beispielsweise die Rille 20, die breiter wird, oder die Rille 21, die tiefer wird, oder die Rille 22, die sowohl breiter als auch tiefer wird, jeweils von der Vorderkante 17A bis zur Hinterkante 17B. Typischerweise weisen die Rillen 19, 20, 21 und 22 eine Breite von 2-8 mm und eine Tiefe von 1-8 mm auf.
Im Betrieb bewegt sich das Formiersieb in Gleitkontakt, während es die Leitschaufel mit Entlüftung umschlingt. An der Kontaktstelle zwischen dem Formiersieb und der in Prozessrichtung vorne befindlichen Vorderkante der Leitschaufel, beispielsweise bei 17A in 10, kann das Sieb einen kleinen Kontaktwinkel bilden, der idealerweise 0,5° oder weniger beträgt. Bevorzugt verläuft das Formiersieb an dieser Stelle tangential zur Leitschaufel mit Entlüftung. Die Vorderkante der Schaufel kann gekrümmt sein, um jegliche Reibungseffekte an dieser Stelle so gering wie möglich zu halten; ein geeigneter Kantenradius liegt zwischen etwa 0,0025 mm und etwa 0,0065 mm. Das Formiersieb sollte die Leitschaufel mit Entlüftung tangential zum Hinterkantenbereich der Schaufeloberfläche, im Wesentlichen in der Strecke verlassen, die von den in Prozessrichtung dahinter angeordneten Siebtragelementen definiert wird. Die in Prozessrichtung dahinter befindliche Strecke des Formiersiebs sollte parallel zur und in derselben Ebene wie die Unterseite des Papierstoffstrahls liegen, so dass der Auftreffwinkel des Papierstoffstrahls auf das Formiersieb im Wesentlichen null ist.

Claims

Leitschaufel zur Verwendung in einer Papiermaschine oberhalb einer Auftreffstelle eines Papierstoffstrahls (2), der aus einer Stoffauflaufkasten-Auslaufdüse auf ein laufendes Formiersieb (3; 31) ausgestoßen wird, das eine gewisse Menge Flüssigkeit trägt, wobei die Leitschaufel eine Vorderkante (17a) und einen geformten Endkantenbereich mit einer Endkante (14, 141, 17B) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Leitschaufel um eine gekrümmte Leitschaufel mit Entlüftung (5; 51) handelt, die eine zwischen der Vorderkante und dem Hinterkantenbereich (14, 141, 17B) angeordnete konvex gekrümmte Oberfläche zum Bewegen des Formiersiebs (3; 31) in Gleitkontakt über die Leitschaufel in einem Umschlingungswinkel θ aufweist, wobei die konvex gekrümmte Oberfläche und der Hinterkantenbereich (14, 141, 17B) mehrere Rillen (19, 20, 21, 22; 121) umfassen, die an der Vorderkante (17A) beginnen und an der Hinterkante (14; 141; 17B) enden und so konstruiert und angeordnet sind, dass an der Hinterkante (14; 141; 17B) der Leitschaufel zumindest ein wesentlicher Anteil jeglicher im Formiersieb (3; 31) eingeschlossenen Luft aus einem keilförmigen Raum zwischen dem Papierstoffstrahl und der gekrümmten Oberfläche der Leitschaufel und zumindest ein Teil der vom Formiersieb (3; 31) mitgeführten Flüssigkeit abgeführt werden.
Leitschaufel nach Anspruch 1, wobei die konvex gekrümmte Oberfläche im Wesentlichen kreisförmig ist und einen konstanten Radius aufweist.
Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der geformte Hinterkantenbereich entsprechend der konvex gekrümmten Oberfläche ausgeführt ist.
Leitschaufel nach Anspruch 1 oder 3, wobei die konvex gekrümmte Fläche nicht kreisförmig ist und sich der Krümmungsradius in Richtung auf die Hinterkante (14, 141, 142, 17B) vergrößert.
Leitschaufel nach Anspruch 4, wobei der geformte Hinterkantenbereich im Wesentlichen flach ist.
Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Winkel θ im Bereich zwischen etwa 10° und etwa 40° liegt.
Leitschaufel nach Anspruch 6, wobei der Winkel θ im Bereich zwischen etwa 15° und etwa 30° liegt.
Leitschaufel nach Anspruch 7, wobei der Winkel θ im Bereich zwischen etwa 20° und etwa 25° liegt.
Verwendung einer Leitschaufel (5; 51) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Papiermaschine mit einer Maschinenrichtung und einer Maschinenquerrichtung, umfassend: ein in Maschinenrichtung laufendes Formiersieb (3; 31); einen Stoffauflaufkasten (1A, 1B) mit einer Stoffauflaufkasten-Auslaufdüse, die einen Strahl (2) aus Papierstoff bereitstellt, der in einem Auftreffwinkel an einer Auftreffstelle (I) auf das Formiersieb auftrifft; eine Walze (6) mit einer zylindrischen Oberfläche und einer Achse (15) in Maschinenquerrichtung, über die das Formiersieb (3; 31) läuft und die vor der Stoffauflaufkasten-Auslaufdüse angeordnet ist; einen nach der Auftreffstelle (I) angeordneten Formierabschnitt mit statischen Tragelementen (4), die eine Siebstrecke definieren, entlang der das Formiersieb (3; 31) läuft; wobei die Leitschaufel (5; 51) vor und unmittelbar neben der Auftreffstelle (I) des Papierstoffstrahls (2) auf das laufende Formiersieb (3; 31) angeordnet ist.
Verwendung nach Anspruch 9, wobei die Leitschaufel (51) und eine weitere Leitschaufel (52) in der Papiermaschine verwendet werden, die ferner Folgendes umfasst: eine weiteres, in Maschinenrichtung laufendes Formiersieb (32); eine weitere Walze mit einer zylindrischen Oberfläche und einer Achse in Maschinenquerrichtung, über die das weitere Formiersieb (32) läuft und die neben der Stoffauflaufkasten-Auslaufdüse angeordnet ist; wobei die weitere Leitschaufel (52) vor und unmittelbar neben der Auftreffstelle (I) des Papierstoffstrahls (2) angeordnet ist, wobei das weitere Formiersieb (32) die weitere Leitschaufel (52) in einem Umschlingungswinkel θ₂ umschlingt; und wobei die weitere Leitschaufel mit Entlüftung (52) eine Vorderkante (17A), einen geformten Hinterkantenbereich mit einer Hinterkante (142, 17B) und eine zwischen der Vorderkante (17A) und dem Hinterkantenbereich angeordnete, konvex gekrümmte Oberfläche umfasst, über die das Formiersieb (32) in Gleitkontakt läuft und die es im Umschlingungswinkel θ₂ umschlingt, wobei die konvex gekrümmte Oberfläche und der Hinterkantenbereich mehrere Rillen (19, 20, 21, 22; 122) umfassen, die an der Vorderkante (17A) beginnen und an der Hinterkante (142, 17B) enden und so konstruiert und angeordnet sind, dass an der Hinterkante (142; 17B) der Leitschaufel zumindest ein wesentlicher Anteil jeglicher im weiteren Formiersieb (32) eingeschlossenen Luft aus einem keilförmigen Raum zwischen dem Papierstoffstrahl und der gekrümmten Oberfläche der Leitschaufel und zumindest ein Teil der vom weiteren Formiersieb (32) mitgeführten Flüssigkeit abgeführt werden.
Verwendung nach Anspruch 10, wobei die beiden Leitschaufeln mit Entlüftung (51, 52) identisch sind und ihre konvex gekrümmten Oberflächen die gleiche Form aufweisen.
Verwendung nach Anspruch 10, wobei die beiden Leitschaufeln mit Entlüftung (51, 52) nicht identisch sind und ihre konvex gekrümmten Oberflächen nicht die gleiche Form aufweisen.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Winkel θ₁ und θ₂ der beiden Leitschaufeln mit Entlüftung gleich groß sind.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Winkel θ₁ und θ₂ der beiden Leitschaufeln mit Entlüftung nicht gleich groß sind.
Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die konvex gekrümmte Oberfläche des bzw. jeder Leitschaufel (5; 51, 52) einen wirksamen Krümmungsradius aufweist, der im Bereich zwischen etwa 50% und etwa 100% des Radius der angrenzenden, vorgelagerten Walze (6) liegt.