EP1022378B1 - Stoffauflauf - Google Patents

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EP1022378B1
EP1022378B1 EP99118677A EP99118677A EP1022378B1 EP 1022378 B1 EP1022378 B1 EP 1022378B1 EP 99118677 A EP99118677 A EP 99118677A EP 99118677 A EP99118677 A EP 99118677A EP 1022378 B1 EP1022378 B1 EP 1022378B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
section
headbox
length
cross
path section
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99118677A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1022378A2 (de
EP1022378A3 (de
Inventor
Alfred Dr. Bubik
Joachim Henssler
Jürgen Prössl
Karl Müller
Walter Dr. Holzer
Mathias Schwaner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Paper Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Paper Patent GmbH filed Critical Voith Paper Patent GmbH
Publication of EP1022378A2 publication Critical patent/EP1022378A2/de
Publication of EP1022378A3 publication Critical patent/EP1022378A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1022378B1 publication Critical patent/EP1022378B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/02—Head boxes of Fourdrinier machines
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00—Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/02—Head boxes of Fourdrinier machines
    • D21F1/028—Details of the nozzle section

Definitions

  • a headbox is according to the preamble of claim 1 known from the applicant's US patent US 5,599,428.
  • different variants of Multi-layer headboxes described in the nozzle area are equipped with separating blades of different types.
  • the inventors have recognized that the transverse rigidity of the Paper significantly improved, if by an appropriate Shape of the headbox nozzles - especially in the end area the headbox nozzle - ensure that the in the stock of fibers in the end area of the Nozzle reinforced in the perpendicular to the leaf surface z-direction rotated and if possible also stretched.
  • the known headbox of a paper machine with at least one material suspension supply system, at least one subsequent area for Turbulence generation and a headbox nozzle with a first and a second machine-wide boundary wall to further develop, wherein the headbox nozzle a first Has path I in which the total cross section - that is, the total free suspension Cross-sectional area of the headbox in the respective Machine section - the headbox nozzle continuously and continuously decreased, immediately following the first route I a second, shorter route II followed.
  • the further development of the Headbox is that the second leg II a continuously expanding overall cross-section has that up to the end of the headbox nozzle extends.
  • the additional has a third route III, which follows the second route II connects and to the end of Headbox nozzle is sufficient.
  • the improvement is here in that the second route II a continuously widening overall cross section and the Total cross-section of the third route III is stepless and continuously decreased. It is advantageous here if the length L3 of the third distance is shorter than that Length L2 of the second route and length L2 of the second The distance is shorter than the length L1 of the first Distance.
  • Headbox provides that the first route I starts immediately after the turbulence generating area. It is also proposed that at least part of the Headbox nozzle length of the total cross section of the Headbox nozzle through a single suspension channel is formed. That means there are none in this area Separating elements - for separating individual layers - available are. This reduces edge effects, and the on one piece of available amount of Flow cross section corresponds to the total cross section, resulting in better alignment of the fibers in the z direction can be achieved.
  • the headbox is a multi-layer headbox is used, it can be advantageous if the total cross section of the headbox nozzle, at least over part of the headbox nozzle length, several Has suspension channels through at least one machine-wide separating element are formed, the at least one separating element between the first and the second boundary wall is arranged.
  • all without exception Suspension channels have the same cross-sectional shape, the same acceleration and acceleration in every suspension channel Delay ratios for the running suspension given are.
  • it is advantageous if without exception all suspension channels are congruent - also mirror image congruent - have shape. hereby is achieved not only the amount of acceleration and delay in the suspension channels is the same, but also that the vector field in each suspension channel is identical over the entire length.
  • Another advantageous embodiment provides that the degree the divergence in the area of the second route II for everyone Suspension channels is the same.
  • the divergence of the individual suspension channels can for example with internal separators achieved that the separating elements in the area of the second Route II have a taper.
  • the degree of convergence of the surfaces of the tapered ends of all separators is the same to flow conditions as uniform as possible over the To reach cross-section of the headbox.
  • Headbox provides that the headbox has a Turbulence generator with a variety of diffusion tubes has, the diffusion tubes in machine width trending rows are arranged and the dividing elements start between the rows of diffusion tubes.
  • the top and bottom wall of the Headbox be of equal length.
  • Figures 1 to 8 show to illustrate the Invention concept highly schematic longitudinal sections in Machine direction through a headbox nozzle, following a turbulence generating area up to the outlet gap of the Headbox.
  • Figure 1 shows the simplest variant of a Nozzle area of a headbox according to the invention an upper wall 1 and an opposite lower wall 2, between which a suspension channel 4 is formed.
  • the Headbox nozzle has two paths I and II with fundamentally different flow situations.
  • the Distance I represents the distance in which the entire free cross section for the material suspension flow itself continuously reduced to the end of the route and thus an acceleration of the stock suspension in Flow direction causes.
  • Subsequent to the first Route I follows the second route II, in which one Reversal of the acceleration, i.e. a deceleration of the flow takes place, due to the divergent form of Suspension channel in this area an alignment of the Fibers that are in the stock suspension in the z direction is effected.
  • FIG. 2 shows a headbox nozzle with the top wall 1 and the lower wall 2, the course of which is shown in FIG corresponds, in addition, between the top wall 1 and Two dividing elements 3.1 and 3.2 inserted in the lower wall 2.
  • the Separating elements 3.1 and 3.2 also show one in Flow direction converging arrangement, so that three Suspension channels 4.1 to 4.3 arise, on the one hand via the entire route I each converge, on the other hand also in the sum of the available ones Cross sections (total cross section) over the entire distance I show convergence.
  • the separator-free route II which is due to the here divergent top and bottom wall 1 and 2 formed and thus a delay in the material suspension flow effected on this second route II.
  • all areas of the invention Headbox in which there is a delay in the stock suspension is caused are designed such that no additional Turbulence caused by paragraphs occurs only in this way an orientation of the fibers of the stock suspension in the z direction is achieved.
  • FIG. 3 shows a variant of the headbox nozzle from the Figure 2 shown, the difference to Figure 2, the two separators 3.1 and 3.2 in the area of the second Project route II.
  • the separators 3.1 and 3.2 can be trained very flexibly, so that an adaptation of the lamella shape to the divergence of the second Area II results, and therefore due to the total in downstream cross-sectional enlargement also Cross-sectional profile of the individual substance suspension channels 4.1 to 4.3, which expands downstream.
  • the separating elements 3.1 and 3.2 in the divergent area of the second route II is brought about that the targeting effect of the flow retardant Area is reduced, as in each suspension channel Available space conditions are somewhat smaller and full height only in the end area of the second route II is available.
  • FIG. 4 shows a continuation of the headbox nozzle of Figure 1. There are none in this embodiment Partitions between the top and bottom walls 1 and 2 available.
  • the first and the second route I and II correspond to the version from Figure 1. Following the route II is arranged a third route III, in which a short convergent line is appended, the is only used for beam stabilization, but due to their significantly shorter exposure time - in contrast to second route II - the originally existing aligning effect of the fibers in the z direction from the second Route II not fully compensated.
  • Figure 5 shows a headbox nozzle in its shape corresponds to the headbox nozzle of Figure 1, being inside the headbox nozzle has a relatively solid separating element 3 is arranged.
  • the separating element 3 points from the beginning of the Route I to a continuous and even taper up to the slat end, which is behind the nozzle outlet gap is arranged on.
  • the degree of rejuvenation of this Separating element 3 is chosen such that the convergence between top and bottom wall 1 and 2 in the area of the first Path I turns out larger than the convergence of the Separator element surfaces, so that a total of two Suspension channels 4.1 and 4.2 arise, which cover the entire first path I experience convergence.
  • the divergent route II the is created by the top and bottom walls on this part the headbox nozzle are designed to diverge.
  • top and Bottom wall 1 and 2 in the area of the second route II run in parallel so that the divergence of the two Suspension channels and thus also the total cross section only due to the taper of the separating lamella 3 in this area is generated.
  • FIG. 6 there is again a headbox nozzle with top and bottom Bottom wall 1 and 2 shown, the shape of the Headbox nozzle from Figure 1 corresponds.
  • the three suspension channels 4.1 to 4.3 form.
  • the separators 3.1 and 3.2 have the entire area of the first path I the same thickness on and are arranged converging overall. To this In this way, three suspension channels 4.1 to 4.3 emerge, which over converge the entire length of the first path.
  • the subsequent area of the second route II have the two separating elements on the opposite one another Surfaces a kink with a subsequent taper on, while the outwardly facing surfaces of the Separating elements have a linear linear course.
  • FIG. 7 A similar design of the headbox nozzle is in the Figure 7 shown.
  • the difference to Figure 6 is that here the two separators 3.1 and 3.2 in the course of second route II are tapered on both sides.
  • the history the top and bottom wall 1 and 2 of the headbox nozzle is in second area II executed in parallel, so that the divergence of the fabric suspension channels 4.1 to 4.3 exclusively through the tapering of the separating elements 3.1 and 3.2 arises.
  • Figure 8 shows a headbox in its Execution over the first and second routes I and II Headbox from Figure 7 corresponds, but is additional a subsequent route III available, in the Stabilization of the free jet a short-term strong Contraction of the stock suspension jet by one another tapering sections of the top and bottom wall 1 and 2 is produced.
  • Figures 9 and 10 illustrate the effect a flow delay on the orientation of a fiber F, which extends between the two points A and B, effect.
  • FIG. 9 shows two snapshots at time t 1 and at time t 2 for a fiber F which changes from a continuous flow into a divergent, braked flow.
  • the two boundary points A and B of the fiber F have a uniform speed V a1 and V b1 , the speed vector of which is directed exclusively towards the front.
  • the flow has additional speed components in the z direction due to the divergent course, while the speed of the fibers is also greatly reduced in accordance with the continuity equation due to the larger cross section available becomes.
  • points A and B are brought closer together in terms of their distance in the direction of flow, while points A and B drift apart in the z direction. This type of movement creates an elongation and orientation of the fiber F between the points A and B in the z direction. This leads to an improvement in the transverse stiffness of the paper produced.
  • FIG. 10 shows the same situation again on a coordinate cross with the x and z axes, the snapshots at time t 1 and t 2 being shown in each case.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf einer Papiermaschine mit mindestens einem stoffsuspensionszuführenden System, mindestens einem anschließenden Bereich zur Turbulenzerzeugung und einer Stoffauflaufdüse mit einer ersten und einer zweiten maschinenbreiten Begrenzungswand, wobei die Stoffauflaufdüse eine erste Wegstrecke I aufweist, in der sich der Gesamtquerschnitt (=gesamte suspensionsdurchflossene freie Querschnittsfläche) der Stoffauflaufdüse stufenlos und kontinuierlich verringert, wobei sich unmittelbar an die erste Wegstrecke I eine zweite, kürzere Wegstrecke II anschließt.
Ein Stoffauflauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der US-Patentschrift der Anmelderin US 5,599,428 bekannt. In dieser Patenschrift werden verschiedene Varianten von Mehrschicht-Stoffaufläufen beschrieben, die im Düsenbereich mit Trennlamellen unterschiedlicher Bauart ausgestattet sind.
Papiere, die durch diese Stoffaufläufe hergestellt werden, weisen das Problem einer zu geringen Quersteifigkeit SCTquer auf, was zum Beispiel bei der Verwendung in modernen Kopiersystemen oder Druckern mit automatischer Papierzuführung zu Betriebsstörungen führen kann. Außerdem wäre es vorteilhaft, wenn das Reißlängenverhältnis L/Q (L=längs in Maschinenrichtung, Q=quer zur Maschinenrichtung) nach der Blattbildung - möglichst in einen Wertebereich von 0,6 bis 1,0 - reduziert werden könnte.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Stoffauflauf zu beschreiben, der die Quersteifigkeit des hergestellten Papieres verbessert, wobei möglichst auch das Reißlängenverhältnis L/Q reduziert werden soll.
Die Erfinder haben erkannt, daß sich die Quersteifigkeit des Papieres wesentlich verbessert, wenn durch eine entsprechende Formgebung der Stoffauflaufdüsen - insbesondere im Endbereich der Stoffauflaufdüse - dafür Sorge getragen wird, daß die in der Stoffsuspension sich befindenden Fasern im Endbereich der Düse verstärkt in die senkrecht zur Blattoberfläche gelegene z-Richtung gedreht und möglichst auch gestreckt werden.
Zur Verwirklichung dieses Grundgedankens schlagen die Erfinder vor, den bekannten Stoffauflauf einer Papiermaschine mit mindestens einem stoffsuspensionszuführenden System, mindestens einem anschließenden Bereich zur Turbulenzerzeugung und einer Stoffauflaufdüse mit einer ersten und einer zweiten maschinenbreiten Begrenzungswand weiterzubilden, wobei die Stoffauflaufdüse eine erste Wegstrecke I aufweist, in der sich der Gesamtquerschnitt - das heißt die gesamte suspensionsdurchflossene freie Querschnittsfläche des Stoffauflaufes im jeweiligen Maschinenabschnitt - der Stoffauflaufdüse stufenlos und kontinuierlich verringert, wobei sich unmittelbar an die erste Wegstrecke I eine zweite, kürzere Wegstrecke II anschließt. Die erfindungsgemäße Weiterbildung des Stoffauflaufes besteht darin, daß die zweite Wegstrecke II einen sich kontinuierlich erweiternden Gesamtquerschnitt aufweist, der sich bis zum Ende der Stoffauflaufdüse erstreckt. Durch diese Erweiterung wird eine Strömungsverzögerung im Endbereich der Stoffauflaufdüse bewirkt, wobei jedoch keine wesentliche Turbulenz entsteht. Durch das hier entstehende Geschwindigkeitsprofil werden Fasern, die sich innerhalb der Stoffsuspension befinden, in die z-Richtung der Suspensionslage gestreckt und es entsteht eine Verbesserung der Quersteifigkeit des fertigen Papieres. Ein zusätzlicher positiver Nebeneffekt dieser Beeinflussung der Stoffsuspension liegt darin, daß sich auch das Reißlängenverhältnis L/Q reduziert und Werte zwischen 0,6 bis 1,0 annehmen kann.
Entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung ist auch eine Verbesserung eines Stoffauflaufes möglich, der zusätzlich über eine dritte Wegstrecke III verfügt, die sich an die zweite Wegstrecke II anschließt und bis zum Ende der Stoffauflaufdüse reicht. Die Verbesserung besteht hierbei darin, daß die zweite Wegstrecke II einen sich kontinuierlich erweiternden Gesamtquerschnitt aufweist und der Gesamtquerschnitt der dritten Wegstrecke III sich stufenlos und kontinuierlich verringert. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Länge L3 der dritten Wegstrecke kürzer ist, als die Länge L2 der zweiten Wegstrecke und die Länge L2 der zweiten Wegstrecke wiederum kürzer ist, als die Länge L1 der ersten Wegstrecke. Durch die Wahl des entsprechenden Verhältnisses der Weglängen zueinander kann der quersteifigkeitsfördernde Effekt verstärkt oder vermindert werden, wobei die Weglänge der Wegstrecke III kürzer bleiben sollte, als die Weglänge der Wegstrecke II. Durch dieses Längenverhältnis wird verhindert, daß die in der zweiten Wegstrecke erreichte Ausrichtung der Fasern nicht in der dritten Wegstrecke wieder überkompensiert wird. Günstige Verhältniswerte sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes sieht vor, daß die erste Wegstrecke I unmittelbar nach dem turbulenzerzeugenden Bereich beginnt. Ebenso wird vorgeschlagen, daß zumindest über einen Teil der Stoffauflaufdüsenlänge der Gesamtquerschnitt der Stoffauflaufdüse durch einen einzigen Suspensionskanal gebildet wird. Das bedeutet, daß in diesem Bereich keine Trennelemente - zur Trennung einzelner Schichten - vorhanden sind. Hierdurch werden Randeffekte verringert, und die an einem Stück zur Verfügung stehende Höhe des Strömungsquerschnittes entspricht dem Gesamtquerschnitt, wodurch eine bessere Ausrichtung der Fasern in z-Richtung erreicht werden kann.
Insbesondere, wenn der Stoffauflauf als Mehrschichtenstoffauflauf eingesetzt wird, kann es vorteilhaft sein, wenn der Gesamtquerschnitt der Stoffauflaufdüse, zumindest über einen Teil der Stoffauflaufdüsenlänge, mehrere Suspensionskanäle aufweist, die durch mindestens ein maschinenbreites Trennelement gebildet werden, wobei das mindestens ein Trennelement zwischen der ersten und der zweiten Begrenzungswand angeordnet ist. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn ausnahmslos alle Suspensionskanäle den gleichen Querschnittsverlauf aufweisen, damit in jedem Suspensionskanal die gleichen Beschleunigungsund Verzögerungsverhältnisse für die durchlaufende Suspension gegeben sind. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn ausnahmslos alle Suspensionskanäle eine deckungsgleiche - auch spiegelbildlich deckungsgleiche - Form aufweisen. Hierdurch wird erreicht, daß nicht nur der Betrag der Beschleunigung und Verzögerung in den Suspensionskanälen gleich verläuft, sondern auch daß das Vektorfeld in jedem Suspensionskanal über die gesamte Länge identisch ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, daß der Grad der Divergenz im Bereich der zweiten Wegstrecke II für alle Suspensionskanäle gleich ist.
Die Divergenz der einzelnen Suspensionskanäle kann beispielsweise bei innenliegenden Trennelementen dadurch erreicht werden, daß die Trennelemente im Bereich der zweiten Wegstrecke II eine Zuspitzung aufweisen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Grad der Konvergenz der Oberflächen der sich zuspitzenden Enden aller Trennelemente gleich ist, um möglichst einheitliche Strömungsverhältnisse über den Querschnitt des Stoffauflaufes zu erreichen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Verlauf der Oberwand und/oder der Unterwand zumindest im zweiten Bereich II bezüglich der suspensionsberührten Fläche spiegelbildlich zum Verlauf der Oberfläche des benachbarten Trennelementes ausgebildet ist. Hierdurch wird erreicht, daß auch die außenliegenden Suspensionskanäle möglichst identisch zu den Innenliegenden gestaltet sind.
Eine andere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes sieht vor, daß der Stoffauflauf einen Turbulenzerzeuger mit einer Vielzahl von Diffusionsrohren aufweist, wobei die Diffusionsrohre in maschinenbreit verlaufenden Reihen angeordnet sind und die Trennelemente zwischen den Reihen der Diffusionsrohre beginnen.
Insbesondere bei einem Stoffauflauf, der für einen GAP-Former vorgesehen ist, sollten die Ober- und Unterwand des Stoffauflaufes gleich lang ausgebildet sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellen dar:
Figur 1:
Stoffauflaufdüse ohne Trennelemente
Figur 2:
Stoffauflaufdüse mit Trennelementen, ausschließlich im konvergierenden Bereich
Figur 3:
Stoffauflaufdüse mit Trennelementen, die in den divergierenden Bereich ragen
Figur 4:
Stoffauflaufdüse ohne Trennelemente mit kurzem divergierenden und anschließend konvergierenden Bereich
Figur 5:
Stoffauflaufdüse mit einem Trennelement
Figur 6:
Stoffauflaufdüse mit Trennelementen mit verstärkter Endkonvergenz
Figur 7:
Stoffauflaufdüse mit Trennelementen mit verstärkter Endkonvergenz und parallel verlaufender Ober- und Unterwand im Bereich verstärkter Endkonvergenz
Figur 8:
Stoffauflaufdüse mit Trennelementen mit verstärkter Endkonvergenz und parallel verlaufender Ober- und Unterwand im Bereich verstärkter Endkonvergenz und anschließend stark konvergierender Ober- und Unterwand
Figur 9:
Faser im Endbereich einer Stoffauflaufdüse mit zwei Momentaufnahmen
Figur 10:
Darstellung der Faser im Endbereich einer Stoffauflaufdüse mit zwei Momentaufnahmen aus Figur 10 im z/x-Koordinatennetz
Die Figuren 1 bis 8 zeigen zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens stark schematisierte Längsschnitte in Maschinenrichtung durch eine Stoffauflaufdüse, im Anschluß an einen turbulenzerzeugenden Bereich bis zum Auslaufspalt des Stoffauflaufes.
Die Figur 1 zeigt die einfachste Variante eines Düsenbereiches eines erfindungsgemäßen Stoffauflaufes mit einer Oberwand 1 und einer gegenüberliegenden Unterwand 2, zwischen denen sich ein Suspensionskanal 4 bildet. Die Stoffauflaufdüse hat zwei Wegstrecken I und II mit grundlegend unterschiedlichen Strömungssituationen. Die Wegstrecke I stellt die Wegstrecke dar, in der der gesamte freie Querschnitt für die Stoffsuspensionsströmung sich kontinuierlich bis zum Ende der Wegstrecke verringert und damit eine Beschleunigung der Stoffsuspension in Strömungsrichtung hervorruft. Anschließend an die erste Wegstrecke I folgt die zweite Wegstrecke II, in der eine Umkehrung der Beschleunigung, also eine Strömungsverzögerung stattfindet, wobei aufgrund der divergenten Form des Suspensionskanals in diesem Bereich eine Ausrichtung der Fasern, die sich in der Stoffsuspension befinden, in z-Richtung bewirkt wird.
In der Figur 2 ist eine Stoffauflaufdüse mit der Oberwand 1 und der Unterwand 2 dargestellt, deren Verlauf der Figur 1 entspricht, zusätzlich sind zwischen der Oberwand 1 und der Unterwand 2 zwei Trennelemente 3.1 und 3.2 eingefügt. Die Trennelemente 3.1 und 3.2 zeigen ebenfalls eine in Strömungsrichtung konvergierende Anordnung, so daß drei Suspensionskanäle 4.1 bis 4.3 entstehen, die einerseits über die gesamte Wegstrecke I jeder für sich konvergent verlaufen, andererseits auch in der Summe der zu Verfügung stehenden Querschnitte (Gesamtquerschnitt) über die gesamte Wegstrecke I eine Konvergenz aufweisen. Anschließend an die Wegstrecke I folgt die trennelementfreie Wegstrecke II, die durch die hier divergent verlaufende Ober- und Unterwand 1 und 2 gebildet wird und somit eine Verzögerung der Stoffsuspensionsströmung auf dieser zweiten Wegstrecke II bewirkt. Es wird darauf hingewiesen, daß alle Bereiche des erfindungsgemäßen Stoffauflaufes, in dem eine Verzögerung der Stoffsuspension bewirkt wird, derart gestaltet sind, daß keine zusätzlichen Turbulenzen durch Absätze entstehen, da nur auf diese Weise eine Ausrichtung der Fasern der Stoffsuspension in z-Richtung erreicht wird.
In der Figur 3 ist eine Variante der Stoffauflaufdüse aus der Figur 2 dargestellt, wobei zum Unterschied zur Figur 2 die beiden Trennelemente 3.1 und 3.2 in den Bereich der zweiten Wegstrecke II hineinragen. Die Trennelemente 3.1 und 3.2 können hierbei sehr flexibel ausgebildet werden, so daß sich eine Anpassung der Lamellenform an die Divergenz des zweiten Bereiches II ergibt, und damit aufgrund des insgesamt sich in stromabwärtiger Richtung vergrößernden Querschnittes auch ein Querschnittsverlauf der einzelnen Stoffsuspensionskanäle 4.1 bis 4.3 einstellt, der sich stromabwärts erweitert. Durch die Weiterführung der Trennelemente 3.1 und 3.2 in den divergenten Bereich der zweiten Wegstrecke II wird bewirkt, daß die ausrichtende Wirkung des strömungsverzögernden Bereiches reduziert wird, da die in jedem Suspensionskanal zu Verfügung stehenden Platzverhältnisse etwas geringer sind und nur im Endbereich der zweiten Wegstrecke II die volle Höhe zur Verfügung steht.
Die Figur 4 zeigt eine Weiterführung der Stoffauflaufdüse aus der Figur 1. Es sind in dieser Ausführungsform keine Trennelemente zwischen der Ober- und Unterwand 1 und 2 vorhanden. Die erste und die zweite Wegstrecke I und II entsprechen der Ausführung aus der Figur 1. Im Anschluß an die Wegstrecke II ist eine dritte Wegstrecke III angeordnet, in der eine kurze konvergente Strecke angehängt wird, die lediglich zur Strahlstabilisierung dient, jedoch aufgrund ihrer wesentlich kürzeren Einwirkungszeit - im Gegensatz zur zweiten Wegstrecke II - die ursprünglich bestehende ausrichtende Wirkung der Fasern in z-Richtung aus der zweiten Wegstrecke II nicht vollständig kompensiert.
Während in den Figuren 2 und 3 Trennelemente dargestellt wurden, deren Dicke und damit auch Stabilität gering ist, zeigt die Figur 5 eine Stoffauflaufdüse, die in ihrer Form der Stoffauflaufdüse aus Figur 1 entspricht, wobei im Inneren der Stoffauflaufdüse ein relativ massives Trennelement 3 angeordnet ist. Das Trennelement 3 weist vom Beginn der Wegstrecke I an eine durchgehende und gleichmäßige Verjüngung bis zum Lamellenende, welches hinter dem Düsenauslaufspalt angeordnet ist, auf. Der Grad der Verjüngung dieses Trennelementes 3 ist derart gewählt, daß die Konvergenz zwischen Ober- und Unterwand 1 und 2 im Bereich der ersten Wegstrecke I größer ausfällt, als die Konvergenz der Trennelementoberflächen, so daß insgesamt zwei Suspensionskanäle 4.1 und 4.2 entstehen, die über die gesamte erste Wegstrecke I eine Konvergenz erfahren. Anschließend an die Wegstrecke I folgt die divergente Wegstrecke II, die dadurch erzeugt wird, daß Ober- und Unterwand auf diesem Teil der Stoffauflaufdüse divergierend ausgeführt sind.
Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, die Ober- und Unterwand 1 und 2 im Bereich der zweiten Wegstrecke II parallel verlaufen zu lassen, so daß die Divergenz der beiden Suspensionskanäle und damit auch des Gesamtquerschnittes lediglich aufgrund der Verjüngung der Trennlamelle 3 in diesem Bereich erzeugt wird.
In der Figur 6 ist nochmals eine Stoffauflaufdüse mit Oberund Unterwand 1 und 2 dargestellt, die in ihrer Form der Stoffauflaufdüse aus Figur 1 entspricht. Zusätzlich sind zwei massive Trennelemente 3.1 und 3.2 zwischen der Ober- und Unterwand 1 und 2 angeordnet, die drei Suspensionskanäle 4.1 bis 4.3 bilden. Die Trennelemente 3.1 und 3.2 weisen über den gesamten Bereich der ersten Wegstrecke I die gleiche Dicke auf und sind insgesamt konvergierend angeordnet. Auf diese Weise entstehen drei Suspensionskanäle 4.1 bis 4.3, die über die gesamte Länge der ersten Wegstrecke konvergieren. Im anschließenden Bereich der zweiten Wegstrecke II weisen die beiden Trennelemente auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen einen Knick mit einer anschließenden Zuspitzung auf, während die nach außen gewandten Oberflächen der Trennelemente einen geradlinigen linearen Verlauf aufweisen.
Eine ähnliche Ausführung der Stoffauflaufdüse ist in der Figur 7 gezeigt. Der Unterschied zu Figur 6 besteht darin, daß hier die beiden Trennelemente 3.1 und 3.2 im Verlauf der zweiten Wegstrecke II beidseits zugespitzt sind. Der Verlauf der Ober- und Unterwand 1 und 2 der Stoffauflaufdüse ist im zweiten Bereich II parallel ausgeführt, so daß die Divergenz der Stoffsuspensionskanäle 4.1 bis 4.3 ausschließlich durch die Zuspitzung der Trennelemente 3.1 und 3.2 entsteht.
Die Figur 8 zeigt einen Stoffauflauf, der in seiner Ausführung über die erste und zweite Wegstrecke I und II dem Stoffauflauf aus Figur 7 entspricht, jedoch ist zusätzlich eine anschließende Wegstrecke III vorhanden, in der zur Stabilisierung des Freistrahls eine kurzfristige starke Kontraktion des Stoffsuspensionsstrahls durch aufeinander zulaufende Teilstrecken der Ober- und Unterwand 1 und 2 erzeugt wird.
In den Figuren 9 und 10 wird verdeutlicht, welche Wirkung eine Strömungsverzögerung auf die Ausrichtung einer Faser F, die sich zwischen den beiden Punkten A und B erstreckt, auswirkt.
Die Figur 9 zeigt zwei Momentaufnahmen zur Zeit t1 und zur Zeit t2 für eine Faser F, die von einer kontinuierlichen Strömung in eine divergente, gebremste Strömung übergeht. Zum Zeitpunkt t1 verfügen die beiden Randpunkte A und B der Faser F über eine gleichmäßige Geschwindigkeit Va1 und Vb1, deren Geschwindigkeitsvektor ausschließlich nach vorne gerichtet ist. Im Zeitpunkt t2, in dem sich diese Faser im divergenten Teil der Strömung befindet, weist die Strömung aufgrund des divergenten Verlaufes zusätzlich Geschwindigkeitskomponenten in z-Richtung auf, während zusätzlich die Geschwindigkeit der Fasern entsprechend der Kontinuitätsgleichung aufgrund des größeren zur Verfügung stehenden Querschnittes stark reduziert wird. Im Endeffekt wird hierbei eine Annäherung der Punkte A und B bezüglich ihres Abstandes in Strömungsrichtung bewirkt, während die Punkte A und B in z-Richtung auseinander triften. Durch diese Art der Bewegung wird eine Streckung und Ausrichtung der Faser F zwischen den Punkten A und B in z-Richtung erzeugt. Dies führt zu einer Verbesserung der Quersteifigkeit des hergestellten Papiers.
In der Figur 10 ist nochmals die gleiche Situation auf einem Koordinatenkreuz mit x- und z-Achse aufgetragen, wobei jeweils die Momentaufnahmen zur Zeit t1 und t2 dargestellt sind.
Es ist noch anzumerken, daß bei den dargestellten Ausführungsformen zusätzlich noch am stromabwärtigen Ende der Ober- beziehungsweise Unterwand des Stoffauflaufes zusätzlich die ansich bekannten Blenden zur Einstellung des Austrittsquerschnittes und damit Beeinflussung des Flächengewichtsquerprofils vorgesehen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Allerdings sollte darauf geachtet werden, daß die hervorgerufene Störung durch diese Blenden nur geringe Auswirkungen auf die Gleichmäßigkeit der Strömung ausübt.
Bezugszeichenliste
1
Oberwand
2
Unterwand
3
Trennelement
3.1 - 3.2
Trennelement
4
Stoffsuspensionskanal
4.1 - 4.3
Stoffsuspensionskanäle
A, B
Endpunkte einer Faser
V
Geschwindigkeitsvektor
t
Zeit

Claims (24)

  1. Stoffauflauf einer Papiermaschine mit mindestens einem stoffsuspensionszuführenden System, gegebenenfalls mit mindestens einem Bereich zur Turbulenzerzeugung und einer nachfolgenden Stoffauflaufdüse mit einer ersten und einer zweiten maschinenbreiten Begrenzungswand, wobei die Stoffauflaufdüse eine erste Wegstrecke I aufweist, in der sich der Gesamtquerschnitt, d.h. gesamte suspensionsdurchflossene freie Querschnittsfläche, der Stoffauflaufdüse stufenlos und kontinuierlich verringert, wobei sich unmittelbar an die erste Wegstrecke I eine zweite, kürzere Wegstrecke II anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wegstrecke II einen sich - vorzugsweise kontinuierlich - erweiternden Gesamtquerschnitt aufweist, der sich bis zum Ende der Stoffauflaufdüse erstreckt.
  2. Stoffauflauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wobei sich unmittelbar an die zweite Wegstrecke II eine dritte Wegstrecke III anschließt, die bis zum Ende der Stoffauflaufdüse reicht, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wegstrecke II einen sich kontinuierlich erweiternden Gesamtquerschnitt aufweist und der Gesamtquerschnitt der dritten Wegstrecke III sich stufenlos und kontinuierlich verringert.
  3. Stoffauflauf gemäß dem vorstehenden Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge L3 der dritten Wegstrecke III kürzer als die Länge L2 der zweiten Wegstrecke II und die Länge L2 der zweiten Wegstrecke II kürzer als die Länge L1 der ersten Wegstrecke I ist.
  4. Stoffauflauf gemäß dem vorstehenden Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß gilt: L2*0,3 < L3 < L2*0,7 und L1*0,1 < L2 < L1*0,3.
  5. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wegstrecke I unmittelbar nach dem turbulenzerzeugenden Bereich beginnt.
  6. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest über einen Teil der Stoffauflaufdüsenlänge der Gesamtquerschnitt der Stoffauflaufdüse durch einen einzigen Suspensionskanal gebildet wird.
  7. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest über einen Teil der Stoffauflaufdüsenlänge der Gesamtquerschnitt der Stoffauflaufdüse mehrere Suspensionskanäle aufweist, die durch mindestens ein maschinenbreites Trennelement gebildet werden, wobei das mindestens eine Trennelement zwischen der ersten und der zweiten Begrenzungswand angeordnet ist.
  8. Stoffauflauf gemäß dem vorstehenden Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ausnahmslos alle Suspensionskanäle den gleichen Querschnittsverlauf aufweisen.
  9. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 7-8, dadurch gekennzeichnet, daß ausnahmslos alle Suspensionskanäle eine deckungsgleiche Form aufweisen.
  10. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Divergenz im Bereich der zweiten Wegstrecke II für alle Suspensionskanäle gleich ist.
  11. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelemente im Bereich der zweiten Wegstrecke II eine Zuspitzung aufweisen.
  12. Stoffauflauf gemäß dem vorstehenden Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Konvergenz der Oberflächen der sich zuspitzenden Enden aller Trennelemente gleich ist.
  13. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 7-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Oberwand und/oder der Unterwand zumindest im zweiten Bereich II bezüglich der suspensionsberührten Fläche spiegelbildlich zum Verlauf der Oberfläche des benachbarten Trennelementes ausgebildet ist.
  14. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 7-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffauflauf einen Turbulenzerzeuger mit einer Vielzahl von Diffusionsrohren aufweist, wobei die Diffusionsrohre in maschinenbreit verlaufenden Reihen angeordnet sind und die Trennelemente zwischen den Reihen der Diffusionsrohre beginnen.
  15. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterwand des Stoffauflaufes gleich lang ausgebildet sind.
  16. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontraktionsverhältnis ΔH/ΔL, d.h. Änderung der in Strömungsrichtung kleiner werdenden Querschnittshöhe zur Weglänge, im Bereich der ersten Wegstrecke I zwischen 0,3% und 40%, vorzugsweise zwischen 10% und 30% liegt.
  17. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Divergenzverhältnis ΔH/ΔL, d.h. Änderung der in Strömungsrichtung größer werdenden Querschnittshöhe zur Weglänge, im Bereich der zweiten Wegstrecke II zwischen 0,1% und 20%, vorzugsweise zwischen 2% und 12% liegt.
  18. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 2-17, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontraktionsverhältnis ΔH/ΔL, d.h. Änderung der in Strömungsrichtung kleiner werdenden Querschnittshöhe zur Weglänge, im Bereich der dritten Wegstrecke III zwischen 1% und 400%, vorzugsweise zwischen 10% und 200% liegt.
  19. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wegstrecke I 250 mm bis 1000 mm, vorzugsweise 400 mm bis 800 mm lang ist.
  20. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wegstrecke II 20 mm bis 150 mm lang ist.
  21. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 2-20, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Wegstrecke III 0,5 mm bis 300 mm, vorzugsweise 1 mm bis 100 mm lang ist.
  22. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinste Gesamtquerschnittshöhe der ersten Wegstrecke I 10 mm bis 500 mm, vorzugsweise 15 mm bis 150 mm beträgt.
  23. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Gesamtquerschnittshöhe der zweiten Wegstrecke II 30 mm bis 200 mm beträgt.
  24. Stoffauflauf gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 2-23, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinste Gesamtquerschnittshöhe der dritten Wegstrecke III 5 mm bis 80 mm beträgt.
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