DE10060328C1

DE10060328C1 - Hochturbulenz-Stoffauflauf, insbesondere für Hochgeschwindigkeits-Papiermaschinen

Info

Publication number: DE10060328C1
Application number: DE2000160328
Authority: DE
Inventors: Edouard Davydenko; Holger Lasmann; Tomas Noelle
Original assignee: PAMA PAPIERMASCHINEN GmbH
Current assignee: PAMA PAPIERMASCHINEN GmbH
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2001-12-20
Anticipated expiration: 2020-12-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochturbulenz-Stoffauflauf, insbesondere für Hochgeschwindigkeits-Papiermaschinen. Um eine Beeinflussung des Auslaufspaltes des Stoffauflaufes durch die bei diesen Papiermaschinen hohen Düsenaufweitkräfte weitestgehend zu unterbinden und eine mechanische Belastung des Turbulenzerzeugers zu verhindern, sind nach der Erfindung mehrere über die Maschinenbreite verteilt angeordnete C-förmige Rippen angeordnet, an deren Schenkel die Düsenwände befestigt sind. Die auf die Düsenwände wirkenden Düsenaufweitkräfte werden von den C-förmigen Rippen vollständig aufgenommen. Die Turbulenzerzeuger sind auf diesen Rippen nur einseitig befestigt, so daß diese von Düsenaufweitkräften nicht belastet werden. DOLLAR A Wenigstens einer der Schenkel der C-förmigen Rippen ist zur Verstellung der Düsengeometrie über ein Gelenk und eine Verstelleinrichtung schwenkbar gestaltet. Es ist auch möglich, zur Verstellung der Düsengeometrie die untere Düsenwand direkt auf dem Unterteil anzuordnen und demgegenüber mittels Gelenk und Verstelleinrichtung die Einheit aus Turbulenzerzeuger, Rippen, oberer Schenkel und obere Düsenwand zu schwenken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochturbulenz-Stoffauflauf, insbesondere für Hochgeschwindigkeits-Papiermaschinen. Der artige Stoffaufläufe haben einen Turbulenzerzeuger, an den sich in Strömungsrichtung eine über die Auslaufbreite rei chende Düse anschließt. Die Faserstoffsuspension wird dem Turbulenzerzeuger über Sektionsstromleitungen oftmals auch unter Zwischenschaltung einer maschinenbreiten Anströmkammer zugeführt. In der Düse wird die Faserstoffsuspension auf die erforderliche Austrittsgeschwindigkeit beschleunigt. Am Düseneintritt ist der statische Druck, insbesondere bei hohe Austrittsgeschwindigkeiten der Faserstoffsuspension, sehr groß. Er bewirkt dementsprechend hohe Düsenaufweitkräfte, die von der mechanischen Konstruktion des Stoffauflaufs sicher aufgenommen werden müssen, ohne dass der Auslaufspalt eine Aufweitung erfährt.

Stand der Technik

Ein derartiger Stoffauflauf ist beispielsweise in der EP 0 323 468 B1 beschrieben. Danach ist der Stoffauflauf quer zur Auslaufrichtung in Sektionen unterteilt. Die Düsenwände der Sektionen sind mit einer Rückwand zu einer C-förmigen Klammer verbunden. Durch die Rückwand wird die Faserstoff suspension dem Düsenraum zugeführt. Entsprechend den zuzufüh renden Mengen an Faserstoffsuspension, die insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsausführungen pro Meter Auslaufbreite bis 16 m³/min betragen kann, ist die in dieser Veröffentlichung dargestellte Ausführung der C-Klammerbauweise mit kleinen Strömungsquerschnitten nicht möglich. Die durchzusetzenden Faserstoffmengen erfordern deshalb, dass die zur Verfügung stehenden Querschnitte weitestgehend für den Strömungsquer schnitt genutzt und damit die Rückwand als Lochplatte ausge bildet werden muss. Auf Grund der Perforation kann jedoch die Lochplatte nur begrenzt Kräfte aufnehmen. Die durch den Düseninnendruck erzeugten Aufweitkräfte bewirken, insbeson dere bei hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten, die Verformung der Lochplatte und der Düsenwände, was zu Abweichung der Parallelität des Auslaufspaltes führt.

Werden, wie in den Ausführungsbeispielen des Stoffauflaufs nach der EP 0 323 468 dargestellt, im Düsenraum Turbulenz rohrbündel und/oder Strömungsgitter angeordnet, können diese die Festigkeit der C-förmigen Klammer nicht wesentlich erhö hen, weil es zur Stabilität des Stoffstrahls erforderlich ist, die offene Fläche im Übergang vom Turbulenzerzeuger zur Düse so groß wie möglich zu halten und deshalb die Turbulenz erzeuger aus dünnwandigen Diffusorrohren bestehen müssen. Dies kann aber nur auf Kosten der Steifigkeit des Turbulenz erzeugers realisiert werden. Der Turbulenzerzeuger selbst und auch eine den Turbulenzerzeuger haltende Lochplatte, stellen damit mechanisch schwache Elemente dar, welche Düsenaufweit kräfte nur sehr begrenzt aufnehmen können.

Nach der DE 198 45 722 A1 ist ein weiterer gattungsgemäßer Stoffauflauf in dieser C-Klammerbauweise bekannt. Bei diesem Stoffauflauf sind zur Versteifung an den durchgehend ausge bildeten oberen und unteren Düsenwänden getrennte Abstütz einrichtungen angeordnet, über welche die aus dem Düseninnen druck resultierenden Aufweitkräfte in ein Zentralteil gelei tet werden, in welchem auch die Turbulenzerzeuger und die diese aufnehmenden Lochplatten aufgenommen sind. Über dieses Zentralteil sollen die resultierenden Kräfte abgefangen werden. Dieses Zentralteil weist jedoch die Durchtritts öffnungen für die Turbulenzerzeuger auf und ist deshalb aus den oben dargestellten Gründen, für die Übertragung hoher Düsenaufweitkräfte nicht geeignet. Die oben erläuterten Nachteile, dass an dieser Stelle nur begrenzte Kräfte aufge nommen werden können, ist also auch bei dieser Ausführungs form gegeben, wenn auch die Kraftübertragung auf zwei im Zentralteil enthaltene Lochplatten aufgeteilt wird.

Ein weiterer Nachteil dieses Stoffauflaufs besteht darin, dass das an der oberen Düsenwand befindliche Gelenk zur Verstellung des Auslaufspaltes der Düse mit dem Turbulenz erzeuger mechanisch gekoppelt ist. Dieser muß, da über das Gelenk keine Biegekräfte übertragen werden können, die Aufweitkräfte infolge des Düseninnendrucks vollständig aufnehmen.

Nach der DE 199 27 241 A1 ist ein weiterer Stoffauflauf der gattungsgemäßen Art bekannt. Hier ist die untere Düsenwand über mehrere über Maschinenbreite verteilt angeordnete ge trennte Rippen auf dem Maschinenfundament abgestützt. Die sich vertikal erstreckenden Rippen sind quer zur Maschinen laufrichtung nachgiebig ausgebildet. Mit ihnen wird verhin dert, dass sich temperaturbedingte Längenänderung des Stoff auflaufs als Biegekräfte auf diesen übertragen und dadurch zu einer Beeinflussung des Auslaufspaltes führen.

Die verstellbar ausgeführte obere Düsenwand ist mit einem Gelenk an einem Zentralteil befestigt, welches über die Maschinenbreite durchgehende Wände aufweist, in denen die Zuführrohre für die Faserstoffsuspension und ggf. hier einge setzte Turbulenzerzeuger gehalten werden. Diese sind damit ebenfalls als Lochplatten ausgeführt und für die Kraftüber tragung wenig geeignet. Ein weiterer Nachteil auch dieser Lösung besteht darin, dass das Gelenk zur Verstellung des Auslaufspaltes an der ausgangsseitigen Wand des Turbulenz erzeugers angeordnet ist, über welche wegen der geringen Querschnitte nur geringe Kräfte übertragen werden können.

Zum heutigen Stand der Technik ist es möglich, Turbulenz erzeuger kostengünstig in Kunststoff auszuführen. Bei den beschriebenen Ausführung des Standes der Technik, insbeson dere bei den Ausführungen welche am Ende des Turbulenz erzeugers Gelenke zur Düsenverstellung aufweisen, können solche Turbulenzerzeuger, da sie zur Kraftübertragung völlig ungeeignet sind, nicht eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Stoffauflauf der gattungsgemäßen Art, insbesondere für Hochgeschwindigkeits- Papiermaschinen zu schaffen, bei dem die Düsenaufweitkräfte ohne mechanische Belastung der Turbulenzerzeuger und der diese haltenden Lochplatten sicher aufgenommen werden können und so deren Auswirkungen auf den Auslaufspalt verhindert werden. Es sollen somit für solche Papiermaschinen Voraus setzungen für den Einsatz von Turbulenzerzeugern aus Kunst stoff geschaffen werden.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind die Düsenwände der sich an die Turbulenzerzeuger anschließenden Düse des Stoffauflaufs über mehrere über die Maschinenbreite verteilt angeordnete C-för mige Rippen biegesteif miteinander verbunden. Im Einlaufbe reich der Düse, d. h. in dem Bereich der Düse, welcher sich an den Turbulenzerzeuger unmittelbar anschließt, wirken größere statische Drücke als im Auslaufbereich der Düse. Die C-förmige Rippen, an deren Schenkeln die Düsenwände befestigt sind, bestehen aus Vollmaterial und weisen gegenüber den von den Düsenwänden ausgehenden Aufweitkräften ein hohes Wider standsmoment auf.

Dadurch können die insbesondere bei hohen Arbeitsgeschwindig keiten der Papiermaschine an der Düse auftretenden großen Kräfte sicher aufgefangen werden, ohne daß eine störende Aufweitung des Auslaufspaltes zu befürchten ist. Die Turbu lenzerzeuger und die ggf. zu deren Halterung angeordneten Lochplatten werden durch die Aufweitkräfte nicht beeinflusst. Die flexiblen Sektionsstromleitungen können problemlos an den eine geringe Breite aufweisenden Rippen vorbeigeführt werden.

Die Turbulenzerzeuger selbst und die Turbulenzerzeuger hal tenden Lochplatten können so befestigt werden, dass über diese keine Düsenaufweitkräfte geleitet werden. Damit ist deren Auslegung allein nach Gesichtspunkten der Strömungs technik und der Eigenfestigkeit möglich. Da die Rippen in Richtung der Maschinenbreite relativ schmal gehalten werden können, ist es ohne weiteres möglich, die von einem Stoffverteiler kommenden Sektionsstromleitungen zu den Turbulenzerzeugern an diesen seitlich vorbeizuführen. Eine Begrenzung des für die Sektionsstromleitung erforderlichen Querschnitts ergibt sich praktisch nicht.

Zur Verstellung der Düsengeometrie kann in einer vorteilhaf ten Ausführung der Erfindung der obere oder der untere Schen kel der C-förmigen Rippen, bei Mehrschichtstoffaufläufen auch beide, über in den Ebenen der Düsenwände liegende Gelenke und im radialen Abstand dazu angeordnete Verstelleinrichtungen schwenkbar angeordnet werden, wobei wenigstens ein Teil der in Richtung der Maschinenbreite getrennt ausgeführten Dü senwände an den schwenkbaren Schenkeln der C-förmigen Rippen befestigt sind. Bei entsprechender konstruktiver Gestaltung ist es ausreichend die Drehgelenke in den Nähe der Ebenen der Düsenwände anzuordnen, wenn dafür Sorge getragen ist, dass beim Schwenken zwischen den Teilen der Düsenwand kein störender Spalt entsteht.

Diese Ausführungsform kann dadurch variiert werden, dass der untere Schenkel der C-förmigen Stützrippe durch das Unterteil des Stoffauflaufs ersetzt wird, d. h. die untere Düsenwand ist direkt auf dem Unterteil befestigt. Da in diesem Fall die den Turbulenzerzeuger haltenden Rippen bei der Verstellung der Düsengeometrie gegenüber dem Unterteil geschwenkt werden, sind die Sektionsstromleitungen flexibel ausgeführt.

Damit die größten Düsenaufweitkräfte, welche im ersten Drit tel der Düse auftreten, nicht über die Gelenke geleitet wer den, können die Düsenwände so geteilt werden, dass die dem Turbulenzerzeuger zugewandten Teile der Düsenwände sich wenigstens über 1/3 der Düsenlänge erstrecken.

Im Auslaufbereich der Düse wirken niedrigere statische Drücke, dementsprechend geringere Düsenaufweitkräfte. Der Einfluss der Temperatur auf die Verformung des Auslaufspaltes ist in diesem Bereich dominierend. Demzufolge ist es zweckmäßig, im Auslaufbereich der Düse Heizkammern an den Düsenwänden anzubringen, damit deren Temperatur an die der Faserstoffsuspension angeglichen werden kann.

Durch die in Richtung der Maschinenbreite biegeweiche Gestal tung der Rippen wird verhindert, daß aus Temperaturänderungen resultierende Längenänderungen im Stoffauflauf Biegespannung en entstehen, die den Auslaufspalt beeinflussen könnten.

Die unteren und die oberen Düsenwände bleiben durch die er findungsgemäße Lösung bei der Änderung der Temperatur und des Drucks eben und der Auslaufspalt demgemäß unbeeinflußt.

Zur Erhöhung der Festigkeit des Stoffauflaufs können die Rippen durch einen oder mehrere Querträger miteinander ver bunden werden.

Wird zwischen den Sektionsstromleitungen und den Turbulenz erzeugern die Anordnung einer aufklappbaren Anströmkammer vorgesehen, müssen die Rippen eine dementsprechende Ausspa rung aufweisen.

Vorteilhafterweise wird als Stoffverteiler ein Rundverteiler eingesetzt, da diese in der Regel fexible Sektionsstromlei tungen aufweisen.

Die Gelenke zwischen den Rippen und den Schenkeln werden durch die Düsenaufweitkräfte hohen einseitigen Belastungen unterworfen. Durch in unmittelbarer Nähe der Gelenke angeord nete Federn, welche das Gelenk entgegen der Wirkungsrichtung der Düsenaufweitkräfte vorspannen, lassen sich die maximal auf das Gelenk wirkenden Kräfte fast auf die Hälfte reduzie ren. Eine weitere Reduzierung der auf das Gelenk wirkenden Kräfte ist erzielbar, wenn an Stelle von Federn sensorisch gesteuerte hydraulische Stellglieder verwendet werden.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines Stoffauflaufes in C-Klammerbauweise

Fig. 2 eine schematisierte Darstellung eines Zweischicht- Stoffauflaufes mit verstellbarer Düsengeometrie

Fig. 3 eine schematisierte Darstellung eines Stoffauflaufes mit verstellbarer Düsengeometrie und einer fest angeordneten unterer Düsenwand

Fig. 4 eine schematisierte Darstellung eines Zweischicht- Stoffauflaufes mit verstellbarer Düsengeometrie und einer fest angeordneten unteren Düsenwand

In Fig. 1 ist der Querschnitt durch einen einfachen Stoffauf lauf gemäß der Erfindung dargestellt. Dieser in seiner Düsen geometrie nicht verstellbare Stoffauflauf besteht aus einer Düse 1, einem Turbulenzerzeuger 2 aus Kunststoff, einem Schlauchstutzen 3 für die von einem nicht näher dargestellten Stoffverteiler kommenden Sektionsstromleitungen 9. Die Düse 1 weist eine obere Düsenwand 4 und eine untere Düsenwand 5 auf. Die Düsenwände 4 und 5 sind über Schenkel 14 aufweisende Rippen 6 miteinander biegesteif verbunden. Die Rippen 6, von denen mehrere gleichmäßig über die Maschinen breite verteilt sind, bestehen aus Vollmaterial und weisen ein hohes Widerstandsmoment gegen Verformungen auf. Die Düsenaufweitkräfte werden ausschließlich über die Düsenwände 4 und 5, die Schenkeln 14 und die Rippen 6 abgefangen. Zum problemlosen Anschließen der Sektionsstromleitungen 9 an die unmittelbar neben- und übereinander liegenden Schlauch stutzen 3 weisen die Rippen 6 Aussparungen 10 auf. Zur mechanischen Stabilisierung des Stoffauflaufs sind zwi schen den Schenkeln 14 der Rippen 6 Querträger 7 angeordnet. Die in Richtung der Maschinenbreite biegeweich gestalteten Rippen 6 sind auf dem Unterteil 8 befestigt.

Ein derartiger Stoffauflauf weist gegenüber den Düsenaufweit kräften eine sehr hohe mechanische Stabilität auf.

Der in Fig. 2 dargestellte Stoffauflauf entspricht im Wesent lichen dem in Fig. 1 erläuterten. Variierend dazu ist dieser Stoffauflauf als Zweischicht-Stoffauflauf ausgelegt und die Geometrie der durch das Trennelement 13 aufgeteilten Düse 1 kann verändert werden. Die Einstellung des Auslaufspaltes erfolgt über die mittels der Gelenke 11 und der Verstellein richtungen 12 schwenkbaren Schenkel 14. Dazu sind die Düsen wände 4 und 5 in Richtung der Maschinenbreite geteilt ausge führt. Der Abstand der Gelenke 11 vom Turbulenzerzeuger 2 beträgt etwa 1/3 der Länge der Düse 1. Da die größten Düsen aufweitkräfte im weitesten Teil der Düse 1 auftreten, erfolgt die Übertragung der Düsenaufweitkräfte hier im Wesentlichen über den Teil der Düsenwände 4 und 5, die unmittelbar mit den Rippen 6 verbunden sind. Die auf die Schenkel 14 wirkenden Düsenaufweitkräfte werden über die Gelenke 11 und die Ver stelleinrichtungen 12 auf die Rippen 6 übertragen.

Fig. 3 stellt eine besonders einfache Ausführung eines Stoff auflaufs nach der Erfindung dar. In diesem Beispiel ist die untere Düsenwand 5 direkt auf dem Unterteil 8 befestigt. Der Auslaufspalt der Düse 1 wird durch Schwenken der aus den Rippen 6, Turbulenzerzeuger 2, Querträger 7 und oberer Düsenwand 4 bestehenden Einheit gegenüber dem Unterteil 8 bewirkt. Dazu sind zwischen dem Unterteil 8 und den Rippen 6 Gelenke 11 und Verstelleinrichtungen 12 angeordnet. Da mit den Rippen 6 der Turbulenzerzeuger 2 schwenkbar ist, macht es sich erforderlich, die Sektionsstromleitungen 9, wie bei Rundverteilern ohnehin gegeben, flexibel zu gestalten.

Eine Variante dieses zuletzt beschriebenen Ausführungsbei spiels für einen Zweischicht-Stoffauflauf ist in Fig. 4 dargestellt. Hier kann wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der obere Teil des Auslaufspaltes der Düse 1 durch Schwenken des Schenkels 14 separat verstellt werden. Die Schwenkbarkeit wird über ein in der Ebene der Düsenwand 4 liegendes Gelenk 11 und die im radialen Abstand zur Drehachse des Gelenks 11 zwischen den Rippen 6 und den Schenkeln 14 angeordnete Verstelleinrichtung 12 erzielt.

Bei allen Ausführungsbeispielen ist der Turbulenzerzeuger 2 nur an einer seiner Seiten mit den Rippen 6 verbunden. Die Düsenaufweitkräfte werden so nicht in den Turbulenzerzeuger 2 eingeleitet und dessen Dimensionierung kann ausschließlich auf Gesichtspunkte der Strömungstechnik und der Eigenfestigkeit beschränkt werden.

Bezugszeichenliste

1

Düse

2

Turbulenzerzeuger

3

Schlauchstutzen

4

obere Düsenwand

5

untere Düsenwand

6

Rippen

7

Querträger

8

Unterteil

9

Sektionsstromleitung

10

Aussparung

11

Gelenk

12

Verstelleinrichtung

13

Trennelement

14

Schenkel

Claims

1. Hochturbulenz-Stoffauflauf, insbesondere für Hochgeschwindigkeits-Papiermaschinen, bestehend aus

- einem über die Maschinenbreite reichenden Turbulenzerzeuger (2), der eingangsseitig über Sektions stromleitungen (9) mit einem Stoffverteiler in Verbindung steht,
- eine am Turbulenzerzeuger (2) ausgangsseitig angeord nete über die Maschinenbreite reichende, eine obere und eine unteren Düsenwand (4, 5) aufweisende Düse (1) und
- mehrere über die Maschinenbreite verteilt angeordnete, mit dem Unterteil (8) verbundene, Schenkel (14) aufwei sende Rippen (6), mit welchen die obere Düsenwand (4) mit der unteren Düsenwand (5) zur Aufnahme von Düsenaufweit kräften biegesteif verbunden sind.

2. Stoffauflauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

- der untere und/oder der obere Schenkel (14) mit den Rip pen (6) über Gelenke (11) und im radialen Abstand zu deren Drehachsen angeordnete Verstelleinrichtungen (12) verbun den sind,
- wobei die Gelenke (11) in den Ebenen der jeweiligen in Richtung der Maschinenbreite geteilt ausgeführten Düsen wände (4, 5) oder nahe dieser Ebenen quer zur Maschinen laufrichtung angeordnet sind und
- die in Auslaufrichtung hinter den Gelenken angeordneten Teile Düsenwände (4, 5) an den Schenkeln (14) befestigt sind.

3. Stoffauflauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (6) über die mit der unteren Düsenwand (5) ver bundenen Schenkel (14) am Unterteil (8) befestigt und die zwischen dem Turbulenzerzeuger (2) und dem Stoffauflauf angeordneten Sektionsstromleitungen (9) flexibel ausge führt sind.

4. Stoffauflauf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, dass die untere und/oder die obere Düsenwand (4, 5) so geteilt ist, dass der dem Turbulenzerzeuger (2) zuge wandte Teil wenigstens 1/3 der Länge der Düse (1) auf weist.

5. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Auslaufbereich der Düse (1) die obere Düsenwand (4) und/oder die untere Düsenwand (5) Heizkammern aufweisen.

6. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (6) und die Schenkel (14) in Richtung der Maschinenbreite biegeweich oder nachgiebig gestaltet sind.

7. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (6) und/oder die Schenkel (14) mit einem oder mehreren Querträgern (7) mechanisch stabilisiert sind.

8. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Turbulenzerzeuger (2) und den Sektionsstromleitungen (9) eine aufklappbare An strömkammer angeordnet ist und die Rippen (6) im Bereich der Anströmkammer Aussparungen zum Öffnen der Anströmkam mer aufweisen.

9. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffverteiler ein Rundverteiler ist.

10. Stoffauflauf nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rippen (6) und den Schenkeln (14), in unmittelbarer Nähe der Gelenke (11) Fe dern oder sensorisch gesteuerte hydraulische Stellglieder angeordnet sind, mit denen die Gelenke (11) den Düsenauf weitkräften entgegenwirkend vorgespannt sind.