DE102009028389A1

DE102009028389A1 - Stoffauflauf, Blattbildungseinheit mit einem Stoffauflauf und Verfahren zum Betreiben einer Blattbildungseinheit

Info

Publication number: DE102009028389A1
Application number: DE102009028389A
Authority: DE
Inventors: Hans Loser; Markus Häußler; Volker Schmidt-Rohr; Wolfgang Ruf
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2011-02-17
Also published as: WO2011018251A1; EP2464784A1; US20120186767A1; CN102575425A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf (1) für eine Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen aus wenigstens einer Faserstoffsuspension (FS), mit mindestens einer, die wenigstens eine Faserstoffsuspension (FS) zuführenden Zuführvorrichtung (4), einer einen Austrittsspalt (12) aufweisenden Düse (9) zur Abgabe der Faserstoffsuspension (FS) in einem Freistahl (F) und einer in Strömungsrichtung der Düse (9) unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung (7), in welcher bei Betrieb des Stoffauflaufs (1) die mindestens eine Faserstoffsuspension (FS) durch eine Vielzahl von turbulenzerzeugenden Kanälen (8; 8.1-8.n; 8.11-8.nn) in Teilströmen geführt wird, wobei innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (8; 8.1-8.n; 8.11-8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) zumindest ein, einen Fluidisierungsbereich (15) bildender Bereich vorgesehen ist, in welchem ein Druckverlust (Δp) in dem durch diesen geführten Teilstrom der Faserstoffsuspension (FS) erzeugbar ist. Der erfindungsgemäße Stoffauflauf (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (9) und die der Düse (9) unmittelbar vorgeordnete Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) derart ausgeführt und dimensioniert sind, dass diese geeignet sind, eine Verweildauer (TV) der diese durchströmende Faserstoffsuspension (FS) von einem letzten Fluidisierungsbereich (15) eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (8; 8.1-8.n; 8.11-8.nn) der ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf für eine Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen aus wenigstens einer Faserstoffsuspension, mit mindestens einer, die wenigstens eine Faserstoffsuspension zuführenden Zuführvorrichtung, einer einen Austrittsspalt aufweisenden Düse zur Abgabe der Faserstoffsuspension in einem Freistrahl und einer in Strömungsrichtung der Düse unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung, in welcher bei Betrieb des Stoffauflaufs die mindestens eine Faserstoffsuspension durch eine Vielzahl von turbulenzerzeugenden Kanälen in Teilströmen geführt wird, wobei innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung zumindest ein, einen Fluidisierungsbereich bildender Bereich vorgesehen ist, in welchem ein Druckverlust in dem durch diesen geführten Teilstrom der Faserstoffsuspension erzeugbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Blattbildungseinheit für eine Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, umfassend einen Stoffauflauf und eine diesem nachgeordnete Formiereinheit, in welche die Faserstoffsuspension aus dem Austrittsspalt des Stoffauflaufs in dem Freistrahl auf zumindest eine Bespannung aufgebracht wird und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Blattbildungseinheit.
Der Herstellungsprozess von Faserstoffbahnen ist maßgeblich von der Stoffkonsistenz der dieser zugrunde liegenden Faserstoffsuspension abhängig. Dabei ist mit zunehmender Stoffkonsistenz der verwendeten Faserstoffsuspension eine sich verschlechternde, durch die makroskopische und mikroskopische Verteilung von Fasern und Füllstoffen beschreibbare Formation innerhalb der am Ende des Prozesses vorliegenden Faserstoffbahn zu beobachten. Um noch befriedigende Ergebnisse hinsichtlich der Qualität der Faserstoffbahn zu erreichen, werden mit derzeit üblichen Stoffaufläufen Faserstoffsuspensionen mit Stoffkonsistenzen im Bereich von 0,8–1,2% in die nachgeordneten Formiereinheiten eingebracht. Werden Stoffkonsistenzen höherer Werte verwendet, muss mit einer grobwolkigen Formation innerhalb der Faserstoffsuspension bereits beim Austritt des Strahls aus dem Stoffauflauf durch starke Faserflockung gerechnet werden. Daher sind Maßnahmen zu treffen, die der Zerstörung dieser Flocken und zur rechzeitigen Fixierung der Strömung dienen, insbesondere ist über den Stoffauflauf ein möglichst flockenfreier Faserstoffsuspensionsstrahl an dem Austritt aus diesem bereitzustellen. Innerhalb der vor der Düse angeordneten Turbulenzeinrichtung werden daher in turbulenzerzeugenden Kanälen der Turbulenzerzeugungseinrichtung der Entflockung und besseren Fluidisierung dienende Bereiche für die Faserstoffsuspension durch unterschiedliche Maßnahmen ausgebildet. Allerdings sind diese häufig nicht ausreichend. Die Ursache liegt in der stark reduzierten Reflockulationszeit bei erhöhter Stoffkonsistenz. Um jedoch befriedigende Formationskennwerte für die entstehende Faserstoffbahn zu erzielen, ist die Reflockulation der Faserstoffsuspension nach der letzten erfolgten Fluidisierung in dem Stoffauflauf möglichst gänzlich zu vermeiden. Dies setzt jedoch entsprechend kurz gebaute Einheiten voraus, die wiederum zu anderen Anforderungen, insbesondere an die Festigkeit und Reduzierung der Schwingungsneigung sowie die Vermeidung hydraulischer Störungen konträr sind.
Die Problematik der Flockenbildung und deren Auswirkung auf die Qualität der entstehenden Faserstoffbahn ist in der Druckschrift EP 1 313 912 B1 beschrieben. Zur Lösung wird eine Ausführung eines Stoffauflaufs mit Modifizierung der Turbulenzerzeugungseinrichtung vorgeschlagen, mit welcher innerhalb der Turbulenzerzeugungseinrichtung eine Fluidisierung lediglich einmal in einer Stufe in jedem turbulenzerzeugenden Kanal der Turbulenzerzeugungseinrichtung vorgenommen wird, wodurch eine Beschleunigung der Strömung und kurze Verweildauer der Faserstoffsuspension in dem Stoffauflauf erzielt wird. Der Fluidisierungsgrad kann dann durch die spezielle Gestaltung der Lamellen der Düse beibehalten werden. Zur Fluidisierung werden den Fluidisierungsbereich bildende stufenartige Änderungen der Querschnittsflächen des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung und Längen der einzelnen Teilbereiche der Strömungskanäle der Turbulenzerzeugungseinrichtung vorgeschlagen, welche eine Länge der Turbulenzerzeugungseinrichtung im Bereich von 400 mm ergeben.
Zur Verbesserung der Formation und des Reißlängenverhältnisses der entstehenden Faserstoffbahn ist eine Vielzahl weiterer Maßnahmen vorbekannt, die durch eine Modifikation der Düse oder der Turbulenzerzeugungseinrichtung charakterisiert sind.
Die Druckschrift DE 101 06 684 A1 offenbart eine Ausführung eines Stoffauflaufs mit zur Vermeidung von Strömungsinstabilitäten innerhalb der Düse und damit einer Schwingungsanregung speziell ausgeführtem Lamellenende, welches eine Schräge an der zu der Düsenwand gerichteten Seite aufweist und an der von dieser weggerichteten Seite mit einer Struktur versehen ist. Zur Formationsbeeinflussung ist gemäß der Druckschrift DE 199 02 621 A1 des Weiteren vorbekannt, die Düse mit unterschiedlichen geometrischen Bereichen zur Erzeugung unterschiedlicher Strömungsquerschnitte innerhalb der Düse auszubilden.
Die Druckschrift WO 2008/077585 A1 offenbart die Begünstigung der Ausbildung symmetrischer Eigenschaften in Z-Richtung über symmetrisch ausgebildete Stoffauflaufdüsen und die Ausgestaltung und Dimensionierung dieser.
Maßnahmen zur Verbesserung der Quersteifigkeit durch Ausrichtung der Fasern in dem Bereich des Austritts aus der Düse sind in der Druckschrift EP 1 022 378 A2 beschrieben. Die Ausbildung der Düse erfolgt mit einem Bereich mit stetiger Querschnittsverringerung und sich daran anschließenden kürzeren Bereich mit stetiger Querschnittserweiterung.
Um beim Austritt des Freistrahls aus der Düse ein Aufplatzen dessen zu verhindern, offenbart die Druckschrift DE 297 13 433 U1 eine Ausführung eines Stoffauflaufs mit einer aus maschinenbreit verlaufenden Begrenzungsflächen gebildeten Düse, bei welcher zumindest eine der Begrenzungsflächen durch zumindest drei Abschnitte unterschiedlicher Konvergenzwinkel charakterisiert ist.
Die Druckschrift DE 102 34 559 A1 offenbart eine Ausführung eines Stoffauflaufs in einem Blattbildungssystem, bei welchem die Düse durch eine Länge von ≥ 400 mm charakterisiert ist, wobei der dieser vorgeordnete Turbulenzblock, welcher von der Turbulenzerzeugungseinrichtung gebildet wird, vorzugsweise ebenfalls in diesem Längenbereich liegt.
Alle bekannten Maßnahmen sind dabei jedoch nicht geeignet, die Verweilzeit der einzelnen Faserstoffsuspension unter ihre Reflockulationszeit, insbesondere bei einer höheren Stoffkonsistenz, zu drücken.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stoffauflauf der eingangs genannten Art für eine Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll die Reflockulation der Faserstoffsuspension nach der letzten erfolgten Fluidisierung innerhalb der Turbulenzerzeugungseinrichtung vor der Düse bis zu dem Austritt aus der Düse und nach Möglichkeit auch nach der Düse vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 12 und 14 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Stoffauflauf für eine Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen aus wenigstens einer Faserstoffsuspension, mit mindestens einer, die wenigstens eine Faserstoffsuspension zuführenden Zuführvorrichtung, einer einen Austrittsspalt aufweisenden Düse zur Abgabe der Faserstoffsuspension in einem Freistrahl und einer in Strömungsrichtung der Düse unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung, in welcher bei Betrieb des Stoffauflaufs die mindestens eine Faserstoffsuspension durch eine Vielzahl von, vorzugsweise in Reihe angeordneten, turbulenzerzeugenden Kanälen in Teilströmen geführt wird, wobei innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung zumindest ein, einen Fluidisierungsbereich bildender Bereich, vorgesehen ist, in welchem ein Druckverlust in dem durch diesen geführten Teilstrom der Faserstoffsuspension erzeugbar ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Düse und die der Düse unmittelbar vorgeordnete Turbulenzerzeugungseinrichtung derart ausgeführt und dimensioniert sind, dass diese geeignet sind, eine Verweildauer der diese durchströmenden Faserstoffsuspension von einem letzten Fluidisierungsbereich eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung vor dem Einlauf in die Düse bis zu dem Austrittsspalt der Düse von ≤ 200 ms, vorzugsweise ≤ 175 ms, insbesondere ≤ 150 ms, und einen Druckverlust in dem letzten Fluidisierungsbereich vor dem Eintritt in die Düse von ≥ 50 mbar, vorzugsweise von ≥ 75 mbar, insbesondere von ≥ 100 mbar, ganz insbesondere von ≥ 150 mbar, einzustellen.
Unter einem Fluidisierungsbereich wird ein Bereich verstanden, in welchem derart auf die Faserstoffsuspension, insbesondere den jeweiligen Teilstrom der Faserstoffsuspension aktiv oder passiv eingewirkt wird, dass nahezu kein Fasernetzwerk ausgebildet ist. Die Einwirkung kann dabei aktiv durch, hinsichtlich ihrer Wirkung steuerbare Elemente, wie beispielsweise statische Mischeinrichtungen oder passiv durch die geometrischen Ausgestaltung des Strömungswegs und die dadurch bedingte Erzeugung von Turbulenzen auf die Faserstoffsuspension unter Auflösung von Ansammlungen, insbesondere Flocken erfolgen. Der Bereich kann in Durchströmungsrichtung betrachtet örtlich auf einen Linie in Maschinenquerrichtung beschränkt oder aber sich in Durchströmungsrichtung erstreckend ausgeführt sein.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil einer Erweiterung des Einsatzbereichs von Stoffaufläufen auf Faserstoffsuspensionen mit erhöhten Stoffkonsistenzen (Fasern und Füllstoffe), vorzugsweise von ≥ 1%, insbesondere im Bereich von ≥ 0,5% bis ≤ 4%, vorzugsweise von ≥ 1% bis ≤ 3%, insbesondere von ≥ 1% bis ≤ 2,5%, bei gleichzeitig optimierter Faser- und Füllstoffverteilung beziehungsweise Formation beim Austritt dieser in dem Freistahl in die Formiereinheit durch Vermeidung von Faser- und Füllstoffballungen. So kann die Neubildung von Flocken in Durchströmungsrichtung bis zu dem Austritt aus der Düse, welche durch der Mindestdruckverlust in dem letzten Fluidisierungsbereich sicher aufgelöst wurde, sicher vermieden werden. Die Mobilität der Fasern und damit Fluidisierungshöhe wird durch die kurze Verweildauer bis zu dem Austritt in dem Freistrahl beibehalten.
Die Ausbildung des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung erfolgt vorzugsweise derart, dass die Verweildauer der Faserstoffsuspension zwischen dem letzten Fluidisierungsbereich eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung bis zu dem Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung von ≥ 10 ms bis ≤ 100 ms ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Stoffauflaufs ist dazu dadurch charakterisiert, dass die Düse eine Länge l_D im Bereich von 100 mm ≤ l_D ≤ 500 mm, vorzugsweise 100 mm ≤ l_D ≤ 400 mm, insbesondere 200 mm ≤ l_D ≤ 400 mm, aufweist und dass der Abstand zwischen dem letzten Fluidisierungsbereich innerhalb eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung vor der Düse und dem Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung ≤ 180 mm, vorzugsweise ≤ 150 mm, insbesondere ≤ 120 mm, ganz insbesondere ≤ 100 mm, ist. Diese Kombination an Maßnahmen ermöglicht eine kurze und kompakte Ausführung eines Stoffauflaufs mit Eignung für Faserstoffsuspensionen mit einem breiten Konsistenzbereich und Vermeidung einer Rückflockung durch die sich durch den minimalen Abstand von letztem Fluidisierungsbereich und Austritt aus der Düse und die durch Druckverlust erfolgende Beschleunigung sich ergebende minimale Verweildauer.
In Abhängigkeit der Art und Zusammensetzung der auszubringenden Faserstoffsuspensionen, insbesondere der Höhe der Stoffkonsistenz ist zur Gewährleistung der Stabilität des aus dem Austrittsgalt der Düse austretenden Faserstoffsuspensionsstrahls in einer vorteilhaften Weiterentwicklung die Länge der Düse, welche durch den Abstand zwischen Austritt aus der vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung und Austrittsgalt charakterisiert ist, durch die nachfolgende Vorgabe, welche die dämpfende Wirkung der Fasern berücksichtigt, begrenzt: l_D × SK ≤ 1000, vorzugsweise ≤ 800, insbesondere ≤ 700, mit

lD: = Länge der Düse, gemessen in mm; und
SK: = Stoffkonsistenz in %.

Der Düsenraum der Düse ist von zwei in Strömungsrichtung unter Ausbildung des Austrittsgalts konvergierenden Düsenwänden, einer oberen und einer unteren Düsenwand, begrenzt, wobei es unter strömungstechnischen Aspekten von Vorteil ist, wenn der Konvergenzwinkel zwischen diesen zumindest in dem Bereich des Austrittsgalts zwischen 5° und 45°, vorzugsweise 10° und 20°, ist.
Um in einer vorteilhaften Ausbildung immer eine Entmischung von Fasern und Fluid innerhalb der letzten Turbulenzerzeugungseinrichtung vor der Düse sicher zu vermeiden, ist die Länge l_TE der Turbulenzerzeugungseinrichtung und damit des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung bevorzugt im Bereich von 100 mm ≤ l_TE ≤ 500 mm, vorzugsweise 100 mm ≤ l_TE ≤ 400 mm, insbesondere 150 mm ≤ l_TE ≤ 300 mm.
In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung ist der einzelne turbulenzerzeugende Kanal der Turbulenzerzeugungseinrichtung derart ausgeführt und dimensioniert, dass in dem letzten Fluidisierungsbereich vor dem Eintritt in die Düse der Druckverlust innerhalb des in diesem geführten Teilstroms von ≥ 50 mbar, vorzugsweise ≥ 75 mbar, insbesondere ≥ 100 mbar, ganz insbesondere ≥ 150 mbar, erzeugt wird. Die Größe des Druckverlusts bietet den Vorteil einer sicheren Gewährleistung eines hohen Entflockungsgrads und hoher Fasermobilität auch bei hohen Konsistenzen, welche über die genannten Längenbereiche in Durchströmungsrichtung bis zu dem Austritt aus der Düse und darüber hinaus aufrechterhalten werden kann.
Bezüglich der Realisierung des Druckverlusts innerhalb des in Strömungsrichtung letzten Fluidisierungsbereichs vor der Düse besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Dabei kann der letzte Fluidisierungsbereich in Strömungsrichtung betrachtet örtlich stark begrenzt oder aber über einen Teilbereich des turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung in Durchströmungsrichtung erstreckend ausgebildet werden. Der Druckverlust kann gemäß einer ersten Variante passiv, im einfachsten Fall als Funktion der Geometrie und/oder Dimensionierung des Strömungswegs in dem einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal der Turbulenzerzeugungseinrichtung oder aktiv durch Vorsehen zusätzlicher Einrichtungen und/oder Möglichkeiten zu dem Energieeintrag in die Faserstoffsuspension innerhalb des turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung erzeugt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung einer ersten Variante zur Erzeugung eines Druckverlusts wird der letzte Fluidisierungsbereich vor dem Eintritt in die Düse von einer örtlichen, stufenartigen Änderung der Querschnittsfläche des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung in Durchströmungsrichtung betrachtet gebildet. Die Querschnittsfläche des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung ist durch eine geometrische Form und Dimension beschreibbar. Die stufenartige Änderung bietet den Vorteil der einfachen Erzeugung höherer Druckverluste in einem örtlich stark begrenzten Bereich innerhalb des Strömungswegs unter Erzeugung einer sehr starken Turbulenz zum Aufbrechen von Flocken, wodurch die Fluidisierung insgesamt verbessert wird. Die dadurch eingestellte hohe Fasermobilität wird dann durch die erfindungsgemäße kurze Verweildauer sowie den geringen Abstand des Fluidisierungsbereichs zu dem Austritt aus der Düse beibehalten.
In einer weiteren Ausführung kann der letzte Fluidisierungsbereich vor dem Eintritt in die Düse von einer stetigen Änderung der Querschnittsfläche des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung in Durchströmungsrichtung betrachtet gebildet werden.
Die Größe der Änderung der Querschnittsfläche bei stufenartiger oder stetiger Änderung von der minimalen Querschnittsfläche zu der maximalen Querschnittsfläche, welche als Differenz der die Querschnittsflächen charakterisierenden hydraulischen Durchmesser beschreibbar ist, wird dabei zur Erzeugung des erforderlichen Mindestdruckverlusts geeignet gewählt. In Abhängigkeit der Eigenschaften der einzusetzenden Faserstoffsuspension wird die Änderung der Querschnittsfläche in dem Fluidisierungsbereich derart gewählt und ausgebildet, dass die Änderung, insbesondere die Höhe des die Querschnittsänderung charakterisierenden Stufensprungs mindestens der mittleren Faserlänge der eingesetzten Faserstoffsuspension entspricht. Dadurch wird die für die kurze Verweildauer erforderliche Fluidisierungshöhe gewährleistet.
Gemäß einer weiteren Ausführung kann der Druckverlust zusätzlich oder alternativ durch zumindest eine in dem Fluidisierungsbereich vorzusehende statische Mischeinrichtung oder zumindest ein Mittel zum Energieeintrag unter Erzeugung des gewünschten Duckverlusts in der Faserstoffsuspension hervorgerufen werden. Diese Möglichkeiten bieten den Vorteil einer einfach zu realisierenden freien Einstellbarkeit des Druckverlusts, unabhängig von der Geometrie in dem turbulenzerzeugenden Kanal der Turbulenzerzeugungseinrichtung.
In vorteilhafter Ausführung ist der einzelne turbulenzerzeugende Kanal der Turbulenzerzeugungseinrichtung derart ausgeführt und dimensioniert, dass dessen maximale Querschnittsfläche durch einen hydraulischen Durchmesser d_hydr im Bereich von 5 mm ≤ d_hydr ≤ 25 mm, vorzugsweise 5 mm ≤ d_hydr ≤ 20 mm, insbesondere 10 mm ≤ d_hydr ≤ 20 mm, charakterisiert ist. Dadurch kann die sich nach dem Fluidisieren einstellende Flockengröße minimal gehalten werden Um Faserwischbildungen zu vermeiden, ist der hydraulische Durchmesser d_hydr-8E beim Eintritt in den einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal der Turbulenzerzeugungseinrichtung bevorzugt im Bereich von 8 mm ≤ d_hydr-8E ≤ 20 mm, vorzugsweise 10 mm ≤ d_hydr-8E ≤ 20 mm, insbesondere 10 mm ≤ d_hydr-8E ≤ 15 mm.
Die Führung des jeweiligen Teilstroms der Faserstoffsuspension von dem letzten Fluidisierungsbereich vor dem Eintritt in die Düse erfolgt in einer vorteilhaften Ausführung über einen weiteren Bereich mit stetiger Querschnittsänderung im Bereich von 50 mm bis 100 mm.
Bezüglich des Aufbaus und der Ausbildung der Turbulenzerzeugungseinrichtung bestehen grundsätzlich mehrere Möglichkeiten, für die jedoch die oben genannten Bedingungen gelten. Die Turbulenzerzeugungseinrichtung kann aus einer Mehrzahl von maschinenbreit ausgeführten turbulenzerzeugenden Kanälen bestehen, welche senkrecht zu der Durchströmungsrichtung übereinander angeordnet sind oder aber aus einer Mehrzahl von in Maschinenquerrichtung in Zeilen und senkrecht zu der Maschinenquerrichtung in Spalten zueinander angeordneten, als Einzelkanäle ausgeführten, turbulenzerzeugenden Kanälen gebildet werden. In vorteilhafter Ausführung ist jedoch die Anzahl der Zeilen der Strömungskanäle der Turbulenzerzeugungseinrichtung derart gewählt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des in dem engsten Querschnitt eines derartigen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung geführten Teilstroms zwischen 5 m/s und 20 m/s, vorzugsweise zwischen 7 m/s und 15 m/s, ist. Diese Ausführung bietet in Kombination mit den konstruktiven Merkmalen den Vorteil einer feinfühligen und effektiven Fluidisierung.
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Stoffauflauf wird vorzugsweise in einer Blattbildungseinheit für eine Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, umfassend des Weiteren eine dieser nachgeordnete Formiereinheit, in welcher die Faserstoffsuspension aus dem Austrittsspalt des Stoffauflaufs in die Formiereinheit, insbesondere auf eine Bespannung oder zwischen zwei Bespannungen unter Definition einer Auftrefflinie in dem Freistrahl aufgebracht wird, zum Einsatz gelangen. Dabei erfolgt die Ausführung und Anordnung von Stoffauflauf und Formiereinheit derart, dass die Verweildauer der Faserstoffsuspension von dem letzten Fluidisierungsbereich bis zu der Auftrefflinie von ≥ 30 ms bis ≤ 300 ms, vorzugsweise von ≥ 50 ms bis ≤ 200 ms, insbesondere von ≥ 80 ms bis ≤ 200 ms, ist. Die erfindungsgemäße Anordnung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Stoffauflaufs und einer Formiereinheit bietet den Vorteil, dass bis zum Auftreffen auf die Bespannung eine im Hinblick auf die zu erzielende Formation der Faserstoffbahn hinsichtlich der Faserverteilung und Orientierung optimierte Faserstoffsuspension in die Formiereinheit eingebracht wird.
Die Formiereinheit kann dabei als Hybridformer, Spaltformer, umfassend zwei einen Einlaufspalt für die Faserstoffsuspension bildende Siebbänder oder Langsiebformer ausgeführt sein, umfassend ein Siebband, auf dessen Oberfläche die Faserstoffsuspension mittels des Stoffauflaufs aufgebracht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Blattbildungseinheit, bei welchem die zumindest eine Faserstoffsuspension des Stoffauflaufs über die Maschinenbreite zugeführt wird, unter Ausbildung von Teilströmen in einer Mehrzahl turbulenzerzeugender Kanäle der Turbulenzerzeugungseinrichtung geleitet und zu einer Düse geführt wird, aus welcher die zumindest eine Faserstoffsuspension in dem Freistrahl in die Formiereinheit eingebracht, insbesondere auf eine Bespannung der Formiereinheit unter Definition einer Auftrefflinie aufgebracht wird, wobei innerhalb eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung ein Druckverlust in der Faserstoffsuspension eingestellt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem letzten Fluidisierungsbereich eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung vor dem Einlauf in die Düse ein Druckverlust innerhalb der Faserstoffsuspension von ≥ 50 mbar, vorzugsweise von ≥ 75 mbar, insbesondere von ≥ 100 mbar, ganz insbesondere von ≥ 150 mbar, erzeugt wird und dass die Faserstoffsuspension von diesem letzten Fluidisierungsbereich bis zu dem Austrittsspalt aus der Düse derart geführt wird, dass deren Verweildauer in dem von dem letzten Fluidisierungsbereich bis zu dem Austrittsspalt beschreibenden Bereich ≤ 200 ms, vorzugsweise ≤ 175 ms, insbesondere ≤ 150 ms, ist und/oder die Verweildauer in dem sich von dem letzten Fluidisierungsbereich bis zu der Auftrefflinie erstreckenden Bereich von ≥ 30 ms bis ≤ 300 ms, vorzugsweise von ≥ 50 ms bis ≤ 200 ms, insbesondere von ≥ 80 ms bis ≤ 200 ms, ist.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht anhand eines Ausschnitts aus einem Axialschnitt einer Blattbildungseinheit für eine Maschine zur Herstellung einer Materialbahn den Aufbau eines erfindungsgemäßen Stoffauflaufs;
2 verdeutlicht anhand eines Diagramms den Zusammenhang zwischen Stoffkonsistenz und Ausbildung der Flockenstruktur in dem Freistrahl;
3 zeigt noch einmal im Detail einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Stoffauflauf gemäß 1;
4a1 und 4a2 zeigen eine erste Anordnung der turbulenzerzeugenden Kanäle der Turbulenzerzeugungseinrichtung;
4b1 und 4b2 zeigen eine zweite Anordnung der turbulenzerzeugenden Kanäle der Turbulenzerzeugungseinrichtung; und
5 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführung eines turbulenzerzeugenden Kanals der Turbulenzerzeugungseinrichtung.
Die 2 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand eines Diagramms den Einfluss der Höhe der Stoffkonsistenz SK innerhalb einer Faserstoffsuspension FS auf die Formation. Dazu ist die Ausbildung der Flockenstruktur FL in dem Freistrahl im Hinblick auf die Dimension der sich bildenden Flocken über die Stoffkonsistenz SK aufgetragen. Daraus ersichtlich ist der Zusammenhang zwischen hoher Stoffkonsistenz SK und einer hinsichtlich der Anordnung der Fasern und Füllstoffe ungleichen und grobwolkigen Formation durch erhöhte Faserflockung, das heißt, die Tendenz zum Vorliegen größerer Flocken in dem aus dem Austrittsspalt eines Stoffauflaufs austretenden Freistrahl F an Faserstoffsuspension bei herkömmlichen bekannten Stoffaufläufen. Ersichtlich ist ferner, dass bei Faserstoffsuspensionen mit geringeren Stoffkonsistenz, hier unterhalb eines Stoffkonsistenzkennwerts SK_x von 1,2%, die Flockenbildung geringer ist, das heißt nur noch kleinere Flocken in dem Freistrahl an dem Austritt aus dem Austrittsspalt des Stoffauflaufs zu beobachten sind. Die 2 verdeutlicht dabei lediglich den Grundzusammenhang zwischen der Konsistenz einer Faserstoffsuspension FS und der Flockenneigung. Diese ist auch von dem Faserstoff selbst abhängig.
Zur Reduzierung und nach Möglichkeit Vermeidung einer Reflockulation, das heißt Rückflockung innerhalb der Faserstoffsuspension FS vor oder beim Austritt aus dem Stoffauflauf 1 wird ein erfindungsgemäß ausgeführter Stoffauflauf 1 entsprechend der Darstellung in der 1 für den Einsatz in einer Blattbildungseinheit 3 vorgeschlagen. Der Stoffauflauf 1 ist hier einer Formiereinheit 2 vorgeordnet und bildet mit dieser die Blattbildungseinheit 3 für eine Maschine zur Herstellung einer Materialbahn, insbesondere Faserstoffbahn in Form einer Papier-, Karton- oder Tissuebahn. Der Stoffauflauf 1 dient dabei dem maschinenbreiten Einbringen zumindest einer Faserstoffsuspension FS in die Formiereinheit 2. Zur Verdeutlichung der einzelnen Richtungen ist an die Blattbildungseinheit 3 ein Koordinatensystem angelegt, wobei die X-Richtung die Längsrichtung beschreibt, welche auch als Maschinenrichtung MD bezeichnet wird die mit der Durchlaufrichtung der Faserstoffbahn F zusammenfällt. Die Y-Richtung beschreibt die Richtung quer zu der Durchlaufrichtung der Faserstoffbahn, insbesondere Breitenrichtung der Maschine, welche daher auch als Maschinenquerrichtung CD bezeichnet wird, während die Z-Richtung die Höhenrichtung charakterisiert.
Der Stoffauflauf 1 umfasst eine Zuführvorrichtung 4, über welche die zumindest eine Faserstoffsuspension FS auf die gesamte Breite des Stoffauflaufs 1 verteilt werden kann. Diese ist im einfachsten Fall als sich in Maschinenquerrichtung CD erstreckendes, einen Verteilkanal bildendes Element, insbesondere Verteilrohr ausgeführt, welches in Durchströmungsrichtung in Maschinenquerrichtung verjüngend ausgebildet ist. Von der Zuführvorrichtung 4 gelangt die Faserstoffsuspension FS im dargestellten Fall beispielhaft in eine erste Turbulenzerzeugungseinrichtung 5, umfassend eine Vielzahl von Turbulenzerzeugungselementen. Die Turbulenzerzeugungseinrichtung 5 kann verschiedenartig ausgeführt sein und ist im einfachsten Fall als Strömungskanäle, insbesondere turbulenzerzeugende Kanäle 6 beschreibende und Durchgangsöffnungen aufweisende Lochplatte oder Rohrbündel ausgebildet. In Durchströmungsrichtung schließt sich an die erste Turbulenzerzeugungseinrichtung 5 ein Zwischenraum 13 an, dem eine weitere zweite Turbulenzerzeugungseinrichtung 7, umfassend Turbulenzerzeugungselemente unter Ausbildung von turbulenzerzeugenden Kanälen 8 folgt. An die zweite Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 schließt sich an dem Austritt 7A aus dieser eine Düse 9 unter Ausbildung eines Düsenraums 10, der geeignet ist, im Betrieb die Strömung der Faserstoffsuspension FS wesentlich zu beschleunigen und die Faserstoffsuspension FS durch einen, hier beispielhaft mittels einer Blende 11 und den, den Düsenraum 10 in Richtung senkrecht zu einer von der Maschinenrichtung MD und Maschinenquerrichtung CD aufgespannten Ebene begrenzenden Düsenwandung 16.1, 16.2 angedeuteten Austrittsspalt 12, an die Formiereinheit 2 für die Maschine zur Herstellung einer Materialbahn abzugeben, an. Innerhalb der einzelnen Turbulenzerzeugungseinrichtungen 5 und 7 wird die Faserstoffsuspension FS entsprechend einer vordefinierten Teilung aufgeteilt und in Teilströmen verteilt geführt. Die Turbulenzerzeugungseinrichtungen 5 beziehungsweise 7 umfassen dazu eine Vielzahl von sich in Längsrichtung der Maschine, das heißt in Maschinenrichtung MD erstreckenden turbulenzerzeugenden Kanälen 6, 8, welche entweder maschinenbreit ausgebildet sind oder in Maschinenquerrichtung CD in Reihen und in vertikaler Richtung, das heißt senkrecht zu einer durch die Durchströmungsrichtung und die Maschinenquerrichtung. CD beschreibbaren Ebene in Spalten parallel zueinander angeordnet sind.
Innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals 8 der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 ist zumindest ein, einen Fluidisierungsbereich 15 bildender Bereich, vorgesehen, in welchem ein Druckverlust in dem in diesem geführten einzelnen Teilstrom der Faserstoffsuspension FS erzeugbar ist.
Erfindungsgemäß sind dabei die zweite Turbulenzerzeugungseinrichtung 7, welche der Düse 9 in Strömungsrichtung der Faserstoffsuspension FS vorgeordnet angeordnet ist, und die Düse 9 derart ausgeführt und dimensioniert, dass die Verweildauer T_V der Faserstoffsuspension FS beim Durchlaufen der zweiten Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 bis zu dem Austritt aus dem Austrittsspalt 12 der Düse 9 ≤ 200 ms, vorzugsweise ≤ 175 ms, insbesondere ≤ 150 ms, ist. Dies wird in einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel durch die entsprechende Aufeinanderabstimmung der Geometrie der zweiten Turbulenzerzeugungseinrichtung 7, das heißt dem vor der Düse 9 unmittelbar angeordneten Element des Stoffauflaufs 1 und die Ausgestaltung der Düse 9 erzielt. Die zweite Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 ist dabei derart ausgebildet, angeordnet und dimensioniert, dass mittels dieser in dem letzten Fluidisierungsbereich 15 vor der Düse 9 zumindest ein Druckverlust innerhalb des in diesem geführten Teilstroms von ≥ 50 mbar, vorzugsweise von ≥ 75 mbar, insbesondere von ≥ 100 mbar, ganz insbesondere von ≥ 150 mbar, erzeugt wird. Dazu sind mehrere Möglichkeiten denkbar, wobei hier zwischen aktiven und passiven Maßnahmen, das heißt einer festen Einstellung des erzielbaren Druckverlusts oder einer freien Einstellbarkeit unterschieden wird. Der Druckverlust kann, wie nachfolgend noch erörtert, durch die geometrische Ausführung des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals 6, 8, insbesondere die örtliche Änderung der diesen beschreibenden Querschnittsflächen und/oder die Anordnung von zusätzlichen Einrichtungen, wie statische Mischer oder einen zusätzlichen Energieeintrag in den einzelnen Teilstrom erzielt werden.
Die Länge der letzten turbulenzerzeugenden Einrichtung 7 vor der Düse 9 in Maschinenrichtung MD betrachtet ist mit l_TE bezeichnet und durch eine Länge im Bereich von ≥ 100 mm bis ≤ 500 mm, vorzugsweise von ≥ 100 mm bis ≤ 400 mm, insbesondere von ≥ 150 mm bis ≤ 300 mm, charakterisiert. Die Länge l_D der Düse 9, gemessen von dem Austritt 7A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 bis zu dem Austrittsspalt 12 in Maschinenrichtung MD, ist von ≥ 100 mm bis ≤ 500 mm, vorzugsweise von ≥ 100 mm bis ≤ 400 mm, insbesondere von ≥ 200 mm bis ≤ 400 mm,. Dabei kann die Strahlstabilität nur dann beibehalten werden, wenn die dämpfende Wirkung der Fasern zunimmt und die Länge l_D der Düse 9 die Bedingung l_D × SK ≤ 1000, vorzugsweise ≤ 800, insbesondere ≤ 700, erfüllt, wobei l_D der Länge der Düse in mm und SK der Stoffkonsistenz in % entspricht.
Ein weiteres wesentliches geometrisches Merkmal ist die Länge l₁, welche den Abstand zwischen dem letzten Fluidisierungsbereich 15 in der vor der Düse 9 unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 und dem Austritt 7A aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7, die mit einem Eintritt 14 in die Düse 9 zusammenfällt, beschreibt und die ≤ 180 mm, vorzugsweise ≤ 150 mm, insbesondere ≤ 120 mm, ganz insbesondere ≤ 100 mm, ist.
Der zwischen den einzelnen, den Düsenraum 10 begrenzenden Düsenwänden 16.1, 16.2 in dem Bereich des Austrittsgalts 12 vorgesehene Konvergenzwinkel α, welcher den Winkel zwischen diesen in dem Bereich des Austrittsspalts 12 beschreibt, wird im Bereich zwischen 5° und 45°, vorzugsweise zwischen 10° und 20°, gewählt. Mit dieser geometrischen Ausführung der Kombination der Merkmale, wobei im Wesentlichen die Länge der Düse l_D und der Abstand l₁ maßgeblich sind, kann die Verweildauer T_V auf eine Zeitdauer innerhalb eines vordefinierten Bereichs und insbesondere unterhalb der Reflockulationszeit der Faserstoffsuspension FS bei höheren Stoffkonsistenzen SK eingestellt werden.
Die 3 verdeutlicht noch einmal anhand eines Ausschnitts aus des Stoffauflaufs 1 die erfindungswesentlichen Komponenten für die Erzeugung der erforderlichen geometrischen Verhältnisse an dem Stoffauflauf 1. Dargestellt ist die Düse 9 und der in Strömungsrichtung vorgeordnete letzte auf die Faserstoffsuspension FS aktiv einwirkende Bereich, welcher von einer Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 gebildet wird und einen Fluidisierungsbereich 15 aufweist. Dargestellt sind noch einmal die grundlegenden geometrischen Größen l_D in Form der Länge der Düse, l₁ als Abstand des letzten Fluidisierungsbereichs 15 innerhalb der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 vor dem Eintritt 14 in die Düse 9. Dabei wird der Abstand an dem Ende des Fluidisierungsbereichs 15 gemessen. Der Fluidisierungsbereich 15 kann flächenartig über einen Teilbereich des Strömungswegs erstreckend oder aber in Maschinenquerrichtung CD linienförmig, das heißt örtlich sehr stark begrenzt, ausgebildet sein. Ferner dargestellt sind der Konvergenzwinkel α der Düse 9 in dem Bereich des Austrittsspalts 12 und die Länge l_TE der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 sowie die Länge l₁ zu der Angabe des Abstands zwischen Fluidisierungsbereich 15 und Eintritt 14 in die Düse 9 in Strömungsrichtung. Die Verweildauer in l₁ ist dabei zwischen 10 ms und 100 ms.
Die 4a1, 4a2 und 4b1, 4b2 verdeutlichen in schematisiert stark vereinfachter Darstellung vorteilhafte Ausbildungen von Turbulenzerzeugungseinrichtungen 7. Die zur Fluidisierung der Faserstoffsuspension FS eingesetzte Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 kann verschiedenartig ausgebildet sein. Diese kann gemäß 4a1, 4a2 aus einer Vielzahl von als Einzelkanäle ausgebildeten Kanälen 8, welche quer zu der Maschinenrichtung CD in Zeilen und in Höhenrichtung in Spalten angeordnet sind bestehen. Die einzelnen Kanäle 8 der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7, hier 8.11 bis 8.nn, können dabei in Form von Rohren, Vierkant- oder Rechteckprofilen etc. in bekannter Weise ausgebildet sein. Denkbar ist ferner die Integration dieser in Lochplatten. Die 4a2 verdeutlicht die Anordnung in Reihen frei von Versatz in Maschinenquerrichtung CD zueinander. Es versteht sich, dass auch der wechselweise Versatz der einzelnen Kanäle 8 der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 zueinander zwischen zwei in vertikaler Richtung übereinander angeordneten Reihen möglich ist.
Gemäß 4b2 ist es ferner denkbar, die Strömungskanäle 8 als sich über die Breite in Maschinenquerrichtung CD erstreckende Kanäle 8.1 bis 8.n der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 auszuführen, die in Höhenrichtung übereinander angeordnet sind. Diese Kanäle der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 sind hier beispielhaft mit 8.1 bis 8.n bezeichnet und in zwei Ansichten in den 4b1, 4b2 dargestellt. Für die Richtungszuordnung ist das Koordinatensystem gemäß 1 übertragen worden.
Allen Ausführungen gemeinsam ist die Ausbildung der Kanalgeometrie, welche einen Bereich ermöglicht, der durch eine stufenartige Querschnittsänderung 17, insbesondere Stufensprung charakterisiert ist. Beispielhaft ist in der 5 ein derartiger turbulenzerzeugender Kanal 8 der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 dargestellt. Die Ansicht entspricht der Erstreckung in Längsrichtung, das heißt Durchströmungsrichtung beim Einbau in einer Maschine zur Herstellung von Materialbahnen. Die 5 verdeutlicht dabei die Ausbildung des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals 8 der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 in schematisiert stark vereinfachter Darstellung. Der turbulenzerzeugende Kanal 8 der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 ist hier in eine Mehrzahl unterschiedlicher Teilbereiche 18.1 bis 18.4 unterteilt. Die Eintrittsseite 8E des turbulenzerzeugenden Kanals 8 der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 beschreibt im Zusammenwirken mit weiteren derartigen Kanälen der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 den Eintritt 7E in die Turbulenzerzeugungseinrichtung 7. Der Austritt 8A entspricht dem Eintritt 14 in die Düse 9. Zwischen diesen sind mehrere Teilbereiche 18.1 bis 18.4 unterschiedlicher Querschnittsflächen Q1 bis Q3 angeordnet. Der Bereich der letzten Fluidisierung vor dem Austritt in die Düse 9 wird dabei durch eine stufenartige Querschnittsänderung 17, insbesondere einen Stufensprung zwischen zwei Querschnittsflächen Q1 und Q2 realisiert. Dazu weist der turbulenzerzeugende Kanal 8 der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 einen ersten Teilbereich 18.1 auf, der durch eine über seinen Erstreckungsbereich in Durchströmungsrichtung konstante Querschnittsfläche Q1 charakterisiert ist, die durch einen hydraulischen Durchmesser d_hydr beschreibbar ist, im dargestellten Fall bei kreisrundem Querschnitt durch einen Durchmesser D1. Der sich in Durchflussrichtung zwischen dem Eingang 8E zu dem Ausgang 8A anschließende zweite Teilbereich 18.2 ist über die Erstreckung des Teilbereichs 18.2 in Strömungsrichtung ebenfalls durch einen konstanten Querschnitt charakterisiert, welcher durch einen Durchmesser D2 beschreibbar ist. An den zweiten Teilbereich schließt sich ein Übergangsbereich 18.3 an, der einen stetigen, das heißt kontinuierlichen Übergang auf einen dritten Teilbereich 18.4 ermöglicht, der durch eine Querschnittsfläche Q3 charakterisiert ist, die durch einen Durchmesser D3 beschreibbar ist.
Die Ausbildung des Stufensprungs, das heißt der Querschnittsänderung 17 zwischen den Querschnittsflächen Q1 auf Q2, welcher in vorteilhafter Weise durch eine Durchmesseränderung D2/D1 der die Teilbereiche des turbulenzerzeugenden Kanals 8 der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 beschreibenden Geometrie charakterisiert ist, erfolgt derart, dass ein Druckverlust zwischen dem ersten Teilbereich 18.1 und dem zweiten Teilbereich 18.2 größer als 50 mbar erzeugt wird. Entscheidend ist dabei, dass die Länge l₁ von zweiten Teilbereich 18.2 und dem dritten Teilbereich 18.4 unter Berücksichtigung des Übergangsbereichs 18.3, welche den Abstand von dem Stufensprung gebildeten Fluidisierungsbereich 15 zu dem Austritt 8A aus dem turbulenzerzeugenden Kanal 8 beziehungsweise der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 charakterisiert, zumindest ≤ 180 mm, vorzugsweise ≤ 150 mm, insbesondere ≤ 120 mm, ganz insbesondere ≤ 100 mm, sein muss. Die Länge l_TE des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals 8 ist im Bereich zwischen 100 mm und 500 mm, vorzugsweise 100 mm bis 500 mm, insbesondere zwischen 150 mm und 300 mm.
Sind die Querschnittsflächen Q1, Q2 und Q3 nicht durch einen Durchmesser D1, D2 und D3 beschreibbar, das heißt im Fall anderer Querschnittsgeometrien, wird anstatt des Durchmessers jeweils der hydraulische Durchmesser d_hydr = 4·Q/U, mit Q = Querschnittsfläche und U = Umfang gesetzt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung sollte der zur Fluidisierung notwendige letzte Stufensprung vor der Düse 9 mindestens im Bereich der mittleren Faserlänge der eingesetzten Faserstoffsuspension FS liegen, das heißt (D2 – D1)/2. l_Fmittel, wobei hier der Durchmesser bei kreisrundem Querschnitt, ansonsten der jeweilige hydraulische Durchmesser d_hydr angesetzt wird.
Da sich die nach dem Fluidisieren, das heißt dem letzten Stufensprung in Durchflussrichtung ausbildende Flockengröße innerhalb der Faserstoffsuspension FS vom zur Verfügung stehenden Raum, das heißt der Querschnittsfläche Q abhängt, sollte der größte hydraulische Durchmesser d_hydr-8 innerhalb des turbulenzerzeugenden Kanals 8 der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 im Bereich von 5 mm ≤ d_hydr ≤ 25 mm, vorzugsweise 5 mm ≤ d_hydr ≤ 20 mm, insbesondere 10 mm ≤ d_hydr ≤ 20 mm betragen, wegen der Faserwischbildung der hydraulische Durchmesser d_hydr-8E in dem Bereich des Eintritts 8E an dem turbulenzerzeugenden Kanal 8 der Turbulenzerzeugungseinrichtung 7 im Bereich von 8 mm ≤ d_hydr-8E ≤ 20 mm, vorzugsweise 10 mm ≤ d_hydr-8E ≤ 20 mm, insbesondere 10 mm ≤ d_hydr-8E ≤ 15 mm gewählt werden.
Die Zeilenanzahl, das heißt die Anzahl der Strömungskanäle 8 innerhalb einer Spalte sollte derart gewählt werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit in dem engsten Querschnitt zwischen 5 m/s und 20 m/s, vorzugsweise zwischen 7 m/s und 15 m/s, liegen.
Ein derart ausgestalteter Stoffauflauf 1 kann in beliebiger Art und Weise weiter modifiziert werden. Es kann sich dabei um Stoffaufläufe handeln, welchem mit Lamellen ausgestattet sind und/oder mit der Verdünnungsfasertechnologie, das heißt zumindest einer Zudosiereinrichtung zur Zudosierung eines Fluids in die Strömungskanäle 8 charakterisiert sind.
Der erfindungsgemäße Stoffauflauf kann ferner in Kombination mit beliebig ausgebildeten Formiereinheiten 2, insbesondere Langsieb, Hybridformer und Doppelsiebformer eingesetzt werden. Die in der 1 dargestellte Ausführung stellt eine vorteilhafte Ausführung in Kombination mit einem Gapformer dar, bei welcher der Freistrahl F in einen zwischen zwei an Walzen abstützenden Bespannungen 20.1, 20.2 gebildeten Spalt 19 eingebracht wird, ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
Bezugszeichenliste

1: Stoffauflauf
2: Formiereinheit
3: Blattbildungseinheit
4: Zuführvorrichtung
5: Turbulenzerzeugungseinrichtung
6: Turbulenzerzeugender Kanal
7: Turbulenzerzeugungseinrichtung
7E: Eintritt in die Turbulenzerzeugungseinrichtung
7A: Austritt aus der Turbulenzerzeugungseinrichtung
8: Turbulenzerzeugender Kanal
8.1–8.n, 8.11–8.nn: Turbulenzerzeugender Kanal
8E: Eintritt in den turbulenzerzeugenden Kanal
8A: Austritt aus dem turbulenzerzeugenden Kanal
9: Düse
10: Düsenraum
11: Blende
12: Austrittsspalt
13: Zwischenraum
14: Eintritt
15: Bereich
16.1: Düsenwand
16.2: Düsenwand
17: Querschnittsänderung
18.1: Erster Teilbereich
18.2: Zweiter Teilbereich
18.3: Übergangsbereich
18.4: Dritter Teilbereich
19: Spalt
20.1, 20.2: Siebband
21: Auftrefflinie
CD: Maschinenquerrichtung
D1: Durchmesser des ersten Teilbereichs
D2: Durchmesser des zweiten Teilbereichs
D3: Durchmesser des dritten Teilbereichs
dhydr: Hydraulischer Durchmesser
dhydr-8: Hydraulischer Durchmesser des turbulenzerzeugenden Kanals
dhydr-8E: Hydraulischer Durchmesser an dem Eintritt in den turbulenzerzeugenden Kanal
8E: Eingang
8A: Ausgang
FL: Flockenstruktur
FS: Faserstoffsuspension Länge des Abstands zwischen Stufensprung und Eintritt in die Düse
lD: Länge der Düse
lFmittel: Mittlere Faserlänge
lTE: Länge der Turbulenzerzeugungseinrichtung
MD: Maschinenrichtung
Q1: Querschnittsfläche des ersten Teilbereichs
Q2: Querschnittsfläche des zweiten Teilbereichs
Q3: Querschnittsfläche des dritten Teilbereichs
SK, SKx: Stoffkonsistenz
TV: Verweildauer
α: Düsenkonvergenzwinkel
Δp: Druckverlust

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1313912 B1 [0004]
- DE 10106684 A1 [0006]
- DE 19902621 A1 [0006]
- WO 2008/077585 A1 [0007]
- EP 1022378 A2 [0008]
- DE 29713433 U1 [0009]
- DE 10234559 A1 [0010]

Claims

Stoffauflauf (1) für eine Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen aus wenigstens einer Faserstoffsuspension (FS), mit mindestens einer, die wenigstens eine Faserstoffsuspension (FS) zuführenden Zuführvorrichtung (4), einer einen Austrittsspalt (12) aufweisenden Düse (9) zur Abgabe der Faserstoffsuspension (FS) in einem Freistrahl (F) und einer in Strömungsrichtung der Düse (9) unmittelbar vorgeordneten Turbulenzerzeugungseinrichtung (7), in welcher bei Betrieb des Stoffauflaufs (1) die mindestens eine Faserstoffsuspension (FS) durch eine Vielzahl von turbulenzerzeugenden Kanälen (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) in Teilströmen geführt wird, wobei innerhalb des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) zumindest ein, einen Fluidisierungsbereich (15) bildender Bereich vorgesehen ist, in welchem ein Druckverlust (Δp) in dem durch diesen geführten Teilstrom der Faserstoffsuspension (FS) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (9) und die der Düse (9) unmittelbar vorgeordnete Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) derart ausgeführt und dimensioniert sind, dass diese geeignet sind, eine Verweildauer (T_V) der diese durchströmenden Faserstoffsuspension (FS) von einem letzten Fluidisierungsbereich (15) eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) vor dem Eintritt (14) in die Düse (9) bis zu dem Austrittsspalt (12) der Düse (9) von ≤ 200 ms, vorzugsweise von ≤ 175 ms, insbesondere von ≤ 150 ms, und einen Druckverlust (Δp) in dem letzten Fluidisierungsbereich (15) vor dem Eintritt (14) in die Düse (9) von ≥ 50 mbar, vorzugsweise von ≥ 75 mbar, insbesondere von ≥ 100 mbar, ganz insbesondere von ≥ 150 mbar, einzustellen.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (9) eine Länge (l_D) im Bereich von 100 mm ≤ l_D ≤ 500 mm, vorzugsweise 100 mm ≤ I_D ≤ 400 mm, insbesondere 200 mm ≤ l_D ≤ 400 mm, aufweist und dass der Abstand (l₁) zwischen dem letzten Fluidisierungsbereich (15) innerhalb eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) und dem Eintritt (14) in die Düse (9) ≤ 180 mm, vorzugsweise ≤ 150 mm, insbesondere ≤ 120 mm, ganz insbesondere ≤ 100 mm, ist.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (9) eine Länge (l_D) aufweist, welche unter Berücksichtigung der Stoffkonsistenz (SK) der im Betrieb durch diese zu führenden Faserstoffsuspension (FS) die nachfolgende Bedingung erfüllt: l_D × SK ≤ 1000, vorzugsweise ≤ 800, insbesondere ≤ 700, mit l_D = Länge der Düse (9) in mm; und SK = Stoffkonsistenz in %.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenraum (10) der Düse (9) von zwei in Strömungsrichtung unter Ausbildung des Austrittsgalts (12) konvergierenden Düsenwänden (16.1, 16.2) begrenzt ist und dass der Konvergenzwinkel (α) zwischen diesen in dem Bereich des Austrittsgalts (12) zwischen 5° und 45°, vorzugsweise zwischen 10° und 20°, ist.
Stoffauflauf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) eine Länge (l_TE) in Durchströmungsrichtung betrachtet im Bereich von 100 mm ≤ l_TE ≤ 500 mm, vorzugsweise 100 mm ≤ l_TE ≤ 400 mm, insbesondere 150 mm ≤ l_TE ≤ 300 mm, aufweist.
Stoffauflauf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der letzte Fluidisierungsbereich (15) vor dem Eintritt (14) in die Düse (9) von einer örtlichen, stufenartigen Änderung (17) der Querschnittsfläche des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) in Durchströmungsrichtung betrachtet gebildet wird.
Stoffauflauf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der letzte Fluidisierungsbereich (15) vor dem Eintritt (14) in die Düse (9) von einer stetigen Änderung (17) der Querschnittsfläche des einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) in Durchströmungsrichtung betrachtet gebildet wird.
Stoffauflauf (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung (17) der Querschnittsfläche in dem Fluidisierungsbereich (15), insbesondere die Höhe des die Querschnittsänderung charakterisierenden Stufensprungs mindestens der mittleren Faserlänge (l_Fmittel) der eingesetzten Faserstoffsuspension (FS) entspricht.
Stoffauflauf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne turbulenzerzeugende Kanal (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) derart ausgeführt und dimensioniert ist, dass der eine Querschnittsfläche beschreibende, maximale hydraulische Durchmesser (d_hydr) im Bereich von 5 mm ≤ d_hydr ≤ 25 mm, vorzugsweise 5 mm ≤ d_hydr ≤ 20 mm, insbesondere 10 mm ≤ d_hydr ≤ 20 mm, ist.
Stoffauflauf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Querschnittsfläche beim Eintritt (8E) in den einzelnen turbulenzerzeugenden Kanal (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) beschreibende hydraulische Durchmesser (d_hydr-8E) im Bereich von 8 mm ≤ d_hydr-8E ≤ 20 mm, vorzugsweise 10 mm ≤ d_hydr-8E ≤ 20 mm, insbesondere 10 mm ≤ d_hydr-8E ≤ 15 mm, ist.
Stoffauflauf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Zeilen der turbulenzerzeugenden Kanäle (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) derart gewählt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit in dem engsten Querschnitt eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) zwischen 5 m/s und 20 m/s, vorzugsweise zwischen 7 m/s und 15 m/s, ist.
Blattbildungseinheit (3) für eine Maschine zur Herstellung von Faserstoffbahnen, insbesondere Papier-, Karton- oder Tissuebahnen, umfassend einen Stoffauflauf (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 und eine diesem nachgeordnete Formiereinheit (2), in welche die Faserstoffsuspension (FS) aus dem Austrittsspalt (12) des Stoffauflaufs (1) in dem Freistrahl (F) aufgebracht beziehungsweise eingebracht wird.
Blattbildungseinheit (3) nach Anspruch 12, in welcher die Faserstoffsuspension (FS) in dem Freistrahl (F) auf eine Bespannung (20.1, 20.2) der Formiereinheit (2) unter Ausbildung einer Auftrefflinie (21) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffauflauf (1) und die Formiereinheit (2) derart ausgebildet und. angeordnet sind, dass die Verweildauer (T_V) der Faserstoffsuspension (FS) von dem letzten Fluidisierungsbereich (15) bis zu der Auftrefflinie (21) an der Bespannung (20.1, 20.2) von ≥ 30 ms bis ≤ 300 ms, vorzugsweise von ≥ 50 ms bis ≤ 200 ms, insbesondere von ≥ 80 ms bis ≤ 200 ms, ist.
Verfahren zum Betreiben einer Blattbildungseinheit (3) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei welchem die zumindest eine Faserstoffsuspension (FS) des Stoffauflaufs (1) über die Maschinenbreite zugeführt wird, unter Ausbildung von Teilströmen in einer Mehrzahl turbulenzerzeugender Kanäle (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) geleitet und zu einer Düse (9) geführt wird, aus welcher die zumindest eine Faserstoffsuspension (FS) in dem Freistrahl (F) in die Formiereinheit (2), insbesondere auf eine Bespannung (20.1, 20.2) der Formiereinheit (2) unter Definition einer Auftrefflinie (21) aufgebracht oder eingebracht wird, wobei innerhalb eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) ein Druckverlust (Δp) in der Faserstoffsuspension (FS) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem letzten Fluidisierungsbereich (15) eines einzelnen turbulenzerzeugenden Kanals (8; 8.1–8.n; 8.11–8.nn) der Turbulenzerzeugungseinrichtung (7) vor dem Eintritt (14) in die Düse (9) ein Druckverlust (Δp) innerhalb der Faserstoffsuspension (FS) ≥ 50 mbar, vorzugsweise ≥ 75 mbar, insbesondere ≥ 100 mbar, ganz besondere ≥ 150, mbar erzeugt wird und dass die Faserstoffsuspension (FS) von diesem letzten Fluidisierungsbereich (15) bis zu dem Austrittsspalt (12) der Düse (9) derart geführt wird, dass deren Verweildauer (T_V) in dem sich von dem letzten Fluidisierungsbereich (15) bis zu dem Austrittsspalt (12) erstreckenden Bereich ≤ 200 ms, vorzugsweise ≤ 175 ms, insbesondere ≤ 150 ms, ist und/oder dass die Verweildauer (T_V) in dem sich von dem letzten Fluidisierungsbereich (15) bis zu der Auftrefflinie (21) erstreckenden Bereich von ≥ 30 ms bis ≤ 300 ms, vorzugsweise von ≥ 50 ms bis ≤ 200 ms, insbesondere von ≥ 80 ms bis ≤ 200 ms, ist.