DE102023136266A1 - Method and device for producing a fiber web - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung (1) zum Herstellen einer Faserbahn aufweisend einen Stoffauflauf (10) mit einer Wirbelkammer (3) und einer Vergleichmäßigungseinrichtung (11) zum gleichmäßigen Einleiten einer Faserstoffsuspension in die Wirbelkammer (3) vorgeschlagen, wobei die Vergleichmäßigungseinrichtung (11) zum Einleiten der Faserstoffsuspension in einem Strom (A) mit einer Mehrzahl gleichlanger Schläuche (9), Rohre und/oder Bohrungen jeweils mit einem Einlass (8) an einer Einspeiseseite (4) der Wirbelkammer (3) ist, wobei der Einspeiseseite (4) gegenüberliegend eine Leitseite (5) so angeordnet ist, dass eine Staupunktströmung des Stromes (A) entsteht, wobei der Strom (A) in einen Teilstrom (B) und einen weiteren Teilstrom (C) geteilt wird. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Faserbahn vorgeschlagen. A device (1) for producing a fibrous web is proposed, comprising a headbox (10) with a vortex chamber (3) and an equalizing device (11) for uniformly introducing a fibrous suspension into the vortex chamber (3), wherein the equalizing device (11) for introducing the fibrous suspension in a stream (A) has a plurality of hoses (9), pipes and/or bores of equal length, each with an inlet (8) on a feed side (4) of the vortex chamber (3), wherein a guide side (5) is arranged opposite the feed side (4) in such a way that a stagnation point flow of the stream (A) is created, wherein the stream (A) is divided into a partial stream (B) and a further partial stream (C). A method for producing a fibrous web is also proposed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Faserbahn.The invention relates to a method and a device for producing a fiber web.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung einer Faserbahn bekannt. Häufig anzutreffen ist das sogenannte Nasslege- oder Wetlaid-Verfahren, bei dem eine wässrige Faserstoffsuspension zu einer Vliesstoffbahn gelegt wird. Ein Vlies im Sinne der vorliegenden Erfindung wird auch als Nonwoven bezeichnet. Eine Schwierigkeit bei der Herstellung von Vliesstoffbahnen aus wässrigen Faserstoffsuspension ist das Auftreten von Flächengewichtsschwankungen durch lokale Unterschiede bei der Menge der abgelegten Fasern. Gründe hierfür können beispielsweise Pulsationen aus dem Stoffauflauf oder ungleichmäßige Strömungsbedingungen sein. Insbesondere führt auch das Häufen von Fasern zu Faserflocken in der Faserstoffsuspension und das Ablegen der Faserflocken zu schlechten Formationswerten des Endproduktes, welche als unruhige Struktur vom Kunden wahrgenommen werden.Methods for producing a fiber web are known from the prior art. The so-called wet-laid process is frequently used, in which an aqueous fiber suspension is laid to form a nonwoven web. A nonwoven within the meaning of the present invention is also referred to as a nonwoven. One difficulty in producing nonwoven webs from aqueous fiber suspensions is the occurrence of basis weight fluctuations due to local differences in the amount of laid fibers. Reasons for this can be, for example, pulsations from the headbox or uneven flow conditions. In particular, the piling of fibers to form fiber flakes in the fiber suspension and the deposition of the fiber flakes leads to poor formation values of the end product, which is perceived by the customer as an uneven structure.
Um die Flockenbildung zu vermeiden wird großer technischer Aufwand betrieben. So werden bewegte Elemente wie beispielsweise Lochwalzen vorgesehen, um Faserflocken aufzubrechen. Bekannt ist auch, unbewegte Elemente hierfür einzusetzen. So werden beispielsweise Rohrbündel mit Diffusoren vorgesehen, welche von der Faserstoffsuspension durchströmt werden. In den Rohrbündeln entstehen starke Turbulenzen mit hohen Scherraten, was zu einer Vereinzelung der Fasern der Faserstoffsuspension führt. Anschließend wird die Faserstoffsuspension in Düsen beschleunigt, wobei die turbulente Bewegung gedämpft und somit ein ruhigeres Faserbild im Endprodukt erzeugt wird.Considerable technical effort is required to prevent floc formation. Moving elements, such as perforated rollers, are used to break up fiber flocs. Stationary elements are also used for this purpose. For example, tube bundles with diffusers are provided, through which the fiber suspension flows. Strong turbulence with high shear rates develops within the tube bundles, leading to the fibers in the fiber suspension being separated. The fiber suspension is then accelerated in nozzles, which dampens the turbulent movement and thus produces a smoother fiber pattern in the final product.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die, durch die Rohrbündel entstandene, Aufteilung des Stromes der Faserstoffsuspension zu einer ungleichmäßigen Flächengewichtsverteilung quer zur Strömungsrichtung der Faserstoffsuspension führt, was sich als Streifen im Endprodukt niederschlägt.A disadvantage of the state of the art is that the division of the flow of the fiber suspension caused by the tube bundles leads to an uneven basis weight distribution transverse to the flow direction of the fiber suspension, which is reflected as streaks in the final product.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Faserbahn bereitzustellen, durch welche die beschriebenen Nachteile verhindern werden und welche ein sehr gleichmäßiges Ablegen der Fasern der Faserstoffsuspension, insbesondere unter Vermeidung von Streifenbildung, ermöglichen.It is an object of the present invention to provide a device and a method for producing a fiber web, by means of which the described disadvantages are prevented and which enable a very uniform deposition of the fibers of the fiber suspension, in particular while avoiding streak formation.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 sowie durch den Gegenstand des Anspruchs 15 gelöst.This problem is solved by the subject matter of
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen einer Faserbahn weist einen Stoffauflauf mit einer Wirbelkammer auf. Eine Vergleichmäßigungseinrichtung der Vorrichtung sorgt für ein gleichmäßiges Einleiten der Faserstoffsuspension in die Wirbelkammer. Die Faserstoffsuspension wird hierbei in einem Strom mit einer Mehrzahl von vorzugsweise gleichlangen Schläuchen, Rohren und/oder Bohrungen jeweils mit einem Einlass an einer Einspeiseseite der Wirbelkammer in die Wirbelkammer eingeleitet. Die Verwendung der Vergleichmäßigungseinrichtung in Verbindung mit der Mehrzahl gleichlanger Schläuche, Rohre und/oder Bohrungen sorgt für eine zwar mehrteilig disjunkte aber im Durchschnitt über eine größere Strecke quer zur Richtung des Stromes gleichmäßige Einleitung der Faserstoffsuspension in die Wirbelkammer. Gegenüber der Einspeiseseite ist eine Leitseite der Wirbelkammer angeordnet. Die Einlasse an der Einspeiseseite sind so angeordnet, dass der Strom zur Leitseite hin gerichtet ist. Hierdurch entsteht eine Staupunktströmung des Stromes, sodass der Strom in einen Teilstrom und einen weiteren Teilstrom geteilt wird. Der Übergang in die Wirbelkammer und vom Strom zu den Teilströmen bringt ein hohes Maß an Bewegungsenergie in die Faserstoffsuspension, sodass eine Vereinzelung der Fasern durch ausreichend hohe Scherkräfte sowie Verwirbelungen und damit ein Aufbrechen des durch die Einlasse zunächst eingetragenen geometrischen Musters stattfinden kann. Die Bewegung der Faserstoffsuspension erscheint in dem Bereich der Staupunktströmung pilzförmig, was eine gute Durchmischung und weitere Vergleichmäßigung bewirkt. Typischerweise bilden sich eine oder mehrere laminare und nichtlaminare Wirbel aus, die sich dominant über die gesamte Breite oder Länge der Wirbelkammer erstrecken können oder auch lokal begrenzt sind. Die Interaktion dieser Wirbel miteinander und die damit verbundene Vermischung der Fasern der Faserstoffsuspension führt zu einer gleichmäßigen Verteilung der Fasern. Insbesondere kommt es zu großflächigen Querverwirbelungen, welche für eine Vergleichmäßigung der Faserkonzentration in Querrichtung sorgen und somit einer Längsstreifenbildung vorbeugen. Die in die Faserstoffsuspension eingebrachte Energie entspricht hierbei maximal dem Carnot'schen Stoßverlust bei einem abrupten Übergang von 90°.The device according to the invention for producing a fibrous web comprises a headbox with a vortex chamber. A homogenizing device of the device ensures uniform introduction of the fibrous suspension into the vortex chamber. The fibrous suspension is introduced into the vortex chamber in a stream via a plurality of preferably equally long hoses, pipes, and/or bores, each with an inlet on an inlet side of the vortex chamber. The use of the homogenizing device in conjunction with the plurality of equally long hoses, pipes, and/or bores ensures that the fibrous suspension is introduced into the vortex chamber in a manner that is disjoint in several sections but, on average, uniform over a relatively large distance transverse to the direction of the flow. A guide side of the vortex chamber is arranged opposite the inlet side. The inlets on the inlet side are arranged such that the flow is directed towards the guide side. This creates a stagnation point flow of the flow, so that the flow is divided into one partial flow and another partial flow. The transition into the vortex chamber and from the flow to the sub-flows introduces a high degree of kinetic energy into the fiber suspension, allowing fibers to be separated by sufficiently high shear forces and turbulence, thus disrupting the geometric pattern initially introduced through the inlets. The movement of the fiber suspension appears mushroom-shaped in the stagnation point flow region, resulting in good mixing and further homogenization. Typically, one or more laminar and non-laminar vortices form, which can extend predominantly across the entire width or length of the vortex chamber or be locally limited. The interaction of these vortices with each other and the associated mixing of the fibers in the fiber suspension leads to a uniform distribution of the fibers. In particular, large-scale transverse turbulence occurs, which ensures a uniform fiber concentration in the transverse direction and thus prevents the formation of longitudinal stripes. The energy introduced into the fiber suspension corresponds at most to the Carnot shock loss during an abrupt transition of 90°.
Neben den genannten Vorteilen in Hinblick auf die Streifenbildung, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft, dass diese deutlich weniger Bauteile benötigt als eine herkömmliche Vorrichtung zum Herstellen einer Faserbahn, was sie kostengünstiger und weniger bauraumintensiv macht. Insbesondere müssen keine Diffusoren oder bewegte Einbauten zum Auflösen von Faserflocken vorgesehen werden.In addition to the aforementioned advantages with regard to strip formation, a particularly advantageous feature of the device according to the invention is that it requires significantly fewer components than a conventional device for producing a fiber web, making it more cost-effective and less space-consuming. In particular, no diffusers or moving components for breaking up fiber flakes are required.
Vorzugsweise wird die Faserstoffsuspension entlang einer Einströmrichtung in die Wirbelkammer eingeleitet. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Einspeiseseite in einem Winkel von 45° bis 135° zur Einströmrichtung angeordnet ist.Preferably, the fiber suspension is introduced into the vortex chamber along an inflow direction. Preferably, the feed side is arranged at an angle of 45° to 135° to the inflow direction.
Denkbar ist, dass die Einlasse Querschnittsvergrößerungen oder Querschnittsverkleinerungen aufweisen. Denkbar ist auch, dass die Einlasse angefast sind. Hierdurch ist es möglich, die Geschwindigkeit des Stromes den Gegebenheiten in der Wirbelkammer und den physikalischen Parametern der Faserstoffsuspension anzupassen.It is conceivable that the inlets have enlarged or reduced cross-sections. It is also conceivable that the inlets are chamfered. This makes it possible to adapt the flow velocity to the conditions in the vortex chamber and the physical parameters of the fiber suspension.
Vorstellbar ist ferner, dass der Stoffauflauf, insbesondere die Einlasse, Zuleitungen zum Verdünnen der Faserstoffsuspension aufweisen. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, den Fasergehalt der Faserstoffsuspension und damit das Flächengewicht lokal einzustellen.It is also conceivable for the headbox, especially the inlets, to have supply lines for diluting the fiber suspension. This advantageously makes it possible to locally adjust the fiber content of the fiber suspension and thus the basis weight.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Faserstoffsuspension Fasern aus Viskose und/oder Lyocell und/oder natürliche Fasern und/oder Recycle-Fasern und/oder Kunstfasern und/oder anorganische Fasern wie z.B. Glasfasern und/oder man made fibres und/oder Faser aus pulp, northern (bleached) softwood pulp und/oder southern (bleached) softwood pulp aufweist. Denkbar ist, dass die Faserstoffsuspension 10 - 100% man made fibres aufweist.Preferably, the fiber suspension comprises fibers made of viscose and/or lyocell and/or natural fibers and/or recycled fibers and/or synthetic fibers and/or inorganic fibers such as glass fibers and/or man-made fibers and/or fibers made of pulp, northern (bleached) softwood pulp, and/or southern (bleached) softwood pulp. It is conceivable that the fiber suspension comprises 10-100% man-made fibers.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the dependent claims and the description with reference to the drawings.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Einspeiseseite und der Leitseite eine Abschlussseite angeordnet ist. Gegenüber der Abschlussseite ist eine Auslassseite zum Ausleiten der Fasern aus der Wirbelkammer angeordnet. Hierdurch ist eine vorteilhafte Leitung der Teilströme durch die Wirbelkammer hin zur Auslassseite ermöglicht.According to a preferred embodiment of the present invention, a termination side is arranged between the feed side and the guide side. An outlet side for discharging the fibers from the vortex chamber is arranged opposite the termination side. This enables advantageous guidance of the partial flows through the vortex chamber to the outlet side.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Leitseite einen gekrümmten Aufprallbereich zum Umleiten des Stromes aufweist und/oder die Abschlussseite zum Umleiten der Faserstoffsuspension zumindest teilweise gekrümmt ist. Durch die Krümmung wird eine Bewegung der Faserstoffsuspension in alle Richtungen erzwungen. Dies erzeugt hohe Scherraten, wodurch eine hervorragende Vereinzelung und Durchmischung der Fasern bewirkt wird. Gekrümmt bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die Oberfläche gekrümmt ist. Die Oberfläche ist insbesondere die dem Innenraum der Wirbelkammer zugewandte Oberfläche der Leitseite bzw. der Abschlussseite. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Strom an einem Übergang von einem nicht-gekrümmten Bereich der Leitseite bzw. Abschlussseite zu einem gekrümmten Bereich der Leitseite bzw. Abschlussseite auf die Leitseite bzw. Abschlussseite trifft. Dies ist besonders effektiv, steigert die Scherraten in der Wirbelkammer und beugt Toträumen vor. Preferably, the leading side has a curved impact region for redirecting the flow and/or the terminal side is at least partially curved for redirecting the fiber suspension. The curvature forces movement of the fiber suspension in all directions. This generates high shear rates, resulting in excellent singulation and mixing of the fibers. In the context of the present invention, curved means that the surface is curved. The surface is in particular the surface of the leading side or terminal side facing the interior of the vortex chamber. Particularly preferably, the flow impacts the leading side or terminal side at a transition from a non-curved region of the leading side or terminal side to a curved region of the leading side or terminal side. This is particularly effective, increases the shear rates in the vortex chamber, and prevents dead spaces.
Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Teilstrom des Stromes entlang der Einspeiseseite zur Auslassseite geleitet wird. Durch das Aufteilen des Stromes der Faserstoffsuspension gegenüber der Einspeiseseite und das Umleiten entlang der Einspeiseseite zur Auslassseite hin werden Totbereiche in der Wirbelkammer und hierdurch das Entstehen von Faserflocken in der Wirbelkammer vermieden.In particular, a partial flow is directed along the feed side to the outlet side. By splitting the flow of the fiber suspension opposite the feed side and diverting it along the feed side to the outlet side, dead zones in the vortex chamber and thus the formation of fiber flakes in the vortex chamber are avoided.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in der Wirbelkammer eine Scherrate von mindestens 10 1/sec und vorzugsweise mindestens 50 1/sec und insbesondere wenigstens 100 1/sec erzeugt wird. Hierdurch ist eine optimale Vereinzelung und Durchmischung des der Fasern beim Austritt aus der Wirbelkammer sichergestellt. Ferner wird die Verteilung der Austrittsgeschwindigkeit der Faserstoffsuspension in MD-Richtung entlang der CD-Richtung sehr gleichmäßig und weist Abweichungen von bevorzug weniger als 5 % und besonders bevorzugt weniger als 2,5 % auf. Eine Abweichung der Geschwindigkeit im Sinne der vorliegenden Erfindung berechnet sich durch: (Maximalgeschwindigkeit - Minimalgeschwindigkeit) / Durchschnittsgeschwindigkeit. Ein besonderer Vorteil ist weiterhin eine isotrope Faserorientierung im Austritt aus der Wirbelkammer. Durch die genannten Vorteile ist es auf besonders gut möglich, gezielt unterschiedliche Festigkeiten der Faserbahn in MD- und CD-Richtung einzustellen. Insbesondere wird erreicht, dass es möglich ist, sehr hohe Festigkeiten in CD-Richtung einzustellen.According to a further preferred embodiment of the present invention, a shear rate of at least 10 1/sec and preferably at least 50 1/sec and in particular at least 100 1/sec is generated in the vortex chamber. This ensures optimal separation and mixing of the fibers upon exiting the vortex chamber. Furthermore, the distribution of the exit velocity of the fiber suspension in the MD direction along the CD direction is very uniform and has deviations of preferably less than 5% and particularly preferably less than 2.5%. A deviation in velocity within the meaning of the present invention is calculated as: (maximum velocity - minimum velocity) / average velocity. A further particular advantage is an isotropic fiber orientation upon exiting the vortex chamber. The advantages mentioned make it particularly easy to specifically set different strengths of the fiber web in the MD and CD directions. In particular, this achieves the ability to set very high strengths in the CD direction.
MD-Richtung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Richtung in Maschinenrichtung. CD-Richtung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Richtung quer zur Maschinenrichtung.MD direction in the sense of the present invention is the direction in the machine direction. CD direction in the sense of the present invention is the direction transverse to the machine direction.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Abschlussseite zumindest teilweise bogenförmig ausgestaltet ist. Hierdurch kann der Teilstrom vorteilhaft zur Einspeiseseite geleitet werden. Ein Sedimentieren an den Seiten bleibt somit aus.According to a preferred embodiment of the present invention, the end side is at least partially curved. This allows the partial flow to be advantageously directed to the feed side. Sedimentation on the sides is thus avoided.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen der Einspeiseseite und der Leitseite zur Auslassseite hin geringer wird oder dass die Einspeiseseite zumindest teilweise so angeordnet ist, dass der Abstand zwischen der Einspeiseseite und der Leitseite zur Auslassseite hin geringer wird. Durch die Verringerung des Abstandes wird die Faserstoffsuspension zur Auslassseite hin beschleunigt, was ein besonders vorteilhaftes Austreten der Faserstoffsuspension aus der Wirbelkammer begünstigt. Ferner werden die Turbulenzen in der Faserstoffsuspension vor dem Ablegen gedämpft, so dass sich eine ruhigere Struktur im Endprodukt einstellt.According to a further preferred embodiment of the present invention, it is provided that the distance between the feed side and the guide side becomes smaller towards the outlet side or that the feed side is at least partially arranged so that the distance between the feed The distance between the feed side and the guide side decreases towards the outlet side. By reducing the distance, the fiber suspension is accelerated towards the outlet side, which promotes a particularly advantageous exit of the fiber suspension from the vortex chamber. Furthermore, the turbulence in the fiber suspension is dampened before deposition, resulting in a smoother structure in the final product.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Einspeiseseite und die Leitseite einen ersten Kammerwinkel einschließen. Der erste Kammerwinkel beträgt zwischen 10° und 45° und vorzugsweise zwischen 15° und 25°. Hierdurch ergibt sich ein optimales Ausströmen der Faserstoffsuspension aus der Wirbelkammer.Particularly preferably, the feed side and the guide side enclose a first chamber angle. The first chamber angle is between 10° and 45°, and preferably between 15° and 25°. This results in optimal outflow of the fiber suspension from the vortex chamber.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Einspeiseseite und die Abschlussseite einen zweiten Kammerwinkel einschließen. Der zweite Kammerwinkel beträgt zwischen 90° und 150° und vorzugsweise zwischen 100° und 120°. Dies sorgt auf vorteilhafte Weise für hohe Scherraten im Bereich der Abschlussseite.Furthermore, it is preferably provided that the feed side and the end side enclose a second chamber angle. The second chamber angle is between 90° and 150°, and preferably between 100° and 120°. This advantageously ensures high shear rates in the region of the end side.
Denkbar ist, dass der Stoffauflauf eine Rückwand aufweist, wobei zwischen einer Unterseite des Stoffauflaufs und der Rückwand ein Auslaufspalt gebildet ist. Die Unterseite schließt sich vorzugsweise der Leitseite der Wirbelkammer an und ist insbesondere parallel zur Leitseite der Wirbelkammer angeordnet. Denkbar ist aber auch, dass die Unterseite und die Leitseite in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Die Rückwand ist direkt benachbart zur Einspeiseseite angeordnet. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Auslaufspaltwinkel zwischen der Rückwand und der Unterseite einstellbar ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Rückwand in ihrem Abstand und/oder Winkel zur Unterseite einstellbar, insbesondere um ein Drehgelenk rotierbar ist.It is conceivable for the headbox to have a rear wall, with an outlet gap being formed between an underside of the headbox and the rear wall. The underside preferably adjoins the guide side of the vortex chamber and is in particular arranged parallel to the guide side of the vortex chamber. However, it is also conceivable for the underside and the guide side to be arranged at an angle to one another. The rear wall is arranged directly adjacent to the feed side. Preferably, an outlet gap angle between the rear wall and the underside is adjustable. For this purpose, it can be provided that the rear wall is adjustable in its distance and/or angle to the underside, in particular rotatable about a pivot joint.
Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Faserstoffsuspension entlang einer Auslaufrichtung den Auslaufspalt verlässt und dass ein Winkel zwischen Auslaufrichtung und einem Band, auf welchem die Faserstoffsuspension abgelegt wird, einstellbar ist. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Wirbelkammer mit der Unterseite oder dass die Unterseite um eine Achse rotierbar ist, welche orthogonal zur Auslaufrichtung angeordnet ist.Furthermore, it is preferably provided that the fiber suspension leaves the outlet gap along an outlet direction, and that an angle between the outlet direction and a belt on which the fiber suspension is deposited is adjustable. For this purpose, it is provided, in particular, that the vortex chamber is rotatable with its underside, or that the underside is rotatable about an axis arranged orthogonally to the outlet direction.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass an der Einspeiseseite mehrere in einer Reihe angeordnete Einlasse vorgesehen sind. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an der Einspeiseseite mehrere in zwei Reihen angeordnete Einlasse vorgesehen sind. Die Faserstoffsuspension wird der Wirbelkammer also durch mehrere einzelne Sektionen zugeführt. Denkbar ist, dass die Einlasse über die Schläuche, Rohre und/oder Bohrungen an einem Rundverteiler, Zentralverteiler oder Querstromverteiler angeschlossen sind.According to a further preferred embodiment of the present invention, several inlets arranged in a row are provided on the feed side. Preferably, several inlets arranged in two rows are provided on the feed side. The fiber suspension is thus fed to the vortex chamber through several individual sections. It is conceivable that the inlets are connected to a circular distributor, central distributor, or cross-flow distributor via the hoses, pipes, and/or bores.
Vorzugsweise vorgesehen, dass der Einlass einen Durchmesser von 5 mm bis 100 mm, vorzugsweise von 10 mm bis 60 mm und insbesondere von 15 bis 25 mm aufweist. Denkbar ist, dass jeder der Einlasse einen Durchmesser von 5 mm bis 100 mm, vorzugsweise von 10 mm bis 60 mm und insbesondere von 15 bis 25 mm aufweist.Preferably, the inlet has a diameter of 5 mm to 100 mm, preferably 10 mm to 60 mm, and in particular 15 to 25 mm. It is conceivable that each of the inlets has a diameter of 5 mm to 100 mm, preferably 10 mm to 60 mm, and in particular 15 to 25 mm.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Stoffauflauf keine offenen Kanten, insbesondere keine Einströmöffnungen von Diffusoren, Lochwalzen und/oder Lamellen aufweist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Vorrichtung sehr kostengünstig, wartungsarm und bauraumsparend ist.According to a further preferred embodiment of the present invention, the headbox has no open edges, in particular no inlet openings for diffusers, perforated rollers, and/or louvres. This ensures that the device is very cost-effective, low-maintenance, and space-saving.
Alternativ hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Stoffauflauf einen Diffusor aufweist. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die Faserstoffsuspension mehrstufig zu verwirbeln.Alternatively, the headbox is preferably provided with a diffuser. This advantageously allows for multi-stage swirling of the fiber suspension.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Band aufweist, auf welchem die Faserstoffsuspension nach Passieren der Wirbelkammer abgelegt wird. Das Band ist insbesondere ein Siebband. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Vorrichtung Mittel zum Entwässern der Faserstoffsuspension unmittelbar nach dem Ablegen auf dem Band aufweist. Die Mittel zum Entwässern der Faserstoffsuspension können beispielsweise Saugkästen, welche unterhalb des Bandes angeordnet sind und durch das Band auf die Faserstoffsuspension wirken, und/oder Saugtrommeln umfassen. Denkbar ist ferner, dass die Vorrichtung Mittel zum Ablegen einer weiteren Faserlage auf das Band aufweist, wobei der Stoffauflauf so angeordnet ist, dass die Faserstoffsuspension auf die weitere Faserlage abgelegt wird. Vorstellbar ist, dass die weitere Faserlage kardierte Fasern umfasst. Insbesondere ist hierzu denkbar, dass die Vorrichtung eine Karde zum Kardieren der Fasern der weiteren Faserlage umfasst. Denkbar ist ferner, dass die weitere Faserlage nassgelegt ist und dass die Vorrichtung hierzu einen weiteren Stoffauflauf aufweist. Alle Merkmale und Einzelheiten, welche sich auf den Stoffauflauf beziehen, gelten hierbei auch für den weiteren Stoffauflauf.According to a further preferred embodiment of the present invention, the device comprises a belt onto which the fiber suspension is deposited after passing through the vortex chamber. The belt is, in particular, a screen belt. Preferably, the device comprises means for dewatering the fiber suspension immediately after it has been deposited on the belt. The means for dewatering the fiber suspension can, for example, comprise suction boxes arranged beneath the belt and acting on the fiber suspension through the belt, and/or suction drums. It is further conceivable that the device comprises means for depositing a further fiber layer onto the belt, with the headbox being arranged such that the fiber suspension is deposited onto the further fiber layer. It is conceivable that the further fiber layer comprises carded fibers. In particular, it is conceivable for the device to comprise a card for carding the fibers of the further fiber layer. It is further conceivable for the further fiber layer to be wet-laid and for the device to have a further headbox for this purpose. All features and details relating to the headbox also apply to the rest of the headbox.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Verwendung mit einem Schrägsieb vorgesehen ist, wobei vorzugsweise das Siebband das Schrägsieb umfasst. Denkbar ist aber auch, dass die Vorrichtung zur Verwendung mit einem Langsieb vorgesehen ist.In particular, the device is intended for use with an inclined screen, with the screen belt preferably encompassing the inclined screen. However, it is also conceivable that the device is intended for use with a fourdrinier screen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung einer Faserbahn, wobei eine Faserstoffsuspension in eine Wirbelkammer einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eingeleitet wird. Der Strom der Faserstoffsuspension wird in der Wirbelkammer in einen Teilstrom und einen weiteren Teilstrom aufgeteilt. Die Faserstoffsuspension wird anschließend an der Auslassseite der Wirbelkammer ausgeleitet.A further object of the present invention to achieve the aforementioned object is a method for producing a fiber web, wherein a fiber suspension is introduced into a vortex chamber of a device according to the invention. The flow of the fiber suspension is divided in the vortex chamber into a partial flow and a further partial flow. The fiber suspension is then discharged at the outlet side of the vortex chamber.
Insbesondere ist hierzu vorgesehen, dass in der gesamten Wirbelkammer eine Scherrate von mindestens 10 1/sec, vorzugsweise mindestens 50 1/sec und insbesondere wenigstens 100 1/sec erzeugt wird. Hierdurch ist eine optimale Vereinzelung und Durchmischung der Fasern der Faserstoffsuspension beim Austritt aus der Wirbelkammer sichergestellt.In particular, it is intended that a shear rate of at least 10 1/sec, preferably at least 50 1/sec, and especially at least 100 1/sec, is generated throughout the entire vortex chamber. This ensures optimal separation and mixing of the fibers of the fiber suspension upon exiting the vortex chamber.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Faserstoffsuspension in einem Strom in die Wirbelkammer eingeleitet wird und dass der Strom an der Leitseite in einen Teilstrom und einen weiteren Teilstrom geteilt und umgeleitet wird. Der weitere Teilstrom fließt entlang der Leitseite in Richtung der Auslassseite und der Teilstrom fließt entlang der Abschlussseite zur Einspeiseseite und entlang der Einspeiseseite in Richtung der Auslassseite. Hierdurch entstehen keine Toträume. In der gesamten Wirbelkammer herrschen hohe Scherraten vor.Preferably, the fiber suspension is introduced into the vortex chamber in one stream, and the stream is divided into a partial stream and a further partial stream at the leading end and then redirected. The further partial stream flows along the leading end toward the outlet side, and the partial stream flows along the end side to the feed side and along the feed side toward the outlet side. This eliminates dead spaces. High shear rates prevail throughout the vortex chamber.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Faserstoffsuspension nach Verlassen der Wirbelkammer auf einem Schrägsieb oder einem Langsieb und/oder auf einer weiteren Faserlage abgelegt wird.In particular, it is intended that the fiber suspension, after leaving the vortex chamber, is deposited on an inclined screen or a fourdrinier screen and/or on another fiber layer.
Alle zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung offenbarten Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beziehen sich gleichfalls auf das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.All details, features and advantages previously disclosed in connection with the device according to the invention also relate to the method according to the invention and vice versa.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.Further details, features, and advantages of the invention will become apparent from the drawings and the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. The drawings merely illustrate exemplary embodiments of the invention, which do not limit the scope of the invention.
Es zeigen:
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1 : eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie eines Verfahrens Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, -
2 : eine schematische Ansicht eines Details einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, -
3 : eine schematische Ansicht eines Details einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und -
4 : eine schematische Ansicht eines Details einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 : a schematic view of a device according to an exemplary embodiment of the present invention and of a method device according to an exemplary embodiment of the present invention, -
2 : a schematic view of a detail of a device according to an exemplary embodiment of the present invention, -
3 : a schematic view of a detail of a device according to an exemplary embodiment of the present invention and -
4 : a schematic view of a detail of a device according to an exemplary embodiment of the present invention.
Die
Die Faserstoffsuspension ist eine Mischung aus Wasser und Fasern, beispielsweise aus natürlichen oder künstlichen Fasern. Auf dem Band 13 liegend wird die Faserstoffsuspension mit Mitteln zum Entwässern 14, beispielsweise mit Saugkästen, entwässert. Die Fasern können aus Viskose und/oder Lyocell bestehen. Denkbar ist, dass die Faser natürliche Fasern und/oder Recycle-Fasern und/oder Kunstfasern und/oder anorganische Fasern wie z.B. Glasfasern und/oder man made fibres und/oder Faser aus pulp, northern (bleached) softwood pulp und/oder southern (bleached) softwood pulp sind. Denkbar ist, dass die Faserstoffsuspension 10 - 100% man made fibres aufweist.The fiber suspension is a mixture of water and fibers, for example, natural or synthetic fibers. Lying on the
Die Vorrichtung 1 weist eine Vergleichmäßigungseinrichtung 11 auf, aus welcher einer Wirbelkammer 3 über eine Mehrzahl gleichlanger Schläuche 9, alternativ oder zusätzlich auch über Rohre oder über Bohrungen, die Faserstoffsuspension zugeführt wird. Die Vergleichmäßigungseinrichtung 11 kann beispielsweise einen Rundverteiler, einen Zentralverteiler oder einen Querverteiler umfassen. Die Schläuche 9 sind jeweils über einen Einlass 8 so mit der Wirbelkammer 3 verbunden, dass die Faserstoffsuspension in einem Strom A an einer Einspeiseseite 4 der Wirbelkammer 3 in die Wirbelkammer 3 eingeströmt wird. Die Einlasse 8 sind vorzugsweise in einer oder mehreren (nicht dargestellt) Reihen verbunden, die sich hier orthogonal zur Blattebene erstrecken. Der Einlass 8 und vorzugsweise alle Einlasse weisen einen Durchmesser von 10 mm bis 100 mm auf.The
Der Einspeiseseite gegenüberliegend angeordnet ist eine Leitseite 5 der Wirbelkammer 3. Der Strom A ist auf die Leitseite 5 gerichtet, so dass es zu einer Staupunktströmung und somit zu einer Aufteilung des Stromes A in einen Teilstrom B und einen weiteren Teilstrom C kommt.A
Beim Eintritt der Faserstoffsuspension in die Wirbelkammer 3 und bei der Aufteilung des Stromes A kommt es zu hohen Scherkräften und Turbulenzen, welche die Fasern der Faserstoffsuspension vereinzeln und Durchmischen. Hierdurch werden Faserflocken aufgebrochen, was zu einer Vergleichmäßigung des Flächengewichtes der Faserbahn führt. Ferner kommt es in der Wirbelkammer 3 zu Querturbulenzen. Die Querturbulenzen durchmischen die Fasern insbesondere auch in CD-Richtung, wodurch Längsstreifen vermieden werden, welche sonst durch die Aneinanderreihung der disjunkten Einlasse 8 bewirkt worden wären.When the fiber suspension enters the
Zum Aufrechterhalten hoher Scherkräfte in der Wirbelkammer 3 trifft der eingehende Strom A der Faserstoffsuspension zunächst auf einen Aufprallbereich 5' einer der Einspeiseseite 4 gegenüberliegenden Leitseite 5. Am Aufprallbereich 5' wird der Strom A in den Teilstrom B und den weiteren Teilstrom C aufgeteilt und umgeleitet. Die Leitseite 5 und die Einspeiseseite 4 verbindet eine Abschlussseite 6. Die Leitseite 5 und/oder die Abschlussseite 6, vorzugsweise die Leitseite 5 und die Abschlussseite 6, weisen eine Krümmung auf. Der Teilstrom B fließt vom Aufprallbereich 5' entlang der Krümmung an der Abschlussseite 6 vorbei. Anschließend wird der Teilstrom B entlang der Einspeiseseite 4 zu einer Auslassseite 7 geleitet. Die Auslassseite 7 ist der Abschlussseite 6 gegenüberliegend angeordnet. In der gesamten Wirbelkammer 3 werden hohe Scherkräfte aufrechterhalten, so dass es zu keiner erneuten Flockenbildung der vereinzelten Fasern kommt. Hierzu ist bei der Vorrichtung 1 vorgesehen, dass in der gesamten Wirbelkammer 3 eine Scherrate von wenigstens 10 1/sec, vorzugsweise wenigstens 50 1/sec und insbesondere wenigstens 100 1/sec erzeugt wird. An die Auslassseite 7 schließt sich ein Auslaufspalt 16 an, welcher durch eine Rückwand 12 des Stoffauflaufs 10 und eine Unterseite 15 des Stoffauflaufs 10 gebildet ist. Durch den Auslaufspalt 16 wird die Faserstoffsuspension auf dem Band 13 abgelegt.To maintain high shear forces in the
Die Abschlussseite 6 ist teilweise bogenförmig ausgebildet und schließt mit fließender Kontur an den gekrümmten Aufprallbereich 5' der Leitseite 5 an. Die Einspeiseseite 4 und die Leitseite 5 sind nicht parallel zueinander angeordnet. Vielmehr verringert sich der Abstand der Einspeiseseite 4 und der Leitseite 5 zur Auslassseite 7 hin. Die Einspeiseseite 4 und die Leitseite 5 schließen hier einen ersten Kammerwinkel α von 15° bis 25° ein. Die Verringerung des Abstandes der Leitseite 5 und der Einspeiseseite 4 zur Auslassseite 7 hin bewirkt eine Beschleunigung der Faserstoffsuspension auf dem Weg zum Auslassspalt. Zur Steigerung der Scherraten schließen die Einspeiseseite 4 und die Abschlussseite 6 einen zweiten Kammerwinkel β von 100° bis 120° ein.The
Der Auslaufspalt, insbesondere ein Auslaufspaltwinkel γ zwischen Rückwand 12 und Unterseite 15 ist dadurch einstellbar, dass die Rückwand 12 drehbar an einem Drehgelenk 17 angebunden ist. Mittels einer Schwinge 18 kann die Rückwand an dem Drehgelenk um eine Rotationsachse rotiert werden, welche hier orthogonal zur Papierebene angeordnet ist. Hierdurch kann der Auslaufspaltwinkel γ und mit diesem der Auslaufspalt je nach Anforderung vergrößert oder verkleinert werden.The outlet gap, in particular an outlet gap angle γ between the
Der Auslaufspalt 16 dient in seiner beschriebenen Ausgestaltung dem Dämpfen der in der Wirbelkammer 3 erzeugten Turbulenzen. Somit ist es möglich, eine sehr gleichmäßige Faserverteilung in der hergestellten Faserbahn zu erhalten.In its described configuration, the
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 11
- Vorrichtungdevice
- 33
- WirbelkammerVortex chamber
- 44
- EinspeiseseiteFeed side
- 55
- LeitseiteHome page
- 5'5'
- AufprallbereichImpact area
- 66
- AbschlussseiteFinal page
- 77
- AuslassseiteExhaust side
- 88
- Einlassinlet
- 99
- SchlauchHose
- 1010
- StoffauflaufHeadbox
- 1111
- Vergleichmäßigungseinrichtungequalization device
- 1212
- Rückwandback wall
- 1313
- Bandband
- 1414
- Mittel zum EntwässernDehydrating agents
- 1515
- Unterseitebottom
- 1616
- AuslaufspaltOutlet gap
- 1717
- Drehgelenkswivel joint
- 1818
- Schwinge A StromSwing A current
- B CBC
- Teilstrom weiterer TeilstromPartial flow further partial flow
- γγ
- AuslaufspaltwinkelOutlet gap angle
Claims (17)
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| DE102023136266.6A DE102023136266A1 (en) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | Method and device for producing a fiber web |
| EP24219001.5A EP4575081A1 (en) | 2023-12-21 | 2024-12-11 | Method and apparatus for producing a fibrous web |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023136266.6A DE102023136266A1 (en) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | Method and device for producing a fiber web |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102023136266.6A Pending DE102023136266A1 (en) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | Method and device for producing a fiber web |
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Citations (3)
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| DE1250252B (en) * | 1964-06-13 | 1967-09-14 | Escher Wyss GmbH, Ravensburg | Distribution and delay device for the headbox of paper machines |
| DE102022115964A1 (en) * | 2022-06-27 | 2023-12-28 | Andritz Küsters Gmbh | Method and device for producing a fiber web |
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-
2023
- 2023-12-21 DE DE102023136266.6A patent/DE102023136266A1/en active Pending
-
2024
- 2024-12-11 EP EP24219001.5A patent/EP4575081A1/en active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4575081A1 (en) | 2025-06-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed |