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DE4005281C2 - Stoffauflauf mit Regelung des Flächengewicht-Querprofiles über die Verdünnung der Fasersuspension - Google Patents

Stoffauflauf mit Regelung des Flächengewicht-Querprofiles über die Verdünnung der Fasersuspension

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DE4005281C2
DE4005281C2 DE19904005281 DE4005281A DE4005281C2 DE 4005281 C2 DE4005281 C2 DE 4005281C2 DE 19904005281 DE19904005281 DE 19904005281 DE 4005281 A DE4005281 A DE 4005281A DE 4005281 C2 DE4005281 C2 DE 4005281C2
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21FPAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F1/00Wet end of machines for making continuous webs of paper
    • D21F1/02Head boxes of Fourdrinier machines
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21FPAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F7/00Other details of machines for making continuous webs of paper
    • D21F7/06Indicating or regulating the thickness of the layer; Signal devices

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  • Paper (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoffauflauf einer Papiermaschine, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Einstellung des Flächengewichts-Querprofils.
Auf folgende Schriften wird hingewiesen:
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  • (5) Weisshuhn, E. u. H. Dahl: Einfluß des Stoffauflaufes auf Blatteigenschaften und deren Konstanz, Das Papier, 40, V151-V164.
  • (6) H.-J. Schultz: Praxis und Theorie der Papierherstellung am Beispiel der Blattbildung, Das Papier 1989, Heft 10A, S. V189-V198.
  • (7) FR-A-26 31 353.
  • (8) DE-A-40 19 593.
In den oben genannten Schriften werden diverse bekannte Stoffauflaufkonzepte dargestellt, wobei in den Schriften (1)-(6) Stoffaufläufe konventioneller Art gezeigt sind, bei denen das Flächengewichts-Querprofil über die Einstellung einer an der Auslaufdüse angebrachten Blende durchgeführt wird, wodurch sich die bekannten Probleme, bedingt durch die Kopplung von Faserorientierungsänderungen mit der Flächengewichts-Querprofiländerung durch die verstellbare Blende, ergeben.
Die in der Schrift (7) dargestellte Ausführung eines Stoffauflaufs mit der Möglichkeit, Konzentrationsänderungen in einzelnen Maschinenabschnitten gezielt durchführen zu können, geht in die richtige Richtung, jedoch ist die dargestellte Ausführung noch sehr aufwendig und zeigt strömungsmechanisch Ungereimtheiten bezüglich der gleichmäßigen Verteilung der Stoffsuspension über die Maschinenbreite. Ein ganz wesentlicher Nachteil liegt im umständlichen und damit teuren Aufbau. So benötigt jener Stoffauflauf eine Vielzahl von Mischern zum Herstellen von Sektionsströmen. Im Ausführungsbeispiel sind die Mischer als "Injektionsmischer" beschrieben und dargestellt. Ferner ist es bei jenem Stoffauflauf notwendig, den Zuleitungen, die zu dem einzelnen Mischer führen, nämlich den Verdünnungswasserzuleitungen wie auch den Dickstoffzuleitungen, jeweils Ventile zuzuordnen. Dies läßt sich dort auch nicht anders ausführen, da als Verteiler sogenannte Querstromverteiler angewandt werden, welche ein quer zur Maschinenrichtung angeordnetes Hauptrohr aufweisen, das von einer Seite her mit Dickstoff beschickt wird, und von welchem eine Mehrzahl von Dickstoffleitungen - über die Maschinenbreite verteilt angeordnet - abzweigen. Über die Länge der einzelnen Sektionsstromleitungen - das sind die Leitungen zwischen dem einzelnen Mischer und der Strömungskammer - ist nichts ausgesagt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel haben diese Leitungen unterschiedliche Längen. Ein Stoffauflauf dieser Art führt nicht zu dem gewünschten technologischen Ergebnis, nämlich eine gleichmäßige Querverteilung der Suspension an der Düse des Stoffauflaufes zu erreichen, ohne daß hierdurch die Faserorientierung beeinflußt wird.
Die später angemeldete und nachveröffentlichte Schrift (8) beinhaltet einen Erfindungsgedanken, der demjenigen dieser Anmeldung nahekommt. Er unterscheidet sich jedoch vor allem dadurch, daß er einen Querstromverteiler aufweist, genau wie gemäß Schrift (7), nicht aber einen stehenden, sogenannten Zentralverteiler, dem der Dickstoff zentral von unten her zugeführt wird, und von welchem der Dickstoff annähernd strahlenförmig wieder abgeführt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Stoffauflauf darzustellen, der eine optimal gleichmäßige Querverteilung der Stoffsuspension bietet und dessen Flächengewichts- Querprofileinstellung über die Änderung von Stoffsuspensionskonzentrationen in den jeweiligen Sektionen des Stoffauflaufes einstellbar ist, ohne die Faserorientierung zu beeinträchtigen, wobei möglichst einfache konstruktive Mittel Anwendung finden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des ersten Anspruches gelöst.
Der Erfinder hat folgendes erkannt:
Querprofile von Flächengewicht und anderer Qualitätsmerkmale des Papiers
Die Problematik der Flächengewichts-Querprofilregelung ist ähnlich gelagert bei der Regelung weiterer Querprofilmerkmale bahnförmiger Produkte wie beispielsweise Feuchte und Glätte. Diese hängen jedoch unmittelbar von der Güte des Flächengewichts-Querprofiles ab. Zur weiteren Korrektur bzw. zur Einstellung eines bestimmten gewünschten Querprofiles ist ein über die Bahnbreite wirkendes Stellglied erforderlich, das in Abstimmung mit den örtlichen Querprofileingriffen gesamthaft gleich einer Waage nachgeführt werden muß.
Ebene und andere Querprofile
Welche Art von Querprofilen des Bahngewichtes wird gewünscht. In der Regel ist dies ein gleichmäßiges ebenes Querprofil mit möglichst geringen Abweichungen. Fallweise werden in der Papiermaschine zur Verbesserung ihres Laufverhaltens oder der Verarbeitbarkeit des Papieres besondere Querprofile gewünscht. Zum Beispiel mit schwererem oder leichterem Rand. Vorrangig ist das gewünschte Flächengewichts-Querprofil ein ebenes Querprofil.
Bahngewichts-Querprofilregelung beim Langsieb und anderen Blattbildungssystemen
Die Problematik der Querprofilregelung ist bei Langsieb- Papiermaschinen (Fourdrinier) besonders ausgeprägt. Dort kann die Fasersuspension nach ihrem Austritt aus dem Stoffauflauf während des Entwässerungsvorganges auf dem Sieb beeinflußt werden. Es kommen vorausgegangene Störungen zur Auswirkung und zusätzliche Störeinflüsse von der Siebpartie und ihren Begrenzungen wirken sich unmittelbar auf die "ungeschützte" Suspensionsschicht aus. Im einzelnen sind dies:
  • a) Auswirkungen der Hydraulik des Stoffauflaufes:
    Fehldimensionierungen, die zu ungleichmäßiger Suspensionsverteilung führen, werden als solche infolge der Inkompressibilität des Mediums an der Stoffauflaufdüse austreten. Da die Fasersuspension eine nicht Newtonsche Strömung ist, muß der Fehler nicht immer mit gleichgroßen Auswirkungen erscheinen. Dies ist die Hauptursache von Querprofilabweichungen unter Voraussetzung der Vorlage homogener Fasersuspensionen.
  • b) Eine zweite Fehlerquelle des Stoffauflaufes liegt in seinen Randzonen. Je nachdem, ob zusätzlich zum Fehler von der Seitenwandung Fehlstellen in der Ausbildung der Lochplatte hinzukommen, kann sich diese Randauswirkung auf den Rand beschränken oder Auswirkungen bis zur Bahnmitte erzeugen.
  • c) Stoffauflaufdüse mit Düsengeometrie. Gestaltung der Wandung und Oberflächengüte haben unmittelbaren Einfluß auf die Strahlqualität. Die Wechselwirkungen sind dabei so vielseitig, daß ein unmittelbarer Zusammenhang mit dem gemessenen Querprofil oft nicht herstellbar ist.
  • d) Hinzu kommen: Turbulenzen durch Druckstöße von den Entwässerungselementen wie Sieb und Siebpartiebestückung, Siebschüttelung u.a.m. Ungleichmäßige Veränderungen ergeben sich über Bahnbreite durch Verschleiß an Sieb und Entwässerungselementen, die sich im Bahngewichts- Querprofil niederschlagen.
  • e) Beeinflußt wird die Strömung aus dem Stoffauflauf durch die Verhältnisse von Siebgeschwindigkeit zu Strahlgeschwindigkeit sowie Strahlauftreffpunkt und Strahlwinkel, d. h. Position von Unterlippe zur verstellbaren Oberlippe.
Mit einer hohen Übergeschwindigkeit des Strahles lassen sich druck- und turbulenzabhängige Störungen ausgleichen. Mit dem Strahlauftreffpunkt und der damit abhängigen Heftigkeit der Brustwalzenentwässerung lassen sich ebenfalls Querprofilabweichungen verstärken oder mindern.
Strukturprobleme im Papier
All diese Flächengewichtsabweichungen lassen sich über Stellglieder unter Verwendung eines Computers zufriedenstellend korrigieren.
Zurück bleibt jedoch ein "Strukturdefekt" im Papier. Dieser ist bis jetzt meßbar in Abweichungen bei der Faserorientierung. In der Praxis zeigt sich dieser Defekt durch Curling, mangelnde Flachlagigkeit und sonstige dem Papiermacher bekannte Erscheinungen wie Einbrüche bei Rollenware.
Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben.
Darin ist im übrigen folgendes dargestellt:
Fig. 1 schematische Darstellung einer Flächengewichts- Querprofilregelung.
Fig. 1a Aufsicht eines Zentralverteilers mit Zuführleitungen zum Stoffauflauf.
Fig. 2 Seitenansicht eines Zentralverteilers mit Zuführleitungen zum Stoffauflauf.
Fig. 3 Verbindungsleitung zwischen Verteiler und Stoffauflauf.
Fig. 1 zeigt das Prinzip dieser Einrichtung. Zunächst wird der Dickstoff 1 mit dem Siebwasser 2 in der Mischpumpe 3 vermischt und über Reinigungseinrichtungen 4 wie in der Praxis bekannt dem Verteiler 5 zugeführt.
Dieser Verteiler fördert nun die Suspension den 1 bis N Segmenten des Stoffauflaufes über 1 bis N Zuführungsleitungen zu 6. Aus einer Leitung mit Verdünnungswasser 7 wird die Suspension mit 1 bis N Regelventilen 8 verdünnt. Diese Regelventile erhalten ihre Signale von einer traversierenden Meßeinrichtung 9 über den Umsetzer 10.
Die vorgenannte Signalgebung entspricht wiederum derjenigen von der Flächengewichts-Querprofilregelung über die Verstellspindeln an der Stoffauflaufdüse des Stoffauflaufes 11, hier jedoch ohne Spindeln.
Fig. 2 zeigt nochmals den zentralen Verteiler, wie er auch aus "H.-J. Schultz: Praxis und Theorie der Papierherstellung am Beispiel der Blattbildung, Das Papier 1989, Heft 10A, S. V189-V198" bekannt ist, mit den 1 bis N Zuführleitungen zu den 1 bis N Sektionen des Stoffauflaufes. Die Verdünnung in diesen Zuführleitungen wird mittels des Verdünnungswassers 7 von dem Regler 8 geregelt, wobei hier eine Verhältnisregelung mit der Hauptkomponente zum Stoffauflauf dargestellt ist. Eine einfache Durchflußregelung für die Regelung der Verdünnungswassermenge in Abhängigkeit vom örtlichen Flächengewicht wird jedoch genügen.
Zu diesem Zweck sind die Verbindungsleitungen 6 als Turbulenzrohre mit künstlicher Rauhigkeit versehen. Diese Verbindungsleitungen führen bei gleicher Schlauchlänge zu einem die Durchflußmenge bestimmenden Druckverlust.
Dabei werden Verdünnungswasser und Fasersuspension intensiv vermischt.
Fig. 3 zeigt eines dieser Verbindungsleitungen 6 zwischen Verteiler 5 und Stoffauflauf 11. Die Verdünnungswasserdosierung erfolgt zentral in den erweiterten Druckstutzen der als Turbulenzrohr ausgebildeten Verbindungsleitung. Die Turbulenz zur Vermischung von Verdünnungswasser und Fasersuspension kann beispielsweise über spiralig angeordnete Rippen an der Innenwand der Verbindungsleitung, gem. Ausschnitt X, erzeugt werden.
Wichtig ist, daß alle 1 bis N Verbindungsleitungen gleichlang und gleichartig gestaltet sind. Dadurch erzielt man über gleichen Druckverlust jeweils die gleiche Durchsatzmenge, die jedoch gemäß Erfindung unterschiedliche Stoffdichte zur Querprofilregelung haben kann.
Vorteile und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung
  • 1. Flächengewichts-Querprofilregelung über die örtliche Verdünnung.
    Die Querprofilregelung des Flächengewichts erfolgt mittels örtlicher Änderung der Verdünnung der Fasersuspension an einem für diese Regelung geeigneten Stoffauflauf. Dieser besteht aus einem separaten Verteiler, in den neben der Fasersuspension Verdünnungswasser geregelt zugeführt wird, um örtlich das Flächengewichts-Querprofil einzustellen. In speziellen Verbindungsleitungen zum Stoffauflauf, Turbulenzrohre, wird für eine Vermischung von Fasersuspension und Verdünnungswasser gesorgt. Diese Teilmenge wird einem Stoffauflaufsegment zur Regelung des Flächengewichts-Querprofiles zudosiert - die bisherigen Querprofilregelungen laufen auf eine örtliche Verformung der Stoffauflaufdüse hinaus, was zu den bekannten Strukturproblemen im Papier führt.
  • 2. Pro Stoffauflaufsegment eine Zuführleitung.
    Es werden jeweils von einem Turbulenzrohr Stoffauflaufsektionen von 50 bis 500 mm Breite gespeist. Die Breite der Teilung richtet sich nach der gewünschten Querprofilgenauigkeit.
  • 3. Die direkte Flächengewichts-Querprofilregelung über den geschlossenen Regelkreis.
    Die Flächengewichts-Querprofilregelung erfolgt über einen geschlossenen Regelkreis über die Regelung der Verdünnung, was bei der Blattablage zu einem entsprechenden Blattgewicht führt. Aufgrund einer Bahngewichtsmessung wird unmittelbar die Verdünnung eingestellt, um bei gleicher Durchflußmenge durch den Stoffauflauf ein ebenes Querprofil einzustellen.
  • 4. Vermeidung von Strukturproblemen.
    Die Stoffauflaufdüse wird für diese Flächengewichts- Querprofilregelung im Sinne der Erfindung nicht verformt; sie kann zur störungsfreien Blattbildung so versteift werden, daß über Maschinenbreite eine gerade gleichmäßige Spaltweite entsteht. Die aufgrund der Düsenverformung verursachten Strukturprobleme im Papier werden vermieden.
  • 5. Bahnbreitenbegrenzung.
    Ersetzt man die Fasersuspension in einem Stoffauflaufsegment vollständig durch Wasser, dann wird an dieser Stelle auf dem Sieb kein Blatt gebildet. Dies kann beispielsweise zum Fahren einer schmaleren Bahnbreite sinnvoll sein.
  • 6. Bahneinfärbung und Papierkennzeichnung.
    Über das Verdünnungswasser kann entweder über die Bahnbreite die Bahn eingefärbt werden, indem gefärbte Fasern zudosiert oder dem Wasser entsprechende Pigmente beigemischt werden. Dies kann auch örtlich sein, um beispielsweise das Produkt durch Farbmarkierungen zu kennzeichnen.
  • 7. Eignung dieser Flächengewichts-Querprofilregelung für alle Blattbildungssysteme.
    Diese Einrichtung ist anwendbar auf alle Blattbildungssysteme, z. B. Langsieb-, Doppelsieb- und Hybridformer, Rundsieb, Schrägsieb. Die Voraussetzung ist jedoch die Gestaltung des Querverteilers mit Einzelabgängen, die man bestimmten Segmenten am Stoffauflauf zuordnen kann, d. h. auch ein Manifoldsystem ist geeignet. Im Sinne der Erfindung muß jedoch das spezielle Verbindungsrohr mit Zudosierungsmöglichkeit von Verdünnungswasser und dessen Vermischung darin möglich sein.

Claims (3)

1. Stoffauflauf für Papiermaschinen, umfassend die folgenden Elemente:
  • 1.1 einen stehenden Verteiler (5) mit einem Einlaufrohr (5.1) zum zentralen Zuführen eines Suspensionstromes (VS) von unten her, mit einer Vielzahl von horizontalen abgehenden Leitungen (6.1 bis 6.N) (Sektionsstromleitungen) zum Abführen von Teilströmen (Sektionsströmen) aus dem Verteiler (5) nach außen, mit einer Vielzahl von Verdünnungswasserleitungen (7.1 bis 7.N) zum Einleiten von Verdünnungswasser in die Sektionsströme, und mit Ventilen (8.1 bis 8.N) zum Dosieren der einzelnen Verdünnungswasserströme;
  • 1.2 eine Strömungskammer (12) mit einem maschinenbreiten Auslaufkanal (13), umfassend eine Auslaufdüse (13.1) zum Verteilen der Suspension über die Maschinenbreite;
  • 1.3 die einzelnen Sektionsstromleitungen (6.1 bis 6.N) sind an die Strömungskammer angeschlossen, und münden in Sektionen (1 bis N), die - über die Breite der Strömungskammer gesehen - nebeneinander liegen;
  • 1.4 alle Sektionsstromleitungen (6.1 bis 6.N) sind wenigstens annähernd gleich lang.
2. Stoffauflauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektionen (1 bis N) durch Trennwände voneinander getrennt sind.
3. Stoffauflauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektionsstromleitungen (6.1 bis 6.N) mit Mitteln wie künstlicher Rauhigkeit, Ventilen, zum Einstellen eines die Durchflußmenge bestimmenden Druckverlustes vorgesehen sind.
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