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Die Erfindung betrifft einen Refiner zur Mahlung einer Zellstoffsuspension, bestehend aus einem Rotor und einem Stator mit einem Einlassrohr und einem zylinder- oder kegelförmigen Mahlspalt zwischen Rotor und Stator.
Zur Zeit werden Refiner meist in der Bauform der (Doppel-) Scheibe oder des Kegels ausgeführt Die Nachteile des Doppelscheibenrefiners sind die veranderliche relative Geschwindigkeit entlang der Mahlzone, eine relativ hohe Leerlaufleistung und besonders bei niedrigen Durchsätzen Probleme mit der Zentrierung des Rotors. Ein bedeutender Nachteil des bekannten Kegelrefiners ist die schlechte Pumpwirkung. Daraus folgen Durchsatzprobleme und in weiterer Folge die Notwendigkeit, die Nuten zu vergrössern, was eine Verringerung der Kantenlänge bewirkt. Als weitere Nachteile können die relative Verschiebung der Messer beim Anstellen zueinander, die Notwendigkeit einer robusten Bauweise aufgrund der auftretenden Lagerkräfte und der Schwierigkeiten beim Garniturwechsel gesehen werden, die zu hohen Baukosten führen. Durch einen Zylinderrefiner, wie er z.
B. aus der US 5,813,618 A bekannt ist, können viele dieser Nachteile vermieden werden, doch sind ähnlich wie beim Kegelrefiner Durchsatzprobleme zu erwarten.
Die GB 1 407 712 A beschreibt einen Mixer-Refiner für viskose Materialien, die nicht pumpbar sind. Zur Förderung des Materials sind daher zusätzliche Vorkehrungen wie eine Schnecke sowie Rippen zur Vorzerkleinerung im Zulaufspalt. Bei diesem Dokument kann bedingt durch die Stoffeigenschaften gar keine Pumpe eingesetzt oder gar ersetzt werden. Die US 4 401 280 A beschreibt einen Refiner zur Zerkleinerung von Hackschnitzeln. Auch hier muss das Material durch eine Schnecke zwangsweise in einen Stoffzufuhrkanal gefördert werden. Dieser Kanal befindet sich zwischen zwei rotierenden Scheiben. Es handelt sich somit beim vorliegenden Dokument im wesentlichen um einen Scheibenrefiner. Die EP 406 225 A2 und US 4 754 935 A zeigen einen Kegelrefiner, wobei das Einlassrohr praktisch direkt in den Mahlspalt übergeht.
Auch diese Refiner sind für Hackschnitzel vorgesehen und benötigen daher eine Zwangszuführung, z. B. Förderschnecke.
Die EP 421 968 A2 beschreibt einen kombinierten Refiner-Screening-Apparat. Der Zellstoff wird hier in einen Raum zugeführt, der sich sowohl um den Stator herum, als offensichtlich auch innerhalb des Rotors erstreckt. Ein Druckaufbau kann hier nicht erfolgen, vielmehr muss hier durch eine Pumpe ein ausreichender Druck erzeugt werden, um den Zellstoff überhaupt dem Mahlspalt zuführen zu können. Die US 5 145 121 A zeigt einen Zylinderrefiner, bei dem ein mittig angeordneter und in Umfangsrichtung verlaufender Stoffzufuhrkanal vorgesehen ist. Bei dieser Konstruktion ist eine gleichmässige Anströmung des Mahlspaltes praktisch nicht möglich, da die dem Zuführstutzen näher liegenden Bereiche mit einem höheren Druck beaufschlagt werden, als die weit ab liegenden Bereiche des Mahlspaltes.
Auch dieser Refiner ist für die Zerkleinerung von Hackschnitzel vorgesehen und somit nicht zur Mahlung einer Zellstoffsuspension geeignet. Durch die Rotation des Rotors wird das Material weiters im Stoffzufuhrkanal vom Mahlspalt weg beschleunigt. Die EP 618 327 A1 beschreibt ebenfalls einen Refiner zur Zerkleinerung von Hackschnitzeln, der zur Mahlung einer Zellstoffsuspension nicht geeignet ist
Ziel der Erfindung ist es daher, die Nachteile der bekannten Zylinder- und Kegelrefiner zu umgehen um auch in weiterer Folge hohe Durchsätze zu ermöglichen.
Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stoffzufuhrkanal vom Einlassrohr zum Mahlspalt hin in radialer Richtung erstreckt, wobei vorzugsweise im Stoffzufuhrkanal und/oder Einlassrohr Einbauten, insbesondere Schaufeln, angeordnet sind. Der zugeführte Stoff wird hier durch die Rotation des Rotors in Umfangsrichtung beschleunigt, wodurch ein Druckanstieg in der Flüssigkeit bewirkt wird.
Durch diesen Druckaufbau kann man einerseits die Zuführpumpe einsparen andererseits erfolgt dadurch eine gute rotationssymmetrische Anströmung. Durch die fakultative vorgesehen Einbauten im Einlassrohr oder im Stoffzufuhrkanal kann die Beschleunigung der Flüssigkeit zusätzlich zu den Effekten der Wandreibung noch wesentlich verstärkt werden.
Eine alternative Ausgestaltung betrifft einen Refiner mit Doppelrotor, bei dem sich der Stoffzufuhrkanal vom Einlassrohr zum Mahlspalt hin in radialer Richtung erstreckt, wobei vorzugsweise im Stoffzufuhrkanal und/oder Einlassrohr Einbauten, insbesondere Schaufeln, angeordnet sind. Bei einem Doppelrotor, bei dem der Rotor sowohl zylinderförmig als auch kegelförmig (erweiternder Konus bzw. verjüngender Konus) ausgeführt sein kann, kann ein grosser Durchsatz erzielt werden, wobei ebenfalls eine gleichmässige rotationssymmetrische Anströmung der Mahlspalte erfolgt
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem
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Stoffzufuhrkanal verbundene Einlassrohr eine Achse aufweist, die mit der Achse des Rotors zusammenfällt.
Auf diese Weise erfolgt die Stoffzufuhr direkt in der Achse des Refiners, wodurch der Stoff einerseits bereits teilweise im Rohr vor Eintritt in den Stoffzufuhrkanal beschleunigt wird und andererseits eine noch gleichmässigere Verteilung des Stoffes bewirkt wird.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Einlassrohr und Mahlspalt eine Scheibe vorgesehen ist, die den Stoffzufuhrkanal begrenzt. Erfolgt die Stoffzufuhr ausserhalb der Achse, so wird durch die Scheibe der Stoff an der Welle umgelenkt und rotationssymmetrisch nach aussen geführt, wobei hier zwischen Scheibe und Rotorstirnfläche die Beschleunigung der Flüssigkeit radial nach aussen erfolgt und anschliessend die Flüssigkeit in den Mahlspalt gleichmässig verteilt einströmt.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffzufuhrkanal zwischen den beiden Rotoren angeordnet ist. Speziell bei Verwendung eines Einlassrohrs, das sich in der Achse eines Rotors befindet kann der Stoff in die Mitte des Refiners zugeführt und dort durch die Rotation nach aussen geführt werden, was zu einem entsprechenden Druckanstieg führt.
In weitere Folge wird der Stoff mittig in den entsprechenden Mahlspalt eingeführt, wodurch eine weitere Vergleichmässigung der Stoffzufuhr erreicht wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindrischer und ein kegelförmiger Mahlspalt aneinandergereiht sind. Die Aneinanderreihung eines zylindrischen und eines kegelförmigen Mahlspaltes kann entweder auf einem Rotor oder unter Verwendung von zwei hintereinanderliegenden unterschiedlichen Rotoren erreicht werden. In beiden Fällen ist die Reihenfolge der Aneinanderreihung beliebig und nur von den zu erzielenden Stoffbedingungen abhängig.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Refiner mit Kegelrotor ein sich in Strömungsrichtung des Stoffes erweiternder Kegelrotor oder alternativ ein sich in Strömungsrichtung des Stoffes verjüngender Kegelrotor vorgesehen ist. Je nach Erfordernis kann somit die geeignete Form des Mahlspalts eingesetzt werden.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei Fig. 1 eine Variante mit axialer Stoffzufuhr, Fig. 2 eine Variante mit seitlicher Stoffzufuhr, Fig. 3 eine analoge Variante zu Fig. 2 mit Kegelrotor, Fig. 4 eine weitere Variante mit Kegelrotor, Fig. 5 eine Variante mit zylindrischem Doppelrotor und axialer Stoffzufuhr, Fig. 6 und Fig. 7 eine Variante mit Doppelkegelrotoren sowohl verjüngend als auch erweiternd und axialer Stoffzufuhr, Fig. 8 eine Variante mit zylindrischem Doppelrotor und seitlicher Stoffzufuhr, Fig. 9 eine Variante mit axialer Stoffzufuhr und Doppelrotor bestehend aus Zylinder- und Kegelrotor, Fig. 10, Fig. 11, Fig. 12 und Fig. 13 Varianten mit unterschiedlicher Hintereinanderschaltung von zylindrischen und kegelförmigen Mahlspalt auf einem Rotor darstellt.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemässen Refiner mit Einlass 1, Stoffzufuhrkanal 7, Mahlzone 3, Auslauf 4, Rotor 5 und Stator 6. Der Stoff strömt hier durch den Einlass 1, der in der Achse des Rotors 5 angeordnet ist, zentral in den Refiner. In der Beschleunigungszone 7 zwischen Rotor 5 und Gehäuse 6 erfolgt durch Wandreibung oder durch spezielle Einbauten (nicht dargestellt) eine Beschleunigung des Stoffes in Umfangsrichtung und dadurch der Druckaufbau. Anschliessend fliesst der Stoff durch die Mahlzone 3 und verlässt den Refiner durch den Auslass 4. Das Gehäuse 6 besteht hier aus einem in axialer Richtung verschiebbaren Ring 9, auf dem ein Keil 10 befestigt ist. Die Mahlplatten sind mit einem weiteren Keil 11 verbunden, wobei durch die Verschiebung des Ringes 9 eine Einstellung des Mahlspalts 3 erfolgt.
Fig. 2 zeigt einen analog aufgebauten Refiner, wobei hier die Stoffzufuhr seitlich erfolgt Der Stoff strömt dabei durch den seitlich angeordneten Einlass 1 in den Refiner und wird durch eine Scheibe 8 zur Welle geleitet. Dort wird er durch die Wandreibung oder durch spezielle Einbauten beschleunigt und tritt in den Stoffzufuhrkanal 7 zwischen Scheibe 8 und Rotor 5 ein, wobei dieser Kanal 7 als Beschleunigungszone wirkt. In dieser Beschleunigungszone erfolgt eine weitere Beschleunigung in Umfangsrichtung und dadurch der erforderliche Druckaufbau. Der Druckaufbau bewegt sich dabei im Bereich von 1,5 bis 2 bar. Anschliessend fliesst der Stoff durch die Mahlzone 3 und verlässt den Refiner durch den dem Einlass 1 gegenüberliegenden Auslass 4. Auch hier erfolgt die Einstellung des Mahlspaltes 3 durch die verschiebbar angeordneten Keile 10 und 11.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen analoge Refiner zu Fig. 2, wobei bei gleicher Stofführung in Fig. 3 ein konischer Refiner mit einem sich erweiternden Kegelkonus und in Fig. 4 ein konischer oder Kegel-
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refiner mit einem sich verjüngendem Konus dargestellt ist.
In Fig. 5 ist die Funktionsweise eines Refiners mit Doppelrotor dargestellt. In der hier vorliegenden Ausführung strömt der Stoff durch den als Hohlwelle ausgebildeten Einlass 1 durch den Rotor 5 zum in der Mitte angeordneten Stoffzufuhrkanal 2. Durch die Beschleunigung des Stoffes in Umfangsrichtung in der Hohlwelle des Einlasses 1 und im Stoffzufuhrkanal 2 erfolgt hier der Druckaufbau. Anschliessend strömt der Stoff durch die Mahlzone 3 nach aussen und verlässt den Refiner durch die beiden Auslässe 4a bzw. 4b. Die Verstellung des Mahlspaltes 3 erfolgt auch hier wiederum mittels eines axial verschiebbaren Ringes 9. Neben der Möglichkeit eines über die gesamte Länge wirkenden Keils 10 bzw. mit den Mahlplatten verbundenen Gegenstück 11 ist hier ein in Keil 10a und Keil 10b aufgeteilter Keil 10 dargestellt. Das Gegenstück 11 weist entsprechende keilförmige Flächen auf.
Dadurch ist eine bessere und gleichmässigere Kraftverteilung erzielbar.
Die Fig. 6 und 7 stellen einen zu Fig. 5 analog aufgebauten Refiner mit Doppelkegel dar, wobei die Kegelform vom Stoffzufuhrkanal 2 aus gesehen zum Auslass 4a bzw. 4b sich in Fig. 6 erweitert und in Fig. 7 verjüngend ausgebildet ist.
Die Funktionsweise entspricht der Funktion des in Fig. 5 dargestellten Doppelzylinderrefiners.
Eine weitere Möglichkeit stellt die Ausführung gemäss Fig. 8 dar, wobei hier der Stoff beidseitig durch den Einlass 1a bzw. 1b in Richtung Welle zugeführt und durch die Scheibe 8 in den Stoffzufuhrkanal 7 umgelenkt wird. Von dort tritt der Stoff beidseitig in den Mahlspalt 3 und wird zentral über den Auslass 4 abgeführt. Die gleiche Stofführung ist auch mit einem Doppelkegel möglich, wobei dieser vom äusseren Einlass zum mittigen Auslass hin als ein sich entweder erweiternder oder verjüngender Konus vorgesehen sein kann.
Fig. 9 zeigt am Beispiel eines Refiners mit Doppelrotor und als Hohlwelle ausgebildetem axialen Einlass 1 die Kombination von zylindrischen und kegelförmigen Mahlzonen. Neben der dargestellten Variante kann die Anströmung ebenfalls beidseitig durch einen Einlass mit einer Umlenkung durch eine Scheibe erfolgen und der Auslass zentral in der Mitte angeordnet sein.
Die Fig. 10 bis 13 stellen die Kombination von zylindrischen und kegelförmigen Mahlzonen auf einem Rotor dar. Dabei kann die Strömung entweder zuerst durch den Zylinder (Fig. 11, Fig. 12) oder zuerst durch einen Kegel (Fig. 10, Fig. 13) erfolgen, wobei der Kegel entweder erweiternd (Fig. 10, Fig. 12) oder verjüngend (Fig. 11, Fig. 13) ausgebildet ist. Die Definition erweiternd oder verjüngend für den Kegel erfolgt immer in Strömungsrichtung des Stoffes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Refiner zur Mahlung einer Zellstoffsuspension, bestehend aus einem Rotor und einem Sta- tor mit einem Einlassrohr und einem zylinder- oder kegelförmigen Mahlspalt zwischen Rotor und Stator, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stoffzufuhrkanal (2,7) vom Einlassrohr (1) zum Mahlspalt (3) hin in radialer Richtung erstreckt, wobei vorzugsweise im Stoffzu- fuhrkanal (2,7) und/oder Einlassrohr (1) Einbauten (12), insbesondere Schaufeln, ange- ordnet sind
2 Refiner zur Mahlung einer Zellstoffsuspension, bestehend aus einem Doppelrotor und einem Stator mit einem Einlassrohr und einem zylinder- oder kegelförmigen Mahlspalt zwi- schen Rotor und Stator, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stoffzufuhrkanal (2,7) vom Einlassrohr (1) zum Mahlspalt (3) hin in radialer Richtung erstreckt, wobei vorzugs- weise im Stoffzufuhrkanal (2,7) und/oder Einlassrohr (1)
Einbauten (12), insbesondere
Schaufeln, angeordnet sind.