Apparat zum Mischen und Zerkleinern einer in Partikel- oder Suspensionsform befindlichen Materialmasse
In der Zellulose- und Papierindustrie verwendet man zur defibrierenden und homogenisierenden Bearbeitung von Fasermaterial im allgemeinen Kollermühlen, Holländer, Jordanmühlen, Defibratoren usw., die alle ihre besonderen günstigen und ungünstigen Eigenschaften haben. Diese Maschinen haben während einer langen Entwicklungszeit im wesentlichen ihre ursprüngliche Form und Arbeitsweise beibehalten und wurden nur in bezug auf Einzelheiten verbessert.
Gemeinsam für die Arbeitsweise dieser typischen Papiermasseapparate ist, dass die Mahl- oder Defibrierwirkung dadurch erhalten wird, dass die Masseteilchen der Einwirkung zusammenwirkender Mahlorgane ausgesetzt werden, deren eingestellter Abstand voneinander für den Mahlgrad entscheidend ist. Im Zusammenhang mit dem Mahlen von Masse bzw.
Defibrierung von Fasergut ist es in hohem Grade wünchenswert, dass ein hoher Mahlgrad, das heisst eine weitgehende Aufteilung des Gutes in einzelne Fasern nicht mit einer nennenswerten Verkürzung der Faserlänge erkauft werden muss. In dieser Hinsicht sind jedoch alle die obengenannten Apparate nicht völlig zufriedenstellend, da besonders intensives Mahlen in der Regel eine bedeutende Verkürzung der Faserlänge mit sich bringt, soweit nicht ökonomisch untragbare, besonders milde, aber langwierige Behandlungsbedingungen eingehalten werden.
Die Erfindung betrifft nun einen Apparat zum Mischen und Zerkleinern einer in Partikel- oder Suspensionsform befindlichen Materialmasse, bei dem in einem mit Ein- und Auslass versehenen Gehäuse wenigstens zwei auf Drehung gekuppelte Bearbeitungswerkzeuge angeordnet sind, die aus mit Spiel ineinander eingreifenden Bandwendeln mit radial gerichteten, zur komprimierenden Behandlung des Materials zusammenwirkenden Wendelflächen bestehen.
Sie bezweckt, einen Apparat zu schaffen, der im Vergleich mit früher für ähnliche Zwecke verwandten Apparaten geringeren Raumbedarf aufweist und sich darüber hinaus durch schonende Behandlung des Materials auszeichnet, vor allem für die Zellulosedefibrierung.
Erfindungsgemäss ist jede Bandwendel zum mindesten abschnittweise mit einem axialen Durchgang für das Material ausgebildet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit Varianten dargestellt.
Die Fig. 1 und 2 sind Vertikal- bzw. Horizontalschnitte des Apparates, und die Fig. 3, 4 und 5 sind Schnitte in Richtung A-A, B-B bzw. C-C in Fig. 1.
Fig. 6 veranschaulicht im Horizontalschnitt eine besondere Ausführungsform der Bearbeitungsorgane sowie deren gegenseitigen Eingriff.
Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen besondere Ausführungsformen der Oberflächen der Bearbeitungsorgane.
Fig. 9 veranschaulicht die relative Bewegung der Bearbeitungsorgane während des Arbeitsvorganges.
Die Fig. 10 und 11 zeigen die Anordnung von Rillen auf den Bearbeitungsorganen.
Der in den Fig. 1 bis 5 gezeigte Apparat umfasst ein Gehäuse 1, in das das Material durch einen Einlass 2 eingeführt wird. Nach beendigter Bearbeitung wird das Material durch den Auslass 3 am entgegengesetzten Ende abgeführt. Zwei parallele Wellen 4 erstrecken sich in der Längsrichtung des Gehäuses zwischen dem Einlass und dem Auslass. Die Wellen sind zur gemeinsamen Drehung in gegenseitig entgegengesetzter Richtung in an sich bekannter Weise gelagert und gekuppelt. Die Wellen 4 tragen Bearbeitungsorgane 5, die die Form von um je eine der Wellen verlaufenden und mit ihrer Breitendimension im wesentlichen radial gerichteten flachen Bändern haben, die sich in Wendelform um die Wellen erstrecken. Die eine der Bandwendeln hat Linksdrall und die andere Rechtsdrall.
Die Steigung der bei entgegengesetzter Drehung gegenseitig in ihre Hüllkörper hineinragenden Bandwendel ist im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 zum Auslass hin abnehmend, kann aber in andern Fällen natürlich gleichmässig oder in anderer Weise unterschiedlich sein, wenn dies im Hinblick auf das gewünschte Arbeitsresultat zweckmässig erscheint. Die Steigung der beiden Bandwendeln 5 ist ausserdem eine solche, dass ein gewisser Mindestabstand überall zwischen den gegenseitig in ihre Hüllkörper hineinragenden Partien der Bandwendeln vorliegt.
Die Wellen 4 tragen ausserdem innerhalb des Gehäuses eine Anzahl propellerartiger Flügel 6, mit deren Hilfe gegebenenfalls in dem Behandlungsgut vorhandene Fremdkörper in den Sammelraum 7 im untern Teil des Gehäuses gefördert werden, um aus dem Raum 7 mit Hilfe der Klappe 8 entfernt zu werden. Da die Flügel 6 als Propeller ausgeführt sind, wirken sie gleichzeitig bei der Zuführung des Behandlungsgutes auf die Bearbeitungsorgane hin mit.
Auf der dem Auslass zugewandten Seite ist jede Welle 4 auch mit einer fest mit der Welle verbundenen Schraube 9 versehen, die an der Bewegung der Bearbeitungsorgane teilnimmt. Die beiden Schrauben 9 auf den Wellen 4 sind gleichfalls in gegenseitigem Eingriff in der gleichen Weise wie die Bandwellen.
Mit Hilfe der Schrauben 9 wird das behandelte Material durch den Auslass 3 aus der Vorrichtung entfernt.
Schliesslich tragen die Wellen 4 am Auslassende Messer 10, die zum Zerschneiden fester Bestandteile in dem bearbeiteten Gut dienen.
Die Flügel 6, Schrauben 9 und Messer 10 bilden keine notwendigen Bestandteile des Apparates und kommen nur bei solchen Ausführungsformen vor, bei denen im Hinblick auf das gewünschte Bearbeitungsresultat eine Abscheidewirkung, eine einseitig gerichtete Transportwirkung und/oder schneidende Mahlwirkung erwünscht ist. Dagegen bilden die Bandwendeln 5 die für den Erfindungsgegenstand kennzeichnenden und unumgänglich nötigen Bearbeitungsorgane. Gemäss Fig. 1-5 liegen die Aussenkanten der Bandwendeln nahe, aber nicht unmittelbar an den Gehäusewänden. Die Innenkanten der Bandwendeln sind nicht in Berührung mit der zugehörigen Welle 4, sondern verlaufen im Abstand um die Welle, wodurch im Innern jeder Bandwendel um die Welle ein im wesentlichen freier, durchgehender Raum gebildet wird.
Die Bandwendel sind mit den Wellen 4 fest verbunden, aber die in der Zeichnung nicht gezeigten Befestigungs- oder Lagerorgane bedeuten keine wesentliche Einschränkung des durchgehenden freien Raumes innerhalb der Innenkanten der Wendeln um die betreffenden Wellen herum.
Der beschriebene Apparat arbeitet in folgender Weise: Das durch den Einlass 2 zugeführte Gut wird durch die Flügel 6 zur Entfernung von Fremdkörpern vorbehandelt und mit Hilfe der gleichen Flügel 6 auf die Bandwendeln 5 zu vorgeschoben. Am Einlassende wirkt jede der Bandwendeln wie ein Schneckenförderer. In der beschriebenen Ausführungsform, bei der eine rechtsgängige und eine linksgängige Wendel gegeneinander rotieren, wird das Behandlungsgut zwischen den beiden Bandwendeln in deren Eingriffsbereich aufgefangen. Ein Austreten nach aussen wird durch das die Wendeln umschliessende Gehäuse verhindert. Der Füllgrad wird also erhöht. Dies wird bei jeder Umdrehung wiederholt, wobei die Bandwendeln gleichzeitig das Mahlgut gegen den Auslass führen.
Die verminderte Steigung der Wendeln drängt hierbei das Gut mehr und mehr zusammen, und es entsteht daher eine Verdichtung, die zunächst den Füllgrad erhöht und zum Schluss den Raum zwischen den Gängen in beiden Wendeln ganz mit Mahlgut füllt.
Beim Eingriff der Bandwendeln 5 ineinander wird eine dem gemeinsamen Eingriffsvolumen der Wendein entsprechende Gutmenge gegen die Achse jeder Wendel verdrängt, wodurch der Füllgrad und ebenso der Druck und die dadurch bedingte Reibung zwischen den rotierenden Oberflächen und dem Mahlgut vergrössert wird.
Durch geeignete Ausgestaltung der Bandwendeln erhält man den bestmöglichen Wirkungsgrad für verschiedene Stoffe und im Hinblick auf verschiedene Bearbeitungszwecke. Wichtige Faktoren in dieser Hinsicht sind die Breite, Dicke, Steigung, das Profil und der kleinste gegenseitige Abstand der Bandwendeln, das Verhältnis zwischen der von den Wendeln bestrichenen Zone und der Rückströmzone innerhalb jeder Wendel usw. Statt dieser konstruktiven Modifikationen kann man sich zur Änderung des Arbeitsergebnisses auch der Regelung von Betriebsfaktoren bedienen, wobei man beispielsweise die Drehgeschwindigkeit der Wellen 4 ändern oder durch Verengung des Auslasses mit Hilfe von hier nicht gezeigten Vorrichtungen eine Aufstauung und Komprimierung des Gutes im Apparat erzielen kann.
Als Beispiel für Modifikationen in der Konstruktion der Bandwendeln zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung mit zwei mit gleichartiger Gewinderichtung ausgebildeten Bandwendeln, die in diesem Fall natürlich auf in der gleichen Richtung rotierenden Wellen angebracht sind. Jede der Bandwendeln weist vom Einlassende (in der Figur links) zum Auslassende abnehmende Steigung auf, dagegen in der gleichen Richtung zunehmende radiale Bandbreite. Da der Aussendurchmesser der Bandwendeln gleichmässig ist, bedeutet die erhöhte Bandbreite eine Verengung der freien innern Durchflussflächen, wodurch ohne weitere Massnahmen ein fortschreitender Materialkreislauf erzielt wird, und zwar durch die gegen den Auslass immer mehr zunehmende Kompression und die Verengung des innern Hohlraumes um die Welle.
Die Bewegungsrichtung des Materials wird durch die Pfeile in Fig. 6 angedeutet.
Die Bandwendeln sind in der Ausführungsform gemäss Fig. 6 auch modifiziert bezüglich ihrer Querschnittsform, die sich von rechteckiger Form am Einlass in gleichmässigem Übergang gegen den Auslass hin in nach aussen zugespitzte Trapez- oder Keilform ändert.
Bei der Verwendung einer Vorrichtung gemäss Fig. 1 und 2 bzw. Fig. 6 als Mühle für Papiermasse ist der kleinste Abstand zwischen den Bandwendeln im Eingriffsbereich mit der kleinsten Steigung bedeutend grösser als die durchschnittliche Teilchengrösse in dem Material, abgesehen von möglicherweise vorhandenen Ästen und dergleichen, die ausnahmsweise grösseren Durchmesser haben können und die infolgedessen einer schneidenden Einwirkung zwischen zusammenwirkenden Bandwendelflächen unterworfen sein können.
Bezüglich der Hauptmasse des Fasermaterials, die bei der Einführung in den Apparat aus Spanteilchen oder Faserbündeln sowie einer Menge bereits vereinzelter Fasern besteht, liegt die Bearbeitungswirkung durch die Bandwendeln nicht in erster Linie in der direkten Reibungswirkung, sondern hauptsächlich in einer indirekten, hydraulischen pulsierenden Wirkung, die in der Eingriffszone zwischen den Bandwendeln auftritt und die durch eine Mischung von mechanischem Verdichtungsdruck und hydraulischem Druck auf im Material eingeschlossene oder kapillär festgehaltene Flüssigkeit zu einer wirkungsvollen Defibrierung der Teilchen führt.
Der Apparat zeigt sich hierbei insofern allen für den gleichen Zweck vorbekannten Apparaten weit überlegen, als die eigentliche Defibrierung auf einen gewissen Schlusswert nur einen Bruchteil des bisher erforderlichen Kraftverbrauchs bedingt, wobei sich das Endprodukt durch eine bisher unerreichbare durchschnittliche Faserlänge auszeichnet. Die Uberlegen- heit des Apparates in bezug auf die Faserlänge kann dadurch erklärt werden, dass eine schneidende oder brechende Mahlwirkung zwischen zusammenwirkenden Mahlorganen nicht vorkommt und folglich auch kein Zerreissen oder Brechen der Fasern in der Längsrichtung. Es ist mit andern Worten möglich, das Mahlen nach Bedarf beliebig weit zu treiben, ohne Gefahr, gleichzeitig mit maximaler Defibrierung eine bedeutende Herabsetzung der Faserlänge in Kauf nehmen zu müssen.
Bezüglich der Arbeitsbedingungen bei einem Mahlvorgang mit Hilfe des beschriebenen Apparates kann hervorgehoben werden, dass man satzweise oder kontinuierlich arbeiten kann. Es ist z. B. möglich, durch kräftige Verengung des Auslasses einen solchen Grad von innerem Kreislauf und gleichzeitig eine derartige automatische Begrenzung der Neuzufuhr von Gut zwischen die Bandwendeln zu erzielen, dass das Verfahren kontinuierlich bezüglich einer Durchlaufmenge durchgeführt wird, die der aus dem verengten Auslass abgehenden Menge entspricht. Es ist natürlich auch möglich, insoweit satzweise zu arbeiten, als die vom Auslass abgehende Materialmenge unmittelbar wieder dem Einlass zugeführt wird und der Mahlprozess so lange mit der gleichen umlaufenden Gutmenge durchgeführt wird, bis das gewünschte Mahlergebnis erreicht ist.
Es ist schliesslich auch möglich, einen Gutkreislauf vom Auslass zum Einlass mit teilweiser Abfuhr von Fertigprodukten und Zufuhr einer entsprechenden Menge Rohware zu kombinieren.
Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt wird, kann zur Erhöhung der Reibung sowie in solchen Fällen, wo das Material nicht durch eine energische Bearbeitung beschädigt wird, die Bandoberfläche auf den Bandwendeln mit Profilen versehen sein, beispielsweise in Wellenform (Fig. 7) oder sägezahnartig (Fig. 8) oder in anderer Form. Die Profilrillen in den Bändern können sich entweder konzentrisch um die Bandflächen herum oder radial quer über die Bandflächen erstrecken, wie dies in Fig. 10 und 11 angedeutet ist. Die Rillen können sich natürlich auch in andern Richtungen erstrecken und unregelmässigen Verlauf haben. Verschiedene Kombinationen von verschiedenen Profilformen und Verlaufsrichtungen sind denkbar. Natürlich können derartige Profile auf den Bandflächen mit den im Zusammenhang mit Fig. 6 beschriebenen Ausbildungen der Bandwendeln kombiniert werden.
Es kann in gewissen Fällen auch ausreichen, die Bandoberflächen mit grösseren oder kleineren Vertiefungen oder Erhöhungen zu versehen oder schleifendes Material, wie Diamant, Karborundum oder dergleichen, auf den Oberflächen anzubringen.
Je nach dem Verwendungszweck können die Bandwendeln aus verschiedenem Material bestehen, z. B. rostfreiem Stahl, Bronze oder anderem säureoder alkalibeständigem Material.
In Fig. 9 wird die Wirkungsweise der Bandwendeln in dem Eingriffs gebiet während des Arbeitsverlaufes veranschaulicht. Der Schnitt A-A zeigt, wie sich die Bandoberflächen einander zum gegenseitigen Eingriff nähern. Der Schnitt B-B zeigt die Stelle der Bandwendeln, wo der gegenseitige Eingriff momentan maximal ist. An der Stelle des Schnittes C-C hat der Eingriff der betreffenden Bandpartien wieder aufgehört. Die pulsierende Wirkungsweise tritt in dem Bandeingriffsgebiet auf, dessen Erstreckung deutlich aus den Fig. 10 und 11 hervorgeht, wobei der stärkste Druckimpuls natürlich im Bereich des Schnittes B-B auftritt. Material, das zwischen den Bandwendeln in deren Drehungsrichtung mitgenommen wird, wird beim Durchgang durch die Eingriffszone in dieser einem augenblicklich kräftig steigenden und fallenden Druckimpuls unterworfen.
Wenn der Apparat nur als Mischer dienen soll, braucht die Steigung der Bandwendeln nicht zum Auslass hin abzunehmen und, wenn keine Aufstauung durch Verengung des Auslasses vorgenommen wird, erfolgt keinerlei allgemeine Verdichtung des Materials, abgesehen von der pulsierenden Drucksteigerung im Eingriffsbereich der Bandwendeln. Diese sich im Material fortpflanzenden Druckstösse verusachen je doch bereits eine gründliche Durchmischung des Materials, wobei die Behandlungsdauer und damit der schliessliche Mischungsgrad durch geeignete Einstellung der Faktoren geregelt wird, die für den Verbleib des Materials in der Vorrichtung massgebend sind, das heisst der Verengungsgrad des Auslaufes und die Grösse des freien Raumes innerhalb der Wendeln im Verhältnis zu dem Arbeitsraum in den durch die Bandwendeln gebildeten Hüllkörper.
Wenn der Apparat eine zerkleinernde oder verdichtende Arbeit ausführen soll, haben die Wendeln dagegen zweckmässigerweise variable Steigung (zuoder abnehmend oder eine Kombination von Abschnitten mit zunehmender und abnehmender oder gleichbleibender Steigung). Bei einer Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2 bzw. 6 mit zum Auslass abnehmender Steigung tritt infolge des grossen Abstandes zwischen den Wendelwindungen in der Nähe des Einlasses zunächst eine kräftige Transportwirkung auf den Auslass hin auf. Mit abnehmendem Abstand zwischen den Wirkungen erfolgt eine immer kräftigere Verdichtung des Gutes. Im Eingriffsbereich der Bandwendeln wird eine vom Querschnitt der Bänder und den Abständen zwischen den Bändern im Eingriffsbereich abhängige Menge des Gutes in den Hohlraum im Innern jeder Wendel verdrängt.
Hierdurch wird der Druck in dem Gut im Vergleich mit dem am Einlassende herrschenden vergrössert und die in den Bandwendeln aufgenommene Nachschubmenge auf die Menge begrenzt, die tatsächlich durch den Auslass abgeht.
Auf den Auslass hin wird das Gut zu einer mehr oder weniger homogenen Masse zusammengedrückt, die unter verhältnismässg hohem Druck aus dem Apparat abgeht.
Bei Verwendung der Bandquerschnittform gemäss Fig. 6 erhält man in der Nähe des Auslasses eine Art Keilwirkung zwischen den zusammenwirkenden Bandzonen, wodurch eine weitere Erhöhung des Mahldruckes bzw. der Reibungsarbeit erzielt wird.
Beim Mahlen von feuchtem faserigem Material erhält man dabei eine Arbeitswirkung von oben näher beschriebener Art, die eine gewisse Ähnlichkeit mit der Arbeitsweise einer Kollermühle aufweist, wo man gleichfalls eine hydraulische Wirkung erzielt, durch die kapillar eingeschlossenes Wasser unter Sprengung der Kapillaren ausgepresst wird. Wie schon früher hervorgehoben, ist jedoch der Wirkungsgrad des Apparates bedeutend grösser als der einer Kollermühle. Der Hauptgrund hierfür dürfte in der leichteren Beweglichkeit des Gutes zu suchen sein, in der bei der schnellen Drehung der Bandwendeln und der dadurch erzeugten Transport-, Verdichtungs- und Rückflusswirkung jede Teilmenge des Materials mit gegenüber der Kollermühle vervielfachter Frequenz der Bearbeitung durch die ineinander eingreifenden Bandwendelzonen unterworfen wird.
Die Kollermühle gibt dagegen nicht einmal Sicherheit dafür, dass in ihrer Mittelzone eingebrachtes Gut überhaupt irgendeinmal in Bearbeitungslage zwischen zwei Steinen gelangt.
Es ist auch möglich, die Eingriffsverhältnisse der Bandwendeln gemäss Fig. 6 dadurch einstellbar zu machen, dass die beiden Wellen gegen- oder voneinander verschiebbar sind, wie durch die Pfeile in der Figur rechts angedeutet.
Bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 1-5 rotieren die Wellen 4 der Bandwendeln 5 in einander entgegengesetzten Richtungen, wobei sich die ineinander eingreifenden Bandzonen im Eingriffsbereich im wesentlichen in der gleichen Richtung bewegen. Die dabei erzielte Bearbeitungswirkung ist überwiegend gleitend und im wesentlichen gleichförmig bezüglich der ganzen Gutmenge, die sich auf einmal zwischen den in gegenseitigem Eingriff befindlichen Bandzonen befindet. Die Behandlung ist hierbei besonders schonend. Drehen sich dagegen gemäss Fig. 6 die Wellen in der gleichen Richtung, bewegen sich die ineinander eingreifenden Bandzonen in entgegengesetzten Richtungen im Verhältnis zu den dazwischen eingeschlossenen Gutmengen, und die Einwirkung auf das Gut ist überwiegend rollend oder knetend, wobei eine kräftigere Zerkleinerung oder Zerquetschung des Gutes erfolgt.
Die Wellen brauchen nicht miteinander parallel zu sein, und die Hüllkörper der Bandwendeln brauchen auch nicht zylindrisch zu sein, sondern können die Form von Kegeln bzw. Kegelstümpfen haben.
Der Apparat ist nicht nur zur Behandlung von feuchtem Fasergut verwendbar, sondern auch zur Behandlung verschiedener anderer Stoffe in feuchtem oder trockenem Zustand, vor allem zum Mischen, Zerkleinern, Zerquetschen und Transport des Materials.
Der Apparat eignet sich nicht nur zur mechanischen Bearbeitung von Gut, sondern auch zur Durchführung von Prozessen, bei denen chemische Reaktionen vorkommen. Wenn es sich um chemische Reaktionen handelt, kann man die Komponenten gleichzeitig oder nacheinander in den Apparat einführen, um sie zu mischen und bei Bedarf zu zerkleinern, während gleichzeitig die chemische Reaktion vor sich geht oder ähnliche Behandlungen, wie Färben oder Bleichen vorgenommen werden. Man erhält auf diese Weise fertiggemischte Reaktionsprodukte, die aus der Vorrichtung unmittelbar in Behälter oder Verpackungen abgefüllt werden können.
Apparatus for mixing and grinding a mass of material in particulate or suspension form
In the cellulose and paper industry, for the defibrating and homogenizing processing of fiber material, pan grinders, Hollander, Jordan mills, defibrators, etc. are generally used, all of which have their special favorable and unfavorable properties. These machines have essentially retained their original form and operation during a long period of development and have only been improved in detail.
What these typical paper pulp machines have in common is that the grinding or defibrating effect is obtained by exposing the pulp particles to the action of interacting grinding organs whose set distance from one another is decisive for the degree of grinding. In connection with the grinding of mass or
Defibration of fiber material, it is highly desirable that a high degree of freeness, that is to say an extensive division of the material into individual fibers, does not have to be bought at the cost of a significant shortening of the fiber length. In this regard, however, all of the above-mentioned apparatuses are not completely satisfactory, since particularly intensive grinding usually results in a significant shortening of the fiber length, unless economically unacceptable, particularly mild but lengthy treatment conditions are observed.
The invention now relates to an apparatus for mixing and comminuting a material mass in particle or suspension form, in which at least two machining tools coupled in rotation are arranged in a housing provided with an inlet and outlet, which are made of belt coils that engage with one another with play and have radially directed, for the compressive treatment of the material co-operating helical surfaces exist.
Its purpose is to create an apparatus which, in comparison with apparatuses previously used for similar purposes, requires less space and is also characterized by gentle treatment of the material, especially for cellulose defibration.
According to the invention, each coil is formed at least in sections with an axial passage for the material.
The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention with variants.
Figures 1 and 2 are vertical and horizontal sections, respectively, of the apparatus, and Figures 3, 4 and 5 are sections taken in the directions A-A, B-B and C-C, respectively, in Figure 1.
Fig. 6 illustrates in horizontal section a special embodiment of the processing members and their mutual engagement.
7 and 8 illustrate particular embodiments of the surfaces of the processing members.
Fig. 9 illustrates the relative movement of the processing members during the working process.
10 and 11 show the arrangement of grooves on the machining members.
The apparatus shown in FIGS. 1 to 5 comprises a housing 1 into which the material is introduced through an inlet 2. After finishing the processing, the material is discharged through the outlet 3 at the opposite end. Two parallel shafts 4 extend in the longitudinal direction of the housing between the inlet and the outlet. The shafts are mounted and coupled in a manner known per se for common rotation in mutually opposite directions. The shafts 4 carry processing members 5 which are in the form of flat bands which run around one of the shafts and are essentially radially directed with their width dimension and which extend in a helical shape around the shafts. One of the belt coils has a left-hand twist and the other a right-hand twist.
The slope of the tape helix that mutually protrudes into their enveloping bodies when rotated in the opposite direction is decreasing towards the outlet in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, but in other cases can of course be uniform or different in some other way if this appears appropriate with regard to the desired work result . The slope of the two tape coils 5 is also such that there is a certain minimum distance everywhere between the parts of the tape coils which mutually protrude into their enveloping bodies.
The shafts 4 also carry a number of propeller-like blades 6 inside the housing, with the aid of which foreign bodies that may be present in the material to be treated are conveyed into the collecting space 7 in the lower part of the housing in order to be removed from the space 7 with the aid of the flap 8. Since the blades 6 are designed as propellers, they simultaneously act with the supply of the material to be treated to the processing elements.
On the side facing the outlet, each shaft 4 is also provided with a screw 9 which is firmly connected to the shaft and which takes part in the movement of the processing members. The two screws 9 on the shafts 4 are also in mutual engagement in the same way as the belt shafts.
With the aid of the screws 9, the treated material is removed from the device through the outlet 3.
Finally, the shafts 4 carry knives 10 at the outlet end, which are used to cut solid components in the processed material.
The wings 6, screws 9 and knife 10 do not form a necessary component of the apparatus and only occur in those embodiments in which a separating effect, a unidirectional transport effect and / or a cutting grinding effect is desired with regard to the desired processing result. In contrast, the strip coils 5 form the processing elements which are characteristic of the subject matter of the invention and which are absolutely necessary. According to Fig. 1-5, the outer edges of the tape coils are close, but not directly on the housing walls. The inner edges of the tape coils are not in contact with the associated shaft 4, but run at a distance around the shaft, whereby a substantially free, continuous space is formed around the shaft in the interior of each tape coil.
The band helices are firmly connected to the shafts 4, but the fastening or bearing elements not shown in the drawing do not mean any significant restriction of the continuous free space within the inner edges of the helixes around the shafts concerned.
The described apparatus works in the following way: The material fed in through the inlet 2 is pretreated by the wings 6 to remove foreign bodies and is advanced towards the belt coils 5 with the aid of the same wings 6. At the inlet end, each of the belt spirals acts like a screw conveyor. In the embodiment described, in which a right-hand and a left-hand helix rotate against one another, the material to be treated is caught between the two band helices in their engagement area. The housing surrounding the coils prevents it from escaping to the outside. The degree of filling is thus increased. This is repeated with each revolution, with the belt coils simultaneously guiding the grist towards the outlet.
The reduced pitch of the spirals pushes the material together more and more, and therefore a compression is created that initially increases the degree of filling and finally fills the space between the aisles in both spirals completely with ground material.
When the belt coils 5 engage with one another, an amount of material corresponding to the joint engagement volume of the spiral is displaced against the axis of each spiral, whereby the degree of filling and also the pressure and the resulting friction between the rotating surfaces and the grinding material are increased.
The best possible efficiency for different substances and with regard to different processing purposes is obtained by suitable design of the ribbon coils. Important factors in this regard are the width, thickness, pitch, profile and the smallest mutual distance between the ribbon coils, the ratio between the zone covered by the coils and the return flow zone within each coil, etc. Instead of these structural modifications, one can opt for a change in the The result of the work can also be used to regulate operating factors, for example changing the speed of rotation of the shafts 4 or, by narrowing the outlet with the aid of devices not shown here, damming and compressing the material in the apparatus.
As an example of modifications in the construction of the ribbon coils, FIG. 1 shows a device with two ribbon coils formed with the same thread direction, which in this case are of course mounted on shafts rotating in the same direction. Each of the ribbon coils has a decreasing pitch from the inlet end (on the left in the figure) to the outlet end, while the radial bandwidth increases in the same direction. Since the outer diameter of the spiral band is uniform, the increased band width means a narrowing of the free inner flow areas, whereby a progressive material cycle is achieved without further measures, namely through the increasingly increasing compression towards the outlet and the narrowing of the inner cavity around the shaft.
The direction of movement of the material is indicated by the arrows in FIG. 6.
In the embodiment according to FIG. 6, the ribbon coils are also modified with regard to their cross-sectional shape, which changes from a rectangular shape at the inlet in a uniform transition towards the outlet to an outwardly pointed trapezoidal or wedge shape.
When using a device according to FIGS. 1 and 2 or FIG. 6 as a mill for paper pulp, the smallest distance between the belt coils in the engagement area with the smallest slope is significantly larger than the average particle size in the material, apart from any branches and the like which, exceptionally, can have a larger diameter and which as a result can be subjected to a cutting action between cooperating strip helix surfaces.
With regard to the main mass of the fiber material, which when it is introduced into the apparatus consists of chip fragments or fiber bundles as well as a lot of already isolated fibers, the processing effect by the tape coils is not primarily the direct friction effect, but mainly an indirect, hydraulic pulsating effect, which occurs in the zone of engagement between the ribbon coils and which, through a mixture of mechanical compression pressure and hydraulic pressure on fluid trapped in the material or retained by capillary means, leads to an effective defibration of the particles.
The apparatus is far superior to all apparatuses previously known for the same purpose, as the actual defibration to a certain final value only requires a fraction of the previously required power consumption, the end product being characterized by a previously unattainable average fiber length. The superiority of the apparatus with regard to the fiber length can be explained by the fact that there is no cutting or breaking grinding action between interacting grinding elements and consequently no tearing or breaking of the fibers in the longitudinal direction. In other words, it is possible to carry out the grinding as far as required, without the risk of having to accept a significant reduction in the fiber length at the same time as maximum defibration.
With regard to the working conditions during a grinding process with the aid of the apparatus described, it can be emphasized that one can work batchwise or continuously. It is Z. B. possible to achieve such a degree of internal circulation and at the same time such an automatic limitation of the new supply of material between the belt coils that the process is carried out continuously with respect to a flow rate that corresponds to the amount leaving the narrowed outlet by vigorously narrowing the outlet . It is of course also possible to work in batches, as the amount of material leaving the outlet is immediately returned to the inlet and the grinding process is carried out with the same amount of material circulating until the desired grinding result is achieved.
Finally, it is also possible to combine a material cycle from the outlet to the inlet with partial removal of finished products and supply of a corresponding amount of raw material.
As shown in FIGS. 7 and 8, in order to increase the friction and in cases where the material is not damaged by vigorous machining, the belt surface on the belt coils can be provided with profiles, for example in a wave shape (Fig. 7). or sawtooth-like (Fig. 8) or in another form. The profile grooves in the belts can either extend concentrically around the belt surfaces or radially across the belt surfaces, as is indicated in FIGS. 10 and 11. The grooves can of course also extend in other directions and have an irregular course. Different combinations of different profile shapes and directions are conceivable. Of course, such profiles on the strip surfaces can be combined with the designs of the strip coils described in connection with FIG. 6.
In certain cases it may also be sufficient to provide the belt surfaces with larger or smaller depressions or elevations or to apply abrasive material, such as diamond, carborundum or the like, to the surfaces.
Depending on the intended use, the tape coils can be made of different materials, e.g. Stainless steel, bronze or other acid or alkali resistant material.
In Fig. 9, the operation of the tape coils is illustrated in the engagement area during the course of work. Section A-A shows the belt surfaces approaching each other for mutual engagement. Section B-B shows the point of the tape coils where the mutual engagement is currently at its maximum. At the point of the cut C-C, the engagement of the tape parts concerned has stopped again. The pulsating mode of action occurs in the band engagement area, the extent of which is clearly shown in FIGS. 10 and 11, the strongest pressure pulse naturally occurring in the area of the cut B-B. Material that is entrained between the tape coils in their direction of rotation is subjected to a momentarily strong rising and falling pressure pulse as it passes through the engagement zone.
If the apparatus is only intended to serve as a mixer, the pitch of the ribbon coils does not need to decrease towards the outlet and, if there is no damming by narrowing the outlet, there is no general compression of the material, apart from the pulsating pressure increase in the engagement area of the ribbon coils. These pressure surges, which propagate in the material, already cause thorough mixing of the material, with the duration of the treatment and thus the final degree of mixing being regulated by suitable setting of the factors that are decisive for the remains of the material in the device, i.e. the degree of narrowing of the outlet and the size of the free space within the coils in relation to the working space in the enveloping body formed by the ribbon coils.
If the apparatus is to perform a crushing or compacting work, the coils, on the other hand, expediently have a variable pitch (increasing or decreasing or a combination of sections with increasing and decreasing or constant pitch). In an embodiment according to FIGS. 1 and 2 or 6 with a slope decreasing towards the outlet, due to the large distance between the helical turns in the vicinity of the inlet, there is initially a strong transport effect towards the outlet. As the distance between the effects decreases, the material is increasingly compacted. In the area of engagement of the band coils, a quantity of the material that is dependent on the cross section of the bands and the distances between the bands in the area of engagement is displaced into the cavity in the interior of each helix.
As a result, the pressure in the material is increased in comparison with that prevailing at the inlet end and the replenishment quantity received in the belt coils is limited to the quantity that actually goes out through the outlet.
At the outlet, the material is compressed to a more or less homogeneous mass, which is released from the apparatus under relatively high pressure.
When the belt cross-sectional shape according to FIG. 6 is used, a type of wedge effect is obtained in the vicinity of the outlet between the interacting belt zones, whereby a further increase in the grinding pressure or the frictional work is achieved.
When grinding moist fibrous material, one obtains a working effect of the type described in more detail above, which has a certain similarity to the operation of a pan grinder, where one also achieves a hydraulic effect through which capillary trapped water is squeezed out, bursting the capillaries. As pointed out earlier, however, the efficiency of the apparatus is significantly greater than that of a pan grinder. The main reason for this is likely to be found in the easier mobility of the goods, in which, with the rapid rotation of the belt coils and the resulting transport, compression and reflux effect, each subset of the material is processed at a frequency that is multiplied by the intermeshing belt coil zones compared to the pan grinder is subjected.
The pan grinder, on the other hand, does not even guarantee that the material placed in its central zone will ever get into the processing position between two stones.
It is also possible to make the engagement ratios of the tape coils according to FIG. 6 adjustable in that the two shafts can be displaced against or from one another, as indicated by the arrows on the right in the figure.
In the embodiment according to FIGS. 1-5, the shafts 4 of the tape coils 5 rotate in mutually opposite directions, with the interlocking tape zones in the engagement area moving essentially in the same direction. The machining effect achieved in this way is predominantly sliding and essentially uniform with respect to the entire amount of material that is located at once between the mutually engaging belt zones. The treatment is particularly gentle here. If, on the other hand, the shafts rotate in the same direction according to FIG. 6, the interlocking belt zones move in opposite directions in relation to the quantities of material enclosed in between, and the action on the material is predominantly rolling or kneading, with a more vigorous crushing or crushing of the Good happened.
The waves do not need to be parallel to one another, and the enveloping bodies of the ribbon coils do not need to be cylindrical either, but can have the shape of cones or truncated cones.
The apparatus can be used not only for treating moist fiber material, but also for treating various other substances in a moist or dry state, especially for mixing, shredding, crushing and transporting the material.
The apparatus is not only suitable for the mechanical processing of goods, but also for carrying out processes in which chemical reactions occur. In the case of chemical reactions, the components can be introduced into the apparatus simultaneously or one after the other in order to mix them and, if necessary, crush them, while at the same time the chemical reaction or similar treatments such as dyeing or bleaching are carried out. In this way, ready-mixed reaction products are obtained which can be filled directly into containers or packaging from the device.