DE102008007888A1

DE102008007888A1 - Vorrichtung zur Bearbeitung von Faserstoff für die Papier- oder Kartonerzeugung

Info

Publication number: DE102008007888A1
Application number: DE200810007888
Authority: DE
Inventors: Paul-Wilhelm Sepke; Bernd Kraft; Volker Niggl
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2009-08-13
Also published as: WO2009097963A3; WO2009097963A2

Abstract

Die Vorrichtung dient zur Bearbeitung von Faserstoff, der für die Herstellung von Papier oder Karton geeignet ist, und ist z. B. mit einer Statorgarnitur (1) und einer Rotorgarnitur (2) versehen, welche jeweils mehrere ringförmige konzentrische Erhebungen (4, 4', 4'', 4''', 5, 5', 5'', 5''') aufweisen. Im Betrieb sind die Garnituren so zueinander positioniert, dass mindestens eine Erhebung einer Garnitur in einen Zwischenraum zwischen zwei Erhebungen einer komplementären Garnitur hineinreicht. Die ringförmigen Erhebungen (4, 4', 4'', 4''', 5, 5', 5'', 5''') sind auf ihren Arbeitsflächen mit Nuten versehen. In einer speziellen Ausführungsform können die ringförmigen Erhebungen (4, 4', 4'', 4'fangs unterbrochen sein. Durch die neuen Garnituren kann der Bearbeitungseffekt besser und gleichmäßiger erfolgen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der DE-PS 30 47 013 bekannt. Diese zum Dispergieren von Altpapier geeignete Vorrichtung wird verwendet, um den Faserstoff intensiv mechanisch zu bearbeiten, wodurch die darin enthaltenen Störstoffe von den Fasern abgelöst, zerkleinert und/oder unter die Sichtbarkeitsgrenze gebracht werden können. In der Regel wird der zu bearbeitende Faserstoff nicht in einer pumpfähigen Suspension bearbeitet, sondern in Form eines teigigen oder krümeligen Hochkonsistenzstoffes, vorzugsweise mit einem Trockengehalt zwischen 20 und 35%. Auf diese Weise lassen sich beträchtliche Scherkräfte in den Faserstoff übertragen, wodurch die genannten Ziele erreichbar sind, ohne dass dabei eine wesentliche Veränderung der Faserlänge erfolgt. In vielen Fällen wird die Wirkung der mechanischen Behandlung durch Hitze weiter verstärkt, z. B. durch Einstellen einer Faserstofftemperatur von 90°C oder noch darüber. Durch die hohe Konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung möglich, obwohl sich die Zähne der relativ zueinander bewegten Behandlungswerkzeuge der sogenannten Garnituren nicht berühren, sondern vielmehr in einem Abstand von ca. 0,5 mm oder mehr mit relativ hoher Geschwindigkeit aneinander vorbei bewegen.
In anderen Behandlungsvorrichtungen dieser Art wird der Faserstoff gemahlen, d. h. eine Veränderung der Fasern selbst wird bewusst herbeigeführt. Solche Vorrichtungen können oft auch mit vergleichsweise geringerer Konsistenz, z. B. 3 bis 6% betrieben, also für eine pumpfähige Suspension eingesetzt werden.
Bei bekannten Garnituren sind beide Garnituren mit Zähnen versehen, die in ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen angeordnet sind, zwischen denen sich Kanäle befinden, die bei Betrieb der Vorrichtung von dem zu behandelnden Faserstoff durchströmt werden. Die Zahnreihen werden so zueinander positioniert, dass zumindest eine Zahnreihe eine Garnitur in einen ringförmigen Zwischenraum der anderen komplementären Garnitur hineinreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine neue Vorrichtung zur Bearbeitung von Faserstoff, der für die Herstellung von Papier oder Karton gedacht ist, zu definieren, bei deren Verwendung ein noch besserer Effekt, insbesondere bezüglich Dispergierung und/oder Mahlung erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Die so gestaltete Vorrichtung kann bei gleichen Abmessungen mit einer erheblich größeren Anzahl von Prallkanten versehen werden. Bei bisherigen Ausführungsformen bildet jeder Zahn eine Prallkante, die im Zusammenwirken mit den Zähnen der komplementären Garnitur den überwiegenden Beitrag zum Bearbeitungseffekt liefern. Dabei sind der Anzahl der Zähne Grenzen gesetzt durch die Festigkeit des Materials und durch hydraulische Anforderungen z. B. bezüglich der Größe der Strömungsquerschnitte zwischen benachbarten Zähnen einer Zahnreihe. Bei dem Erfindungsgegenstand hingegen kann die Zahl der Nuten (etwa gleich der Zahl der Prallkanten einer ringförmigen Erhebung) frei von den erwähnten Einschränkungen nach den technologischen Anforderungen gewählt werden. Die neu gefundene Form der Garniturringe kann auch zu einem besseren Strömungsverlauf in der entsprechenden Vorrichtung führen, da der zu behandelnde Stoff nicht zwischen den Zähnen von radial von innen nach außen durchgedrückt wird. Stattdessen folgt er im Wesentlichen den Konturen der Arbeitsflächen, die sich auf den ringförmigen Erhebungen befinden. Um auch bei schwierigen Verhältnissen einen sicheren Transport des Stoffes durch die Vorrichtung zu gewährleisten, insbesondere um Verstopfungen zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, die ringförmigen Erhebungen nicht vollständig über 360° zu schließen, sondern zwischen ihnen eine gewisse Anzahl von Lücken frei zu lassen. Diese technologisch eher ungünstige Maßnahme wird nur durchgeführt, wenn die Betriebssicherheit sonst gefährdet wäre.
Die Erfindung hat auch noch weiteres Potential bezüglich der Ausgestaltung der Nuten. So können solche Nuten eine genau radiale Längserstreckung haben oder auch schräg zum Radius angestellt sein, wodurch sich bestimmte hydraulische Effekte erzielen lassen, z. B. eine Verstärkung der Radialförderung oder eine Abbremsung, je nach dem wie sie ausgerichtet sind in Relation zur Drehrichtung des Rotors. Bekanntlich wirkt sich eine solche Schrägstellung bei Apparaten dieser Art auch positiv auf die Lärmentwicklung aus, d. h. der während des Betriebes auftretende Schallpegel kann abgesenkt werden. Ähnlich wie bei den an sich bekannten Messerrefinern kann auch die Technologie, die mit dieser Apparatur erzielt wird, durch Variation des Winkels der Längserstreckung dieser Nuten beeinflusst werden.
Eine weitere Möglichkeit, die Wirkung, die mit dieser Vorrichtung erzielt werden kann, einzustellen, ist die Wahl einer geeigneten Konsistenz. Dabei wird eine solche Vorrichtung mit höherer Konsistenz ca. 15 bis 40% betrieben, wenn in erster Linie dispergiert werden soll, und mit einer niedrigeren Konsistenz, z. B. 3 bis 6%, wenn eine Mahlung, d. h. Faserveränderung, beabsichtigt ist. Auch beim letztgenannten Fall ist die Vergrößerung der Kantenzahl ein wichtiger Beitrag zur Verbesserung der Mahltechnologie im Vergleich zum Stand der Technik.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 Teile zweier erfindungsgemäßen Garnituren, geschnitten in Seitenansicht;
2–4 verschiedene Ausführungsformen von Nuten in Draufsicht;
5 Teil einer erfindungsgemäßen Garnitur in perspektivischer Darstellung;
6 Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Dispergieren von hochkonsistentem Faserstoff.
In die 1 sind Teile zweier komplementärer Garnituren im Schnitt dargestellt, wobei die gezeichnete Position nicht der Arbeitsposition entspricht. Man erkennt eine Statorgarnitur 1 und eine Rotorgarnitur 2, die im Wesentlichen rotationssymmetrisch sind, was bedeutet, dass deren gemeinsame Mittelachse bei dieser Darstellung waagerecht liegt (nicht gezeichnet). Jede dieser Garnituren ist bei dem hier gezeigten Beispiel mit vier ringförmigen Erhebungen versehen, wobei an der Statorgarnitur 1 die ringförmige Erhebung 4 radial am weitesten außen liegt, während sich die anderen ringförmigen Erhebungen 4', 4'', 4''' radial nach innen anschließen. Ähnlich aufgebaut ist die Rotorgarnitur mit den Erhebungen 5, 5', 5'', 5'''. Die Zwischenräume zwischen diesen ringförmigen Erhebungen sind so gestaltet, dass in der Arbeitsposition, also nach dem Zusammenschieben der beiden Garnituren 1 und 2 in axialer Richtung jeweils die Erhebung einer Garnitur in den Zwischenraum der anderen Garnitur unter Einhaltung eines Abstandes von z. B. 0,5 bis 5 mm hineinpasst. Wichtig für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist, dass die Arbeitsflächen dieser ringförmigen Erhebungen zumindest teilweise mit Nuten 6 am Stator 1 und Nuten 7 am Rotor 2 versehen sind. Wie bereits ausgeführt wurde, ist es eine vorteilhafte Möglichkeit dieser Erfindung, eine sehr große Anzahl von Nuten 6 bis 7 anbringen zu können. Vorteilhafte Abmessungen dieser Nuten sind eine Breite B (2) zwischen 1 und 10 mm, vorzugsweise 2 bis 5 mm, sowie eine Tiefe T im selben Größenbereich. Das Querschnittsprofil der ringförmigen Erhebungen hat mit Vorteil eine radiale Erstreckung, die am Grund größer ist als an der Oberseite 8, z. B. die Form eines abgerundeten Trapezes oder Dreieckes.
2 zeigt in Draufsicht, also Ansicht auf die Oberseite 8 der radialen Erhebungen die Nuten 6 bzw. 7 je nach dem, um welche Garnitur es sich hierbei handelt. Im Allgemeinen ist davon auszugehen, dass die Nuten einer einzigen ringförmigen Erhebung untereinander gleich sind, eventuell auch die, welche zu verschiedenen ringförmigen Erhebungen gehören. Die Nuten 6 bzw. 7 der 2 sind in radialer Richtung angeordnet. Eine Variante hierzu zeigt die 4, bei der die Nuten 6' bzw. 7' gegenüber dem Radius in einem Winkel α hier von 15° ausgerichtet sind. Diese Schrägstellung beeinflusst die Förderwirkung bei Betrieb der Vorrichtung sowie die Technologie bei der Bearbeitung des Faserstoffes. Bei dem hier gezeigten Beispiel ist die Schrägstellung der Nuten 6', 7' an der radial weiter innen liegenden Seite entgegengesetzt der an der radial außen liegenden Seite der ringförmigen Erhebung, was von Vorteil sein kann, da der Faserstoff radial in derselben Richtung, axial aber in entgegen gesetzter Richtung über die ringförmige Erhebung geführt werden muss.
4 zeigt etwas andere Nuten 6 bzw. 7, nämlich solche, die auch über die Oberseite 8 der ringförmigen Erhebung durchgezogen sind.
In der perspektivischen Darstellung der 5 ist eine erfindungsgemäße Garnitur gezeigt, bei der die ringförmige Erhebung nicht über den gesamten Umfang von 360° geschlossen sondern unterbrochen ist, wozu hier eine solche Unterbrechung 9 skizziert ist. Man kann diese so gestalten, dass sie über einen Winkel zwischen 2 und 10° des Umfanges sich erstreckt. Wenn eine Garnitur mehrere unterbrochene ringförmige Erhebungen aufweist, sollten diese Unterbrechungen gegeneinander versetzt sein, um ein zu schnelles radiales Durchtreten des Faserstoffes zu vermeiden. In der 5 sind nur einige der Nuten 6 bzw. 7 eingezeichnet. Wenn diese Nuten relativ fein sind, kann man sie auch als Rillen bezeichnen.
Eine wesentliche Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Dispergierung von hochkonsistentem Faserstoff, insbesondere hochkonsistentem Altpapierstoff. Diese Dispergierung lässt sich in Scheibendispergern durchführen, wie in 6 als schematischer Schnitt, also ohne konstruktive Details, dargestellt. Dabei ist der gezeigte Disperger mit den erfindungsgemäßen Garnituren ausgestattet, die hier in Arbeitsposition zueinander stehen, also axial ineinander greifen. Bei diesem Beispiel befinden sich auf jeder Garnitur 1, 2 insgesamt vier ringförmige Erhebungen mit den bereits beschriebenen Nuten. Ferner zeigt diese Darstellung auch die Möglichkeit, die neue Technologie mit der bekannten Technologie in Form von Zahngarnituren zu verbinden. Solche Zahngarnituren gemäß dem Stand der Technik sind in konzentrischen Kreisen angeordnet und bilden zwischen den Zähnen Kanäle, durch die der Stoff radial hindurch treten kann. Es kann durchaus von Vorteil sein, die radial inneren Teile der Garnitur mit dieser bekannten Art und die radial sich anschließenden äußeren Teile der Garnitur in der neuen Art auszuführen. Die Zahnreihen können neben der Vorzerkleinerung/Dispergierung auch für einen besseren Transport des hochkonsistenten und damit recht zähen Faserstoffs durch die Garnitur bewirken.
Man erkennt, dass dieser Disperger ein Gehäuse 13 hat, in dem sich der Rotor 14 auf einer Antriebswelle 10 befindet und dass die Rotorgarnitur 2 auf dem Rotor 14 befestigt ist, wozu normalerweise hier nicht gezeigte Schrauben verwendet werden. Auf der axialen Gegenseite befindet sich die Statorgarnitur 1, die auf einer Platte 15 des Gehäuses befestigt ist. Der hochkonsistente Faserstoff wird mittels einer Förderschnecke 12 in axialer Richtung in das Zentrum des Dispergers gefördert und zunächst von einer Schleuderscheibe 16 erfasst, zur ersten Zahnreihe 17 des Rotors geschleudert, von der er in die erste Zahnreihe 18 des Stators gelangen kann. Es folgt dann noch eine weitere Rotorzahnreihe 19 und dann die bereits erwähnten ringförmigen Erhebungen, die durch die Erfindung gekennzeichnet sind. Nachdem der Faserstoff alle Stationen der Garnitur passiert hat, gelangt er in das Innere des Gehäuses 13 und fällt nach unten heraus, eventuell unter Zugabe von Verdünnungswasser, was hier allerdings nicht gezeigt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3047013 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Bearbeitung von Faserstoff für die Herstellung von Papier oder Karton, welche mindestens zwei Garnituren, und zwar eine Rotorgarnitur (2) und eine Statorgarnitur (1) hat, die jeweils eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Form haben und die koaxial zueinander angeordnet sind, die auf einer Seite mit mehreren ringförmigen konzentrischen Erhebungen (4, 4', 4'', 4''', 5, 5', 5'', 5''') versehen sind, deren Oberflächen Arbeitsflächen für die Bearbeitung des Faserstoffs aufweisen, – wobei die Garnituren (1, 2) so zueinander positioniert sind, dass mindestens eine Erhebung (4, 4', 4'', 4''') einer Garnitur (1) in einen Zwischenraum zwischen zwei Erhebungen (5, 5', 5'', 5''') einer komplementären Garnitur (2) hineinreicht, – wobei die Rotorgarnitur (2) relativ zu mindestens einer Statorgarnitur (1) in Umfangsrichtung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Erhebungen (4, 4', 4'', 4''', 5, 5', 5'', 5''') auf ihren Arbeitsflächen mit Nuten (6, 6', 7, 7') versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Erhebungen (4, 4', 4'', 4''', 5, 5', 5'', 5''') mit einem Querschnittsprofil versehen sind, das am Grund dieser Erhebung eine größere radiale Erstreckung als an der Oberseite (8) hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (6, 6', 7, 7') eine Breite (B) zwischen 1 und 10 mm, vorzugsweise 2 bis 5 mm, aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten eine Tiefe (T) zwischen 1 und 10 mm, vorzugsweise 1 bis 5 mm, aufweisen.
Vorrichtung nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung der Nuten (6, 7) radial ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung der Nuten (6', 7') schräg zum Radius gerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Erhebungen (4, 4', 4'', 4''', 5, 5', 5'', 5''') an mindestens einer, vorzugsweise mindestens vier, Stellen des Umfanges unterbrochen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungen (9) einen Winkel (α) von 2° bis 10° in Umfangsrichtung haben.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine ringförmige Erhebung (4, 4', 4'', 4''', 5, 5', 5'', 5''') maximal acht Unterbrechungen (9) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere ringförmige Erhebungen (4, 4', 4'', 4''', 5, 5', 5'', 5''') einer Garnitur unterbrochen sind und dass die Unterbrechungen benachbarter ringförmiger Erhebungen gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt sind.
Vorrichtung nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Garnituren (1, 2) aus Chromstahl bestehen.
Vorrichtung nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Zuführungssystem für hochkonsistenten Faserstoff mit einer Konsistenz zwischen 15% und 40% ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Zuführungssystem für hochkonsistenten Faserstoff mit einer Konsistenz zwischen 3 und 8% ausgestattet ist.