DE102009020904A1

DE102009020904A1 - Entstippungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009020904A1
Application number: DE200910020904
Authority: DE
Inventors: Markus FÜRSATTEL; Tillman Dr. Katzenmeier
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entstippungsvorrichtung zum Auflösen von Stippen einer Faserstoffsuspension (1) mit einem Gehäuse, in welchem ein Behandlungswerkzeug eines antreibbaren Rotors (2) und ein Behandlungswerkzeug eines feststehenden Stators (3) angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge jeweils eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen (11) angeordnete Zähne (4) aufweisen, zwischen denen sich Zahnlücken (5) befinden, die von der Faserstoffsuspension (1) radial nach außen durchströmt werden, zwischen den Zahnreihen (11) ringförmige Zwischenräume (10) vorhanden sind, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe (11) eines Behandlungswerkzeuges in einen ringförmigen Zwischenraum (10) des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges hineinreicht und die radial äußerste Zahnreihe (11) vom Behandlungswerkzeug des Stators (3) gebildet wird. Dabei soll die Entstipperleistung bei möglichst geringem Energiebedarf dadurch verbessert werden, dass radial außerhalb der äußersten Zahnreihe (11) des Stators (3) ein oder mehrere Räumelemente (6) am Behandlungswerkzeug des Rotors (2) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entstippungsvorrichtung zum Auflösen von Stippen einer Faserstoffsuspension mit einem Gehäuse, in welchem ein Behandlungswerkzeug eines antreibbaren Rotors und ein Behandlungswerkzeug eines feststehenden Stators angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge jeweils eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen angeordnete Zähne aufweisen, zwischen denen sich Zahnlücken befinden, die von der Faserstoffsuspension radial nach außen durchströmt werden, zwischen den Zahnreihen ringförmige Zwischenräume vorhanden sind, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe eines Behandlungswerkzeuges in einen ringförmigen Zwischenraum des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges hineinreicht und die radial äußerste Zahnreihe vom Behandlungswerkzeug des Stators gebildet wird.
Zum Zerlegen der im gepulperten Stoff noch vorhandenen Stippen in Einzelfasern verwendet man meist Zahnkranzentstipper mit fest eingestelltem Spalt zwischen Stator- und Rotorscheibe. Dabei wird die Faserstoffsuspension in das Zentrum eingepumpt, radial zwischen den Behandlungswerkzeugen hindurchgeführt und am Gehäuseumfang abgeleitet.
Die Entstippung erfolgt im Allgemeinen durch sehr intensive Stoffturbulenzen ohne Faserbeschädigung.
Insbesondere bei hohen Durchsätzen kommt es beim Durchströmen zu einem hohen Druckverlust, der von einer vorgeschalteten Pumpe überwunden werden muss.
Übersteigt der Druckverlust eine kritische Grenze, so kann es zur Verstopfung der Zahnlücken kommen, was den Ausfall des Entstippers zur Folge hat.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Durchsatz bei möglichst geringem Leistungsmehrbedarf zu verbessern.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass radial außerhalb der äußersten Zahnreihe des Stators ein oder mehrere Räumelemente am Behandlungswerkzeug des Rotors angeordnet sind.
Durch die Räumelemente werden die Stippen zusätzlich einem Wechsel zwischen den Zähnen des Stators und den rotierenden Räumelementen ausgesetzt, was die Entstippungswirkung verbessert. Der Aufwand für die Räumelemente ist wesentlich geringer als für eine zusätzliche äußere Zahnreihe am Rotor. Dabei bewirken die Räumelemente in den Zahnlücken des Stators eine Druckdifferenz, wodurch die dort vorhandene Faserstoffsuspension radial nach außen beschleunigt wird.
Hinzu kommt, dass die Räumelemente die Faserstoffsuspension in Rotation versetzen und so dem Druckverlust in der Entstippungsvorrichtung auf effektive Weise entgegenwirken.
Im Ergebnis kann der Durchsatz bei gleichem Druckverlust erhöht oder aber der Druckverlust bei gleichem Durchsatz gesenkt werden.
Um die Entstippungswirkung beim Übergang von der äußersten Zahnreihe des Stators zu den Räumelementen zu optimieren, sollten die Räumelemente etwa die gleiche Höhe wie die Zähne des Rotors haben und/oder der Abstand zwischen den Räumelementen und dem Behandlungswerkzeug des Stators 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm betragen.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn die maximale Höhendifferenz zwischen den Räumelementen und den Zähnen des Rotors zwischen –20 und 150% der Höhe der Zähne des Rotors liegt. Dies bedeutet, dass die Räumelemente die Zähne des Rotors um 150% der Zahnhöhe überragen können.
Damit die Räumelemente ihre volle Wirksamkeit entfalten können, sollte die Umfangsausdehnung der Räumelemente jeweils zwischen 1 und 150 mm, vorzugsweise zwischen 10 und 75 mm liegen.
Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Räumelemente jeweils eine der äußersten Zahnreihe des Stators gegenüberliegende Seitenfläche aufweisen, die sich in Umfangsrichtung zumindest über eine Zahnlücke des Stators erstreckt.
Für das Erreichen der wesentlichen Ziele ist es auch unter Beachtung des Aufwandes ausreichend, wenn am Rotor zwischen 2 und 16, vorzugsweise zwischen 4 und 8 Räumelemente vorhanden sind.
Hinsichtlich der Entstippungswirkung hat es sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, wenn der Abstand zwischen den äußersten Zähnen des Stators und den Räumelementen zwischen 0,1 und 10, vorzugsweise zwischen 0,2 und 3 mm liegt.
Eine besondere Bedeutung kommt dabei auch der jeweils in Rotationsrichtung weisenden Seite der Räumelemente zu, da deren Gestaltung zusätzliche Wirkungen haben kann.
Falls die in Rotationsrichtung weisende Seite als vorzugsweise ebene Seitenfläche ausgebildet ist, so kann über eine Neigung derselben bezüglich der radial innen liegenden Seitenkante in Rotationsrichtung eine Rückströmung der Faserstoffsuspension in die vom Räumelement überstrichenen Zahnlücken der äußersten Zahnreihe erreicht werden, was einem Verstopfen der Zahnlücken entgegenwirkt und die Behandlungswahrscheinlichkeit der kleinen Stippen erhöht.
Für die Entstippung, wie auch zur Vermeidung von Verstopfungen kann es vorteilhaft sein, dass der senkrecht zur Rotationsachse liegende Querschnitt der Räumelemente polygonartig, vorzugsweise als Drei- oder Viereck, ausgebildet ist oder dass der senkrecht zur Rotationsachse liegende Querschnitt der Räumelemente runde Begrenzungen aufweist und vorzugsweise die Form eines Rotorflügels hat.
In Abhängigkeit von den Anforderungen und dem Aufwand kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest einige, vorzugsweise alle Räumelemente unlösbar mit dem Rotor verbunden, beispielsweise geschweißt sind und/oder zumindest einige, vorzugsweise alle Räumelemente lösbar mit dem Rotor verbunden, beispielsweise verschraubt sind.
Falls zumindest einige Räumelemente lösbar mit dem Rotor verbunden sind, so ergibt sich hierdurch die Möglichkeit, die Anzahl der Räumelemente des Rotors zu verändern.
Des Weiteren lässt sich bei lösbaren Verbindungen, insbesondere bei einer Verschraubung, der Abstand der Räumelemente zum Behandlungswerkzeug des Stators und/oder ihrer Ausrichtung am Behandlungswerkzeug des Rotors einfach verändern.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der beigefügten Zeichnung zeigt:
1: eine Draufsicht auf einen Rotor 2;
2: einen Teilquerschnitt durch den Behandlungsspalt zwischen Rotor 2 und Stator 3;
3: einen stark vergrößerten Ausschnitt um ein Räumelement 6 und
4a und 4b: anders gestaltete Räumelemente 6.
Das in 1 gezeigte Behandlungswerkzeug des antreibbaren Rotors 2 einer Entstippungsvorrichtung ist als Scheibe ausgebildet und besitzt in drei ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen 11 angeordnete Zähne 4. Zwischen den Zähnen 4 befinden sich Zahnlücken 5, durch die die Faserstoffsuspension 1, wie in 2 zu sehen, radial von innen nach außen strömt.
Zwischen den Zahnreihen 11 sind wiederum ringförmige Zwischenräume 10 vorhanden. An die äußerste Zahnreihe 11 des Rotors 2 schließt sich ebenfalls ein Zwischenraum 10, dem radial hier vier über den Umfang verteilt angeordnete Räumelemente 6 folgen.
Im Unterschied hierzu besitzt das ebenfalls als Scheibe ausgebildete Behandlungswerkzeug des Stators 3 keine Räumelemente 6, aber ebenfalls drei ringförmige Zahnreihen 11 mit dazwischen liegenden, ringförmigen Zwischenräumen 10.
Dabei sind die Zwischenräume 10 so angeordnet und dimensioniert, dass eine Zahnreihe 11 eines Behandlungswerkzeuges in einen ringförmigen Zwischenraum 10 des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges hineinreicht, wobei die radial äußerste Zahnreihe 11 vom Behandlungswerkzeug des Stators 3 gebildet wird.
Durch die Relativbewegung zwischen Rotor 2 und Stator 3 bilden sich beim Übergang zwischen einer rotierenden und einer feststehenden Zahnreihe 11 erhebliche Turbulenzen, die zu einer Entstippung führen. Dabei hat die Faserstoffsuspension 1 eine Stoffdichte zwischen 2 und 6% otro.
Der Spaltabstand zwischen den Behandlungswerkzeugen ist in der Regel zwischen 0,2 und 2 mm zu finden.
Beim Durchströmen der Zahnreihen 11 kommt es durch den ständigen Wechsel zwischen feststehenden und rotierenden Zahnreihen 11 zu einem erheblichen Druckverlust. Was leicht dazu führen kann, dass die im Allgemeinen radial nach außen kleiner werdenden Zahnlücken 5 verstopfen.
Um den Druckverlust zu vermindern und das Entstippungsergebnis zu verbessern, folgen der äußersten Zahnreihe 11 des Stators 3 noch mehrere über den Umfang verteilte Räumelemente 6 des Rotors 2.
Diese Räumelemente 6 versetzen die Faserstoffsuspension 1 in Rotation und bewirken damit eine Pumpwirkung, was den Druckverlust im Entstipper vermindert und die Gefahr des Verstopfens der Zahnlücken 5 mindert. Dabei werden die Zahnlücken 5 auf Grund der Druckdifferenzen durch die Räumelemente 6 freigespült.
Damit die Räumelemente 6 ihre volle Wirkung entfalten, haben diese etwa die gleiche Höhe wie die Zähne 4 des Rotors 2. Des Weiteren besitzen die Räumelemente 6 jeweils eine der äußersten Zahnreihen 11 des Stators 3 gegenüberliegende, ebene Seitenfläche 9, die sich in Umfangsrichtung geringfügig über eine Zahnlücke 5 des Stators 3 erstreckt. Die geringe Ausdehnung in Umfangsrichtung gewährleistet, dass die Räumelemente 6 den Strom der Faserstoffsuspension 1 nicht übermäßig behindern.
Der Abstand zwischen den äußersten Zähnen 4 des Stators 3 und den Räumelementen 6 liegt zwischen 0,2 und 3 mm.
Außerdem haben die Räumelemente 6, wie in 3 zu erkennen, jeweils eine in Rotationsrichtung 7 weisende, ebene Seitenfläche 8, die bezüglich der radial innen liegenden Seitenkante 9 in Rotationsrichtung 7 geneigt ist.
Durch diese Ausrichtung der vorderen Seitenkante 8 des Räumelementes 6 kann eine Rückströmung in die vom Räumelement 6 überstrichenen Zahnlücken 5 bewirkt werden, was einer Verstopfung derselben entgegenwirkt.
Die Räumelemente 6 können nach Bedarf radial oder koaxial fest oder lösbar mit dem Rotor 2 verbunden sein.
Bei der lösbaren Verbindung sind nicht nur Anzahl und Lage, sondern auch Höhe und Ausrichtung der Räumelemente 6 veränderbar.
Auch hinsichtlich der Form der Räumelemente 6 sind Anpassungen an die Gegebenheiten und Anforderungen möglich.
So kann es, wie in 4a dargestellt, vorteilhaft sein, wenn der senkrecht zur Rotationsachse des Rotors 2 liegende Querschnitt der Räumelemente 6 dreieckig ist oder, wie in 4b zu sehen, die Form eines Rotorflügels hat. In beiden Fällen vergrößert sich der Abstand zwischen der äußersten Zahnreihe 11 des Stators 3 und der dieser gegenüberliegenden Seitenfläche 9 entgegen der Rotationsrichtung 7. Im Ergebnis entsteht beim Überstreichen durch das jeweilige Räumelement 6 in den Zahnlücken 5 ein Unterdruck, was zum Freispülen der Zahnlücken 5 führt.

Claims

Entstippungsvorrichtung zum Auflösen von Stippen einer Faserstoffsuspension (1) mit einem Gehäuse, in welchem ein Behandlungswerkzeug eines antreibbaren Rotors (2) und ein Behandlungswerkzeug eines feststehenden Stators (3) angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge jeweils eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen (11) angeordnete Zähne (4) aufweisen, zwischen denen sich Zahnlücken (5) befinden, die von der Faserstoffsuspension (1) radial nach außen durchströmt werden, zwischen den Zahnreihen (11) ringförmige Zwischenräume (10) vorhanden sind, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe (11) eines Behandlungswerkzeuges in einen ringförmigen Zwischenraum (10) des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges hineinreicht und die radial äußerste Zahnreihe (11) vom Behandlungswerkzeug des Stators (3) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb der äußersten Zahnreihe (11) des Stators (3) ein oder mehrere Räumelemente (6) am Behandlungswerkzeug des Rotors (2) angeordnet sind.
Entstippungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Räumelemente (6) etwa die gleiche Höhe wie die Zähne (4) des Rotors (2) habe.
Entstippungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Höhendifferenz zwischen den Räumelementen (6) und den Zähnen (4) des Rotors (2) zwischen –20 und 150% der Höhe der Zähne (4) des Rotors (2) liegt.
Entstippungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Räumelementen (6) und dem Behandlungswerkzeug des Stators (3) 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm beträgt.
Entstippungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsausehnung der Räumelemente (6) jeweils zwischen 1 und 150 mm, vorzugsweise zwischen 10 und 75 mm liegt.
Entstippungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rotor (2) zwischen 2 und 16, vorzugsweise zwischen 4 und 8 Räumelemente (6) vorhanden sind.
Entstippungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den äußersten Zähnen (4) des Stators (3) und den Räumelementen (6) zwischen 0,1 und 10, vorzugsweise zwischen 0,2 und 3 mm liegt.
Entstippungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Räumelemente (6) jeweils eine der äußersten Zahnreihe (11) des Stators (3) gegenüberliegende Seitenfläche (9) aufweisen, die sich in Umfangsrichtung zumindest über eine Zahnlücke (5) des Stators (3) erstreckt.
Entstippungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Räumelemente (6) jeweils eine in Rotationsrichtung (7) weisende Seitenfläche (8) haben, die vorzugsweise bezüglich der radial innen liegenden Seitenkante in Rotationsrichtung (7) geneigt ist.
Entstippungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrecht zur Rotationsachse liegende Querschnitt der Räumelemente (6) polygonartig, vorzugsweise als Drei- oder Viereck, ausgebildet ist.
Entstippungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrecht zur Rotationsachse liegende Querschnitt der Räumelemente (6) runde Begrenzungen aufweist und vorzugsweise die Form eines Rotorflügels hat.
Entstippungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige, vorzugsweise alle Räumelemente (6) unlösbar mit dem Rotor (2) verbunden sind.
Entstippungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige, vorzugsweise alle Räumelemente (6) lösbar mit dem Rotor (2) verbunden sind.
Entstippungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige, vorzugsweise alle Räumelemente (6) bezüglich ihres Abstandes zum Behandlungswerkzeug des Stators (3) veränderbar sind.
Entstippungsvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige, vorzugsweise alle Räumelemente (6) bezüglich ihrer Ausrichtung am Behandlungswerkzeug des Rotors (2) veränderbar sind.