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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mahlung von Fasern in wässriger Suspension, bei dem die Fasern in mehreren Mahlspalten mechanisch beansprucht werden, wobei die Mahlspalte jeweils von zwei relativ zueinander bewegten und gegeneinander positionierten Mahlflächen gebildet werden, von denen zumindest eine Mahlfläche um eine Achse rotiert.
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Es ist seit langem bekannt, Zellstofffasern, d. h. Frischzellstoff und/oder Altpapierfasern zu mahlen, um bei der daraus hergestellten Faserstoffbahn die gewünschten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Festigkeit, Formation und Oberfläche erreichen zu können.
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Bei den dabei in der Regel zum Einsatz kommenden Refinern werden die Mahlleisten Messer genannt und die Mahlflächen von Mahlgarnituren mit den Mahlleisten und den dazwischenliegenden Nuten gebildet.
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Die Refiner können als Scheibenrefiner, Zylinderrefiner oder Kegelrefiner ausgebildet sein.
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Für das Erreichen der gewünschten Fasereigenschaften, insbesondere des Mahlgrades und der Faserlänge müssen die Mahlgarnituren dem zu behandelnden Faserstoff bestmöglich angepasst werden. Hierzu sind die sekündliche Kantenlänge, der Schnittwinkel sowie die spezifische Kantenlast auf das Mahlungsziel abzustimmen. Dabei soll aber auch ein übermäßiger Verschleiß der Garnituren verhindert werden.
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Ein beträchtlicher Teil der Betriebskosten rührt bei der Mahlung von den Energiekosten her, weshalb eine möglichst effiziente Mahlung angestrebt wird.
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Problematisch ist diese Anpassung jedoch vor allem bei der Behandlung von langfaserigen Stoffen, die aus Formations- oder Festigkeitsgründen definiert gekürzt werden sollen, da deren Anteil an Langfasern erheblich schwanken kann.
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Die Verwendung von Mahlgarnituren mit mittlerem Schnittwinkel der Messer stellt einen Kompromiss zwischen schneidender und fibrillierender Mahlung dar. Dabei können zufriedenstellende Ergebnisse jedoch nur in einem sehr begrenzten Arbeitsbereich erreicht werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer möglichst effizienten und energieoptimierten Mahlung, die über einen möglichst weiten Arbeitsbereich eine konstante Faserqualität zur Verfügung stellt.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Drehzahl wenigstens einer rotierenden Mahlfläche in Abhängigkeit von zumindest einem Parameter einer aus den Fasern hergestellten Faserstoffbahn gesteuert wird.
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Über die Drehzahl der Mahlfläche kann die sogenannte Kantenbelastung bei den Mahlgarnituren und damit der Grad der Kürzung der Fasern während der Mahlung effektiv beeinflusst werden.
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Die spezifische Kantenbelastung nach Brecht und Siewert stellt eine weltweit anerkannte Messung für die Mahlintensität dar. Sie ist der Quotient aus reiner Mahlleistung und der sekündlichen Kantenlänge. Die reine Mahlleistung selbst ist die Differenz aus der gesamten Mahlleistung und der Pumpleistung (Leerlaufleistung in Wasser)
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Je höher die Kantenbelastung umso stärker werden die Fasern gekürzt, während eine geringere Kantenbelastung einen verstärkt fibrillierenden Effekt hat. Über eine Erhöhung der Drehzahl kann die Kantenbelastung gesenkt und über eine Verminderung der Drehzahl gesteigert werden.
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Dementsprechend kann es von Vorteil sein, wenn der Parameter zur Steuerung der Drehzahl die Formation der Faserstoffbahn ist. Soll die Formation der Faserstoffbahn verbessert werden, so muss die Kürzung der Fasern verstärkt werden, was durch eine Verringerung der Drehzahl auf effiziente Weise möglich ist. Alternativ oder in Verbindung damit kann es ebenso vorteilhaft sein, wenn der Parameter zur Steuerung der Drehzahl die Festigkeit der Faserstoffbahn ist. Allerdings ist zu beachten, dass die Formation ebenfalls Einfluss auf die Festigkeit hat.
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Falls die Festigkeit und die Formation der Faserstoffbahn zur Steuerung der Drehzahl herangezogen werden, so sind Optimierungen vorzunehmen, wobei ein Parameter den Vorrang haben kann.
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So können bei Überschreiten einer vorgegebenen Festigkeit beispielsweise die Drehzahl und damit auch die Festigkeit zugunsten einer verbesserten Formation etwas abgesenkt werden.
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In entsprechender Weise kann bei Überschreitung einer vorgegebenen Formationsqualität die Drehzahl erhöht und damit auch die Formation zugunsten einer erhöhten Festigkeit verschlechtert werden.
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Unabhängig von oder in Verbindung mit den Parametern der Faserstoffbahn kann die Mahlung auch in Abhängigkeit von der durchschnittlichen Faserlänge vor und/oder nach der Mahlung gesteuert werden. In diesem Fall sollte die Drehzahl wenigstens einer rotierenden Mahlfläche in Abhängigkeit von der durchschnittlichen Länge der Fasern vor und/oder nach der Mahlung gesteuert werden.
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Auch hier gilt, wie oben bereits ausgeführt, dass über eine Erhöhung der Drehzahl die Intensität der Kürzung der Fasern vermindert und über eine verringerte Drehzahl die Kürzung verstärkt werden kann.
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Dies erlaubt es auf sehr effektive Weise auf Schwankungen bei dem zu behandelnden Faserstoff oder die erforderlichen Parameter des behandelten Faserstoffs zu reagieren.
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Damit die Veränderung der Drehzahl sich entsprechend stark auf den Grad der Kürzung der Fasern auswirkt, sollte in dem Spalt mit der drehzahlgesteuerten Mahlfläche zumindest überwiegend eine die Länge der Fasern verringernde schneidende Mahlung erfolgen. Der Schnittwinkel bei den überstreichenden Schneidkanten der gegenüberliegenden Mahlflächen ist hierzu vorzugsweise kleiner als 20°.
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Zur Begrenzung des Aufwandes sollte wenigstens ein Mahlspalt von nicht-drehzahlgesteuerten Mahlflächen gebildet werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn in dem Mahlspalt mit den nicht-drehzahlgesteuerten Mahlflächen zumindest überwiegend eine, die Oberfläche der Fasern vergrößernde fibrillierende Mahlung erfolgt.
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Um zu erreichen, dass die Mahlung eine überwiegend fibrillierende Wirkung hat und das Schneiden der Fasern in den Hintergrund rückt, sollte der Schnittwinkel bei den überstreichenden Schneidkanten der gegenüberliegenden Mahlflächen vorzugsweise zwischen 40 und 70° liegen.
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Zwecks Begrenzung des Aufwandes ist es des Weiteren von Vorteil, wenn auf einen Mahlspalt mit drehzahlgesteuerter Mahlfläche ausschließlich Mahlspalte mit nicht-drehzahlgesteuerten Mahlflächen folgen und die Suspension nur durch einen Mahlspalt mit drehzahlgesteuerter Mahlfläche geführt wird.
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Unabhängig davon wie viele Mahlspalte drehzahlgesteuert sind, sollten auf einen Mahlspalt mit zumindest überwiegend schneidender Mahlung ausschließlich Mahlspalte mit zumindest überwiegender fibrillierender Mahlung folgen.
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Durch die Kürzung der Fasern kann die Nutbreite bei der folgenden fibrillierenden Mahlung um ca. 10% reduziert werden. Dies wiederum wirkt sich positiv auf die übertragbare Leistung bei der fibrillierenden Mahlung aus. Bei gleicher übertragbarer Leistung sind Festigkeitssteigerungen zu erwarten.
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Die umfassenden Vorteile kann das beanspruchte Verfahren insbesondere bei der Langfasermahlung zeigen.
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Im Ergebnis ermöglicht das Verfahren eine Steuerung der Mahlung in einem breiten Produktions-Betriebsfenster und bei möglichst geringem Energieeinsatz ohne dass eine Mahlgarnitur gewechselt werden muss.
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Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
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In der beigefügten Zeichnung zeigt:
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1: einen Teilquerschnitt durch einen Scheibenrefiner;
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2: eine Teildraufsicht auf eine Mahlgarnitur;
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3: den Schnittwinkel 7 zwischen zwei gegenüberliegenden Mahlleisten 5 und
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4: eine Mahlanordnung für Langfasern.
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Der Scheibenrefiner gemäß 1 wird von einem feststehenden Stator 8 und einem um eine Rotationsachse 4 rotierenden Rotor 9 gebildet. Während am Stator 8 eine Mahlgarnitur zur Bildung der nicht-rotierenden Mahlfläche 3 lösbar über Schrauben befestigt ist, ist am Rotor 9 eine anders gestaltete Mahlgarnitur zur Bildung der rotierenden Mahlfläche 3 lösbar befestigt.
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Dabei verlaufen die beiden kreisförmigen Mahlflächen 3 zur Bildung des Mahlspaltes 2 parallel zueinander.
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Beide Mahlgarnituren besitzen auf der Seite ihrer Mahlflächen 3 eine Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden Mahlleisten 5, so dass die Mahlflächen 3 von diesen Mahlleisten 5 und den dazwischenliegenden Nuten 6 gebildet werden.
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Die zu mahlende Fasersuspension 1 gelangt bei dem hier gezeigten Beispiel durch das Zentrum des Stators 8 in den Mahlspalt 2 zwischen den beiden Mahlgarnituren.
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Die Fasersuspension 1 passiert die zusammenwirkenden Mahlflächen 3 radial nach außen.
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Nicht dargestellt sind die an sich bekannten Mittel, mit denen eine Kraft erzeugt wird, um die beiden Mahlgarnituren gegeneinander zu drücken.
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Der Querschnitt der Mahlleisten 5, auch Messer genannt, ist im Allgemeinen, wie in 2 gezeigt, rechteckig, wobei es aber auch andere Formen gibt. Die Oberseite dieser Mahlleisten 5, also die die Mahlkanten tragenden Flächen, die die jeweilige Mahlgarnitur in Richtung Gegengarnitur abschließen, liegen in der Radialebene.
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Die zwischen den Mahlleisten 5 verlaufenden Nuten 6 haben ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt und dienen als Strömungskanäle für die Fasersuspension 1. Die Nuttiefe beträgt meist zwischen 2 und 20 mm.
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Der Schnittwinkel 7 ergibt sich, wie in 3 zu sehen, wenn die bezüglich der Rotationsachse 4 axial gegenüberliegenden Mahlkanten 5 bei der Rotation der Mahlfläche 3 aneinander vorbeibewegt werden. Von der Größe des Schnittwinkels 7 hängt es ab, ob die Mahlung vorwiegend schneidend oder fibrillierend, d. h. die Oberfläche der Fasern vergrößernd wirkt.
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Außerdem kann die Mahlung noch von der Form und dem Verlauf der Mahlkanten 5, der Nutbreite sowie dem Abstand zwischen den Mahlflächen 3 beeinflusst werden.
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Bei der Mahlung einer Langfaserfraktion kann mit Vorteil die in 4 dargestellte Mahlanordnung zum Einsatz gelangen.
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Hierbei ist wesentlich, dass auf einen Refiner 11 mit vorwiegend schneidender Mahlung mit beispielsweise einem Schnittwinkel 7 von ca. 4° zwei Refiner 12, 13 mit vorwiegend fibrillierender Mahlung und zum Beispiel einem Schnittwinkel 7 von ca. 60° folgen. In dem schneidenden Refiner 11 werden die langen Fasern bereits soweit vorgekürzt, dass die Nutbreite in den folgenden fibrillierenden Refinern 12, 13 gegenüber vergleichbaren Ausführungen um ca. 10% kleiner, beispielsweise 4 mm gewählt werden kann. Dies kann zur Erhöhung der Leistung dieser Refiner 12, 13 oder für das Erreichen höherer Festigkeiten einer aus den Fasern hergestellten Faserstoffbahn genutzt werden.
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Während über den ersten Refiner 11 der Grad der Kürzung der Fasern bestimmt wird, sind die beiden folgenden Refiner 12, 13 wesentlich für das Erreichen der geforderten Festigkeit der Faserstoffbahn verantwortlich.
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Um den Grad der Kürzung der Fasern steuern zu können, besitzt der erste Refiner 11 einen drehzahlgesteuerten Antrieb 14. Dieser Antrieb 14 kann über eine Steuerung 15 in Abhängigkeit von der Beschaffenheit, insbesondere der durchschnittlichen Länge der Fasern vor und/oder nach der Mahlung und/oder von Parametern der aus den Fasern hergestellten Faserstoffbahn gesteuert werden.
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Als Paramater der in der folgenden Papiermaschine 16 hergestellten Faserstoffbahn eignen sich insbesondere die Festigkeit und die Formation.
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Die beiden folgenden Refiner 12, 13 werden mit einem normalen Antrieb ohne Drehzahlsteuerung betrieben, was die Kosten minimiert.
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Sollen hierbei die Fasern stärker gekürzt werden, so muss die Kantenbelastung erhöht, d. h. die Drehzahl gesenkt werden. Analog erfordert eine verminderte Kürzung eine erhöhte Drehzahl des Antriebs 14.
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Da sich die Länge der Fasern auch auf die Festigkeit und die Formation einer daraus hergestellten Faserstoffbahn auswirken, können über die Drehzahl bei der schneidenden Mahlung auch diese Parameter effektiv beeinflusst werden.
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Die Erfindung ermöglicht es die gewünschte Faserstoffeigenschaften (Faserlänge, Grad der Fibrillierung) über einen großen Produktionsbereich konstant zu halten.
