DE102013114386A1

DE102013114386A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Gras für die Herstellung von Papier, Pappen und Karton

Info

Publication number: DE102013114386A1
Application number: DE102013114386.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Creapaper GmbH
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-18
Also published as: CN106133238A; PL3084070T3; LT3084070T; ES2742335T3; EP3084070B1; US20170022662A1; PT3084070T; SI3084070T1; DK3084070T3; EP3084070A1; CY1121840T1; HUE045087T2; US10196775B2; WO2015091627A1; HRP20191316T1; CN106133238B; RS59242B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu als Papierfaserstoff mit den Schritten der Vorzerkleinerung des Grases oder Heus mit einem Ballenauflöser und/oder Häcksler auf eine durchschnittliche Faserlänge zwischen 500 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 120 mm und 10 mm, der Entfernung von Verunreinigungen und Fremd- bzw. Störstoffen mittels eines Zyklons, der Zerkleinerung und fibrillierenden Mahlung des Grases oder Heus in einer Fasermühle, des Zerfaserns des Grases oder Heus und dem Sichten und/oder Sieben des Grases oder Heus mittels eines Umluftseparators und/oder einer Wirbelstromsiebmaschine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu für den Einsatz als Ersatzfaserstoff, vorzugsweise in der Papierindustrie.
Verfahren zur Aufbereitung von Heu oder Gras für den Einsatz in der Papierindustrie sind bekannt. Dabei wird Gras unter anderem als Füllstoff für die Papierherstellung verwendet. Hierzu wird das Gras getrocknet und soweit zerkleinert, dass es keinen wesentlichen Beitrag zur Festigkeit bei der Blattbildung beitragen kann, aber als kostengünstiger organischer Füllstoff sowohl die Oberflächeneigenschaften als auch die Opazität, d. h. die Lichtdichtigkeit des Papierblattes, positiv beeinflusst.
Der Bereich der Papierherstellung umfasst ein großes Spektrum und umfasst u. a.:

• Sehr feine Papiere im Bereich der Hygienepapiere mit Grammaturen von 17 Gramm pro Quadratmeter (g/m²);
• Graphische Papiere mit Grammaturen von 60 bis 350 g/m² für die Herstellung von z. B. Broschüren;
• Braune Papiersorten mit Grammaturen von 120 bis 600 g/m² zur Herstellung von Kartonagen und Verpackungen;
• Schwere, einlagige Pappen mit Grammaturen von 500 bis zu 1400 g/m².

Als Rohstoff wird in der Papierherstellung meist Zellstoff, Altpapier oder auch eine Kombination aus beiden verwendet (in geringen Mengen auch noch Holzschliff).
Ausgehend von diesen verfügbaren Faserstoffen besteht der Wunsch, weitere Faserstoffe bei der Herstellung von Papier einsetzen zu können. Hierzu könnte Gras oder Heu als dritter Rohstoff einen Beitrag leisten. Gras verfügt über alle grundsätzlichen Eigenschaften, die zur Zellstoffherstellung und damit für die Papierproduktion notwendig sind. Neben dem Einsatz der Rohstoffe werden je nach Anforderungen an das Papier und dem Herstellungsverfahren der Papierfabrik unterschiedlichste Stoffe zugefügt.
Wenn sich Gras oder Heu als zusätzlicher Rohstoff etablieren soll, muss sichergestellt werden, dass die Anforderungen an den Rohstoff zur Herstellung der jeweiligen Papiersorte erfüllt werden und ein Qualitätsstandard nachhaltig sichergestellt wird.
Darüber hinaus ist die Verarbeitung des Heus oder Gras in der Papierindustrie relativ schwierig, da der Rohstoff nur saisonal verfügbar ist und in seinen Qualitätseigenschaften insbesondre in Bezug auf die Zusammensetzung und Trockengehalt sehr großen Schwankungen unterworfen ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Faserstoff für die Papier-Pappen- und/oder Kartonherstellung bereit zu stellen, der wenigstens einen Teil der im Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu weist wenigstens folgende Schritte auf:

a) Vorzerkleinerung des Gras oder Heus mit einem Ballenauflöser und/oder Häcksler auf eine durchschnittliche Faserlänge zwischen 500 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 120 mm und 10 mm;
b) Entfernung von Verunreinigungen und Fremd- bzw. Störstoffen mittels eines Zyklons;
c) Zerkleinerung und fibrillierende Mahlung des Grases oder Heus in einer Fasermühle;
d) Zerfasern des Grases oder Heus;
e) Sichten und/oder Sieben des Grases oder Heus mittels eines Umluftseparators und/oder einer Wirbelstromsiebmaschine.

Dabei erfolgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Vorzerkleinerung mittels einem Ballenauflöser und/oder Häcksler. Dabei kann die Vorzerkleinerung zum Beispiel in einem sogenannten Mahlbottich erfolgen, wobei das Heu oder Gras vorzugsweise auf eine durchschnittliche Länge zwischen 120 mm und 10 mm zerkleinert wird. Diese Zerkleinerung erfolgt ferner bevorzugt durch Schneiden der Fasern, zum Beispiel mittels eines Messerrotors, auf die gewünschte durchschnittliche Länge.
Für eine verbesserte Verarbeitung des Grases oder Heus sollte die ernteübliche Schnittlänge des Grases oder Heus vorzugsweise nicht mehr als 120 mm bis 100 mm betragen und der Feuchtegehalt des Heus sollte bei der Verarbeitung zwischen größer 0% und 15% liegen. Besonders bevorzugt liegt der Feuchtegehalt zwischen 8% und 10%. Ferner sollte das Heu frei von Schimmel und Schimmelsporen sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Gras durch Schneiden und Ernten von Wiesengras, Sport- und/oder Gebrauchsrasen bereitgestellt, wobei sich insbesondere bei Wiesen der zweite oder jeder weitere Schnitt besonders gut eignet, da hierbei die Tendenz zur Knotenbildung reduziert ist. Es liegt aber auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, Süß- und/oder Sauergras aus dem ersten Schnitt der Weiterverarbeitung zuzuführen, wobei sich dann der Aufwand beim Schneiden und/oder Mahlen ggf. erhöhen kann. Ferner weist solches Gras einen höheren Eiweißanteil auf und ist aus diesem Grund bevorzugtes Futtermittel für Tiere. Die Bereitstellung von Gras, bzw. in der getrockneten Form von Heu, ist heutzutage normaler Bestandteil eines landwirtschaftlichen Betriebs. Dabei wird das Gras nach dem Mähen und Trocknen in unterschiedlich große Ballen gepresst und trocken gelagert.
Die Entfernung von Verunreinigungen und Fremd- bzw. Störstoffen erfolgt erfindungsgemäß mittels eines Zyklons, innerhalb welchem mittels Luftstrom aus dem Heu Verunreinigungen und Fremdstoffe wie Erde, Sand und Steine, Metallgegenstände, Plastikteile und Folien, Holz, Glas und Feinstaub entfernt werden. Neben der Ausschleusung von Feststoffen erfolgt in diesem Verfahrensschritt eine Entstaubung der Förderluft durch Filter, wobei der dort aufgefangene Feststoff (Staub) dem Heu, also dem Gutstoff wieder zurückgeführt wird.
Nach der Entfernung von Verunreinigungen und Fremd- bzw. Störstoffen wird der Faserstoff vorzugsweise mittels pneumatischer Fördereinrichtungen der Zerkleinerung und fibrillierenden Mahlung in einer Fasermühle zugeführt. Hierbei erfolgt die Zerkleinerung und fibrillierende Mahlung des Grases oder Heus vorzugsweise in einer Hammermühle für grobe Faserlängen, in einer Kollermühle für mittlere Faserlängen und/oder in einer Feinmühle für kurze Faserlängen. Dabei haben gemäß der vorliegenden Erfindung grobe Faserlängen eine durchschnittliche Faserlänge zwischen 10 mm und 3 mm, mittlere Faserlängen eine durchschnittliche Faserlänge zwischen 3 mm und 0,5 mm und kurze Faserlängen eine durchschnittliche Faserlänge kleiner 0,5 mm.
Entsprechend einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform weist die Kollermühle wenigstens eine, vorzugsweise drei Kollerrollen auf, welche den Faserstoff gegen eine Matrize, insbesondere eine Lochmatrize, kontinuierlich vermahlen. Darüber hinaus kommen bei den unterschiedlichen Mahlaggregaten auch unterschiedliche Matrizen bzw. Siebe zum Einsatz, mit welchen sich auch die Faserlänge beeinflussen lässt.
Der so gemahlene Faserstoff wird anschließend zerfasert, so dass die durch die Mahlung hervorgerufene Kompaktierung des Faserstoffes gelöst wird und die Fasern möglichst vereinzelt werden. Dieser Schritt ist notwendig, um den Faserstoff in der nachfolgenden Verfahrensstufe sichten bzw. sieben zu können, da ansonsten eine Trennung in unterschiedliche Faserlängen nicht möglich ist. Dabei erfolgt das Zerfasern und/oder das Vereinzeln der Fasern nach der Mahlung vorzugsweise mittels Profilwalzen. Hierbei wird eine Walzenstuhlung mit zum Beispiel zwei gegenüberliegenden Profilwalzen verwendet, durch deren Walzenspalt der Faserstoff geführt wird und die kompaktierten Faserstoffklumpen in einzelne Fasern aufgetrennt werden.
Nach dem Zerfasern des Grases oder Heus kann mittels des Sichtens und/oder Siebens des Grases oder Heus eine Aufteilung des Faserstoffs in wenigsten drei Faserlängenfraktionen mittels Umluftseparator und/oder Wirbelstromsiebmaschine erfolgen, wobei die grobe Fraktion eine durchschnittliche Faserlägen zwischen 10 mm und 3 mm, die mittlere Fraktion eine durchschnittliche Faserlänge zwischen 3 mm und 0,5 mm und die kurze Fraktion eine durchschnittliche Faserlänge kleiner 0,5 mm aufweist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nach der Entfernung von Verunreinigungen das vorzerkleinerte und gereinigte Gras oder Heu in einem Lagerbehälter zwischengelagert, bevor es der weiteren Zerkleinerung bzw. Mahlung zugeführt wird. So ein Vorratsbehälter kann beispielsweise ein Fassungsvermögen von mehreren Kubikmetern aufweisen und dient unter anderem zur Pufferung und einer kontinuierlichen Versorgung der Mahlstufe. Die Entnahme des Faserstoffs aus dem Vorratsbehälter kann darüber hinaus mittels einer Entnahmeschnecke erfolgen, wobei der Transport des Faserstoffs vorzugsweise nach der Entnahme des Faserstoffs mittels einer pneumatischen Fördereinrichtung erfolgt.
Die Zuführung des vorgeschnittenen und gereinigten Grases oder Heus in die Hammermühle, Kollermühle und/oder Feinmühle erfolgt gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels einer Material-Dosierschnecke. Bei der Auswahl des Mahlaggregates wie der Hammermühle, Kollermühle und/oder Feinmühle ist ferner zu berücksichtigen, dass diese nicht nur die Faserlängen kürzen, sondern auch die Oberfläche der Gras- oder Heufasern derart erhöhen, dass eine verbessertes Festigkeitspotential bereit gestellt wird. Diese Oberflächenvergrößerung der Fasern wird insbesondere auch mittels einer defibrillierenden Mahlung der vorbezeichneten Mahlaggregate erzielt.
Entsprechend einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Faserstoff bzw. das Gras oder Heu nach dem Sichten und/oder Sieben des Grases oder Heus mittels einer Pellet-Presse pelletiert.
Dabei wird vorzugsweise nur der Gutstoff nach dem Sichten und/oder Sieben pelletiert und ggf. eine vorgegebene Grobfraktion ausgeschleust und vorzugsweise in einer separaten Befüllstation abgepackt.
Der Transport des Gut- und/oder Grobstoffs erfolgt nach dem Sichten und/oder Sieben des Grases oder Heus vorzugsweise mittels einer Förder- und/oder Mischschnecke. Hierbei besteht auch die Möglichkeit, dass nach dem Sichten und/oder Sieben und vor dem Pelletieren unterschiedliche Faserlängenfraktionen insbesondere grobe, mittlere und/oder kurze Faserlängen des Grases oder Heus in vorgegebenen Anteilen gemischt werden.
Um eine gute Kompaktierung der zu erzeugenden Faserstoffpellets zu erreichen, wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Gras oder Heu mittels eines Wasserdosiersystems befeuchtet. Die Herstellung der Pellets erfolgt ferner mit einer Pelletpresse, bei welcher der Faserstoff mittels wenigstens einer Kollerrolle durch eine Matrize, insbesondere eine Lochmatrize, zur Erzeugung der Pellets gedrückt wird. Die Pellets weisen vorzugsweise eine zylindrische Grundform auf, deren ungefährer Kreisdurchmesser zwischen 40 mm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 20 mm und 3 mm, insbesondere zwischen 10 mm und 4 mm, bevorzugt bei etwa 8 mm oder 4 mm liegt. Die entsprechend geformten Pellets werden anschließend aus der Pelletpresse mittels einer Zellradschleuse ausgeführt und in einer Befüllstation, vorzugsweise in Big Bags abgepackt.
Aufgrund der sehr staubträchtigen Verarbeitung des Gas oder Heus wird das Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu mittels einer Vorrichtung ausgeführt, die insbesondere in Bezug auf die Staubentwicklung explosionsgeschützt ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst neben dem vorstehend beschriebenen Verfahren für die Aufbereitung des Grases oder Heus insbesondere auch die Verwendung des entsprechenden Faserstoffs für die Herstellung von Papier, Pappen und/oder Karton.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines exemplarischen Beispiels erörtert, wobei darauf hinzuweisen ist, dass durch dieses Beispiel Abwandlungen beziehungsweise Ergänzungen wie sie sich für den Fachmann unmittelbar ergeben mit umfasst sind. Darüber hinaus stellen die bevorzugten Ausführungsbeispiele keine Beschränkung der Erfindung dar, so dass auch Abwandlungen und Ergänzungen im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen.
Dabei zeigen:
1 eine Verfahrensmatrix zur Darstellung der möglichen Verfahrensschritte zur Aufbereitung von Gras oder Heu und
2 die Verfahrensmatrix aus 1 mit den zusätzlichen Anforderungen an das Gras bzw. Heu bei der Ernte.
Im Rahmen der bisherigen Untersuchungen wurde insbesondere handelsübliches Heu von einem landwirtschaftlichen Betrieb verwendet und mit einer Maschine, die für die Herstellung von Holzpellets geeignet, ist zu Graspellets verarbeitet. Dabei war eine Reinigung des Heus nicht möglich und der Schnitt auf 6 mm begrenzt. Darüber hinaus wurden die unterschiedlichen Anforderungen in der Papierherstellung analysiert und daraus resultierend die Anforderungen an die Gras- oder Heufasern definiert. D. h. je nach Papierart (Pappe, graphisches Papier oder Hygienepapiere) müssen unterschiedliche Eigenschaften der Gras- oder Heufasern im Herstellungsprozess erzielt werden.
Grundsätzlich beziehen sich diese Eigenschaften auf:

– Beseitigung von Verunreinigungen und Fremdstoffen und Sicherstellung eines festgelegten Reinheitsgrades.
– Beseitigung von Feinstaub zur Reduzierung der Anteile, die im Papier als Füllmaterial wirken und somit die technischen Eigenschaften verändern.
– Schneiden/zerkleinern der Halme auf die jeweils erforderliche Länge gemäß den Anforderungen zur Papierherstellung.
– Mahlen der Halme zur Vergrößerung der Oberflächenstruktur der Faser gemäß den Anforderungen zur Papierherstellung.
– Sicherstellung der Faserlängenverteilung innerhalb einer definierten Fraktion.
– Sicherstellung eines gleichbleibenden Qualitätsstandards.

Weitere Ziele – die im Rahmen der Herstellung erreicht werden sollen – sind u. a.:

– Verdichtung auf Pellets für eine einfachere Lagerhaltung,
– Abfüllung in Papiersäcke, Big Bags oder einem Silo für eine einfache Zuführung in der Herstellung von Papier und
– Reduzierung des Volumens zur Reduzierung der Transportkosten.

Hieraus ergibt sich, dass die Grundlagen für das Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu zum Einsatz bei der Papier-, Pappen- oder Kartonherstellung die Anforderungen sind, welche vom Endnutzer an das Endprodukt, d. h. dem Papier, gestellt werden. Die Ausgangssituation ist dabei ferner durch die Qualität und den Zustand des aufzubereitenden Heus bestimmt.
Soll beispielsweise das Papier eine hohe Reißfestigkeit aufweisen, so darf eine bestimmte Faserlänge nicht unterschritten werden, um das Festigkeitspotential des Faserstoffes möglichst gut auszunützen. Unterschiedliche Eigenschaften des Gras- oder Heufaserstoffes können durch entsprechende Verfahrensschritte erzielt werden.
Dabei zeigt die 1 in drei Spalten den verfahrenstechnischen Vorgang bzw. die einzusetzende Technik für die Aufbereitung von Gras oder Heu unter Berücksichtigung der wesentlichen Anforderungsparameter bei der Papierherstellung an den einzusetzenden Faserstoff.
Gras ist ein Rohstoff, der in großen Mengen und vor allem regional zur Verfügung steht. Gras wächst schnell und kann demzufolge in Mitteleuropa in zwei bis fünf Schnitten pro Jahr geerntet werden.
Das Verfahren umfasst dabei die Aufbereitungsschritte wie zerkleinern, reinigen, schneiden, mahlen, sichten, sieben, befeuchten und pelletieren. Es ist nicht zwingend notwendig, alle Verfahrensschritte bei der Aufbereitung des Faserstoffes einzusetzen und es ist ferner auch möglich, die einzelnen Verfahrensschritte unterschiedlich miteinander zu kombinieren. Darüberhinaus ist es auch möglich, innerhalb des einzelnen Verfahrensschrittes die Zielgrößen entsprechend dem Anforderungsprofil für die Papierherstellung anzupassen. So kann zum Beispiel beim Schneiden des Faserstoffes dieser lang, mittel oder kurz geschnitten werden oder im Rahmen der Mahlung weiter gekürzt oder fibrillierend aufbereitet werden. So unterscheiden sich die beiden Verfahrensschritte des Schneidens und des Mahlens grundsätzlich voneinander, so dass sich die zu erzeugende Qualität des Faserstoffes in einem weiten Bereich beeinflussen lässt.
Als Aggregate für die Durchführung der oben genannten Verfahrensschritte stehen u. a. Häcksler, Zyklon, Hammermühlen, Kollermühlen, Feinmühlen, Windsichter, Siebe, Befeuchter und Pelletpressen zur Verfügung.
Die Anforderungen in der Papierherstellung hängen im Wesentlichen von der jeweiligen Verwendung des Papiers ab. Dabei werden folgende Kernanforderungen unterschieden:

– Grammatur/Gewicht pro m² – Erhöht die Festigkeit und die Opazität
– Volumen – Es soll ein stärkeres Material/dickeres Papier hergestellt werden
– Reißfestigkeit – Wichtig für Papiere mit einer starken Beanspruchung
– Stabilität, Biegsamkeit – Wichtig bei der Herstellung von Kartonagen und Verpackungen
– Bedruckbarkeit – Erfordert eine glatte Oberfläche

Diese Anforderungen sollen auch bei dem Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu sichergestellt werden und können im Einzelnen wie folgt erreicht:

– Grammatur/Flächengewicht – Die natürliche Eigenschaft von Gras oder Heu führt zu einem höheren Volumen. Damit kann, wenn erforderlich, das Gewicht/die Grammatur bei gleichbleibenden Eigenschaften reduziert werden. Die Opazität erhöht sich mit dem Anteil des zugeführten Gras oder Heuanteils bis hin zur ”Undurchsichtigkeit”. – So erfordert ein niedriges Flächengewicht eine sehr homogene Faserstoffverteilung, für welche der Faserstoff neben dem Faserlangstoff auch ausreichend Kurzfasern aufweisen muss, um die gewünschte Faserstoffverteilung und Homogenität im Papier zu erreichen.
– Volumen – Neben der natürlichen Eigenschaft wird das Volumen durch eine Vergrößerung der Oberflächenstruktur, d. h. durch Mahlen der Gräser, erreicht.
– Reißfestigkeit – Die Reißfestigkeit ist von der Faserlänge bzw. der Faserlängenverteilung abhängig. Die Faserlänge (mm) wird durch das Schneiden in der entsprechenden Mühle erzielt. – Je nach eingesetzter Mühle oder der Kombination von mehreren Mühlen entstehen Grasfasern mit kurzer, mittlerer oder großer Länge. – Soll der Anteil einer bestimmten Faserlänge und damit die Reißfestigkeit des Papiers möglichst hoch sein, so erreicht man dieses durch ein anschließendes Sieben bzw. Ausschleusen des Feinstoffs. – Die Reißfestigkeit des Papiers wird im Wesentlichen durch die durchschnittliche Länge der Gras- oder Heufasern bestimmt, wobei neben der tatsächlichen Länge auch die für die festigkeitsbildende Oberfläche entscheidend ist. Diese Oberfläche wird neben der tatsächlichen Länge der Faser beim Schneiden durch die Mahlung beeinflusst. So kann mit einer fibrillierenden Mahlung die bindungsaktive Oberfläche der Fasern erheblich vergrößert werden. Dies erfolgt im Wesentlichen durch die ”Freilegung” der bildungsaktiven Fasern aus dem äußeren Bereich des Faserverbands.
– Stabilität, Biegesteifigkeit – Die geforderte Stabilität bzw. Biegesteifigkeit wird durch die entsprechende Faserlänge und Oberflächenstruktur der Gras- oder Heufasern erzielt.
– Bedruckbarkeit – Die Bedruckbarkeit erfordert eine glatte Oberfläche, die frei von Unebenheiten ist. Dazu ist ein guter Reinigungsprozess sowie möglichst kurze und einheitliche Fasern erforderlich. Die einheitliche Faser wird durch eine Windsichtung mit anschließendem Sieben erzielt. – Bei der Bedruckbarkeit ist besonders die Papieroberfläche entscheidend. Diese muss unter Berücksichtigung des Druckverfahrens möglichst gleichmäßig und eben sein, so dass die Farbannahme und die Farbverteilung möglichst gleichmäßig erfolgt und damit ein ansprechendes Druckbild erzeugt werden kann. Ferner werden auch ggf. besondere Anforderungen an die Einbindung der Fasern in der Oberfläche gefordert, so dass ein Herauslösen der Fasern und damit ein Verschmutzen der Druckmaschine vermieden wird.

In der 2 ist die Darstellung aus 1 um die Komponente des Ausgangsrohstoffs, d. h. um das Gras oder Heu, ergänzt. Hierbei wird deutlich, dass aufgrund der jahreszeitlich bedingten Zusammensetzung und des Aufbaus des Grases vorzugsweise Gras ab dem zweiten Schnitt im Jahresablauf der Ernte verwendet werden soll, das frei von Schimmel sein soll, eine Restfeuchte von maximal 15% aufweisen soll und das eine ernteübliche Schnittlänge aufweist, welche zum Beispiel zwischen 0,1 mm und 500 mm liegt.
Dieses Gras bzw. Heu wird entsprechend der vorstehenden Beschreibung dem Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu für den Papierherstellungsprozess zugeführt.
Nachfolgend wird eine mögliche Konfiguration einer Anlage im Sinne eines Ablaufdiagramms dargestellt, die auf die Herstellung von ca. 2 t Gras- bzw. Heufasern pro Stunde ausgerichtet ist.

1. Zerkleinern der Heuballen durch einen Ballenauflöser und Häckseln in einem Mahlbottich auf eine Länge zwischen 1 und 12 cm für eine erste Vorzerkleinerung. Dieses Aggregat ist ausgerichtet auf eine Leistung von ca. 4 t Gras pro Stunde.
2. Zuführung zum Zyklon zwecks Entfernung von Verunreinigungen und Fremd- bzw. Störstoffen wie: • Erde, Sand und Steine • Metallgegenstände • Plastikteile und Folien • Holz • Glas • Feinstaub Neben der Ausschleusung von Feststoffen erfolgt eine Entstaubung der Förderluft durch einen Filter. Die hier aufgefangenen Feststoffe (Staub) werden dem Heu im Vorratsbehälter ggf. wieder zugeführt.
3. Auffangen des gereinigten Heus in einem Vorratsbehälter mit einem Fassungsvermögen von ca. 2,5 m³ zur Pufferung und einer kontinuierlichen Versorgung der Mühle und ggf. Befeuchtung bei einem Feuchtegehalt unter 8%.
4. Zuführung zur Mühle mit einer pneumatischen Fördereinrichtung.
5. Zuführung zur Zerkleinerung durch • eine Hammermühle für eine grobe Faserlänge • einer Kollermühle für eine mittlere Faserlänge • einer Feinmühle für eine kurze Faserlänge Durch den Einsatz unterschiedlicher Matrizen bzw. Siebe wird die Faserlänge bestimmt.
6. Zuführung zum Vermahlen • Die Mahlung erfolgt entweder während des Zerkleinerungsprozesses oder wenn erforderlich, in einem zusätzlichen Mahlvorgang. • Der jeweilige Mahlgrad entscheidet über die entsprechende Vergrößerung der Oberflächenstruktur.
7. Zuführung zur Windsichtung • Durch die Windsichtung werden unterschiedliche Fraktionen mit unterschiedlicher Korngrößenverteilung erzielt. Noch vorhandene Fremdkörper werden durch die Sichtung separiert.
8. Zuführung zum Sieben • Durch das Sieben wird eine weitere Verfeinerung der Fraktion mit weitgehend homogenen Korngrößen erzielt.
9. Zuführung zur Pelletierung • Verpressen der Grasfaser zu Graspellets. • Bei einem Feuchtegehalt unter 8% ist eine Befeuchtung erforderlich. • Ein Feuchtegehalt von 15% darf nicht überschritten werden, um ein Schimmeln zu vermeiden und die Lagerfähigkeit sicherzustellen, • Durch den Einsatz von unterschiedlichen Matrizen und den erzeugten Druck in der Presse wird die Festigkeit der Pellets festgelegt. Je geringer die Festigkeit, um so einfacher ist das Auflösen in der Papierherstellung.
10. Zuführung zur Abfüllung zum Beispiel • in Papiersäcke, • in Big Bags oder • in einen Silo

Versuchsanordnungen
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden im folgenden Versuche mit einer erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben.
Allgemeine Versuchsbeschreibung
Für alle hier beschriebenen Versuche wurde Heu verwendet, das in der Form von zwei gebündelten Heuballen angeliefert wurde. Dieses Ausgangsmaterial enthielt langfaseriges Heu, d. h. mit einer Faserlänge von 50 bis 80 mm, mit getrockneten Heufasern, einer Rohproduktfeuchte von 9,3% und einem Schüttgewicht von 0,07 kg/dm³. Das Fließverhalten kann als schwer fließend charakterisiert werden. Das Versuchsziel war die Herstellung von gleichmäßig langen Fasern mit der Kollermühle. Das gemahlene Heu soll später dem Papier zugemischt werden. Als Versuchsergebnis zeigte sich, dass das Heu sehr gut mit der Presse Typ 33-390 verarbeitet werden konnte. Die Presse Typ 33-390 wurde als Kollermühle zum Zerkleinern des Heus verwendet. Im Teilversuch P4 konnte das Heu sehr gleichmäßig zerfasert werden.
Teilversuch P1
Der Teilversuch P1 wurde mit einer Presse Typ 33-390, mit einer Kollerzahl von 2, einer Drehzahl von 166 U/min und einer Kollergeschwindigkeit von 2,28 m/s durchgeführt. Als Matrize wurde der Typ 82112 verwendet, mit einem Pressverhältnis 1:2,0. Die Speisung des Förderbandes erfolgte durch Schaufeln, nach einer Materialausbreitung auf dem Hallenboden. Vor der Pressung wies das Material eine Feuchte von 9,3%, eine Temperatur von 20°C und ein Schüttgewicht von 0,07 kg/dm³ auf. Nach der Pressung wurde eine Feuchte von 10,0%, eine Temperatur von 59°C und ein Schüttgewicht von 0,37 kg/dm³ gemessen. Die Presse wurde mit einem Durchsatz von 180 kg/h betrieben. Es wurde keine Kühlung vorgenommen.
Bei diesem Teilversuch P1 zeigte sich eine schwankende Pressenleistung (zwischen 13 und 22 kW) aufgrund des pulsierenden Materialauswurfes durch die Taschen des Förderbandes, ein unruhiger Pressenlauf, zum Teil anpelletierte und instabile Presslinge und ein etwas ungleichmäßig zerkollertes Produkt. Der Materialauswurf erfolgte in einen Big Bag.
Teilversuch A2
Der Teilversuch A2 wurde mit einer Presse mit den Parametern Walzendurchmesser von 400 mm, Riffelung von 475 Riffel/Umfang = 3,8 R/cm = 9,6 R/inch, Spiegel von 0,1 mm, Rückenwinkel von 41,5°, Schneidwinkel von 12,5°, Riffeltiefe von 1,1 mm, Walzengeschwindigkeit links von 8,9 m/s, Walzengeschwindigkeit rechts von 6,4 m/s, Voreilung von 1:1,4, Spalt von 3,4 mm durchgeführt. Die Speisung erfolgte von Hand.
Die Siebanalyse des Endprodukts zeigt 3: Dabei liegen die Kornklassen für kleiner 1 mm bei 31,2%, für den Bereich zwischen 1 mm und 2 mm bei 32,6%, für den Bereich zwischen 2 mm und 3,15 mm bei 20,1%, für den Bereich zwischen 3,15 mm und 4,0 mm bei 8,8%, für den Bereich zwischen 4 mm und 5 mm bei 5,5% und für größer 5 mm bei 1,8%. Die kumulierten Kornklassen liegen bei bis 1 mm bei 31,2%, bis 2 mm bei 63,8%, bis 3,15 mm bei 83,9%, bis 4,0 mm bei 92,7%, bis 5,0 mm bei 98,2% und insgesamt bei 100%.
Teilversuch A3
Der Teilversuch A3 wurde, im Vergleich zu A2, mit einem kleinerer Spalt von 0,8 mm (gegenüber 3,4 mm bei A2) durchgeführt. Die weiteren Parameter waren gegenüber Teilversuch A2 unverändert.
Die Siebanalyse des Endprodukts zeigt 4: Dabei liegen die Kornklassen für kleiner 1 mm bei 35,5%, für den Bereich zwischen 1 mm und 2 mm bei 47,0%, für den Bereich zwischen 2 mm und 3,15 mm bei 16,0%, für den Bereich zwischen 3,15 mm und 4,0 mm bei 1,3%, für den Bereich zwischen 4 mm und 5 mm bei 0,1% und für größer 5 mm bei 0,1%. Die kumulierten Kornklassen liegen bei bis 1 mm bei 35,5%, bis 2 mm bei 82,5%, bis 3,15 mm bei 98,5%, bis 4,0 mm bei 99,8%, bis 5,0 mm bei 99,9% und insgesamt bei 100%.
Teilversuch P4
Der Teilversuch P4 wurde mit der selben Presse wie bei P1 durchgeführt. Die Speisung des Förderbandes erfolgte, wie bei P1, durch Schaufeln. Im Vergleich zu Teilversuch P1 wurde ein kleinerer Bohrungsdurchmesser verwendet. Vor der Pressung wies das Material, wie bei P1, eine Feuchte von 9,3%, eine Temperatur von 20°C und ein Schüttgewicht von 0,07 kg/dm³ auf. Nach der Pressung wurde eine Feuchte von 7,7%, eine Temperatur von 47°C und ein Schüttgewicht von 0,26 kg/dm³ gemessen. Bei diesem Teilversuch P4 zeigte sich eine schwankende Pressenleistung (zwischen 6 und 18 kW) aufgrund des pulsierenden Materialauswurfes durch die Taschen des Förderbandes, ein unruhiger Pressenlauf, zum Teil leicht anpelletierte und instabile Presslinge, aber ein sehr gleichmäßig zerkollertes Produkt. Der Materialauswurf erfolgte wieder in einen Big Bag.
Das anschließende Sichten ergab zwei Fraktionen, deren Kornklassenverteilung in den 5 als Leichtfraktion und 6 als Mittelfraktion dargestellt sind. Dabei liegen die Kornklassen bei der Mittelfraktion für kleiner 1 mm bei 24,6%, für den Bereich zwischen 1 mm und 2 mm bei 51,3%, für den Bereich zwischen 2 mm und 3,15 mm bei 22,2% und für größer 3,15 mm bei 1,9%. Die kumulierten Kornklassen liegen bei bis 1 mm bei 24,6%, bis 2 mm bei 75,9%, bis 3,15 mm bei 98,1% und insgesamt bei 100%.
Die Kornklassen bei der Leichtfraktion liegen für kleiner 1 mm bei 45,6%, für den Bereich zwischen 1 mm und 2 mm bei 50,1%, für den Bereich zwischen 2 mm und 3,15 mm bei 4,2% und für größer 3,15 mm bei 0,1%. Die kumulierten Kornklassen liegen bei bis 1 mm bei 45,6%, bis 2 mm bei 95,7%, bis 3,15 mm bei 99,9% und insgesamt bei 100%.
Zusammenfassend kann mit den vorliegenden Ergebnissen festgestellt werden, dass eine größer Matrize zu längeren Fasern und geringeren Homogenität der Kornklassen führt. Für eine Trennung in unterschiedliche Fraktionen ist eine Zerkleinerung mit dem Walzenstuhl vorteilhaft. Eine kleinere Matrize reduziert die Faserlänge, ergibt homogene Fraktionen und erfordert ggf. keine Zerkleinerung durch den Walzenstuhl.

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu mit den Schritten: a) Vorzerkleinerung des Grases oder Heus mit einem Ballenauflöser und/oder Häcksler auf eine durchschnittliche Faserlänge zwischen 500 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 120 mm und 10 mm; b) Entfernung von Verunreinigungen und Fremd- bzw. Störstoffen mittels eines Zyklons; c) Zerkleinerung und fibrillierende Mahlung des Grases oder Heus in einer Fasermühle; d) Zerfasern des Grases oder Heus; und e) Sichten und/oder Sieben des Grases oder Heus mittels eines Umluftseparators und/oder einer Wirbelstromsiebmaschine.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Sichten und/oder Sieben das Gras oder Heu mittels einer Pellet-Presse pelletiert wird.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung und fibrillierende Mahlung des Grases oder Heus vorzugsweise in einer Hammermühle für grobe Faserlängen, in einer Kollermühle für mittlere Faserlängen und/oder in einer Feinmühle für kurze Faserlängen erfolgt.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entfernung von Verunreinigungen das vorzerkleinerte und gereinigte Gras oder Heu in einem Lagerbehälter zwischengelagert wird, bevor es der weiteren Zerkleinerung bzw. Mahlung zugeführt wird.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerfasern und/oder Vereinzeln der Fasern des Grases oder Heus nach der Mahlung mittels Profilwalzen erfolgt.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass grobe Faserlängen eine durchschnittliche Faserlänge zwischen 10 mm und 3 mm, mittlere Faserlängen eine durchschnittliche Faserlänge zwischen 3 mm und 0,5 mm und kurze Faserlängen eine durchschnittliche Faserlänge kleiner 0,5 mm aufweisen.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ballenauflöser vorzugsweise ein Behälter mit einem Messerrotor ist.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des vorgeschnittenen und gereinigten Gras oder Heus in die Hammermühle, Kollermühle und/oder Feinmühle mittels einer Material-Dosierschnecke erfolgt.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollermühle wenigstens eine Kollerrolle, vorzugsweise drei Kollerrollen aufweist, welche den Faserstoff gegen eine Matrize, insbesondere eine Lochmatrize, kontinuierlich vermahlen.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Sichten und/oder Sieben des Grases oder Heus eine vorgegebene Fraktion, insbesondere eine Grobfraktion ausgeschleust und vorzugsweise in einer Befüllstation abgepackt wird.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Sichtens und/oder Siebens das Gras oder Heu in wenigsten drei Faserlängenfraktionen aufgetrennt wird, wobei die grobe Fraktion eine durchschnittliche Faserlänge zwischen 10 mm und 3 mm, die mittlere Fraktion eine durchschnittliche Faserlänge zwischen 3 mm und 0,5 mm und kurze Fraktion eine durchschnittliche Faserlänge kleiner 0,5 mm aufweist.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Sichten und/oder Sieben des Grases oder Heus Gutstoff mittels einer Förder- und/oder Mischschnecke zur Pelletierung transportiert wird.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Sichten und/oder Sieben und vor dem Pelletieren unterschiedliche Faserlängenfraktionen insbesondere grobe, mittlere und/oder kurze Faserlängen des Grases oder Heus mit vorgegebenen Anteilen gemischt werden.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Pelletieren das Gras oder Heu mittels eines Wasserdosiersystems befeuchtet wird.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pelletpresse den Faserstoff mittels wenigstens einer Kollerrolle durch eine Matrize, insbesondere eine Lochmatrize, zur Erzeugung der Pellets drückt.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets eine vorzugsweise zylindrische Grundform aufweisen, deren ungefährer Kreisdurchmesser zwischen 40 mm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 20 mm und 3 mm, insbesondere zwischen 10 mm und 4 mm, bevorzugt bei etwa 8 mm oder 4 mm liegt.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets aus der Pelletpresse mittels einer Zellradschleuse ausgeführt werden.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets in einer Befüllstation, vorzugsweise in Big Bags, abgepackt werden.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung, insbesondere in Bezug auf Staub, explosionsgeschützt ist.
Verfahren zur Aufbereitung von Gras oder Heu gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heu einen Feuchtegehalt zwischen 0% und 15%, vorzugsweise zwischen 8% und 10% aufweist und weiter bevorzugt das Gras oder Heu der zweite Ernteschnitt in einer Wachstumsperiode ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zur Herstellung eines Papierfaserstoffs aus Gras oder Heu.