DE102015212012B4

DE102015212012B4 - Disperger

Info

Publication number: DE102015212012B4
Application number: DE102015212012.0A
Authority: DE
Inventors: Gert GOTTSCHALK
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: CN208586455U; FI11992U1; WO2017001359A1; DE102015212012A1; AT15913U1

Abstract

Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff (1) mit einem Gehäuse (2), in welchem ein erstes Behandlungswerkzeug (3) und ein zweites Behandlungswerkzeug (4) zur Bildung eines Behandlungsspaltes angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge (3, 4) jeweils eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, relativ zueinander rotieren, jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen (5) angeordnete Zähne (6) aufweisen, zwischen denen sich Zahnlücken befinden, die von dem Faserstoff (1) radial durchströmt werden, zumindest ein Teil der Zahnlücken Erhebungen (7) aufweist, die über den, zwischen den Zahnreihen (5) verlaufenden Zahngrund (8) hinausreichen und zwischen den Zahnreihen (5) ringförmige Zwischenräume vorhanden sind, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe (5) eines Behandlungswerkzeuges (3, 4) in einen ringförmigen Zwischenraum des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges (4, 3) hineinreicht, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige, maximale Höhe der Erhebungen (7) über dem Zahngrund (8) radial nach außen zunimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff mit einem Gehäuse, in welchem ein erstes Behandlungswerkzeug und ein zweites Behandlungswerkzeug zur Bildung eines Behandlungsspaltes angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge jeweils eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, relativ zueinander rotieren, jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen angeordnete Zähne aufweisen, zwischen denen sich Zahnlücken befinden, die von dem Faserstoff radial durchströmt werden, zumindest ein Teil der Zahnlücken Erhebungen aufweist, die über den, zwischen den. Zahnreihen verlaufenden Zahngrund hinausreichen und 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.
Durch die hohe konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung bei derartigen Vorrichtungen (Entstipper, Disperger, Refiner) möglich, obwohl sich die relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeuge nicht berühren, sondern sich vielmehr in einem Abstand von ca. 1 mm oder mehr aneinander vorbeibewegen. Dabei treten an den Zähnen ganz erhebliche Kräfte auf.
Vorrichtungen der o. g. Art werden z. B. zur Qualitätsverbesserung von Faserstoff eingesetzt, der aus Altpapier gewonnen wurde und sind beispielsweise aus der DE 10 2011 005 273 A1 bekannt.
Es ist ebenso bekannt, dass Papierfaserstoff durch Dispergieren homogenisiert und dadurch wesentlich. verbessert werden kann. Dabei wird in vielen Fällen ein Faserstoff verwendet, der einen Trockengehalt zwischen 15 und 35% aufweist und auf eine Temperatur gebracht worden ist, die weit über der Umgebungstemperatur liegt.
Sinnvoll ist es, die Aufheizung dann vorzunehmen, wenn der Faserstoff bereits seine zur Dispergierung erforderliche Konsistenz hat.
Nachteilig sind dabei die Tendenz zur Verstopfung verbunden mit einer schwankenden Leistungsaufnahme sowie eine sehr hohe Leistungsaufnahme bei geschlossenem Behandlungsspalt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine gleichmäßige und effiziente Behandlung des Faserstoffs bei möglichst geringem Leistungsbedarf zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die jeweilige, maximale Höhe der Erhebungen über dem Zahngrund radial nach außen zunimmt.
Wegen der geringeren Höhe der Erhebungen kann einer Verstopfung insbesondere im gefährdeten, radial inneren Bereich der Behandlungswerkzeuge wirksam begegnet werden.
Üblicherweise sind die Zahnlücken weitestgehend eben und etwa auf Höhe der ringförmigen Zwischenräume zwischen den Zahnreihen ausgebildet.
Durch die Erhebungen kann der Faserstoff nicht mehr radial ungehindert durch die Zahnlücken gelangen, was die Effizienz der Behandlung erheblich steigert. Daher ist es auch von Vorteil, wenn der überwiegende Teil, vorzugsweise alle Zahnlücken Erhebungen aufweisen, die über den Zahngrund hinausreichen.
Um die Strömung nicht zu beeinträchtigen und den Verschleiß zu minimieren, weisen die Zähne und die Erhebungen jeweils eine ebene, zum Behandlungsspalt weisende Kopffläche auf.
Dabei kann die Flächennormale der Kopffläche der Erhebungen senkrecht zur Radialen verlaufen oder aber mit der radialen Richtung einen Winkel von weniger als 90° bilden.
Für die Behandlung aber auch die Verschleißfestigkeit ist es vorteilhaft, wenn die Erhebungen einen den Zähnen ähnlichen Querschnitt in radialer Richtung aufweisen, der vorzugsweise pyramidenstumpfförmig ausgebildet ist.
Dementsprechend haben die Zähne und Erhebungen einen von dem jeweiligen ringförmigen Zwischenraum ausgehenden Grund, der über radial verlaufende Flanken zur entsprechenden Kopffläche führt.
Im Interesse eines möglichst störungsfreien Durchströmens des Behandlungsspaltes sollte der jeweils von zwei benachbarten Zähnen und der dazwischenliegenden Erhebung begrenzte Strömungsquerschnitt sich in radialer Richtung um maximal 40%, insbesondere höchstens 10% ändern, vorzugsweise annähernd konstant bleiben.
Wegen der radial nach innen abnehmenden, maximalen Höhe der Erhebungen sollte zur Gewährleistung einer ausreichenden Stabilität der Zähne die in Umfangsrichtung gemessene, maximale Breite der Zähne radial nach innen zunehmen.
Hierbei kann die in Umfangsrichtung gemessene Breite der einzelnen Zähne jeweils in radialer Richtung konstant bleiben oder entgegen der radialen Richtung vorzugsweise kontinuierlich zunehmen.
Die Effizienz der Behandlung kann noch weiter gesteigert werden, wenn Zähne und/oder Erhebungen, vorzugsweise radial verlaufende Nuten besitzen.
Als radial verlaufend werden dabei Nuten verstanden, die zumindest mit einer Richtungskomponente senkrecht zur Umfangsrichtung des Behandlungswerkzeuges verlaufen.
Während sich die Behandlungswerkzeuge relativ zueinander bewegen, bilden die radial verlaufenden Nuten zusätzliche Arbeitskanten, was bei der Dispergierung, insbesondere die Schmutzpunktzerkleinerung, die Druckfarbenablösung sowie die Stickyzerkleinerung verbessert.
Auf diese Weise lassen sich der Energiebedarf sowie der Verschleiß erheblich reduzieren.
Je nach Art und Beschaffenheit der Vorrichtung und/oder des Faserstoffs kann es hierbei vorteilhaft sein, wenn sich die Nut über den gesamten Zahn bzw. die gesamte Erhebung oder aber nur über einen Teil des Zahnes bzw. der Erhebung erstreckt.
Zwar können auch beide Behandlungswerkzeuge rotieren und sich dabei relativ zueinander bewegen, die Vorrichtung vereinfacht sich jedoch, wenn ein Behandlungswerkzeug rotiert und das andere feststeht.
In der Praxis hat es sich ebenso bewährt, wenn der Faserstoff die Zahnreihen radial nach außen durchströmt.
Besonders eignet sich die Vorrichtung als Disperger zum Dispergieren des Faserstoffs, wobei die hohe Anzahl an Kanten, insbesondere in den Zahnlücken, die Effizienz der Behandlung erheblich steigert.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
1: einen schematischen Querschnitt durch einen Disperger;
2: einen Teilquerschnitt durch ein Behandlungswerkzeug 3, 4 in radialer Richtung 9;
3: eine Teil-Draufsicht auf ein Behandlungswerkzeug 3, 4 und
4: einen Teilquerschnitt durch ein Behandlungswerkzeug 3, 4 in Umfangsrichtung.
Der hochkonsistente Papierfaserstoff 1 wird gemäß 1 direkt in den zentralen Bereich der Dispergergarnitur, welche von den beiden Behandlungswerkzeugen 3, 4 gebildet wird, gedrückt. Dabei durchströmt der Faserstoff 1 den, von den Behandlungswerkzeugen 3, 4 begrenzten Behandlungsspalt radial nach außen.
Während ein Behandlungswerkzeug 3 feststehend und damit als Stator ausgebildet ist, ist das andere Behandlungswerkzeug 4 rotierbar im Gehäuse 2 des Dispergers gelagert.
Die Dispergergarnitur mit dem Stator und dem Rotor wird also radial innen beschickt. Bekanntlich wird Dispergierung dadurch bewirkt, dass Zähne 6 mit relativ hoher Geschwindigkeit relativ dicht aneinander vorbeibewegt werden und der sich dazwischen befindende Faserstoff 1 starken Scherkräften unterworfen wird. Hierzu kann der Faserstoff 1 über Heißdampf vorher aufgeheizt werden. Nach der Dispergierung fällt der dispergierte Faserstoff 1 nach unten durch den Auslass 16 heraus.
Wenn die axiale Position von Stator und Rotor relativ zueinander geändert wird, ändert sich dadurch auch der Spalt zwischen ihnen, wodurch sich in an sich bekannter Weise die Leistung des Dispergers steuern lässt.
Die Behandlungswerkzeuge 3, 4 haben jeweils eine rotationssymmetrische Form. Dabei weisen die koaxial zueinander angeordneten Behandlungswerkzeuge 3, 4 jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen 5 angeordnete Zähne 6 auf, zwischen denen sich Zahnlücken befinden, die von dem Faserstoff 1 radial nach außen durchströmt werden.
Zwischen den Zahnreihen 5 sind ringförmige Zwischenräume vorhanden, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe 5 eines Behandlungswerkzeuges 3, 4 in einen ringförmigen Zwischenraum des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges 4, 3 hineinreicht.
Entsprechend der Erfindung weisen alle Zahnlücken Erhebungen 7 auf, die über den Zahngrund 8 der Zähne 6 hinausreichen. Dabei haben die Erhebungen 7 und die Zähne 6, wie in den 2 und 3 zu sehen, einen ähnlichen, etwa pyramidenstumpf-förmigen Querschnitt in radialer Richtung 9.
Dementsprechend haben die Zähne 6 sowie die Erhebungen 7 jeweils eine ebene, zum Behandlungspalt weisende Kopffläche 10, die jeweils über radiale Flanken 17 zum Zahngrund 8 übergehen.
Mit den Erhebungen 7 wird die Durchströmung der Zahnlücken soweit behindert, wie es für die Behandlung des Faserstoffes 1 förderlich ist.
Um die Verstopfungsgefahr zu vermindern, sind die Erhebungen 7 im radial inneren Bereich relativ niedrig, wobei die jeweilige, maximale Höhe der Erhebungen 7 über dem Zahngrund 8 radial nach außen zunimmt.
Während die maximale Höhe der Erhebungen 7 radial außen etwa 55 bis 75% der Höhe der Zähne 6 entspricht, reduziert sich diese maximale Höhe radial nach innen auf Werte zwischen 35 und 50% der Höhe der Zähne 6.
Bei 3 verlaufen die Kopfflächen 10 parallel zum Behandlungsspalt, d. h. die Flächennormale 11 der Kopffläche 10 der Erhebungen 7 verläuft senkrecht zur Radialen. Im Unterschied dazu zeigt 2 geneigte Kopfflächen 10.
Dementsprechend bildet bei 2 die Flächennormale 11 der Kopffläche 10 der Erhebungen 7 mit der radialen Richtung 9 einen Winkel 12 von weniger als 90°, wobei die Kopfflächen 10 in radialer Richtung 9 hier eine Linie 18 bilden.
Zur Gewährleistung eines möglichst kontinuierlichen Durchströmes der Zahnlücken in radialer Richtung 9 ist, wie 4 zeigt, der jeweils von zwei benachbarten Zähnen 6 und der dazwischenliegenden Erhebung 7 begrenzte Strömungsquerschnitt 13 in radialer Richtung 9 über den gesamten Behandlungsspalt betrachtet annähernd konstant.
Bei allen dargestellten Zähnen 6 ist jeweils die in Umfangsrichtung gemessene Breite 14 der Zähne 6 in radialer Richtung 9 konstant. Jedoch nimmt die jeweilige in Umfangsrichtung gemessene Breite 14 radial nach innen von Zahnreihe 5 zu Zahnreihe 5 zu. Dies stärkt wegen der im radial inneren Bereich geringen Höhe der Erhebungen 7 die Stabilität der Zähne 6. Während die Zähne 6 radial außen eine Breite 14 zwischen 2,5 und 4 mm haben, erhöht sich diese Breite nach innen bis auf Werte zwischen 5 und 8 mm.
Die Breite der Erhebungen 7 in Umfangsrichtung ist etwa gleich und liegt zwischen 1,5 und 6 mm.
Um die Durchströmung zu verbessern und zusätzliche Arbeitskanten für eine effiziente Behandlung des Faserstoffs 1 zu bilden, können die Zähne 6 und/oder die Erhebungen 7, wie in 2 und 3 dargestellt, Nuten 15 vorzugsweise mit einer Richtungskomponente in radialer Richtung 9 besitzen.
Diese Nuten 15 können sich über den gesamten Zahn 6 bzw. die gesamte Erhebung 7 oder nur einen Teil davon erstrecken. Dabei kann die teilweise Erstreckung beispielsweise ausschließlich über die Kopffläche 10 oder ausschließlich über eine Flanke 17 erfolgen.

Claims

Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff (1) mit einem Gehäuse (2), in welchem ein erstes Behandlungswerkzeug (3) und ein zweites Behandlungswerkzeug (4) zur Bildung eines Behandlungsspaltes angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge (3, 4) jeweils eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, relativ zueinander rotieren, jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen (5) angeordnete Zähne (6) aufweisen, zwischen denen sich Zahnlücken befinden, die von dem Faserstoff (1) radial durchströmt werden, zumindest ein Teil der Zahnlücken Erhebungen (7) aufweist, die über den, zwischen den Zahnreihen (5) verlaufenden Zahngrund (8) hinausreichen und zwischen den Zahnreihen (5) ringförmige Zwischenräume vorhanden sind, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe (5) eines Behandlungswerkzeuges (3, 4) in einen ringförmigen Zwischenraum des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges (4, 3) hineinreicht, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige, maximale Höhe der Erhebungen (7) über dem Zahngrund (8) radial nach außen zunimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (7) eine ebene, zum Behandlungsspalt weisende Kopffläche (10) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächennormale (11) der Kopffläche (10) der Erhebungen (7) senkrecht zur Radialen verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächennormale (11) der Kopffläche (10) der Erhebungen (7) mit der radialen Richtung (9) einen Winkel (12) von weniger als 90° bildet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der überwiegende Teil, vorzugsweise alle Zahnlücken Erhebungen (7) aufweisen, die über den Zahngrund (8) hinausreichen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (7) einen den Zähnen (6) ähnlichen Querschnitt in radialer Richtung (9) aufweisen, der vorzugsweise pyramidenstumpfförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils von zwei benachbarten Zähnen (6) und der dazwischenliegenden Erhebung (7) begrenzte Strömungsquerschnitt (13) sich in radialer Richtung (9) um maximal 40%, insbesondere höchstens 10% ändert, vorzugsweise annähernd konstant bleibt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung gemessene, maximale Breite (14) der Zähne (6) radial nach außen abnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung gemessene Breite (14) der Zähne (6) jeweils in radialer Richtung (9) konstant ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung gemessene Breite (14) der Zähne (6) jeweils in radialer Richtung (9) vorzugsweise kontinuierlich abnimmt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zähne (6) und/oder Erhebungen (7), vorzugsweise radial verlaufende Nuten (15) besitzen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behandlungswerkzeug (4) rotiert und das andere (3) feststeht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff (1) die Zahnreihen (5) radial nach außen durchströmt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Disperger zum Dispergieren des Faserstoffs (1) ausgebildet ist.