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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Mahlung von wässrig suspendierten Zellstofffasern mit zwei, in einem gemeinsamen Gehäuse nebeneinander angeordneten Mahlspalten, die jeweils von einer, mit einer Welle rotierenden und einer nichtrotierenden Mahlfläche gebildet werden, wobei die zum jeweils anderen Mahlspalt benachbarte Mahlfläche an einem gemeinsamen Stützkörper befestigt ist und der Stützkörper sowie wenigstens eine der nicht am Stützkörper befestigten Mahlflächen axial verschiebbar gelagert sind.
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Die Erfindung betrifft ebenso Verfahren zur Mahlung.
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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 gebildet.
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Für das Erreichen der gewünschten Fasereigenschaften, insbesondere den Mahlgrad müssen die Mahlgarnituren dem zu behandelnden Faserstoff bestmöglich angepasst werden, auch um einen übermäßigen Verschleiß der Garnituren zu verhindern.
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Die Refiner können als Scheibenrefiner oder Kegelrefiner ausgebildet sein.
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Zur Erhöhung des Durchsatzes kommen zunehmend Doppelspaltanordnungen zum Einsatz. Wegen des dabei axial schwimmend gelagerten Rotors können keine verlässlichen Aussagen zur Spaltbreite und zum Verschleißzustand gemacht werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Messung der Spaltbreite und damit auch des Verschleißes der Mahlflächen bei Doppelspaltanordnungen zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass an dem axial verschiebbaren Stützkörper und an zumindest einer nicht am Stützkörper befestigten, axial verschiebbaren Mahlfläche jeweils ein Permanentmagnet als Positionsgeber eines magnetostriktiven Wegaufnehmers befestigt ist.
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Magnetostriktive Wegaufnehmer sind seit langem bekannt und werden eingesetzt, um Positionen, Längen oder zurückgelegte Wege zu messen.
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Hierbei umfasst der magnetostriktive Wegaufnehmer einen Wellenleiter bei dem es sich um einen dünnen Stab, einen Draht oder ein Rohr aus einem ferromagnetischen/ magnetostriktiven Material wie zum Beispiel Eisen, Nickel oder Kobalt handelt. An dem Bauteil, dessen Position erfasst werden soll, ist üblicherweise ein so genannter „Positionsmagnet“, insbesondere in Form eines Permanentmagneten angebracht, der in dem Wellenleiter ein Magnetfeld erzeugt.
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Beim Messvorgang wird ein kurzer, elektrischer Strompuls durch den Wellenleiter geschickt, der in der Umgebung des Wellenleiters zusätzlich zu dem durch den Positionsmagneten erzeugten Magnetfeld ein weiteres, zeitlich und örtlich veränderliches Magnetfeld erzeugt.
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Durch Wechselwirkung der beiden Magnetfelder am Ort des Positionsmagneten wird ein mechanischer Impuls in dem Wellenleiter erzeugt, der sich entlang der Messstrecke bewegt.
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Ein Messwandler des Positionssensors dient üblicherweise dazu, die von dem Wellenleiter geleiteten mechanischen Impulse in Positionssignale zu wandeln. Der Messwandler kann beispielsweise eine Spule oder ein piezoelektrisches Messelement umfassen.
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Der Messwandler kann zum Beispiel gestaltet sein wie in der
EP 0 882 212 B1 beschrieben.
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Durch eine Laufzeitmessung des mechanischen Impulses kann letztlich die Position des Positionsmagneten ermittelt werden. Auf dem magnetostriktiven Messprinzip beruhende Positionssensoren arbeiten berührungslos und liefern Absolutwerte.
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Bisher wird lediglich die Position der beiden äußeren Mahlflächen des Mahlspaltpaares erfasst und davon ausgegangen, dass beide Mahlspalte gleichbreit sind.
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Da sich die axiale Lage des Stützkörpers mit seinen beiden daran befestigten Mahlflächen in Abhängigkeit vom Verschleiß der Mahlgarnituren oder den Parametern der zugeführten Zellstofffasersuspension jedoch von selbst einstellt, können beide Mahlspalte unterschiedlich breit sein und auch unterschiedlich stark verschleißen.
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Insbesondere wenn alle Mahlfächen axial verschiebbar gelagert sind, sollte auch an beiden nicht am Stützkörper befestigten Mahlflächen jeweils ein Permanentmagnet als Positionsgeber eines magnetostriktiven Wegaufnehmers befestigt sein.
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Um Messfehler infolge Temperaturausdehnung, Maßtoleranz o.ä. auszuschließen, sollte sogar auch dann an beiden nicht am Stützkörper befestigten Mahlflächen jeweils ein Permanentmagnet als Positionsgeber eines magnetostriktiven Wegaufnehmers befestigt sein, wenn beide oder einer dieser beiden Mahlflächen nicht axial verschiebbar gelagert ist.
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Die Befestigung der Permanentmagnete an den entsprechenden Mahlflächen kann dabei direkt oder indirekt über Zwischenstücke, den Stützkörper o.ä. erfolgen. So ist beispielsweise eine bevorzugte Befestigung bezüglich einer axial feststehenden Mahlfläche an der Welle gegeben.
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Die Erfindung erlaubt es nunmehr die Position des Stützkörpers mit seinen beiden Mahlflächen in Bezug auf die anderen beiden Mahlflächen zu erfassen und so Rückschlüsse auf den Verschleiß bei beiden Mahlspalten zu ziehen. Auf dieser Basis ist dann eine verbesserte Vorhersage notwendiger Wartungsschritte möglich.
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Des Weiteren ist es hierdurch möglich, die Breite der beiden Mahlspalte gezielt und separat zu beeinflussen.
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Dies kann beispielsweise über die Veränderung der Zufuhr der Faserstoffsuspension in die einzelnen Mahlspalte erfolgen. Dies bedeutet, dass die axiale Position der Mahlflächen erfasst und die Menge der den einzelnen Mahlspalten zugeführten Zellstofffasern in Abhängigkeit von der Breite der einzelnen Mahlspalte geregelt wird.
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Auch die Erzeugung einer zusätzlichen Axialkraft über einen, auf den Stutzkörper axial wirkenden, steuerbaren Kraftgeber kann vorteilhaft sein, um die Breite der beiden Mahlspalte zu beeinflussen. Dementsprechend sollte die axiale Position der Mahlflächen erfasst und die axiale Position des Stützkörpers in Abhängigkeit von der Breite der einzelnen Mahlspalte geregelt werden.
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Im Interesse eines einfachen Aufbaus ist es von Vorteil, wenn ein gemeinsamer Wellenleiter des magnetostriktiven Wegaufnehmers an den Permanentmagneten entlangläuft.
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Für eine besonders sichere und einfache Gestaltung der Messanordnung ist es vorteilhaft, wenn die Permanentmagnete ringförmig ausgebildet sind und den Wellenleiter oder sogar die Welle jeweils umschließen.
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Aus gleichem Grund, aber auch zur geschützten Unterbringung sollte der Wellenleiter des magnetostriktiven Wegaufnehmers parallel zur Welle und/oder zumindest abschnittsweise innerhalb der Welle verlaufen.
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Wegen der aggressiven Umgebung (Temperatur, Feuchtigkeit) innerhalb des Gehäuses der Mahlanordnung sollte der Wellenleiter des magnetostriktiven Wegaufnehmers aus dem Gehäuse herausgeführt werden, so dass die anderen Komponenten des Positionssensors, wie der Messwandler außerhalb des Gehäuses angeordnet werden können.
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Die Anwendung der Erfindung eignet sich für Mahlanordnungen mit ebenen Mahlflächen, wie auch für Mahlanordnungen, bei denen die Mahlflächen konisch ausgebildet sind, wobei die Konusachse mit der Rotationsachse übereinstimmt.
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Die Mahlanordnung gestaltet sich dabei relativ einfach, wenn beide Mahlspalte ausgehend von der Rotationsachse parallel verlaufen und/oder der Stützkörper mit seinen daran befestigten Mahlflächen mit der Welle rotiert.
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Bei rotierendem Stützkörper ist es außerdem vereinfachend, wenn eine der beiden nicht rotierenden Mahlflächen axial nicht verschiebbar ist.
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Es ist allerdings auch möglich, dass die rotierenden Mahlflächen, insbesondere des Stützkörpers axial nicht verschiebbar und die nicht-rotierenden Mahlflächen axial verschiebbar sind.
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Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur einen schematischen Querschnitt durch eine Mahlanordnung.
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Im Gehäuse 3 der Mahlanordnung befinden sich zwei parallele, senkrecht zur Rotationsachse 13 verlaufende Mahlspalte 1,2, die jeweils von einer feststehenden 6,8 und einer um die Rotationsachse 13 rotierenden, ebenen Mahlfläche 5,7 gebildet werden.
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Die kreisringförmigen Mahlflächen 5,6,7,8 werden jeweils von Mahlgarnituren gebildet, die auf der Seite ihrer Mahlflächen 5,6,7,8 eine Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden Mahlleisten besitzen, so dass die Mahlflächen 5,6,7,8 von diesen Mahlleisten und den dazwischenliegenden Nuten gebildet werden.
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Die zu mahlende Fasersuspension gelangt hier über einen Zulauf durch das Zentrum in einen der beiden Mahlspalte 1,2 zwischen den beiden Mahlgarnituren. Die Fasersuspension passiert dann die zusammenwirkenden Mahlflächen 5,6,7,8 radial nach außen und sammelt sich in dem sich anschließenden Ringraum.
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Während zumindest ein Teil der so behandelten Fasersuspension diesen Ringraum durch einen Ablauf verlässt, kann unter Umständen der andere Teil der Fasersuspension durch die Nuten der nicht-rotierenden Mahlfläche 6,8 durch einen Abschnitt ihrer Länge wieder zurückfließen.
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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, auch Messer genannt, ist im Allgemeinen rechteckig, wobei es aber auch andere Formen gibt. Die Oberseite dieser Mahlleisten, 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 verlaufenden Nuten haben ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt und dienen als Strömungskanäle für die Fasersuspension. Die Nuttiefe beträgt meist zwischen 2 und 20 mm.
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Bei der hier gezeigten Mahlanordnung rotiert die zum jeweils anderen Mahlspalt 1,2 benachbarte Mahlfläche 5,6,7,8 beider Mahlspalte 1,2 mit einer, durch die Mitte der Mahlfläche 5,7 gehende Welle 4. Diese rotierenden Mahlflächen 5,7 sind an einem gemeinsamen, axial auf der rotierenden Welle 4 verschiebbaren und mitrotierendem Stützkörper 9 lösbar befestigt.
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Angetrieben wird diese Welle 4 von einem hier beispielhaft im Gehäuse 3 vorhandenen Antrieb 14.
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Von den beiden anderen nicht rotierenden Mahlflächen 6,8 ist eine 8 fest mit dem Gehäuse 3 verbunden und die andere 6 zur Einstellung der Gesamtbreite beider Mahlspalte 1,2 axial entlang der Rotationsachse 13 verschiebbar gelagert.
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Da der Stützkörper 9 schwimmend auf der Welle 4 gelagert ist, stellt sich seine axiale Position im Zusammenspiel der in den beiden Mahlspalten 1,2 wirkenden Kräfte ein.
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In Abhängigkeit vom Durchfluss sowie des Verschleißes beider Mahlspalte 1,2 kann es so vorkommen, dass die Breite der Mahlspalte 1,2 unterschiedlich ist, was sich entsprechend negativ auf die Qualität der Faserbehandlung und den Verschleiß auswirken kann.
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Um auf diese Unregelmäßigkeiten reagieren zu können, soll durch die Erfindung eine Messung von Spaltbreite und Verschleiß ermöglicht werden.
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Hierzu ist an dem axial verschiebbaren Stützkörper 9 ein Permanentmagnet 10, an der nicht am Stützkörper 9 befestigten, axial verschiebbaren Mahlfläche 6 ein Permanentmagnet 11 und an der nichtrotierenden, axial feststehenden Mahlfläche 8 ein Permanentmagnet 16 als Positionsgeber eines magnetostriktiven Wegaufnehmers befestigt.
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Die Befestigung des Permanentmagneten 16 an der feststehenden Mahlfläche 8 erfolgt dabei indirekt über eine Befestigung an der Welle 4.
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Zwecks Realisierung einer gemeinsamen, magnetostriktiven Positionserfassung umschließen die ringförmigen Permanentmagnete 10,11,16 einen gemeinsamen Wellenleiter 12 des magnetostriktiven Wegaufnehmers.
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Der Wellenleiter 12 verläuft dabei entlang der Rotationsachse 13 von den Permanentmagneten 10,11,16 aus dem Gehäuse 3 der Mahlanordnung heraus zu einem Messwandler 15 des magnetostriktiven Wegaufnehmers.
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Hierdurch lässt sich die axiale Position der Mahlflächen 5,6,7,8 und damit auch ihrer Abstände untereinander genau erfassen.
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Neben der Breite beider Mahlspalte 1,2 ergeben sich hierdurch auch Rückschlüsse auf den Verschleiß in diesen.
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Auf dieser Basis ist es beispielsweise möglich, die Menge der den einzelnen Mahlspalten 1,2 zugeführten Zellstofffasern in Abhängigkeit vom Abstand der jeweiligen Mahlflächen 5,6,7,8 beider Mahlspalte 1,2 zu regeln und so die Breite und den Verschleiß der Mahlspalte 1,2 zu beeinflussen.
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Ergänzend oder alternativ können Breite und Verschleiß der Mahlspalte 1,2 aber auch dadurch beeinflusst werden, dass die axiale Position des Stützkörpers 9 in Abhängigkeit vom Abstand der jeweiligen Mahlflächen 5,6,7,8 beider Mahlspalte 1,2 geregelt wird. Hierzu greift am Stützkörper 9 ein steuerbarer, axial wirkender Kraftgeber zur axialen Lageverschiebung des Stützkörpers 9 an.
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Da der Kraftgeber nur kraftschlüssig, aber nicht formschlüssig mit dem Stützkörper 9 gekoppelt ist, kann sich der Stützkörper 9 dennoch in Abhängigkeit von den Kräften in den Mahlspalten 1,2 axial bewegen. Der Kraftgeber verändert lediglich die von den Mahlspalten 1,2 ausgehende resultierende Kraft in der gewünschten Weise.
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Generell ist hierbei jedoch zu beachten, dass Änderungen der Temperatur oder des Drucks in der Mahlanordnung oder der auf die Mahlflächen 5,6,7,8 einwirkenden Stellkräfte beim Start oder während des Betriebs zu wenn auch geringen Positionsänderungen der Mantelflächen 5,6,7,8 bzw. der mit diesen gekoppelten Elemente führen können.
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Dieser Messfehler kann über den dritten Positionsgeber ermittelt und bei der Verschleißüberwachung berücksichtigt werden.
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Anwendbar ist die Erfindung auch bei konischen Mahlflächen 5,6,7,8, wobei die Konusachse mit der Rotationsachse 13 übereinstimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016118522 A1 [0011]
- DE 202008003863 U1 [0011]
- DE 102016125878 A1 [0011]
- EP 0882212 B1 [0016]
