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Die Erfindung betrifft verschiedenartige Rotoren für den Einsatz in einer Stoffaufbereitung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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So wird zum Beispiel beim Pulper ein Rotor eingesetzt. Der Pulper wird mit warmem Rückwasser gefüllt und der Rotor im Pulper versetzt das eingefüllte Wasser in Rotation. Es wird Papier in Ballenware oder lose beigegeben. Das Papier wird durch das Wasser benetzt. Der Rotor erzeugt eine Strömung, die das Papier in den Bereich des Rotors zieht. Es findet durch den Rotor eine grobe Zerkleinerung des eingefüllten Papiers statt. Ab einer gewissen Größe der Papierteile verringert sich der Wirkungsgrad des Rotors. Eine weitere Auflösung findet nun durch eine Prallwirkung im Bereich der Siebblechöffnungen statt. Auch wird der Wirkungsgrad bei kleiner werdenden Papierteilen immer geringer. Im Folgenden findet eine weitere Auflösung nur noch im bewegten Stoff durch Stoffreibung statt. Diese Auflösung durch Stoffreibung ist häufig sehr ineffektiv, langwierig oder mit einem relativ großen Energiebedarf verbunden. In der Regel sind beim Auflösen je nach Rohstoff und Zustand der Auflöseelemente, Rotor, Siebblech, immer noch Papierteile mit einer Größe zwischen 1x1 mm2 bis 5x5 mm2 und Stippen in dem Accept, auch als Gutstoff bezeichnet, vorhanden. Das Accept wird in einem nachfolgenden Sekundärpulper weiter aufgelöst und zerfasert. Größtenteils werden die Stippen und Papierteile aufgelöst. Die verbleibenden Papierteile und Stippen werden aber in der anschließenden Sortierung als Reject ausgeschleust und stellen Faserverluste dar.
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Hinzu kommt, dass verbliebene Langfasern in der Suspension häufig mit Umschlingung auftreten. Das bedeutet, dass durch die Langfasern vernetzte Faserwolken vorkommen. In den Faserwolken können auch noch Fremdteile eingeschlossen sein, was die Separierung von Fremdteilen aus der Fasersuspension erschwert.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde die Güte der in dem jeweiligen Prozessschritt erzeugten Fasersuspension zu verbessern. Insbesondere lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine gleichmäßigere Fasersuspension zu erzeugen.
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Die Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
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Durch den erfindungsgemäßen Rotor mit funktionellen Oberflächen ist es möglich, eine verbesserte Fasersuspension in einer Faserstoffaufbereitungsanlage zu erreichen.
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Durch Vorsehen des erfindungsgemäßen Rotors in einer Faserstoffaufbereitungsanlage ist es auch nachträglich möglich die Effizienz einer Faserstoffaufbereitungsanlage zu verbessern. Als funktionelle Oberflächen sind Oberflächen mit einer rauen Oberfläche zu verstehen. Vorzugsweise weisen die funktionellen Oberflächen eine Gesamthöhe eines Rauhigkeitsprofiles Rt im Bereich von 0,15 mm bis 5 mm auf. Die Gesamthöhe eines Rauheitsprofils kann beispielweise mittels eines Oberflächenmessgerätes Parthometers S3P erfasst. Als Messstrecke hat sich eine Messstrecke von dem 10-fachen Wert der Gesamthöhe des Rauhigkeitsprofils als geeignet herausgestellt. Bei einer Gesamthöhe des Rauheitsprofils von über 4mm kann die Gesamthöhe des Rauheitsprofils bevorzugt durch einen Abdruck bestimmt werden.
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Durch ein Einpressen von Stippen und/oder Papierteilen an den funktionellen Oberflächen werden die Stippen oder die Papierteile durch Reibung und/oder wirkende Scherkräfte beansprucht und werden in Einzelfasern zerlegt. Die funktionellen Oberflächen sind auf den der Vorzugsrichtung abgewandten Flächen vorgesehen. Dadurch wird eine sanfte Bearbeitung der vorbeiströmenden Bestandteile erreicht. Ein hoher Energieeintrag wird vermieden, sowie ein Verschleiß der funktionellen Oberflächen gering gehalten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die funktionelle Oberfläche eine strukturierte Oberfläche ist mit Strukturen, insbesondere regelmäßigen Strukturen, von mindestens 1,5 mm Höhe gemessen senkrecht zur Flächennormalen der durch die Minimalpunkte aufgespannten Fläche. Diese Oberflächenstruktur kann mittels der Elektronenmikroskopie ausgemessen werden. Diese Höhendifferenz hat sich als vorteilhaft herausgestellt, um mit vorbeiströmenden Papierteilen in Wechselwirkung zu treten. Insbesondere können sich Papierteile oder Stippen in den Strukturen verfangen und dann im Anschluss durch die weiterhin an der Struktur vorbeiströmende Suspension erzeugten Scherkräfte sanft in Einzelfasern zerlegt werden. Dabei bewirkt die vorbeiströmende Suspension auch, dass die funktionelle Oberfläche gespült wird und ein Zusetzen der Oberflächenstruktur verhindert wird. Somit ist die funktionelle Oberflächenstruktur so auszuwählen, dass in Abhängigkeit von der eingesetzten Suspension in dem Bearbeitungsprozess ein zusetzen der Oberflächenstruktur nicht auftritt. Ein Zusetzen der Oberfläche liegt dann vor, wenn sich eine Fasermatte auf die funktionelle Oberflächen legt und dadurch eine Funktion nicht mehr gewährleistet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die funktionelle Oberfläche eine raue Oberfläche, also eine Oberfläche mit einer aperiodischen Struktur, ab einer Höhenerstreckung von 0,15 mm bis 5 mm ist. Dadurch kann eine jeweils geeignete Bearbeitung von Faserverbunden (Papierteile/Stippen) erreicht werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, die funktionelle Oberfläche auf einer der rückseitigen Flächen in Bezug auf die Vorzugsrichtung des Rotorflügels anzuordnen. Dadurch wird die funktionelle Oberfläche nicht mit der Hauptströmung der Suspension beaufschlagt. Das führt zu einem geringeren Verschleiß im Vergleich zu einer Positionierung auf der angeströmten Oberfläche des Rotors.
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In einer bevorzugten Anwendung ist vorgesehen den Rotor mit funktionellen Oberflächen für einen Einsatz in einem Pulper zu verwenden. Dadurch kann die Effizienz des Pulpers weiter gesteigert werden. Durch die funktionellen Oberflächen kann ein Auflösen von Stippen und Flakes durch Wechselwirkung mit funktionellen Oberflächen erreicht werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt auf der nicht direkt angeströmten Fläche der Rotorflügel funktionelle Oberflächen vorzusehen. Insbesondere in Bereichen, in denen sich im Betreib eine turbulente Strömung ausbildet, hat sich ein Vorsehen von funktionellen Oberflächen für eine sanfte Bearbeitung der Faserverbunde bewährt. Dabei können unterschiedliche abgewandte Flächen der Rotorflügel mit unterschiedlichen funktionellen Oberflächen versehen sein. So kann eine nahezu parallel zu dem Sieb, auf der dem Sieb abgewandten Seite des Rotorflügels vorgesehene funktionelle Oberfläche mit einer anderen Struktur versehen sein, als eine auf einer der Vorzugsrichtung abgewandten Seite des Rotorflügels mit einer Komponente senkrecht zum Sieb verlaufende Oberfläche. Durch ein Einpressen der Papierteile und Stippen werden Stippen und Papierteile über ihre Festigkeit beansprucht und zerfallen in Einzelfasern. Es kann auch eine mehrmalige Wechselwirkung mit einer funktionellen Oberfläche erforderlich sein, um ein Lösen und Lockern der Faserverbunde zu erreichen.
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Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, eine funktionelle Oberfläche in Umfangsrichtung zwischen den Rotorflügeln auf der Rotorwelle anzuordnen. Diese funktionellen Oberflächen können zusätzlich oder auch als einzige funktionelle Oberflächen vorgesehen sein.
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Insbesondere hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die funktionelle Oberflächen auf der Rotorwelle angrenzend an die der Vorzugsrichtung abgewandten Seite des Rotors angeordnet sind und sich in Umfangsrichtung nur über einen Teilbereich erstreckt. Dadurch ist es möglich die funktionelle Oberfläche in den Oberflächenbereichen je nach Einsatzfall zu variieren. Dadurch ergibt sich eine zur Verbesserung der Fasersuspension geeignete Wirkung.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass funktionelle Oberflächen auch an Propellerköpfen von Rührorganen angebracht werden.
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Funktionelle Oberflächen an Rührorganen bewirken eine schonende minimale Fibrilierung der Fasern. Dadurch wird die Papierfestigkeit verbessert, ohne die Fasern zu schädigen. Verhornte Faseroberflächen werden wieder reaktiviert. Die funktionellen Oberflächen sind so fein, dass sich keine Verspinnungen bilden, und keine Stickizerkleinerungen stattfinden. Es ist aber so viel Strömungsintensität vorhanden, dass die funktionellen Oberflächen immer selber gereinigt werden und sich keine Ablagerungen bilden.
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Allgemein, nicht auf spezielle Maschinen bezogen, tragen funktionelle Oberflächen für die Reinigung von Papierfasern bei. So wie Fasern eingefärbt werden können, so können sich an den freien OH-Gruppen auch kleinste Schmutzpartikel anhaften. Die Papierfestigkeit geht zurück, da die OH-Gruppen der Fasern durch Schmutz schon belegt sind. Durch die funktionellen Oberflächen werden die Fasern wie auf einem Waschbrett behandelt und gereinigt. Dadurch ergeben sich wieder verstärkt freie OH-Gruppen, die zur Papierfestigkeit beitragen. Dadurch können Zugaben von Hilfsstoffen reduziert werden.
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In einer Ausführung, insbesondere bei einem Rotor für eine Drucksiebvorrichtung, ist vorgesehen, dass die mindestens eine funktionelle Oberfläche an einem der Rotorflügeln, vorzugsweise allen Rotorflügeln, in einem Abströmbereich vorgesehen ist. Die funktionelle Oberfläche umfasst einen Flächenanteil von maximal 50% der jeweiligen Fläche. Bevorzugt bilden sich in derartigen Abströmbereichen turbulente Strömungen aus, was eine Wechselwirkung mit der funktionellen Oberfläche begünstigt.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Rotorflügel radial außen mit in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungsflächen ausgebildet ist und funktionelle Oberflächen als Flächenbereich ausgebildet sind. Diese funktionelle Oberfläche ist an dem der Vorzugsrichtung abgewandten Ende der Strömungsfläche mit axialer Erstreckung ausgebildet.
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Als bevorzugte Verwendung hat sich der Rotor für einen Einsatz in einer Siebvorrichtung für ein Ablösen einer sich auf dem Sieb ausbildenden Fasermatte herausgestellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Rotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche zeichnet sich dadurch aus, dass durch die rotatorische Bewegung des Rotors Fasern einer Fasersuspension beschleunigt werden, dabei treten die Fasern zunächst mit den der Vorzugsrichtung zugewandten Flächen der Rotorflügel in Wechselwirkung und werden beschleunigt, anschließend strömt in einem der Vorzugsrichtung abgewandten Bereich ein Teil der vom Rotor bewegten Fasersuspension an der mindestens einen funktionellen Oberfläche des Rotors vorbei, und wird durch eine Wechselwirkung mit der funktionellen zusätzlich aufgelöst oder entstippt oder defibrilliert. Diese zusätzliche Behandlung stellt eine besonders sanfte Bearbeitung dar.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
- 1 schematische Darstellung einer Faserstoffaufbereitungsanlage in Form einer Siebvorrichtung
- 2: Rotor für einen Pulper
- 3: Umlaufpropeller für eine Pumpvorrichtung
- 4 bis 9: verschiedene Ausführungen von funktionellen Oberflächen
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In 1 ist eine Siebvorrichtung 9 einer Faserstoffaufbereitung 1 gezeigt. Bei der gezeigten Ausführung handelt es sich um einen Drucksortierer. Diese Siebvorrichtung 9 weist eine Suspensionszufuhr 3 und eine Gutstoffabführung 5 und eine Rejectabführung 7 auf. Es ist ein als Siebkorb ausgebildetes Sieb 11 vertikal angeordnet. Auf der der Suspensionszuführung zugewandten Seite des Siebkorbes ist ein Rotor 21 angeordnet. Hier ist der Rotor radial innerhalb des Siebkorbes angeordnet. Der Rotor 21 umfasst eine antreibbare Rotorwelle 25. Mit der Rotorwelle 25 sind Rotorflügel 23 fest verbunden. Diese Rotorflügel 23 sind in einem Abstand in radialer Richtung von der Rotorwelle 25 angeordnet. Durch diese Rotorflügel 23 werden auf dem Sieb 11 befindliche Fasern und Störstoffe vom Sieb 11 entfernt. Dafür sind die Rotorflügel 23 vertikal mit radialem Abstand vom Sieb 11 angeordnet und rotieren vor dem Sieb im Betrieb. Dabei weisen die Rotorflügel 23 einen in Rotationsrichtung weisenden Anströmbereich 31 auf und einen Abströmbereich 39 am Ende 29 des Rotorflügels 23 in Bezug auf die Umfangsrichtung 33 auf. Dieser Abströmbereich 39 ist mit einer funktionellen Oberfläche 41 versehen. Im Betrieb wird Fasersuspension der Siebvorrichtung 9 zugeführt. Durch einen auf der Seite des Gutstoffes herrschenden Unterdruckes wird die Suspension in Richtung Sieb 11 beschleunigt. Suspension mit Fasern passieren den Sieb 11. Die von dem Sieb 11 zurückgehaltenen Bestandteile der Suspension werden durch die an dem Sieb vorbei rotierenden Rotorflügel vom Sieb entfernt. Der durch das Sieb gelangte Gutstoff wird durch die Gutstoffabführung abgeleitet. Störstoffe fallen unten aus der Siebvorrichtung 9 aus und werden durch eine Rejectabführung 7 abgeleitet.
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In dem Abströmbereich 39 ist der radiale Abstand zu dem Sieb 11 zunehmend größer und es kann sich eine turbulente Strömung ausbilden. Dadurch werden die von dem Sieb 11 abgelösten Bestandteile der Suspension einer sanften Bearbeitung durch die in diesem Bereich vorgesehene funktionelle Oberfläche 41 unterzogen. Es können Faserverbunde aufgelöst werden. Durch die Auflösung der Faserverbunde kann eine Eindickung in der Sortiervorrichtung 9, auch als Drucksortierer bezeichnet, vermindert werden. Die Effizienz der Sortiervorrichtung 9 wird erhöht. Aufgrund der Position der funktionellen Oberfläche 41 ist der Verschleiß der funktionellen Oberfläche 41 gering und auch der damit verbundene Energiebedarf ist gering. Bei derartigen Sortiervorrichtungen 9 haben sich feine funktionelle Oberflächen als besonders geeignet herausgestellt. Feine funktionelle Oberflächen sind Oberflächen mit einer Gesamthöhe eines Rauheitsprofils Rt von 0,15 bis 1,5 mm. Ein Verschleiß, der eine Aufarbeitung der funktionellen Oberfläche 41 erfordert, ist in den gleichen Abständen einer nötigen Aufarbeitung des Rotors zu erwarten.
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In 2 ist für einen Pulper vorgesehener Rotor 21 gezeigt. Derartige Rotoren 21 sind für eine Vermischung der Bestandteile in Pulpern vorgesehen. Der Pulper wird mit warmem Rückwasser gefüllt. Der Rotor 21 im Pulper versetzt das eingefüllte Wasser in Rotation. Es wird Papier in Ballenware oder lose beigegeben. Das Papier wird durch das Wasser benetzt. Der Rotor 21 zieht das Papier in den Bereich des Rotors 21, hier findet nun eine grobe Zerkleinerung des eingefüllten Papiers statt. Ab einer gewissen Größe der Papierteile verringert sich der Wirkungsgrad des Rotors 21. Eine weitere Auflösung des Papiers findet nun durch Prallwirkungen an den Siebblechöffnungen des Pulpers statt. Aber auch hier wird der Wirkungsgrad bei kleiner werdenden Papierteilen immer geringer. Nun findet eine weitere Auflösung nur noch im bewegten Stoff durch Stoffreibung statt. Diese Art der Auflösung ist aber je nach Rohstoff sehr ineffektiv. Beim Ableervorgang sind je nach Rohstoff und Zustand der Auflöseelemente noch Papierteile mit einer Größe zwischen 1x1 bis 5x5 mm und Stippen in dem Gutstoff vorhanden. Mit dem hier gezeigten Rotor 21 wird der Anteil der Papierteile deutlich verringert.
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Mit der Rotorwelle 25 sind die Rotorflügel 23 verbunden. Die Rotorflügel 23 weisen eine der Rotationsrichtung zugewandte Anströmfläche 31 auf. Auf der rückseitigen Fläche des Rotorflügels 23 ist jeweils eine funktionelle Oberfläche 41 vorgesehen. Diese Fläche ist von der Vorzugsrichtung 33 abgewandt angeordnet. Das heißt die Fläche ist entgegen der Rotationsrichtung auf dem Flügel 23 des Rotors 21 angeordnet. Dadurch wird eine bessere Auflösung von Papierteilen und Stippen bei allen Papiersorten erreicht.
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Durch ein Einpressen von Stippen und Papierteile in die Oberflächenstruktur der funktionellen Oberfläche 41, 41' werden die Stippen und Papierteile beansprucht und zerfallen in Einzelfasern. Papierteile werden in Stippen und Stippen in Fasern aufgelöst. Dabei werden die Fasern an den vielen kleinen Prallflächen der funktionellen Oberfläche 41 aus dem Faserverbund herausgelöst. Auch wenn die Ecken und Kanten der funktionellen Oberflächen verrundet sind, bleibt eine Scherwirkung der funktionellen Oberfläche 41 erhalten. Die an der funktionellen Oberfläche 41, 41 ‚vorbeiströmende Suspension erfährt eine Scherkraft aufgrund von unterschiedlich langen Strömungswegen. Auch können kleine Farbpartikel und Strichteile an funktionellen Oberflächen 41, 41‘ zerkleinert werden. Schmutzpunkte sind visuell nicht mehr oder nur noch vermindert erkennbar. Auf Grund der geringen Strömungsintensität auf den abgewandten Seiten der Rotorflügel 23 werden Plastikteile gerade durch eine funktionelle Oberfläche nicht zerkleinert und können als Störstoffe ausgetragen werden. Bei einem für einen Pulper vorgesehenen Rotor sind insbesondere funktionelle Oberflächen mit einer Gesamthöhe eines Rauheitsprofils im Bereich von 1 bis 3 mm geeignet.
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In 3 ist als Rotor 21 ein als Pumpenrad einsetzbarer Propeller 51 gezeigt. Derartige Pumpenräder können in Pumpen für ein Pumpen von Fasersuspension eingesetzt werden. Der Rotor 21 wird auch als Propeller 51 bezeichnet und weist eine konische Rotorwelle 25 auf. Mit der Rotorwelle 25 sind sich radial erstreckende Rotorflügel 23 verbunden. In Umfangsrichtung zwischen den Rotorflügeln 23 und auch auf der abgewandten Oberfläche des Rotorflügels sind funktionelle Oberflächen 41, 41 vorgesehen. Dabei können unterschiedliche funktionelle Oberflächen 41 und 41 ‚auf der abgewandten Fläche der Rotorflügel und auf der Rotorwelle 25 zwischen den Flügeln vorgesehen sein. Es können auch nur auf den Rotorflügeln 23 funktionelle Flächen 41 oder auch nur auf der Welle 41‘ funktionelle Oberflächen vorgesehen sein.
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Auf Propellern 51 an Rührwerken werden funktionellle Oberflächen 41 gegenüber der fördernden Propellerblattseite angebracht
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Funktionelle Oberflächen 41, 41'an Propellern bewirken eine schonende minimale Fibrilierung der Fasern. Dadurch wird die Papierfestigkeit verbessert, ohne die Fasern zu schädigen. Verhornte Faseroberflächen werden wieder reaktiviert. Die funktionellen Oberflächen 41, 41' sind so fein, dass sich keine Verspinnungen bilden, und keine Stickizerkleinerungen stattfinden. Es ist aber so viel Strömungsintensität vorhanden, dass die funktionellen Oberflächen 41, 41'immer selber gereinigt werden und sich keine Ablagerungen bilden.
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Als funktionelle Oberfläche wird jede Oberflächenstruktur bezeichnet, die eine Höhen/Tiefendifferenz von größer 0,15 mm abbildet. Die Höhen-Tiefendifferenz kann mit je nach Tiefendifferenz geeigneten Messmittel bestimmt werden. Die funktionelle Oberfläche 41, 41' kann aus Riefen, Rillen, Bohrungen und Erhöhungen jeglicher Form bestehen. In den 4 bis 9 sind unterschiedliche funktionelle Oberflächen 41, 41'gezeigt.
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In den 4, 6 und 9 sind funktionelle Oberflächen mit einer periodischen oder nahezu, 4, periodischen Struktur gezeigt. In den 5, 7, 8 sind aperiodische funktionelle Oberflächen gezeigt. Wie aus diesen Beispielen deutlich wird, können die funktionellen Oberflächen eine stark unterschiedliche Struktur aufweisen. Die verwendete Struktur hängt stark von dem vorgesehenen Einsatzbereich und den dort zu erwartenden Qualitäten an Suspensionen ab.
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In 7 ist eine besonders feine funktionelle Oberfläche gezeigt. Diese Oberfläche hat eine aperiodische Struktur und weist ein Höhen-Tiefenverhältnis von 0,15 mm auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Faserstoffaufbereitungsanlage
- 3
- Suspensionszufuhr
- 5
- Gutstoffabführung
- 7
- Rejectabführung
- 9
- Siebvorrichtung
- 11
- Sieb
- 21
- Rotor
- 23
- Rotorflügel
- 25
- Rotorwelle
- 27
- Rotor für Pulper
- 29
- Ende Rotorflügel
- 31
- Anströmfläche
- 33
- Vorzugsrichtung / Rotationsrichtung
- 34
- Umfangsrichtung
- 35
- Abgewandte Fläche
- 36
- Radiale Richtung
- 37
- Rückseitige Fläche
- 38
- Axiale Richtung
- 39
- Abströmbereich
- 40
- Strömungsfläche
- 41
- Funktionelle Oberfläche/ funktioneller Flächenbereich
- 41'
- Funktionelle Oberfläche
- 43
- Regelmäßige Struktur
- 45
- Aperiodische Struktur
- 51
- Propeller
