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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Refinerfüllung eines Refiners zur Papierherstellung und zum Raffinier-Mahlen von lignozellulosehaltigem Material bei der Herstellung von Papier-, Pappe-, Gewebe-, Handtuch- oder Faserplatten-Produkten und insbesondere auf die Stäbe der Refinerfüllung.
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HINTERGRUND
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Ein Zellstoffrefiner vom Rotationstyp, der ein Scheibenrefiner oder ein konischer Refiner sein kann, verwendet eine austauschbare Refinerfüllung, die aus Refinerfüllkörpern gebildet ist, die an einem Rotor und einem Stator montiert sind, um Zellulosefasern in einer Zellstoffsuspension mechanisch zu scheren und zu verdichten. Bei den Refiner-Füllkörpern kann es sich um einteilige (einstückige) Komponenten oder Segmente handeln, die zusammengefügt werden. Die Refiner-Füllkörper weisen eine Vielzahl von Refinerstäben auf, die die Scher- und Kompressionswirkung auf die Zellulosefasern in der Zellstoffsuspension ausüben.
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Sowohl bei Scheiben- als auch bei konischen Refinern beschleunigt das Vorhandensein von Schleifmitteln in der Zellstoffsuspension den Verschleiß der Refinerstäbe der Refinerfüllung, wodurch die Tiefe der Rillen zwischen benachbarten Stäben verringert wird. Infolgedessen muss die Refinerfüllung in der Regel recht häufig ausgewechselt werden. Typischerweise beträgt die Lebensdauer einer Refinerfüllung zwischen einem Monat und zwei Jahren, da die abgenutzte Füllung und die flacheren Rillen keine ausreichende hydraulische Kapazität mehr bieten können.
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Obwohl es bekannt ist, dass eine gleichmäßige verschleißfeste Beschichtung auf die vordere Oberfläche der Stäbe aufgetragen wird, um die Lebensdauer zu verlängern, nimmt diese Beschichtung einen bedeutenden Teil des Rillenvolumens zwischen den Refinerstäben ein, was wiederum die hydraulische Kapazität der Refinerfüllung verringern kann. Um die gewünschte Härte zu erreichen, werden diese Beschichtungen in der Regel aus „exotischen“ Legierungen hergestellt und sind daherteuer. Harte Beschichtungen sind von Natur aus steif und spröde, was unter schweren Betriebsbedingungen zum Versagen der Stäbe führen kann.
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Dementsprechend ist es höchst wünschenswert, eine neue Refinerstabtechnologie bereitzustellen, die zumindest einige der Nachteile des Standes der Technik behebt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Im Allgemeinen umfassen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Refiner-Füllkörper und einen Refiner, bei dem die Stäbe mit Mehrfachbeschichtungen versehen sind. Im Allgemeinen, und wie nachstehend weiter ausgeführt wird, ist unter dem Ausdruck „Mehrfachbeschichtungen“ zu verstehen, dass die vorderen und/oder hinteren Oberflächen unterschiedliche Beschichtungen aufweisen, welche unterschiedliche chemische Zusammensetzungen und/oder physikalische Eigenschaften aufweisen. Alternativ bedeutet „Mehrfachbeschichtungen“, dass eine bestimme Staboberfläche zwei oder mehr unterschiedliche Beschichtungen auf verschiedenen Teilen derselben Oberfläche aufweist, welche unterschiedliche chemische Zusammensetzungen und/oder physikalische Eigenschaften aufweisen.
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Ein erfinderischer Aspekt der Offenbarung ist ein Refiner-Füllkörper für einen Refiner mit einem Rotor, der sich um eine Drehachse dreht und mit einem Stator zusammenwirkt, um einen Zellstoff, der Zellulosefasern umfasst, mechanisch zu behandeln. Der Refiner-Füllkörper ist am Rotor oder am Stator montierbar. Der Refiner-Füllkörper hat eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Refinerstäben. Jeder Stab hat eine vordere und eine hintere Oberfläche. Mindestens einer der Refinerstäbe hat eine erste Beschichtung auf der vorderen Oberfläche und eine zweite Beschichtung auf der hinteren Oberfläche. Die ersten und zweiten Beschichtungen weisen unterschiedliche chemische Zusammensetzungen und/oder unterschiedliche physikalische Eigenschaften auf. Alternativ, in einem anderen erfinderischen Aspekt, sind die ersten und zweiten Beschichtungen auf verschiedenen, nicht überlappenden Teilen derselben Oberfläche aufgetragen. Anders ausgedrückt ist die erste Beschichtung auf einem ersten Teil der Oberfläche und die zweite Beschichtung auf einem zweiten Teil derselben Oberfläche aufgetragen, sodass die ersten und zweiten Beschichtungen nicht überlappen, zum Beispiel aufgetragen auf unterschiedlichen Teilen derselben Oberfläche.
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Die vorstehenden Ausführungen stellen eine vereinfachte Zusammenfassung der Erfindung dar, um ein grundlegendes Verständnis einiger Aspekte der Erfindung zu vermitteln. Diese Zusammenfassung stellt keinen vollständigen Überblick über die Erfindung dar. Sie ist nicht dazu bestimmt, wesentliche, wichtige oder kritische Elemente der Erfindung zu identifizieren oder den Umfang der Erfindung abzugrenzen. Ihr einziger Zweck besteht darin, einige Konzepte in vereinfachter Form als Einleitung zu der detaillierteren Beschreibung darzustellen, die später diskutiert wird. Andere Aspekte der Erfindung werden im Folgenden in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Technologie werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, diese zeigen:
- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Refiners mit einem Rotor und einem Stator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die den Austausch eines Refiner-Füllkörpers an dem Stator zeigt.
- 2 ist eine weitere perspektivische Ansicht des Refiners aus 1, die den Austausch eines Refiner-Füllkörpers an dem Rotor zeigt.
- 2A ist eine Draufsicht auf vier Refiner-Füllkörper in Form von vier bogenförmigen Segmenten als ein Beispiel für segmentierte Füllkörper für einen Scheibenrefiner.
- 3 ist eine Querschnittsansicht eines Refiner-Füllkörpers mit Stäben, auf denen eine erste Beschichtung auf einer vorderen Oberfläche und eine zweite Beschichtung auf einer hinteren Oberfläche aufgetragen ist, wobei die ersten und zweiten Beschichtungen verschiedene chemische Zusammensetzungen und/oder physikalische Eigenschaften aufweisen.
- 3A ist eine Querschnittsansicht eines Refiner-Füllkörpers mit einer eigenschaftsvariierenden Beschichtung auf einer vorderen Oberfläche der Stäbe, bei der die Beschichtung eine Eigenschaft aufweist, die in Abhängigkeit der Dicke variiert.
- 4 ist eine Querschnittsansicht eines Refiner-Füllkörpers mit Stäben, bei denen erste und zweite Beschichtungen an verschiedenen, nicht überlappenden Teilen der vorderen Oberfläche aufgetragen sind, wobei die ersten und zweiten Beschichtungen verschiedene chemische Zusammensetzungen und/oder physikalische Eigenschaften aufweisen.
- 5 ist eine Querschnittsansicht eines Refiner-Füllkörpers mit einer eigenschaftsvariierenden Beschichtung auf einer vorderen Oberfläche der Stäbe, bei der die eigenschaftsvariierende Beschichtung zwei Beschichtungen mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und/oder physikalischen Eigenschaften aufweist.
- 6 ist eine Querschnittsansicht eines Refiner-Füllkörpers mit einer eigenschaftsvariierenden Beschichtung auf einer vorderen Oberfläche der Stäbe, bei der die eigenschaftsvariierende Beschichtung mehrere alternierende Schichten zweier verschiedener chemischer Zusammensetzungen und/oder physikalischer Eigenschaften aufweist.
- 7 ist eine Querschnittsansicht eines Refiner-Füllkörpers mit einer eigenschaftsvariierenden Beschichtung auf einer vorderen Oberfläche der Stäbe, bei der die eigenschaftsvariierende Beschichtung mehrere alternierende Schichten zweier verschiedener chemischer Zusammensetzungen und/oder physikalischer Eigenschaften aufweist, wobei sich die Schichten zusätzlich in unterschiedlichen Anteilen über die Höhe des Stabes erstrecken.
- 8 ist eine Querschnittsansicht eines Refiner-Füllkörpers mit einer eigenschaftsvariierenden Beschichtung auf einer vorderen Oberfläche der Stäbe, bei der die eigenschaftsvariierende Beschichtung fünf Schichten verschiedener chemischer Zusammensetzung und/oder physikalischer Eigenschaften aufweist.
- 9 ist eine Draufsicht auf einen Refiner-Füllkörper gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei verschiedene Beschichtungen an zwei verschiedenen radialen Teilen jeder vorderen Oberfläche der Stäbe aufgebracht wird.
- 10 ist eine Draufsicht auf einen Refiner-Füllkörper gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der drei verschiedene Beschichtungen an drei verschiedenen radialen Teilen jeder vorderen Oberfläche der Stäbe aufgebracht wird.
- 11 zeigt einen konischen Refiner-Füllkörper, auf den mehrere Beschichtungen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung aufgebracht werden können.
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Es wird darauf hingewiesen, dass in den beigefügten Zeichnungen durchweg gleiche Merkmale durch gleiche Bezugszeichen ausgewiesen sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Hierin werden verschiedene Ausführungsformen eines Refiner-Füllkörpers mit Refinerstäben gezeigt, von denen mindestens einer mit ersten und zweiten Beschichtungen beschichtet ist, die entweder auf den vorderen und hinteren Oberflächen oder alternativ auf verschiedenen Teilen derselben Oberfläche aufgetragen ist. Die vorliegende Darstellung zeigt auch einen Refiner mit einem oder mehreren Refiner-Füllkörpern, die die mit den ersten und zweiten Beschichtungen beschichteten Refinerstäbe enthalten.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Refiners, der im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnet wird. In der in 1 dargestellten Ausführungsform hat der Refiner 10 ein Gehäuse 12, einen Stator 14 und einen Rotor 16. Der Rotor dreht sich um eine Drehachse und wirkt mit dem Stator zusammen, um einen Zellstoff (oder eine Zellstoffsuspension), der Zellulosefasern enthält, mechanisch zu behandeln. Die Rotationsachse definiert eine axiale Richtung und eine radiale Richtung. In der dargestellten Ausführungsform von 1 ist der Refiner ein Scheibenrefiner mit einer austauschbaren Refinerfüllung. Die Refinerfüllung setzt sich aus einer Vielzahl von Refiner-Füllkörpern zusammen. Im Beispiel von 1 sind die Refiner-Füllkörper Segmente einer im Allgemeinen flachen, ringförmigen scheiben- oder plattenartigen Struktur (hier auch als „Platte“ bezeichnet). Es wird jedoch auch angenommen, dass die Refiner-Füllkörper in einem konischen Refiner konische Füllkörper sein können. Für die Zwecke dieser Spezifikation ist der Ausdruck „Refiner-Füllkörper" so auszulegen, dass er eine flache scheibenähnliche Platte oder ein bogenförmiges Segment davon oder eine konische Struktur oder ein winkelförmiges Segment davon umfasst. Bei einem scheibenartigen Refiner kann der Refiner-Füllkörper eine einteilige kreisförmige Platte, eine ringförmige Platte oder ein bogenförmiges Segment sein, das mit anderen bogenförmigen Segmenten zusammengefügt wird, um die vollständige kreisförmige oder ringförmige Platte zu bilden. Analog dazu kann bei einem konischen Refiner der Refiner-Füllkörper eine einteilige konische (oder kegelstumpfförmige) Struktur oder ein Winkelsegment eines Konus (oder Kegelstumpfes) sein, das mit anderen Winkelsegmenten zusammengefügt wird, um eine vollständige konische (oder kegelstumpfförmige) Struktur zu bilden. Aus dem Vorstehenden ist zu verstehen, dass ein Refiner-Füllkörper kreisförmig, ringförmig oder konisch (d.h. er definiert eine vollständige 360-Grad-Komponente) oder segmentiert (d.h. er definiert eine bogen- oder winkelförmige Komponente kleiner als 360 Grad, die mit anderen derartigen Segmenten zusammengefügt wird, um die vollständige kreis- oder ringförmige Platte bzw. den Konus zu bilden) sein kann.
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1 zeigt den Austausch eines Refiner-Füllkörpers 20 am Stator 14. Der RefinerFüllkörper 20 kann an den Stator 14 mit Hilfe von Verbindungselementen, z.B. mit Gewindeschrauben, wie dargestellt, montiert werden. In diesem Beispiel sind mehrere Refiner-Füllkörper 20 in ringförmiger Anordnung an den Stator 14 montiert, um eine statorseitige Refinerplatte zu bilden. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der Stator 14 an einer türähnlichen Abdeckung 15 befestigt, die um einen Scharniermechanismus schwenkt, um den Austausch des oder der Refiner-Füllkörper(s) 20 zu ermöglichen.
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2 ist eine weitere perspektivische Ansicht des Refiners 10 aus 1, die den Austausch eines Refiner-Füllkörpers 20 an dem Rotor 16 zeigt. Der Refiner-Füllkörper 20 kann an den Rotor 16 mit Hilfe von Verbindungselementen, z.B. Gewindeschrauben, wie dargestellt, montiert werden. Mehrere Refiner-Füllkörper 20 sind in ringförmiger Anordnung auf dem Rotor 16 montiert, um eine rotorseitige Refinerplatte zu bilden. In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der Rotor 16 innerhalb des Gehäuses 12 des Refiners 10 montiert.
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In der Ausführungsform von 1 und 2 ist der Refiner-Füllkörper 20 ein austauschbarer Refiner-Füllkörper mit einer segmentierten plattenartigen Form. Bei der Wartung des Refiners kann die Refinerfüllung, wenn sie verschlissen ist, durch den Austausch der Baugruppe von Refiner-Füllkörpern, die die Füllung bilden, ersetzt werden. Zum Beispiel können, wie in 2A gezeigt, vier Refiner-Füllkörper in Form von vier bogenförmigen Segmenten zusammengesetzt werden, um eine vollständige ringförmige Plattenstruktur für einen Scheibenrefiner zu erhalten. Der Winkelbogen jedes bogenförmigen oder segmentierten Füllkörpers kann von dem in diesen Beispielen gezeigten Winkel abweichen. Der Winkelbogen des Füllkörpers kann z.B. 360 Grad, 180 Grad, 90 Grad, 45 Grad, 30 Grad, 22,5 Grad, 20 Grad, 15 Grad, 10 Grad usw. betragen, so dass sie nach dem Zusammenbau eine ringförmige Anordnung mit vollen 360 Grad bilden. 2A zeigt auch, dass der kreisförmige Refiner-Füllkörper durch einen Innendurchmesser (ID) und einen Außendurchmesser (OD) charakterisiert werden kann. Der Refiner-Füllkörper erstreckt sich somit radial vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser. Es wird auch geschätzt, dass eine komplette Platte oder ein Ring aus bogenförmigen oder segmentierten Füllkörpern aus Füllkörpern unterschiedlicher Form zusammengesetzt sein kann, z.B. ein 180-Grad- Füllkörper plus zwei 90-Grad- Füllkörper, zwei 90-Grad- Füllkörper plus vier 45-Grad- Füllkörper, drei 60-Grad- Füllkörper plus sechs 30-Grad- Füllkörper, und so weiter.
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Wie in 3-10 dargestellt, hat der Refiner-Füllkörper 20 eine Grundfläche 22. Die Grundfläche kann bei einigen Ausführungsformen eine gleichmäßige Dicke in axialer Richtung aufweisen, obwohl sie alternativ auch eine ungleichmäßige Dicke haben kann. Die Grundfläche erstreckt sich radial von einem Innendurchmesser ID zu einem Außendurchmesser OD, wie in 2A dargestellt. Der Refiner-Füllkörper 20 weist eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Refinerstäben 30 (auch als „Blätter“ bekannt) auf. Die Stäbe können mit einer gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Nutbreite voneinander beabstandet sein, d.h. der Abstand zwischen benachbarten Stäben kann variieren oder konstant sein. Optional sind die Refinerstäbe durch Abstandhalter 24 voneinander beabstandet, obwohl es bei anderen Ausführungen gegebenenfalls keine Abstandhalter gibt. Jeder Stab wird durch eine Stablänge BL definiert, die sich in Richtung des Außendurchmessers erstreckt, d.h. im Wesentlichen radial verläuft, und wird durch eine Stabhöhe BH definiert, die im Wesentlichen axial von der Grundfläche vorsteht. Die Stabhöhe kann konstant oder variabel sein. In einigen Ausführungsformen kann die Stabhöhe beispielsweise ein Wert sein, der im Bereich von 3 bis 14 mm liegt.
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In den Ausführungsformen von 3 und 4 sind die Stäbe mit zwei verschiedenen Beschichtungen beschichtet, d.h. einer ersten Beschichtung und einer zweiten Beschichtung. In diesen Ausführungsformen haben die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung verschiedene chemische Zusammensetzungen und/oder verschiedene physikalische Eigenschaften. Anders ausgedrückt unterscheidet sich die chemische Zusammensetzung und/oder physikalische Eigenschaft einer Beschichtung von der anderen Beschichtung. Zum Beispiel, wie in 3 dargestellt, können die vorderen und hinteren Oberflächen unterschiedliche Beschichtungen mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und/oder verschiedenen physikalischen Eigenschaften aufweisen. Da Beschichtungen einige kleinere natürliche Schwankungen vor allem in einer bestimmten physikalischen Eigenschaft oder chemischen Zusammensetzung entlang ihrer Beschichtungsdicke aufweisen können, soll verstanden werden, für die Zwecke dieser Spezifikation, dass ein Unterschied in einer physikalischen Eigenschaft oder chemischen Zusammensetzung sich auf einen Unterschied im Durchschnitt, arithmetischen Mittel oder Nominalwert der physikalischen Eigenschaft oder chemischen Zusammensetzung der Beschichtung bezieht. Anders ausgedrückt kann die über den Beschichtungsquerschnitt durchschnittliche physikalische Eigenschaft dahingehend verstanden werden, dass diese die nominale physikalische Eigenschaft einer bestimmten Beschichtung darstellt. Unterschiedliche Beschichtungen mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften unterscheiden sich daher, beispielsweise mehr als 10%, in ihren jeweiligen Durchschnittswerten für eine bestimmte physikalische Eigenschaft.
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3 ist eine Querschnittsansicht eines Refiner-Füllkörpers 20 mit Stäben 30, welche jeweils eine vordere Oberfläche 32 und eine hintere Oberfläche 38 aufweisen. Eine erste Beschichtung 34 ist auf der vorderen Oberfläche 32 der Stäbe r30 aufgetragen und eine zweite Beschichtung 36 ist auf der hinteren Oberfläche 38 der Stäbe 30 aufgetragen. In dieser Ausführungsform besteht die erste Beschichtung 34 aus einer ersten chemischen Zusammensetzung und die zweite Beschichtung besteht aus einer zweiten chemischen Zusammensetzung, welche sich von der ersten chemischen Zusammensetzung unterscheidet. Alternativ weisen die erste Beschichtung 34 und die zweite Beschichtung 36 in einer anderen Ausführungsform unterschiedliche physikalische Eigenschaften auf, ob die Beschichtungen die gleiche chemische Zusammensetzung aufweisen oder nicht.
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Für die Zwecke dieser Spezifikation soll unter unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung verstanden werden, dass die erste chemische Zusammensetzung und die zweite chemische Zusammensetzung unterschiedliche chemische Formeln aufweisen, sodass zumindest eine physikalische Eigenschaft der ersten chemischen Zusammensetzung sich mindestens um 10% von der der zweiten chemischen Zusammensetzung unterscheidet.
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Eine Beschichtung kann aus einer einzelnen chemischen Verbindung oder Substanz (mit einer einzigen chemischen Zusammensetzung) bestehen oder kann aus einer Vielzahl von Verbindungen oder Substanzen bestehen. Jede Beschichtung hat eine Vielzahl physikalischer Eigenschaften, z.B. mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften. Physikalische Eigenschaften beinhalten, ohne auf diese beschränkt zu sein, Härte, Zähigkeit oder Schlagfestigkeit, Porosität, Elastizität, Duktilität, Verschleißfestigkeit oder Erosionsfestigkeit, Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Dauerfestigkeit, Korrosivität, Kriechen, und Oberflächenrauigkeit.
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Obwohl die Beschichtung sich lediglich in Bezug auf eine einzige physikalische Eigenschaft unterscheiden können, können sich die Beschichtungen in Bezug auf mehrere physikalische Eigenschaften unterscheiden.
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In einer spezifischen Ausführungsform weisen die ersten und zweiten Beschichtungen dieselbe chemische Zusammensetzung auf (d.h. die ersten und zweiten Beschichtungen weisen die dieselbe chemische Formel auf) aber haben unterschiedliche physikalische Eigenschaften in Folge einer Wärmebehandlung oder unterschiedlicher Herstellungsprozesse, die in unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften resultieren.
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In einer Ausführungsform können sich die physikalischen Eigenschaften der ersten und zweiten Beschichtungen um mehr als 50% voneinander unterscheiden. In einer anderen Ausführungsform können sich die physikalischen Eigenschaften um mehr als 25% voneinander unterscheiden. In einer nochmals weiteren Ausführungsform können sich die physikalischen Eigenschaften um mehr 10% voneinander unterscheiden. Es wird geschätzt, dass eine physikalische Eigenschaft der Beschichtung sich um einen bestimmten Anteil unterscheiden kann, wohingegen eine andere physikalische Eigenschaft sich um einen anderen Anteil unterscheiden kann. Zum Beispiel kann die erste Beschichtung 50% duktiler als die zweite Beschichtung, 30% verschleißfester als die zweite Beschichtung und 15% schlagfester als die zweite Beschichtung sein.
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In der Ausführungsform in 3 weist die erste Beschichtung 34 eine beschichtungsdicke auf, die größer ist als die Beschichtungsdicke der zweiten Beschichtung 36 wie gezeigt, obwohl in anderen Ausführungsformen die Dicke der ersten und zweiten Beschichtungen gleich sein kann, oder alternativ, die zweite Beschichtung auf der vorderen Oberfläche dicker sein kann als die erste Beschichtung auf der vorderen Oberfläche. In 3 beginnen die Beschichtungen in einem kleinen Abstand von den Abstandhaltern 24 und erstrecken sich bis zur vollständigen Höhe BH der Stäbe. In anderen Ausführungsformen erstrecken sich die Beschichtungen auf weniger als die vollständige Höhe BH der Stäbe 30 und/oder können bei verschiedenen Höhen oberhalb der Stäbe 24 (oder oberhalb der Grundfläche 22 sofern dort keine Abstandshalter 24 vorhanden sind) beginnen. In einer Ausführungsform kann die Oberflächengröße der ersten Beschichtung sich unterscheiden von der der zweiten Beschichtung. In anderen Ausführungsformen können einige Abschnitte der Stäbe beschichtet sein auf beiden Seiten, nur auf einer Seite oder nicht beschichtet sein auf beiden Seiten.
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3A zeigt eine eigenschaftsvariierende Beschichtung 34, die lediglich auf der vorderen Oberfläche 32 der Stäbe 30 aufgebracht ist, d.h. gibt es keine Beschichtung, die auf der hinteren Oberfläche aufgebracht ist, obwohl geschätzt wird, dass es bei einer Variante eine Beschichtung auf der hinteren Oberfläche geben kann. In dieser Ausführungsform weist die Beschichtung 34 eine physikalische Eigenschaft auf, die in Abhängigkeit der Dicke der Beschichtung variiert. In dem in 3A gezeigten Graphen ist die Varianz nicht-linear, obwohl die Varianz linear sein kann in anderen Fällen. Die Richtung, der Gradient und die Form der Eigenschaftsvariation kann ebenfalls variieren. Die Eigenschaften der Stäbe 30 können selber ebenfalls variieren in Abhängigkeit von ihrer Dicke, entweder linear oder nicht-linear. In einer spezifischen Ausführungsform variiert die physikalische Eigenschaft um mindestens 10%.
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In einer anderen Ausführungsform, die in 4 gezeigt wird, wird eine erste Beschichtung 34a auf einem ersten Teil einer Oberfläche aufgebracht und eine zweite (gleichseitige) Beschichtung 34b wird auf einem zweiten Teil derselben Oberfläche aufgebracht. Die erste Beschichtung 34a und die zweite Beschichtung 34b haben unterschiedliche chemische Zusammensetzungen und/oder unterschiedliche physikalische Eigenschaften. In diesem Beispiel sind die ersten und zweiten Teile der Oberfläche zusammenhängend und benachbart und daher sind die ersten und zweiten Beschichtungen 34a, 34b ebenfalls zusammenhängend und benachbart. In einer Variante könnte es eine kleine Lücke zwischen den ersten und zweiten Beschichtungen 34a, 34b geben. In diesem Beispiel sind die ersten und zweiten Beschichtungen separate, nicht-überlappende Beschichtungen, die auf derselben Oberfläche (z.B. vordere Oberfläche 32) des Stabes 30 aufgebracht sind. In der Ausführungsform in 4 sind die ersten und zweiten Beschichtungen auf der vorderen Oberfläche 32 der Stäbe 30 aufgebacht und nicht auf der hinteren Oberfläche. Jedoch wird es geschätzt, dass in einer Variante die vordere Oberfläche ebenfalls die ersten und zweiten Beschichtungen haben kann. In der Ausführungsform in 4 kann die erste Beschichtung eine untere Beschichtung auf der vorderen Oberfläche sein und die zweite Beschichtung kann eine obere Beschichtung auf der vorderen Oberfläche (oder anders herum) sein. Die untere Beschichtung ist als weiter unten anzusehen, weil sie näher zu dem Abstandhalter 24 und der Grundfläche 22 ist als die obere Beschichtung. Die ersten und zweiten Beschichtungen auf derselben Oberfläche des Stabes 30 können Seite-an-Seite-Beschichtungen sein, alternierende Beschichtungsstreifen, konzentrische Beschichtungen, oder jede andere geeignete Anordnung, jedes andere geeignete Muster oder jede andere geeignete Geometrie von Beschichtungen sein.
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In 5 wird ein weiteres Beispiel von einer eigenschaftsvariierenden Beschichtung gezeigt. In diesem Beispiel ist die Beschichtung alternativ aus Schichten (d.h. Deckschichten) zusammengesetzt. In 5 gibt es zwei Schichten, namentlich eine erste Schicht 40 und eine zweite Schicht 42. Wie anhand des Beispiels in 5 gezeigt, ist die erste Schicht 40 auf der vorderen Oberfläche 32 des Stabs 30 aufgebracht. Die zweite Schicht 42 ist, wie in dieser Figur gezeigt, auf der ersten Schicht 40 aufgebracht. In diesem Beispiel haben die ersten und zweiten Schichten 40, 42 die gleichen Dimensionen (z.B. gleiche Dicke und gleiche vertikale Ausdehnung), obwohl geschätzt wird, dass die ersten und zweiten Schichten 40, 42 unterschiedliche Dimensionen, z.B. unterschiedliche Dicken und/oder unterschiedliche Ausdehnungen, haben können. Die ersten und zweiten Schichten 40, 42 können unterschiedliche chemische Zusammensetzungen und/oder unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel kann die erste Schicht 40 hochelastisch sein, um Schläge zu absorbieren, wohingegen die zweite Schicht hoch verschleißfest sein kann, um Verschleiß oder Erosion zu minimieren. Obwohl 5 nur Schichten auf der vorderen Oberfläche zeigt, kann der Stab Schichten auf der hinteren Oberfläche ebenfalls haben oder alternativ nur auf der vorderen Oberfläche.
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6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Refiner-Füllstücks, bei dem die Stäbe 30 mit einer eigenschaftsvariierenden Beschichtung beschichtet sind, die fünf Schichten aufweist, namentlich eine erste Schicht 40, eine zweite Schicht 42, eine dritte Schicht 44, eine vierte Schicht 46 und eine fünfte Schicht 48. Obwohl 5 eine Beschichtung mit zwei Schichten zeigt und 6 eine Beschichtung mit fünf Schichten zeigt, wird geschätzt, dass die Anzahl von Schichten ebenfalls drei, vier, sechs etc. sein kann. In diesem Beispiel, wie in 6 dargestellt, weisen die erste Schicht 40, die dritte Schicht 44 und die fünfte Schicht 48 eine erste chemische Zusammensetzung auf und/oder haben einen ersten Satz von physikalischen Eigenschaften, wohingegen die zweite Schicht 42 und die vierte Schicht 46 eine zweite chemische Zusammensetzung aufweisen und/oder einen zweiten Satz von physikalischen Eigenschaften aufweisen. Die eigenschaftsvariierende Beschichtung aus 6 ist daher zusammengesetzt aus alternierenden Schichten (z.B. Schichten mit alternierender chemischer Zusammensetzung und/oder alternierenden physikalischen Eigenschaften).
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Obwohl die Schichten 40-48 in 6 dieselben Dimensionen aufweisen, ist es möglich, eine eigenschaftsvariierende Beschichtung mit Schichten unterschiedlicher Dimensionen wie in dem Beispiel in 7 gezeigt zu nutzen. Wie in 6 gezeigt weist die eigenschaftsvariierende Beschichtung in 7 fünf Schichten von Beschichtungen auf, die sukzessive auf der vorderen Oberfläche eines Stabes 30 aufgebracht wurden. Insbesondere, in 7 hat jede der Schichten 40-48 eine unterschiedliche vertikale Ausdehnung. In dieser bestimmten Konfiguration, wie gezeigt, hat die erste Schicht die größte vertikale Ausdehnung, sukzessive gefolgt von den zweiten, dritten, vierten und fünften Schichten. Es wird geschätzt, dass die Schichten, die in den beiden 6 und 7 gezeigt werden, alternativ auf der hinteren Oberfläche des Stabes statt auf, oder zusätzlich auf, der vorderen Oberfläche des Stabes aufgebracht werden können. Es ist ebenfalls zu erwähnen, dass die vorderen und hinteren Oberflächen unterschiedliche Anzahlen und/oder Konfigurationen von Schichten haben können.
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8 zeigt eine eigenschaftsvariierende Beschichtung, die fünf verschiedene Schichten auf der vorderen Oberfläche, namentlich eine erste Schicht 40, eine zweite Schicht 42, eine dritte Schicht 44, eine vierte Schicht 46 und eine fünfte Schicht 48 aufweist. Die Schichten können in einer Variante auf der vorderen Oberfläche verteilt sein. Alternativ kann der Stab Schichten auf den vorderen und hinteren Oberflächen aufweisen. Der Stab kann ebenfalls mit einer unterschiedlichen Anzahl an Schichten beschichtet sein auf der vorderen und hinteren Oberfläche. In diesem Beispiel kann jede der fünf Schichten eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung und/oder unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen.
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In einer Ausführungsform können die Beschichtungen aus unterschiedlich geschichteten Strukturen von Beschichtungen gebildet sein. Zum Beispiel, wenn eine erste Beschichtung eine erste Schicht, zweite Schicht und dritte Schicht in dieser Reihenfolge aufweist, kann die zweite Beschichtung durch eine unterschiedliche Anordnung von Schichten strukturiert sein, z.B. zweite Schicht, erste Schicht und dritte Schicht, oder dritte Schicht, erste Schicht und zweite Schicht etc. Die erste Beschichtung hat daher andere Schichtstrukturen als die zweite Beschichtung.
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9 ist eine Draufsicht auf einen Refiner-Füllkörper 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, in der eine erste Beschichtung 50 und eine zweite Beschichtung 52 aufgebracht sind in bestimmten radialen Teilen des Stabes 30. Wie beispielhaft gezeigt sind die ersten und zweiten Beschichtungen 50, 52 entlang einer Stablänge BL auf der vorderen Oberfläche der Stäbe 30 aufgebracht. Die erste Beschichtung ist auf einem radial nach außen gerichteten Teil der Stäbe aufgebracht, wohingegen die zweite Beschichtung 52 auf dem radial nach innen gerichteten Teil der Stäbe aufgebracht ist. Die ersten und zweiten Beschichtungen können auf der vorderen Oberfläche aufgebracht werden statt auf, oder zusätzlich zu, der vorderen Oberfläche.
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10 ist eine Draufsicht auf einen Refiner-Füllkörper 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, in der drei Beschichtungen auf den vorderen Oberflächen der Stäbe aufgebracht sind. Eine erste Beschichtung 50 ist auf dem radial äußeren Teil der Stäbe, eine zweite Beschichtung 52 ist auf dem radial mittleren Teil der Stäbe, und eine dritte Beschichtung 54 ist auf dem radial inneren Teil der Stäbe aufgebracht. Die ersten, zweiten und dritten Beschichtungen 50, 52, 54 können auf der hinteren Oberfläche statt auf, oder zusätzlich zur, vorderen Oberfläche aufgebracht sein.
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Obwohl unterschiedliche Beschichtungen, die verschiedene radiale Teile der Stäbe bedecken, in den 9 und 10 gezeigt werden, wird geschätzt, dass es, in einer Variante, Übergangsregionen zwischen einem Teil und einem benachbarten Teil eines bestimmten Stabes geben kann, sodass es eine graduelle oder progressive Veränderung in einer oder mehr Beschichtungseigenschaften oder chemischen Zusammensetzungen geben kann statt einer diskreten, schrittweisen Veränderung. Die physikalische Eigenschaft oder chemische Zusammensetzung der ersten, zweiten oder dritten Teile können in Form eines Durchschnittswerts oder arithmetischen Mittels einer bestimmten Eigenschaft oder chemischen Zusammensetzung definiert sein. In einer Ausführungsform verändert sich die Differenz in dem Durchschnittswert oder arithmetischen Mittel der Eigenschaften zwischen einer Beschichtung und einer anderen Beschichtung entlang einer radialen Länge des Stabes durch einen funktional signifikanten Anteil, z.B. durch einen Anteil von 10% oder mehr.
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11 stellt einen konischen Refiner-Füllkörper 20 dar, auf den gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung mehrere Beschichtungen aufgebracht werden können. Der konische Refiner-Füllkörper 20 ist durch einen Innendurchmesser ID und einen Außendurchmesser OD gekennzeichnet, wie in 11 dargestellt. Die Refinerstäbe 30 des konischen Refiner-Füllkörpers 20 haben zwei verschiedene Beschichtungen, wie vorstehend beschrieben, die auf alle vorstehend diskutierten verschiedenen Arten variieren können. In diesem Beispiel ist der konische Refiner-Füllkörper 20 eine einzelne, einheitliche Komponente, die die vollständige konische Struktur definiert, obwohl es geschätzt wird, dass der konische Refiner-Füllkörper ein segmentierter konischer Füllkörper sein kann, der mit anderen segmentierten konischen Füllkörpern zusammengesetzt wird, um die vollständige konische (oder kegelstumpfförmige) Struktur zu bilden.
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In einigen Ausführungsformen hat die vordere Oberfläche aller Refinerstäbe die duale Beschichtung, d.h. alle Refinerstäbe sind mit den ersten und zweiten Beschichtungen beschichtet. Bei anderen Ausführungen haben nur einige der vorderen Oberflächen der Refinerstäbe die ersten und zweiten Beschichtungen. Zum Beispiel kann ein alternierendes Muster von beschichteten und unbeschichteten Stäben eingesetzt werden. Als weiteres Beispiel kann jeder dritte oder vierte Stab beschichtet werden. Umgekehrt kann jeder dritte oder vierte Stab unbeschichtet sein.
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Bei einigen Ausführungsformen erstrecken sich die Beschichtungen über die gesamte Stablänge. In anderen Ausführungsformen erstrecken sich die Beschichtungen nur teilweise über die gesamte Stablänge. Zum Beispiel kann sich die variable Beschichtung über 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10% usw. der Länge erstrecken. Als weiteres Beispiel kann ein Stab zu einem ersten Prozentsatz beschichtet werden, während der nächste Stab zu einem anderen Prozentsatz beschichtet wird. Bei einigen Ausführungen erstrecken sich die Beschichtungen von der Grundfläche bis zur Oberseite des Stabes, d.h. die Beschichtungen decken die gesamte Stabhöhe ab. In anderen Ausführungsformen erstrecken sich die Beschichtungen nur über einen Teil der Stabhöhe. Zum Beispiel können die Beschichtungen an einem Punkt beginnen, der höher als die Grundfläche liegt, z.B. in der Mitte, bei einem Viertel der Höhe, bei einem Drittel der Höhe, bei einem Fünftel der Höhe, einem Sechstel der Höhe, einem Achtel der Höhe, zwei Drittel der Höhe, drei Viertel der Höhe oder an irgendeinem anderen Punkt oberhalb der Grundfläche. Zum Beispiel kann die Beschichtung an einem Punkt zwischen einem Viertel der Höhe und dem Mittelpunkt beginnen. Anders ausgedrückt, in einer Ausführungsform, kann die Beschichtung an einem Punkt oberhalb der Grundfläche auf einer Höhe von 20-45% der Höhe des Stabes beginnen und sich dann die gesamte Strecke bis zum oberen Punkt des Stabes erstrecken. In eine spezifischeren Ausführungsform kann die Beschichtung bei 20-35%, weiter vorzugsweise bei 25-35%, beginnen.
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Es wird geschätzt, dass die Beschichtungen künstliche Beschichtungen sind, die absichtlich auf der der Oberfläche/den Oberflächen des Stabes aufgebracht sind im Gegensatz zu einer natürlich vorkommenden Substanz wie zum Beispiel ein Oxid, dass sich auf den/der Oberfläche(n) des Stabes als Folge eines natürlich vorkommenden Phänomens wie Oxidation bilden kann. In einigen Ausführungsformen weist die Beschichtung eine Dicke von mindestens 100µm, jedoch nicht mehr als 1 mm, auf.
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Fürdie Zwecke der Auslegung dieser Spezifikation sollen die Artikel „ein, eine“, „der, die, das“ bei der Bezugnahme auf Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bedeuten, dass es sich um eines oder mehrere der Elemente handelt. Die Begriffe „umfassen“, „einschließen“, „haben“, „beinhalten" und „einbeziehen“ sowie deren Verbformen sollen umfassend und ergebnisoffen sein, womit gemeint ist, dass es neben den aufgeführten Elementen noch weitere Elemente geben kann.
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Diese Erfindung ist in Form von spezifischen Ausführungsformen, Implementierungen und Konfigurationen beschrieben worden, die nur beispielhaft sein sollen. Personen mit gewöhnlichen Fertigkeiten auf diesem Gebiet werden es zu schätzen wissen, dass viele offensichtliche Variationen, Verfeinerungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem/den in dieser Anmeldung dargestellten erfinderischen Konzept(en) abzuweichen. Der Umfang des vom Anmelder beantragten Ausschließlichkeitsrechts soll daher nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt werden.
