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Vorrichtung zum Sieben von Faserstoffaufschwemmungen, insbesondere
Holzschliff Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Naßsieben von Teilchen aus
faserigem Stoff, bei der man das Trenngut in einer Flüssigkeit schichtweise über
die Konkavseite einer gekrümmten Siebfläche, senkrecht zu den Erzeugenden dieser
Fläche, führt, welche Fläche aus äquidistanten Stäben zusammen gesetzt ist.
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Die Erfindung hat besondere Bedeutung für die Sortierung von faserhaltigem
Stoff, insbesondere Holzschliff, welcher für die Herstellung von holzhaltigem Papier
und ähnlichen Stoffen bestimmt ist.
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Zur mechanischen Herstellung von Holzschliff werden in den Schleifern
die vorher entrindeten und entlasteten Holzprügel in Längsrichtung an einen schnell
rotierenden, zylindrischen Schleifstein gepreßt und auf diese Weise zerfasert. Dabei
wird der Stein für die Schmierung und Kühlung und weiter auch zum Abtransport des
Holzschliffs in den Schleifertrog reichlich mit Wasser bespritzt. Es gilt nun -
z. B. für Zeitungsdruckpapier -, eine möglichst lange, ungekürzte und biegsame Faser
bei niedrigem Gehalt an feineren Bestandteilen zu erhalten. Für andere Papiersorten
(z. B. Mittelfeinpapier), gelten allerdings wieder andere Anforderungen. Durch Anderung
der Schärfe des Schleifersteines des Preßdrucks und der Wassermenge schwanken im
Holzschliff die Anteile an Faserbündeln (Splitter), Einzelfasern, Kurzfasern und
Feinstoff, zusammen mit Spänen. Letztere werden entfernt, indem man den Holzstoff
über ein Grobsieb (meistens ein Schwingsieb) leitet. Der auf diese Weise grob abgesiebte
Stoff geht anschließend über feinmaschigere Siebe, auch Sortierer genannt, welche
den größten Teil der Faserbündel und Splitter absondern.
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Die Sortierung erfolgt meistens in zwei oder mehr Stufen, wobei jede
Sortierstufe den Überlauf der vorangehenden Stufe erhält. Die Sortiermaschinen sind
meistens Schleudersortierer und bestehen aus einem Gehäuse, in dem eine stillstehende,
zylindrische Siebtrommel untergebracht ist, um die Schaber herumlaufen. Die Sieblochweite
dieser Trommel beträgt in Abhängigkeit von dem gewünschten Siebmaß etwa 1,4 bis
2,4 mm. Die Grobteile bleiben im Sieb zurück und gehen über eine öffnung ab. Die
zurückgebliebenen Fasern der letzten Stufe mit einem hohen Anteil an Splittern werden
in Refiner geführt, wo die Splitter weiter zerfasert werden. Dieser Stoff wird anschließend
wieder in Umlauf gebracht.
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Während der Holzschliff mit einem Anteil an Festsubstanzen zwischen
1 und 3 0/o in den Schleifertrog fällt, sind für die Sortierung stärkere Verdünnungen
erforderlich. Der Feststoffanteil im Sortier-
gang liegt zwischen 0,4 und 1 0/g Die
großen Wassermengen werden zur Erreichung der für die Weiterverarbeitung geeigneten
Festsubstanzen von 4 bis 801o in Eindickern oder Filtern entfernt.
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Obwohl sich die bestehenden Sortiermaschinen in der Praxis bewährt
haben, haben sich dennoch mehrere Nachteile ergeben. So ist die erforderliche Wassermenge,
welche mit einem Druck von 2 atü an die Innenfläche des Siebes gespritzt wird (damit
sich das Sieb nicht verstopft und der Abtransport des Produktes in der Sortiermaschine
besser vonstatten geht), ziemlich groß, nämlich in der Größenordnung von 1,5 bis
2 ms/h pro Tonne trockner Stoff pro 24 Stunden. Weitere Nachteile sind, daß das
Innere des Sortierers schlecht zugänglich ist und dessen Wirkung nicht deutlich
zu sehen ist. Auch läßt sich die Kapazität dieser Sortiermaschine kaum oder überhaupt
nicht den jeweiligen Verhältnissen anpassen. Die beweglichen Teile dieser Sortiermaschine
erfordern viel Unterhaltungsaufwand.
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Innerbetriebliche Versuche, Bogensiebe zum Sortieren von Faserstoffaufschwemmungen
zu verwenden, zeigten, daß die Anwendung eines gängigen Bogensiebes hierfür nicht
möglich war, so daß ein spezielles Bogensieb konstruiert werden mußte.
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Die Stäbe, aus denen die im Handel erhältlichen Bogensiebe bestehen,
haben nämlich eine glatte obere
Fläche und zwischen dieser Fläche
und den Seitenflächen runde Übergänge. Ursprünglich waren diese Bogensiebe zum Klassieren
ziemlich harter Stoffe, wie Kohlen, Erz, Ganggestein, Magnetit, Sand usw., vorgesehen.
Bei Verwendung solcher Bogensiebe zum Klassieren fas erh altiger, wäß riger Aufschwemmungen,
wie Stärkemilch, zeigte sich, daß die Siebresultate den Erwartungen nicht entsprachen.
Die Ursache dafür lag offenbar in der Form und der Teilung der Stäbe, während überraschenderweise
auch die Glätte der Siebfläche eine Rolle spielte.
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Beim Sieben gekörnten Guts, wie Kohle oder Erz, hat sich ergeben,
daß die Stabbreite keinen Einfluß auf die Wirkung des Bogensiebes ausübt, und diese
Breite wurde daher in Abhängigkeit von dem erwarteten Verschleiß gewählt. Weil man
zur Behandlung von Holzschliff keinen großen Verschleiß zu erwarten braucht, könnte
analog zu dem zum Klassieren von Stärke yerwendeten Bogensieb eine geringere Stabbreite
genügen, wodurch zugleich die gesamte Spaltfläche (offene Siebfläche) vergrößert
und somit auch die Kapazität des Bogensiebes dementsprechend gesteigert werden kann.
Es zeigte sich aber, daß ein auf diese Weise ausgebildetes Bogensieb keine befriedigenden
Resultate ergab, weil sich das Bogensieb verstopfte.
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Dieser Nachteil wird dadurch erfindungsgemäß beseitigt, daß die Stabteilung
der Siebfläche etwa der längsten Faser, welche das Sieb passieren soll, entspricht
und das Verhältnis zwischen Stabbreite und der Spaltweite zwischen 2 und 3 liegt.
Die Spaltweite des zu verwendenden Bogensiebes wird durch die jeweiligen Anforderungen
bedingt; so genügt z.B. für Zeitungspapierschliff eine Weite von 1 mm. Beim Naß
sieb en gekörnten Guts auf einem Bogensieb können keine Teilchen größer als die
Spaltweite in den Durchfall geraten, und die Trennkorngröße beträgt etwa die halbe
Spaltweite. Wie sich zeigt, gilt für faserigen Stoff wie Holzschliff dieses Verhältnis
nicht, und man findet auch Teilchen mit größerer Längenabmessung als die Spaltweite
im Gutstoff. Die besondere Schwierigkeit, welche sich beim Klassieren von Holzschliff
auf einem Bogensieb geltend macht, liegt in dem Umstand, daß die auszuscheidenden
Grobteile längenmäßig nur geringfügig von den längsten, im Holzschliff befindlichen
Fasern abweichen. Durch Wahl der Stabteilung und des obenerwähnten Verhältnisses
zwischen Stabbreite und Spaltweite ist die Möglichkeit geschaffen, Holzschliff auf
einem Bogensieb zu behandeln.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Schema der üblichen Sortieranlage,
Fig.2 eine Seitenansicht einer Bogensiebanlage, bei der die grundsätzlichen Merkmale
der vorliegenden Erfindung angewandt sind, Fig.3 einen vergrößerten Querschnitt
zweier aufeinanderfolgender Stäbe, aus denen sich der Boden des Bogensiebes zusammensetzt,
und F i g. 4 ein Diagramm der beim Klassieren erzielten Wirkungsgrade.
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In dem von den Schleifern stammenden Holzschliff befinden sich Langfasern,
Kurzfasern, Feinstoff und Splitter.
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Wie Fig. 1 zeigt, kommt der - bereits entspänte - Holzschliff durch
den Zulauf 1 von den Schleifern und wird- in der ersten Sortierstufe 2 von
den Splittern
befreit. Der Durchfall der Sortierstufe 2 tritt in die Eindicker in der vom Pfeil
3 bezeichneten Richtung. Der Überlauf der Sortierstufe 2 gelangt in einen Trog 4,
welcher zur Speisung der zweiten Sortierstufe 5 dient. Der Durchfall der zweiten
Sortierstufe 5 wird mit dem Durchfall der ersten Sortierstufe zusammengebracht.
Der Üb erl auf letzterer Stufe wird in dem Refiner 6 weiterzerfasert und gelangt
wieder in den Trog 4.
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Die Aufgabemenge 11 für die erste Sortierstufe 12 enthält etwa 2
bis 5 °/o Splitter. Es sind hier als Splitter diejenigen Fasern zu betrachten, welche
unter Normalbedingungen auf einem sogenannten »Sommerville-fractionator« mit 0,15-mm-Schlitzen
liegenbleiben. Der Anteil an Splittern soll für eine Papiermaschine möglichst niedrig
sein. Der jeweils zulässige Gehalt wird durch die herzustellende Papierart bedingt
und schwankt von maximal 10/o bis unter 0,1 0/o. Man ist deshalb bestrebt, die Splitter
nach Möglichkeit auszusondern, die dünnen Langfasern aber sollen mit Rücksicht auf
die gewünschte Papierstruktur nach Möglichkeit in dem Brei zurückbleiben. Zur besseren
Orientierung seien nachfolgende charakteristische Merkmale genannt: Splitter sind
Teile mit einer Dicke von 100 bis 120 L und einer Länge von 900 bis 4000y, während
dünne Langfasern eine Dicke von 23 bis 80 ffi und eine Länge von 800 bis 45001l
aufweisen. Der Unterschied zwischen beiden gelangt mithin nur in der Dicke der Fasern
zum Ausdruck.
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In F i g. 2 der Zeichnung ist eine Bogensiebanlage in Seitenansicht
dargestellt. Sie besteht aus einem Gehäuse 10, in dem ein zylindrisch gekrümmter
Siebboden 12 untergebracht ist. Der Siebboden 12 setzt sich zusammen aus äquidistanten
Stäben, welche quer zu der Strömungsrichtung des Guts verlaufen.
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Das Gehäuse 10 ist an der Vorderseite (mit 11 bezeichnet) nicht geschlossen,
so daß im Betrieb die Wirkung des Bogensiebes überwacht werden kann.
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Rechts oben am Gehäuse 10 ist ein Teil der Seitenwand fortgelassen,
damit die Aufgabevorrichtung deutlich sichtbar ist. Diese Aufgabevorrichtung 14
befindet sich nahe am oberen Ende des Siebbodens 12 und dient dazu, das in einer
Flüssigkeit suspendierte Siebgut mit vorgeschriebener Mindestgeschwindigkeit schichtweise
tangential auf die Konkavseite des zylindrisch gekrümmten Bodens 12 zu leiten. Die
splitterreiche, vom unteren Ende des Siebbodens 12 stammende Fraktion (Siebüberlauf)
sammelt sich in einen Trichter 16 und geht durch einen Auslauf 18 ab. Die durch
die Öffnungen des Siebbodens 12 hindurchgehende Durchgangsfraktion sammelt sich
in einen Trichter 20 und wird bei 22 ausgetragen.
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In F i g. 3 sind zwei aufeinanderfolgende Stäbe des Siebbodens 12
dargestellt. Die Zahlen 31 bis 36 bezeichnen mehrere Punkte an dem Umkreis der Stäbe.
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Jeder Stab besitzt Seitenflächen 31, 36 bzw. 34, 35, welche symmetrisch
in bezug auf eine Symmetrieebene angeordnet sind, und eine ebene obere Fläche 32,
33, welche im wesentlichen senkrecht zu der Symmetrieebene verläuft, wobei die genannten
Seitenflächen von dieser oberen Fläche an konvergieren. Die obere Fläche 32, 33
wird an der einen Seite durch eine Abschrägung 31, 32, welche als eine Fläche eingezeichnet
ist, aber auch eine andere Form haben kann, und an der anderen Seite durch eine
fließend in die Seitenfläche 34, 35 übergehende Rundung 33, 34 begrenzt. Das Siebgut
bewegt sich von
links nach rechts, wie in F i g. 3 mit dem Pfeil
P bezeichnet ist. Der Vorderrand der Stäbe wird deshalb durch eine Übergangsfläche
31, 32 bedingt. Der Abstand a, d. h. die Projektion der Linie 31, 32 auf die verlängerte
obere Fläche 32, 33 beträgt vorzugsweise ungefähr 0,20 bis 0,25 D, wobei D die Stabbreite,
gemessen zwischen den Punkten 31 und 34, ist. Die Spaltweite zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Stäben ist mit S bezeichnet. Der Abstand Mitte zur Mitte zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Stäben (Stabteilung) ist H, und es leuchtet ein, daß H = S + D. Die Abschrägung
31, 32 bildet einen Winkel a mit der oberen Fläche 32, 33, und dieser Winkel kann
zwischen 30 und 600 liegen. An der Rückseite geht die obere Fläche 32, 33 gemäß
einer fließenden Linie in die Rundung 33, 34 über. Die Breite der oberen Fläche
32, 33 ist mit b und die Projektion der Rundung33, 34 auf die verlängerte obere
Fläche mit c bezeichnet. Die Stäbe weisen an der unteren Seite eine Rundung 35,
36 auf, welche an den Punkten 35 und 36 fließend in die Seitenflächen übergeht.
Diese Rundung ist erforderlich, damit keine Fasern an den Eckpunkten hängenbleiben.
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Mit der oberen Stabseite ist hier derjenige Teil gemeint, der sich
an der Konkavseite des Siebbodens befindet. Es wird also nicht eine bestimmte Lage
des Siebbodens zum Ausdruck gebracht.
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Der Gesamt- oder Feststoff-Wirkungsgrad einer Sortiermaschine läßt
sich nach K. H. Klemm folgendermaßen definieren: 1000/o Feststoff (wasserfrei) im
Durchgang Feststoff (wasserfrei) im Aufgabegut Unter Langfasern im Holzschliff versteht
man den Rückstand eines Siebes mit einer Maschenweite von 40 mesh (0,36 mm) des
sogenannten HS-Siebapparats. Dieses Gerät ist beschrieben im »Handbuch der Werkstoffprüfung«,
Bd. 4, 2. Auflage, Springer Verlag, 1953, S. 376 und 377.
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Der Langfaser-Wirkungsgrad wird auf die folgende Weise ausgedrückt:
Langfasern im Durchgang 100 %.
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Langfasern im Aufgabegut der Splitter-Wirkungsgrad: Splitter im Überlauf
100% .
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Splitter im Oberlaufgut' und die Verluste an brauchbaren Stoff: 100°/
Feststoff - Splitter im Überlauf Feststoff - Splitter im Aufgabegut-Zur Beurteilung
der Wirkung einer Sortiermaschine lassen sich durch Variierung des Feststoffanteils
im Aufgabegut die Wirkungsgrade als Funktion des Gesamtwirkungsgrads graphisch darstellen.
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F i g. 4 zeigt ein solches Diagramm. Hiermit kann die Wirkung eines
Bogensiebes mit der eines üblichen Schleudersortierers verglichen werden. A ist
der Splitter-Wirkungsgrad, B der Langfaser-Wirkungsgrad und C der Verlust an brauchbarem
Stoff, dargestellt als Funktion des Gesamtwirkungsgrads. Der Gesamtwirkungsgrad
ist dabei mit von rechts nach
links ansteigendem Wert auf die Abszisse aufgetragen.
Die ausgezogenen Linien beziehen sich auf ein Bogensieb von 1 mm Spaltweite. Die
gestrichelten Linien beziehen sich auf einen Zentrifugalsortierer mit Sieblochweite
von 1,7 mm. Ein höherer Feststoff-Wirkungsgrad ergibt einen niedrigeren Splitter-Wirkungsgrad
und einen höheren Langfaser-Wirkungsgrad. Man wünscht nun in dem Gebiet mit z. B.
einem Gesamtwirkungsgrad von etwa 750/> und einem möglichst hohen Splitter- und
Langfaser-Wirkungsgrad zu arbeiten. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, wird bei Verwendung
des Bogensiebes und des Zentrifugalsortierers etwa dieselbe Menge Splitter entfernt.
Der Langfaser-Wirkungsgrad des Bogensiebes ist aber weitaus besser. Die Erfindung
beruht auf der Erkenntnis, daß man eine solche Spaltweite und Stabbreite des Bogensiebes
wählen soll, daß nicht zuviel Splitter hindurchgehen, aber eine so grobe Absiebung
möglich ist, daß ein hoher Langfaser- und ein hoher Feststoff-Wirkungsgrad erhalten
werden.
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Beispiel 1 Eine Suspension von Holzschliff und Wasser wurde unter
einem Druck von 1,5 bis 2 atü über einen etwa 6 mm weiten Aufgabespalt tangential
einem Siebboden mit einer ausgelegten Länge von 1600 mm zugeführt. Der Siebboden
setzte sich zusammen aus parallelen Stäben mit einer Stabbreite D von 2,65 mm und
war über einen Winkel von 1200 gekrümmt mit einem Krümmungshalbmesser von 763 mm.
Die wirksame Breite des Siebbodens betrug 210 mm. Der Siebboden war in einem an
der Vorderseite geöffneten Gehäuse untergebracht (s. Fig. 2). Das Stabprofil ist
in Fig. 3 dargestellt. Die gewünschte vorgeschriebene Spaltweite S betrug 1,0 mm,
und der Abstand a kam etwa 0,6 mm gleich. Die Stabteilung H war also 3,65 mm. Der
Abstand b belief sich auf etwa 1,45mm, der Abstand c auf etwa 0,6 mm und der Winkel
a auf etwa 450. Dieses Bogensieb zeigte einen guten Wirkungsgrad bei einer Siebleistung
von etwa 90 ms Suspension in der Stunde.
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Beispiel 2 Eine aus Holzschliff und Wasser bestehende Suspension
wurde unter einem Druck von 1,5 bis 2 atü über einen etwa 15 mm weiten Aufgabespalt
einem Siebboden mit einer ausgelegten Länge von 4000 mm tangential zugeführt. Der
Siebboden bestand aus parallelen Stäben mit einer Breite D von 2,65 mm und war über
einen Winkel von 3000 gekrümmt mit einem Krümmungshalbmesser von 763 mm. Die wirksame
Breite des Siebbodens entsprach 210 mm. Das Stabprofil zeigt wiederum Fig.3, allerdings
mit der Ausnahme, daß die Vorderseite nicht abgeschrägt, sondern gerundet war, so
daß Vorder- und Rückseite des Profils die gleiche Form hatten. Die gewünschte vorgeschriebene
Spaltweite S war 1,0 mm, und die Siebleistung belief sich auf etwa 230 ms Suspension
in der Stunde. Der Wirkungsgrad dieses Bogensiebes wich kaum von dem des Bogensiebes
im Beispiel 1 ab. Es hat aber vor dem Sieb aus Beispiel 1 dies voraus, daß man durch
das Fehlen einer Abschrägung den Siebboden nicht vorzubearbeiten braucht und daß
man diesen Siebboden nach aufgetretenem Verschleiß durch Wenden in der anderen Richtung
aufs neue benutzen kann.