DE1761197B2

DE1761197B2 - Vorrichtung zum Defibrieren von zellstoffhaltigem Material

Info

Publication number: DE1761197B2
Application number: DE1761197A
Authority: DE
Inventors: Erik Folke Janneshov Eriksson (Schweden)
Original assignee: MO OCH DOMSJOE OERNSKOELDSVIK (SCHWEDEN) AB
Current assignee: Metso Fiber Karlstad AB
Priority date: 1967-04-21
Filing date: 1968-04-17
Publication date: 1980-10-16
Also published as: DE1761197C3; FI49332C; CS197334B2; GB1229894A; FI49332B; DE1761197A1; US3533563A; SE333095B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Defibrieren von zellstoffhaltigcm Material (Feststoffgehalt von mindestens 12.5%) gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist in der DE-PS 592523 beschrieben. Bei ihr sind die Ausnehmungen verhältnismäßig flach und ziehen sich über die Flanken der Förderrippen bis hin zu deren Fuß. Die zwischen den Ausnehmungen verbleibenden Teile der Förderrippen bilden Schneidzähne, die wie üblich einen Schneid- und Freiwinkel aufweisen.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Vorrichtung zum Defibrieren von zellstoffhaltigcm Material mit einem Feststoffgehalt von mehr als 12,5% gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weitergebildet werden, daß die Dehnbarkeit und Reißfestigkeit des Stoffes verbessert wird, ohne bei dem Defibrieren die Fasern zu kürzen oder zu beschädigen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die am Umfang der Förderrippen vorgesehenen Einschnitte in Form von Zähnen, Zacken oder Bogen in Verbindung mit der axialen Zusammendrängung des Stoffes eine besonders gute Zerfaserung durch Kneten, also durch einen abscherenden, verwindenden Effekt erhalten. Hierbei wird der Stoff im Eingrtffsbcreich zwischen den Flanken der Förderrippen gerollt, geknetet und gemischt, während ein kräftiges Zusammenpressen zwischen den Kern einer Förderschnecke und den Einschnitten am Rand einer in diese Förderschnecke eingreifenden zweiten Förderschnecke er folgt. Das Rollen und Kneten des Stoffes zwischen einander gegenüberliegenden Flanken von Förderrippen erfolgt ohne schneidendes Einwirken auf den Stoff, welches die Gefahr einer Faserverkürzung mit sich bringen wurde; der kleinste Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Flanken der Fördenippen ist nämlich überall erheblich größer als die durchschnittliche Fasergröße im Stoff. Die Behandlung des Stoffes in der Nähe des Kernes der Förderschnecken

in geschieht zwischen einander gegenüberliegenden Arbeitsflächen, deren Abstand wenigstens etwa dem kleinsten Abstand zwischen den Flanken der Förderrippen entspricht, und auch hier wird jedes Schneiden des Stoffes dadurch vermieden, daß die in Form von

is Zähnen, Zacken oder Bogen ausgebildeten Einschnitte in den Rändern der Förderrippen auf den Stoff einerseits durch Ausübung von radialem Druck und andererseits durch Kneten einwirken. Dieses Kneten ist eine Auswirkung des Unterschiedes der

2Ii Umfangsgeschwindigkeit zwischen dem Kern der einen Förderschnecke und dem Rand der Förderrippe der anderen Förderschnecke.

Die Vorrichtung nach der DE-PS 592523 isi dagegen für die Bearbeitung von flüssigem, zellstoffhalti- gern Material bestimmt und dient insbesondere dazu ohne Beschädigung bereits vereinzelter Fasern einzelne Stippen und Knoten im Material aufzulösen, ehe der Stoff dann einer Mühle mit zwei Mahlsteinen zum endgültigen Aufschluß zugeführt wird. Daher ist bei

M) dieser Vorrichtung der Abstand sowohl zwischen den Flanken der Förderrippen als auch zwischen dem Kern einer Förderschnecke und dem Rand der Förder.ippe der gegenüberliegenden Förderschnecke sehr klein. Diese Abstände sind überall so groß gewühlt, daß die

.15 im Stoff enthaltenen Stippen und Knoten zerquetsch¹ werden, während bereits vereinzelte Fasern in der Suspensionsflüssigkeit hindurchgespült werden, ohne noch weiter bearbeitet zu werden. Über das Zerquetschen von Stippen und Knoten hinaus findet also kein

4« Defibrieren statt.

In der US-PS 3064908 ist ferner eine Vorrichtung zum Defibrieren von zellstoffhaltigem Material mit hohem Fcststoffgchalt offenbart, welche ebenfalls zwei gegenläufig synchron angetriebene Förder schneiden aufweist. Die Förderrippen der Förder schnecken haben sich in Förderrichtung des Stoffes ändernde Steigung. Die Förderrippen sind aber glatt, und man erhält so eine ausschließliche Mitnahme des Stoffes in den Raum zwischen dem Kern einer Fördcr-

5(i schrecke und den Rand der Förderrippe der anderen Förderschnecke durch Reibungskräfte.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dagegen Stoff in den zahn-, zacken- oder bogenförmigen Einschnitten der Förderrippe der einen Fördcr schnccKe mitgenommen und gegen den Kern der an deren Förderschnecke bewegt, wobei der Stoff in radialer Richtung unter Druck gesetzt wird. Man erhält insgesamt eine gute Defibrierung des Stoffes in Fasern, und durch die spezielle Ausbildung der Förder-Mi rippen wird zusätzlich erreicht, daß die vereinzelten Fasern zum Kräuseln neigen. Ein solches Kräuseln ist im Hinblick auf ein gutes Verfilzen der vereinzelten Fasern von Vorteil. Man erhält am Ausgang der erfindungsgemäßen Vorrichtungso eine granulierte Masse,

μ bestehend aus verfilzten, gekräuselten Fasern. Diese Masse ist vollständig und in hohem Grade gleichförmig granuliert. Die Fasern in den einzelnen Fascrknäucln sind regelmäßig verfilzt und liegen gekräuselt

vor. Diese Kräuselung bleibt auch nach Auflösung der Knäuel durch Mahlen weitgehend erhalten. Die Dauerhaftigkeit der Kräuselung kann dadurch verbessert werden, daß man die für das rollende Kneten des Stoffes entscheidenden Betriebsparametcr so einstellt, daß wenigstens das in der Eingriffszone zwischen den Förderschr.scken befindliche Material auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das Lignin erweicht, also etwa 80° C. Zu diesen Betriebsparametern gehören der Feststoffgehalt des Stoffes, der Abstand zwi- κι sehen einander gegenüberliegenden Flanken der Förderrippen im Eingriffsbereich, der Druck, unter dem der Stoff zwischen dem Kern der einen Förderschnecke und dem Rand der Förderrippe der anderen Förderschnecke komprimiert wird, die Verweilzeit des Stoffes in der Bearbeitungszone und die Drehgeschwindigkeit der Förderschnecken.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird eine besonders gute Mitnahme des Stoffes durch die Förderrippen erhalten, damit auch ein besonders intensives Kneten des Stoffes.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbcispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Defibrieren von zellstoffhaitigem Material.

Bei dei in der Zeichnung wiedergegebciien Vorrichtung sind parallel zueinander angeordnete WeI- .111 len 1,2 an beiden Enden in nicht näher gezeigten Lagern in einem Gehäuse 3 gelagert. Über nicht gezeigte Zahnräder sind die beiden Wellen 1 und 2 derart gekoppelt, daß sie synchron, jedoch in entgegengesetzter Richtung umlaufen. .vs

Innerhalb des Gehäuses 3 tragen die Wellen 1 und 2 Förderrippen 4 bzw. 5, welche sich über den größten Teil der axialen Erstreckung der Wellen 1 und 2 im Gehäuse erstrecken. Der transversale Querschnitt des Gehäuses 3 ist so gewählt, daß seine innere Begrenzungswand sich der Mantelfläche der ineinander eingreifenden Förderrippen 4, 5 derart anpaßt, daß, abgesehen von einer Einlaßöffnung für das zu dcfibricrcndc zcllstoffhaltigc Material die Innenwand des Gehäuses 3 überall sehr nahe bei den Mantelflächen der ineinander eingreifenden Förderrippen 4 und 5 liegt.

Die Förderrippen 4 und 5 weisen jeweils zwei Abschnitte auf, nämlich einen ersten Förderrippenabschnitt 4a bzw. 5a mit in Förderrichtung des Materials so gesehen abnehmender Steigung, welcher in der Zeichnung im rechten Teil des Gehäuses 3 wiedergegeben ist, und einen zweiten Förderrippenabschnitt 4b bzw. Sb mit konstanter Steigung. Die Steigung des zweiten Förderrippenabschnittes 4b, Sb ist noch kleiner als die kleinste Steigung des ersten Förderrippenabschnittes 4a bzw. 5«. Die zweiten Förderrippenabschnittc 4b, Sb erstrecken sich in der Zeichnung nach links bis zum dortigen Ende des Gehäuses 3.

Die Förderrippenabschnitte 4e und 5a dienen ei- mi nerseits zum Fördern des Materials, verdichten dieses aber auch gleichzeitig in Richtung auf die Fördcrrippenabschnittc 4b, Sb hin. In den letzteren findet das eigentliche Defibrieren statt.

Die Einlaßöffnung für das zu defibricrcndc Mate- <>5 rial befindet sich an derjenigen Stelle über den Förderrippeiuibschnitten 4« und 5«, an der die Steigung am größten ist. Bei der hier betrachteten Ausfüh-

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45 rungsform erfolgt somit die Materialzufuhr senkrecht zur Zeichenebene am rechten Ende des Gehäuses 3.

An dem der Einlaßöffnung gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 3 ist um die aus dem Gehäuse 3 herausragenden Teile der Wellen 1 und 2 herum jeweils eine ringförmige Auslaßöffnung 6 bzw. 7 vorgesehen. Eine in der Zeichnung links gelegene Stirnwand 8 des Gehäuses 3 ist zu den Auslaßöffnungen 6 und 7 hin mit sich verengenden Ausnehmungen versehen, um am Auslaß einen gewissen Materialstau zu erzeugen. Die lichte Weite der Auslaßöffnungen 6 und 7 kann eingestellt werden, z. B. dadurch, da3 man die Stirnwand 8 in der Längsrichtung des Gehäuses teleskopisch führt, und gegen die Wirkung einer nicht gezeigten Rückstelleinrichtung, z. B. einer Feder eines Gegengewichtes oder eines Druckkolbens verschiebt. In den sich konisch verengenden Ausnehmungen der Stirnwand 8 sind die Wellen 1 und 2 jeweils mit einer weiteren Förderrippe 9 bzw. 10 vcrsehen, welche zum Ausstoßen des bearbeiteten Materials durch die Auslaßöffnungen 6 und 7 dienen.

Die Förderrippen 4 und 5 haben in beiden Förderl ippenabschnitten 4a, 4b bzw. 5a, Sb sich zum Rand hin verjüngenden, im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt. Die Neigung der Flanken der Förderrippen zu einer senkrecht auf der Achse der Wellen 1 bzw. 2 stehenden Ebene beträgt etwa 5 bis 15°. Das Verhältnis zwischen der Steigung und den Querschnittsabmessungen der Förderrippen ist in den Förderrippenabschnitten 4a und 5a so gewählt, daß ein nennenswertes Zusammenpressen von zugeführtem zellstoffhaitigem Material zwischen einander gegenüberliegenden Rächen auf den im gegenseitigen Eingriff befindlichen Förderrippen 4 und 5 nicht erfolgt. Dagegen sind die Querschnittsabmessungen und die Steigung der Förderrippenabschnitte 4b und Sb sorgfältig so im Hinblick aufeinander abgestimmt, daß ein Einklemmen von Materialmengen sowohl zwischen den einander gegenüberliegenden Flanken der im Eingriff befindlichen Förderrippen als auch zwischen dem Kern der einen Förderschnecke und dem Rand der Förderrippe der anderen Förderschnecke erhalten wird. Dabei sind die Abstände überall so gewählt, daß jede Gefahr einer Faserverkürzung durch schneidendes Einwirken ausgeräumt ist. In der Praxis liegen die Abstände zwischen einander gegenüberliegenden Flächen zwischen 2 und 6 mm.

Bei der in der Zeichnung betrachteten Ausführungsform ist jeweils eine Windung der Förderrippenabschnitte 4b und Sb mit Einschnitten 4c bzw. 5c versehen. In der Regel wird der größere Teil der Windungen der Förderrippenabschnitte 4b und Sb mit derartigen Einschnitten versehen; diese Einschnitte können auch über die ganzen Förderrippenabschnitte 4b und Sb hinweg vorgesehen werden. Die Einschnitte 4c und Sc sind hier in Form dreieckiger Ausnehmungen wiedergegeben, welche unmittelbar aneinander anstoßend unter gleichem Abstand längs des Umfar.gsrandes der Förderrippen angeordnet sind.

Innerhalb der Förderrippenabschnitte 4b und 5/> hat die Umfangsrandkante der Förderrippen eine Breite, die einen Bruchteil der Steigung der Förderrippen beträgt. Dies ist im Hinblick auf die Art und Weise von großer Bedeutung, in welcher der Rücken einer Förderrippe in die gegenüberliegende, mit Zellstoffmaterial gefüllte Ccwindenut eintritt, welche durch die Flanken der Förderrippe der gcgenübcrlie-

genden Förderschnecke begrenzt ist. Das Verhältnis zwischen der Tiefe dieser Gewindenut und der Breite der Gewindenut in den Förderrippenabschnitten 46 und 56 ist ebenfalls ein wichtiger Faktor im Hinblick auf die Kohäsion der Zellstoffmasse und im Hinblick auf ihre Adhäsion an den Förderrippen. Bei der hier betrachteten Ausführungsform ist dieses Verhältnis zwischen der Höhe und der am Umfang gemessenen lichten Weite der Förderrippen 2:1. Dieses Verhältnis sollte nicht kleiner als 3:2 sein.

Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Das zellstoffhaltige Material (Feststoffgehalt von mindestens 12,5%) wird auf der Höhe der Förderrippenabschnitte 4fl und 5o zugeführt. In den Förderrippenabschnitten 4a und 5« wird das Material vorgeschoben und verdichtet, so daß die durch die Förderrippen begrenzten wendeiförmigen Kanäle am Ende der Förderrippenabschnitte Aa und 5« und später innerhalb der ganzen Förderrippenabschnitte 4b und Sb praktisch ganz mit Material gefüllt sind.

Im Bereich der Förderrippenabschnitt 4b und Sb nimmt das in den wendeiförmigen Kanälen eingeschlossene zellstoffhaltige Material aufgrund der Adhäsion an den Förderrippen an der Drehung der Förderschnecken teil, wobei das Material wiederholt durch den Zwischenraum zwischen einander gegenüberliegenden Flächen der Förderschnecken im Eingriffsbereich hindurchgepreßt wird.

Die Bewegungsgeschwindigkeit des Materials durch die Bearbeitungszone hängt ab von der Zufuhrgeschwindigkeit des Materials, von der lichten Weite der Auslaßöffnungen 6 und 7, von der Drehgeschwindigkeit der Förderschnecken und natürlich von der Konsistenz des Materials selbst. Da die Verweilzeit des Materials in der Vorrichtung eine für die Bearbeitung äußerst wichtige Größe ist, hat die Einstellung der Auslaßöffnungen 6 und 7 auch sehr große Bedeutung für das Erzielen optimaler Eigenschaften im zerfaserten Endprodukt.

Beim Hindurchlaufen des Materials durch die eingentliche Bearbeitungszone, welche den Förderrippenabschnitten 4 b und 5/) entspricht, erhält man eine besondere Bearbeitung bei den Windungen, welche mit den Einschnitten 4c, 5c versehen sind. Da die Umfangsgeschwindigkeit am Rand der Förderrippen erheblich größer ist als am Boden des durch die Förderrippen begrenzten Kanals, wird im Bereich eines jeden der zahnförmigen Einschnitt 4c, 5c eine Anhäufung von Material gegen den gegenüberliegenden Kanalboden gepreßt. Diese Anhäufung wird gleichzeitig unter der Einwirkung der Seitenfläche des folgenden Einschnittes bezüglich derjenigen Stelle des Kanalbodens vorgeschoben, auf der sie ursprünglich gebildet worden war. Nach einer vollständigen Umdrehung der Förderschnecke wird der allenfalls noch vorhandene Teil der Anhäufung bei Annäherung an die rasch vorbeilaufenden Zähne, welche durch die Einschnitte 4c, 5c vorgegeben sind, völlig aufgebrochen.

Die Art der Bearbeitung des zellstoffhaltigen Materials im Bereich der Förderrippenabschnitte 4b und Sb läßt sich im einzelnen kaum detailliert in ihrem Verlauf analysieren. Sie hat aber eine erhebliche Verbesserung der Dehnung und Reißfestigkeit des am Auslaß der Vorrichtung erhaltenen Stoffes zur Folge, die aus einem Vergleich der nachstehenden Tabellen ersichtlich ist. In diesen ist die Reißlänge, die Dehnung und der Reißfaktor des bearbeiteten Stoffes für den Fall von Förderrippen mit glattem Rand (Tabelle A) und für Förderrippen mit am Rand vorgesehenen Einschnitten (Tabelle B) aufgeführt. Dabei ist zu beachten, daß bei denjenigen Versuchen, die der Tabelle A zugrunde liegen, die Arbeitsbedingungen im Hinblick auf einen Bearbeitungseffekt O auf Reißlänge, Dehnung und Reißfaktor eingestellt waren.

ι» Tabelle A

Meßwert Änderungzum Meßwert im Ausgangsmaterial

Reißlänge
Dehnung
spezifischer
Reißwiderstand

9500

5%

120

keine
keine

keine

Tabelle B

Meßwert

Änderungzum Meßwert im Ausgangsmaterial

Reißlänge 8500-9000 1000-1500

Dehnung 7-8% 1-2%

spezifischer

Reißwiderstand 120-150 10-30

Ά) An der obenbeschriebenen Vorrichtung können ohne weiteres die nachstehenden Abwandlungen vorgenommen werden:

Die Förderschnecken können im Bereich der Förderrippenabschnitte 4a und 5a mit anderem Durchmesser versehen werden als im Bereich der Förderrippenabschnitte 46 und 56. Man kann ferner zwischen den Förderrippenabschnitten 4a, 46 bzw. 5a, 56 von Förderrippen freie Übergangsabschnitte vorsehen. Auch kann man das Gehäuse im Bereich der Förder-

4(i rippenabschnitte 4a und 5a mit porösen oder perforierten Wänden versehen, um dort eine Entwässerung des zugeführten Materials zu erzielen. Man kann dann Material mit niedrigerem Feststoffgehalt zuführen und dieses zugleich mit dem Transport vom Einlaß zu den Förderrippenabschnitten 46 und 56 derart entwässern, daß es beim Eintritt in die Bearbeitungszone auf den Förderrippenabschnitten 46 und 56 den erforderlichen Feststoffgehalt aufweist.

Einzelne Teile der Förderschnecken können auch

so austauschbar sein; dies gilt in erster Linie für die Förderrippenabschnitte 46 und 56, welche von einer auf den Kern der zugeordneten Welle 1,2 aufschiebbaren Hülle getragen sein können. Damit ist es möglich, die Steigung der Förderrippen, den Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Flächen der Förderrippen und die Beschaffenheit und Verteilung der auf den Förderrippen vorgesehenen Einschnitte usw. zu ändern und so Abweichungen in den Eigenschaften des zu verarbeitenden Materials Rechnung zu trawl gen.

Bei dem in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist die Umfangsfläche der Förderrippen in axialer Schnittansicht gesehen nach außen konvex. Man kann den gegenüberliegenden Kanalboden der anderen Förderschnecke mit einer entsprechenden, nach innen konkaven Krümmung ausführen. Auch kann man der Umfangsflächc der Förderrippen ein anderes Querschnittsprotil geben, z. B. diese

Fläche mit in Umfangsrichtung verlaufenden Rillen versehen. Bei der in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsform laufen die durch die Einschnitte 4c, 5c vorgegebenen Zähne außen in einer scharfen Kante aus; sie könnten aber auch abgeplattet

sein.

Schließlich ist es natürlich auch möglich, daß die Förderschnecken gleichsinnig gewendelt sind und für einen synchronen Umlauf in gleicher Richtung gekop-5 pelt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Defibrieren von zellstollhaltigem Material (Feststoffgehalt von mindestens 12,5%), mit einem einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Gehäuse und mit zwei darin angeordneten gegenläufig angetriebenen Förderschnecken, welche ineinander unter geringem Abstand eingreifende Förderrippen tragen, die an ihrem Umfange Ausnehmungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen eine Folge von Einschnitten (4c, 5c) in Form von Zähnen, Zacken oder Bogen bilden, die sich über den Umfang der Förderrippen (4h, Sb) erstrecken, und daß die Steigung der Förderrippen (4b, 5 b) sich abschnittsweise oder kontinuierlich vom Einlaß zum Auslaß (6, 7) vermindert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderrippen (4b, 56) einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen und daß das Verhältnis von Höhe und am Umfang gemessenem lichtem Abstand der Förderrippen einen Wert von über 3:2, vorzugsweise 2:1, hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderrippen (4b, Sb) am Außenrand konvexen Querschnitt haben.