DE19541892C1 - Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Behandlungsvorrichtung ist zum Beispiel aus der DE-PS 30 47 013 bekannt. Diese zum Dispergieren von Altpapier geeignete Vorrichtung dient dazu, den Stoff intensiv mechanisch und thermisch zu bearbeiten, wodurch die darin enthaltenen Störstoffe von den Fasern abgelöst, zerkleinert und/oder unter die Sichtbarkeitsgrenze gebracht werden können. Anders als zum Beispiel bei Papierstoff-Mahlrefinern wird bei derartigen Maschinen der Faserstoff nicht in einer pumpfähigen Suspension bearbeitet, sondern in Form eines teigigen oder krümeligen Hochkonsistenzstoffes, vorzugsweise mit einem Trockengehalt zwischen 20 und 40%. Auf diese Weise lassen sich beträchtlich höhere Scherkräfte in den Faserstoff übertragen, wodurch die genannten Ziele erreichbar sind, ohne daß dabei eine wesentliche Veränderung der Faserlänge erfolgt. In vielen Fällen wird die Wirkung der mechanischen Behandlung durch Hitze weiter verstärkt, z. B. durch Einstellen einer Faserstofftemperatur von 90° Celsius oder noch darüber.

Durch die hohe Konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung möglich, obwohl sich die Zähne der relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeuge nicht berühren, sondern sich vielmehr in einem Abstand von ca. 1 mm oder mehr aneinander vorbeibewegen. Dabei treten an den Zähnen ganz erhebliche Kräfte auf, die insbesondere den Zahnfuß belasten. Wegen der Hebelwirkung greift zusätzlich zu den Scherkräften am Zahnfuß ein hohes Moment an, das mit zunehmender Zahnhöhe stark zunimmt. Andererseits sind höhere Zähne von Vorteil, da der zur Verfügung stehende Durchtrittsquerschnitt im wesentlichen zur Zahnhöhe proportional ist. Daher läßt sich dann mit einer Vorrichtung in derselben Zeit eine entsprechend größere Menge mit gleich hoher Intensität behandeln. Mit größeren Maschineneinheiten ist fast immer eine höhere Wirtschaftlichkeit bezüglich Investitions- und Betriebskosten erreichbar.

Die im Stand der Technik realisierbaren Zahnhöhen für derartige Vorrichtungen hängen auch vom Herstellungsverfahren für die Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff ab. So gibt es gegossene Kreissegmente, welche durch Aneinanderreihung zu einer geschlossenen ringförmigen Rotor- oder Statorgarnitur zusammengebaut werden. Aus gieß- und formtechnischen Gründen können bei solchen z. B. im Sandgußverfahren hergestellten Bauteilen eine Spaltbreite von 6 mm und eine Zahnbreite von 6 mm nicht unterschritten werden, und die Zahnhöhe darf meist nicht höher als 30 mm sein. Vorrichtungen, die in einem solchen Verfahren hergestellt werden, können nur eine vergleichsweise geringe Materialhärte haben. Das andere Arbeitsverfahren geht von geschlossenen Einzelringen aus, in die die Spalte eingefräst werden müssen. Diese Ringe werden in konzentrischer Anordnung zu einer kompletten Rotor- oder Statorgarnitur zusammengebaut. Wegen des Fräsverfahrens könnten die Spalte an sich kleiner sein als beim Guß, es ergeben sich aber Einschränkungen durch die Festigkeitsanforderungen. Dennoch lassen sich gefräste Garniturringe mit höheren Zähnen herstellen als wenn sie gegossen werden. Nachteilig sind allerdings beim Fräsen die hohen Fertigungskosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff zu schaffen, mit der es möglich ist, eine größere Durchsatzmenge als bisher zu verarbeiten unter Beibehaltung oder Verbesserung der Behandlungswirkung.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale vollständig gelöst.

Durch diese Maßnahmen können die dem Faserstoff zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitte zwischen den Zähnen vergrößert werden, ohne eine Überlastung der Zahnfüße befürchten zu müssen. Dort, wo die Spalte kurz sind, sind die Belastungen relativ gering, und an den langen Spalten können entsprechend breite Zahnfüße sehr hohe Belastungen aufnehmen. Das Widerstandsmoment nimmt bekanntlich mit der 2. Potenz der Fußbreite zu.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch den wesentlichen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht;

Fig. 2 Aufsicht auf die Vorrichtung;

Fig. 3a perspektivische Darstellung eines Teiles des Behandlungswerkzeugs;

Fig. 3b Seitenansicht bezüglich Fig. 3a;

Fig. 4 Teilansicht einer weiteren Ausführungsform eines Behandlungswerkzeugs;

Fig. 5 die Variante der Fig. 4 im Eingriff mit weiteren Behandlungswerkzeugen;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform;

Fig. 7 die Variante der Fig. 6 im Eingriff mit weiteren Behandlungswerkzeugen.

Fig. 1 zeigt zwei relativ zueinander bewegbare komplementäre Behandlungswerkzeuge 1 und 2, die miteinander so im Eingriff stehen, daß sie zusammenwirken können. Zum Beispiel kann das Behandlungswerkzeug 1 zu einem Rotor und das Behandlungswerkzeug 2 zu einem Stator gehören. Dabei wird also im hier dargestellten Falle das Behandlungswerkzeug, in Strömungsrichtung gesehen, radial außen mit einem Stator abgeschlossen. Es ist ohne weiteres vorstellbar, daß der radial letzte Ring ein Rotorring ist, wodurch z. B. der Stoff aus dem Behandlungsapparat ausgeschleudert würde. Die gewählte Darstellung in Form eines Schnitts in Seitenansicht läßt erkennen, daß sich radial von innen nach außen die zu verschiedenen Behandlungswerkzeugen gehörenden Zähne 3, 4, 3′, 4′′ abwechseln. Deren Höhe ist als H bzw. H′ angegeben. Die Richtung der Stoffströmung, radial von innen nach außen, wird durch den Pfeil S angedeutet. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Anordnung derart, daß ringförmig angeordnete Zähne jeweils eine Zahnreihe bilden und die Zahnreihe eines Behandlungswerkzeuges jeweils in den Leerraum 7 des komplementären Werkzeuges reicht. Wie bereits ausgeführt, sind die Spalten zwischen benachbarten Zähnen unterschiedlich lang. Dargestellt ist das in Fig. 1 mit Maßpfeilen und den Buchstaben L für die Länge des jeweils längeren Spaltes und L1 für die des jeweils kürzeren Spaltes, eingetragen am Behandlungswerkzeug 1. Am Behandlungswerkzeug 2 ist diese Geometrie analog mit den Bezugszeichen L′ und L1′ vermaßt.

Die Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung in Ansicht von oben, wobei die Zähne teilweise geschnitten dargestellt sind. Dabei ist nur ein Teil der an sich vorhandenen Zähne eingezeichnet. Man erkennt, daß die Zähne in Zahnreihen konzentrisch angeordnet sind. Zwischen den Zähnen 3, 3′, 4, 4′ befinden sich die Spalte 5 oder 6. Dabei gehören die Zähne 3 und 3′ zu einem Behandlungswerkzeug und die Zähne 4 und 4′ zum anderen. Die Zeichnungsschnitte durch die Zähne 3′ sind so gelegt, daß sie alle Spalte 5 und 6 erfassen, während die durch die Zähne 4′ so nahe dem Zahnfuß liegen, daß sie nur durch die langen Spalte 6 unterbrochen sind. Anzumerken ist, daß nicht notwendigerweise alle Zahnreihen mit unterschiedlich langen Spalten versehen sein müssen. Besonders vorteilhaft ist diese Maßnahme an den radial außen liegenden Zahnreihen.

Zur besseren Verdeutlichung der Vorrichtung ist ein Ausführungsbeispiel in Fig. 3 perspektivisch gezeichnet. Das nur teilweise dargestellte Behandlungswerkzeug 1 enthält eine ringförmige Zahnreihe mit Zähnen 3, die durch unterschiedlich lange Spalte 5 bzw. 6 voneinander getrennt sind. Die Breite dieser Spalte in Umfangsrichtung kann gleich gehalten werden, um eine gleichmäßige Bearbeitung des gesamten Stoffes zu gewährleisten. Das muß nicht in allen Fällen optimal sein; z. B. könnte der längere Spalt 6 breiter gewählt werden, um dann den Stoffdurchfluß zu verbessern. Solche Optimierung muß Ökonomie und Technologie berücksichtigen.

Die Ausführungsform des Behandlungswerkzeuges gemäß Fig. 4 enthält ebenfalls eine größere Anzahl von Zähnen 3, zwischen denen sich Spalte 5 bzw. 6 von unterschiedlicher Länge befinden. Bei dieser Form sind die längeren Spalte 6 im Bereich des Zahnfußes 10 in Umfangsrichtung verbreitert. Dadurch wird eine maximale Durchströmfläche für den zu behandelnden Stoff angeboten. Wie bereits ausgeführt wurde, ist der mögliche Durchsatz eines Bearbeitungswerkzeuges dieser Art im wesentlichen proportional zum Durchströmungsquerschnitt. Natürlich müssen die im Bereich der langen Spalte 6 gebildeten Zahnfüße noch eine ausreichende Wandstärke aufweisen, um die an dieser Stelle beträchtlichen Kräfte und Momente aufnehmen zu können. Das mit dem hier dargestellten Behandlungswerkzeug 1 zusammenarbeitende Behandlungswerkzeug 2 kann prinzipiell ähnlich aufgebaut sein. Die in Fig. 5 gezeigte Seitenansicht, schematisch im Schnitt, zeigt zwei Behandlungswerkzeuge 1 und 2, die sich so im Eingriff befinden, daß eine bestimmungsgemäße Benutzung der Bearbeitungsvorrichtung möglich ist.

Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung der Erfindung zeigen Fig. 6 und Fig. 7. Wiederum am Beispiel des Bearbeitungswerkzeuges 1 dargestellt, sieht man eine Sonderform, bei der die kürzeren Spalte 5 zwar auch nur die geringere Länge L1 aufweisen, aber zwischen der Grundfläche 9 des kürzeren Spaltes 5 und dem Zahnfuß 10 eine Nut 11 vorhanden ist. Dadurch gibt es bei Betrieb der Vorrichtung zusätzliche Kanten, die von Vorteil sein können. Wegen des verbleibenden Zahnmaterials 12 ist aber dennoch eine Abstützung der benachbarten Zähne 3 möglich. Die Fig. 7 zeigt den Gegenstand der Fig. 6 in Seitenansicht im Schnitt, wobei wiederum zusätzlich ein weiteres Behandlungswerkzeug 2 gezeigt ist, das mit dem Behandlungswerkzeug 1 in Eingriff steht.

Die Anwendung der Erfindung kann auch mit einem Behandlungswerkzeug gemäß Fig. 8 erfolgen, bei dem die langen und kurzen Spalte 5 und 6 nicht gleichmäßig alternierend aufeinanderfolgen, sondern jeweils ein langer Spalt 6 auf zwei kurze Spalte 5. Die gezeigte Anordnung führt zu massiven Zahnfüßen 10 und erlaubt daher oft noch höhere Zähne.

Je nach ökonomischen und technologischen Anforderungen sind auch weitere Variationen der Folge von kurzen und langen Spalten denkbar.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff, mit mindestens zwei relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeugen (1, 2,),

• 1.1 die jeweils einen im wesentlichen rotationssymmetrischen Grundkörper aufweisen und koaxial zueinander angeordnet sind,
• 1.2 die in ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen angeordnete Zähne (3, 3′, 4, 4′) aufweisen, zwischen welchen sich Spalte (5, 6) befinden, die freie Querschnitte bilden, welche von dem zu behandelnden Faserstoff durchströmbar sind,
• 1.3 die zwischen den Zahnreihen ringförmige Leerräume (7) aufweisen,
• 1.4 die so zueinander positioniert sind, daß mindestens eine Zahnreihe eines Behandlungswerkzeuges (1, 2) in einen ringförmigen Leerraum eines anderen Behandlungswerkzeuges (2, 1) hineinreicht,

dadurch gekennzeichnet, daß die vom Faserstoff durchströmbaren Spalte (5, 6) zwischen benachbarten Zähnen (3, 3′, 4, 4′) jeweils eine unterschiedliche Länge (L, L1, L′, L1′) haben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L1, L1′) der kürzeren Spalte (5) höchstens 70% der Länge (L, L′) der längeren Spalte (6) beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die längeren Spalte (6) in der Nähe der angrenzenden Zahnfüße (10) in Umfangsrichtung der Zahnreihe breiter sind als in ihrem übrigen Verlauf.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der größeren Breite ein Faktor größer als 1,2 ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Zahnreihe die langen Spalte (6) und die kürzeren Spalte (5) alternierend aufeinanderfolgen (Muster 6-5-6-5-6-5).

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Zahnreihe auf jeden langen Spalt (6) mindestens zwei kürzere Spalte (5) folgen (Muster 6-5-5-6-5-5).

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Zahnreihe auf jeden kürzeren Spalt (5) mindestens zwei lange Spalte (6) folgen (Muster 5-5-6-5-5-6).

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne eine Höhe (H, H′) aufweisen, die zwischen 40 und 150 mm beträgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H, H′) der Zähne etwa gleich der Tiefe (T, T′) der langen Spalte (6) ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (T, T′) des längeren Spaltes (6) zwischen 40 und 150 mm beträgt.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (T1, T1′) des kürzeren Spaltes (5) zwischen 10 und 80 mm beträgt.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung gemessene Breite der Spalte zwischen 5 und 30 mm liegt.

13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungswerkzeug aus einzelnen Kreis- oder Ringsegmenten zusammengesetzt ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungswerkzeuge in einem Guß- oder Spritzverfahren hergestellt sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rotationssymmetrische Grundkörper mehrere radial zueinander angeordnete konzentrische Zahnreihen enthält und zwei benachbarte, relativ zueinander bewegbare Behandlungswerkzeuge axial nebeneinander angeordnet sind.