DE19618887A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kneten von hochkonsistentem Faserstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kneten von hochkonsistentem Faserstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Knetvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Eine Knetvorrichtung ist z. B. aus der DE 42 37 433 A1 bekannt. Diese zum Kneten von Altpapier geeignete Vorrichtung dient dazu, den Stoff intensiv mechanisch und eventuell auch thermisch zu bearbeiten, wodurch die darin enthaltenen Störstoffe von den Fasern abgelöst, zerkleinert und/oder unter die Sichtbarkeitsgrenze gebracht werden können. Der Ausgangsstoff hat bereits eine teigige oder weich-krümelige Form, ist also nicht mehr mit Holz-Hackschnitzeln oder noch gröberen Stoffen vergleichbar. Die Bearbeitung erfolgt bei einem Trockengehalt zwischen 15 und 40%. In diesem Bereich lassen sich beträchtliche 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.

Um ähnliche oder dieselben Ziele bei der Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff zu erreichen, sind auch Disperger bekannt, z. B. aus der DE 30 47 013 A1. Auch in derartigen Maschinen wird der Papierfaserstoff in hochkonsistenter Form bearbeitet, so daß hohe Scherkräfte übertragbar sind. Der wesentliche Unterschied dieser beiden genannten Maschinen liegt in dem beim Kneter weitaus größeren Abstand zwischen den relativ zueinander bewegten Arbeitswerkzeugen im Vergleich zu den Abständen im Disperger. Größenordnungsmäßig haben Disperger einen Abstand von 0,5 bis 5 mm, meist um 1 bis 2 mm, während Knetmaschinen mit Abständen versehen werden, die im Bereich von 8 bis 20 mm und darüber liegen. Die Arbeitsflächen der Zähne sind beim Kneter stärker abgerundet als beim Disperger. Auch bei der Anzahl der Zähne gibt es meist beträchtliche Unterschiede; der Kneter hat sehr viel weniger als ein Disperger gleicher Leistung. Die Relativbewegung zwischen den Zähnen ist beim Kneter wesentlich langsamer. Aus den beschriebenen Unterschieden der Maschinen ergeben sich konsequenterweise Unterschiede in der Behandlung. Beim Kneter verbleibt der Stoff in der Regel 10 Sekunden bis zu mehreren Minuten in den Bearbeitungsräumen und wird infolge des beträchtlich größeren Abstandes zwischen den Werkzeugen überwiegend durch Faser-Faser-Reibung bearbeitet. Bekanntlich wird dadurch die Faser als solche stärker geschont und werden die Bearbeitungswerkzeuge weniger verschlissen. Beim Dispergieren dagegen verbleibt der zu bearbeitende Stoff nur sehr kurze Zeit zwischen den Bearbeitungswerkzeugen, d. h. es erfolgt eine kurzzeitige, intensive, stoßhafte Scherbehandlung.

Die bekannten Verfahren und Knetvorrichtungen haben eine axiale Führung des Hochkonsistenzstoffes in der Knetzone. Beim relativ schnell laufenden Disperger ist die Stoff-Führung radial; daher wird der Stoff durch Zentrifugalkräfte transportiert. In einer Knetmaschine findet eine solche Förderung nicht statt. Die Axialführung des Stoffes wird meist durch eine geeignete Axialfördereinrichtung gesichert, die z. B. als Schneckenwendel auf der Kneterwelle ausgebildet ist. Kneter haben sich besonders für den Altpapiereinsatz seit langem bewährt, sind aber groß und teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kneten von hochkonsistentem Faserstoff zu schaffen, die ohne nennenswerte Nachteile weniger aufwendig zu bauen ist.

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

Die Bewegung des Faserstoffs in der Bearbeitungszone enthält zunächst eine Umfangskomponente aufgrund der Bewegung des Knetwerkzeuges. Die zusätzliche Förderbewegung bewirkt den Durchsatz durch die Bearbeitungszone. Dadurch, daß die Förderbewegung des Hochkonsistenzstoffes durch die Bearbeitungszone radial statt, wie bisher üblich, axial ist, werden mehrere Vorteile erzielt. Grundsätzlich läßt sich eine Vorrichtung mit radialer Strömungsführung weniger aufwendig bauen als eine mit axialer. Dabei kann man davon ausgehen, daß bei gleichem Arbeitsvolumen die gleiche spezifische Arbeit übertragen werden kann, eine Maschine zur Ausführung des neuen Verfahrens aber preiswerter wird. Auch die Zugänglichkeit ist in der Regel bei Radialmaschinen besser als bei Axialmaschinen. Bei entsprechend günstiger Ausgestaltung der Zähne können diese die Förderbewegung des Faserstoffes durch die Maschine sehr einfach unterstützen. Das läßt sich z. B. dadurch erreichen, daß die Zähne schräge Flächen haben und die Umfangsbewegung des Stoffes an der Schräge in eine Radialbewegung umgelenkt wird. Verstärkt werden kann der Stoffdurchfluß durch eine oder mehrere Schaufeln im Zentrum des Rotors. Bei im Stand der Technik bekannten Axialmaschinen ist dagegen zumeist eine aufwendige Schneckenförderung erforderlich. Zwar ist es auch bei Axialmaschinen denkbar, allein durch entsprechende Zahnformen einen ausreichenden Axial-Vortrieb zu erreichen; es sind aber bisher keine funktionierenden Lösungen bekannt geworden. Bei einer Radialmaschine kann man dagegen sehr gut ohne teure Fördereinrichtungen auskommen. Eine mögliche Erklärung ist die Zentrifugalkraft, auch wenn diese sehr viel geringer ist als bei den schon behandelten schnell laufenden Dispergern.

Besondere Vorteile ergeben sich dann, wenn - wie in den entsprechenden Unteransprüchen beschrieben - eine auslaufseitige, einstellbare Drosselung des austretenden Stoffes vorgenommen werden kann, weil dadurch der Füllungsgrad des Faserstoffes in der Bearbeitungszone einstellbar ist. Dieser beeinflußt die Arbeitsintensität, was eine Möglichkeit zur Regelung des Kneteffektes bietet. Da bei einem Kneter die Abstände der Knetwerkzeuge relativ groß und meistens nicht veränderbar sind, ist nämlich der Füllungsgrad in der Bearbeitungszone ein gut geeigneter Parameter zur Regelung der spezifischen Arbeit.

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

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Knetvorrichtung, teilweise, geschnitten, in Seitenansicht;

Fig. 2 eine weitere erfindungsgemäße Knetvorrichtung, in Aufsicht;

Fig. 3 und 4 Detail-Darstellungen der Drosselung am Auslauf.

Die Knetvorrichtung gemäß Fig. 1 ist geeignet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Man erkennt die beiden Knetwerkzeuge 1 und 2, welche jeweils einen rotationssymmetrischen Grundkörper 5 bzw. 6 aufweisen. Dabei enthält in dem hier gezeigten Beispiel der eine Grundkörper 5 vier Zahnreihen, bestehend aus den Zähnen 3, wobei die Zahnreihen radial hintereinander angeordnet sind. Der Grundkörper 6 weist drei Zahnreihen auf mit den Zähnen 4. Man erkennt auch, daß jeweils die Zahnreihe eines Grundkörpers in den Zwischenraum des anderen Grundkörpers hineinragen, den dieser zwischen den Zahnreihen frei läßt. Der kleinste Abstand a zwischen zu unterschiedlichen Knetwerkzeugen gehörenden Zähnen ist ebenfalls an einem Beispiel eingezeichnet. Die beiden gezeigten Knetwerkzeuge 5 und 6 sind insofern gegeneinander bewegbar als das Knetwerkzeug 6 zu einem Rotor gehört, der antreibbar ist. Der Faserstoff S wird axial von der Seite in die Knetvorrichtung zugeführt, wozu schematisch eine Förderschnecke 11 angedeutet ist. Diese kann in speziellen Fällen auch in einem Lochmantel laufen und so gleichzeitig den Stoff eindicken. Der Stoff gelangt dann in den Wirkungsbereich eines Verteilflügels 12, der der Umlenkung in die Radialrichtung dient. Es schließt sich dann radial die Bearbeitungszone an, in der der Stoff durch die Relativbewegung zwischen den Zähnen 3, 4 intensiv bearbeitet werden kann, wozu erfindungsgemäß eine Verweilzeit in dieser Bearbeitungszone von mindestens 10 Sekunden erforderlich ist. Eine günstige Ausgestaltung der Knetvorrichtung ist das Anbringen einer Austragsvorrichtung 8, welche sich radial außen an der letzten Zahnreihe anschließt. Diese Austragsvorrichtung enthält einen mit Zähnen 7 versehenen Drosselring 9, der mit einer Einstellvorrichtung 10 justierbar ist. Mit Hilfe des so variierbaren Rückstaus kann der Füllungsgrad des Stoffes in der Bearbeitungszone beeinflußt werden. Die Einstellvorrichtung 10 kann z. B. auch als Stellglied eines Regelkreises ausgeführt sein.

Fig. 2 zeigt eine Knetvorrichtung in Aufsicht, d. h. mit Blickrichtung vom Stator zum Rotor. Im zentralen Bereich weist der Rotor hier drei Verteilflügel 12 auf. Die Bearbeitungszähne sind geschnitten gezeichnet. Zur Vereinfachung wurde der überwiegende Teil der real vorhandenen Zähne weggelassen. Die Zähne haben eine Mindestbreite c und innerhalb einer Zahnreihe einen Abstand voneinander, der der Weite b der Zahnlücken entspricht. Der Rotor der hier dargestellten Vorrichtung enthält drei Zahnreihen und der Stator vier. Die Form der Zähne 3, 4 ist dabei so gewählt, daß aufgrund der Abschrägung mit Winkel phi an der jeweiligen Vorderkante die radiale Transportbewegung des Faserstoffes durch die Vorrichtung verstärkt wird. Die Zähne 4 des Rotors haben jedoch teilweise auch einen runden Querschnitt. Die Festlegung, welche Form für solche Bearbeitungszähne gewählt wird, bleibt dem Fachmann überlassen. Er wird die Festigkeit solcher Zähne ebenso berücksichtigen wie ihre technologische Knetwirkung, wie ihre Förderwirkung. An der äußeren Peripherie des Stators erkennt man einen mit Zähnen 7 versehenen Drosselring 9. Dessen Funktion beruht darauf, daß er relativ zum benachbarten Statorring verdrehbar ist, wodurch die Größe der dem Faserstoff S (Fig. 3) am Austritt angebotenen Querschnitte veränderbar ist.

Die Funktion der verstellbaren Austragsvorrichtung ist in Fig. 3 etwas detaillierter dargestellt. Man erkennt, daß durch Verstellung in Umfangsrichtung (Doppelpfeile) unterschiedliche Querschnitte am Übergang zwischen dem radial äußersten Statorzahn 3 und dem Zahn 7 gebildet werden. Ein ähnlicher Effekt kann auch erzielt werden, wenn der Drosselring 9′ axial verschiebbar angeordnet ist. Auch dadurch wird der Austragsquerschnitt einstellbar gemacht, ohne daß dieser Drosselring 9′ Zähne aufweist (Fig. 4).

Claims (19)

1. Verfahren zum Kneten von Faserstoff (S) mit einem Trockengehalt von mindestens 10%, bei dem mindestens zwei relativ zueinander bewegte Knetwerkzeuge (1, 2) die zum Kneten erforderlichen Kräfte auf den Faserstoff (S) übertragen, wobei mindestens ein Knetwerkzeug (1, 2) eine Rotationsbewegung ausführt und die Knetwerkzeuge mit Zähnen (3, 4) versehen sind, zwischen denen der Faserstoff (S) transportiert wird, wobei der Faserstoff in der Bearbeitungszone der Knetwerkzeuge (1, 2) in einer Verweilzeit von mindestens 10 Sekunden verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderbewegung des Faserstoffes (S) durch die Bearbeitungszone eine radial nach außen gerichtete Komponente hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial nach außen gerichtete Komponente der Förderbewegung mindestens zehn Mal so groß ist wie eine eventuell vorhandene axiale Bewegung des Faserstoffes.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kneten eine spezifische Arbeit von mindestens 20 kW/to übertragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Faserstoffes in der Bearbeitungszone mindestens 30 sec. beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockengehalt des bearbeiteten Faserstoffes mindestens 20% ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserstoff beim Kneten eine Temperatur von mehr als 80°C hat.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kneten erforderlichen Kräfte durch relativ zueinander bewegte Arbeitsflächen übertragen werden, deren Abstand mindestens 8 mm beträgt.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kneten erforderlichen Kräfte durch abgerundete Arbeitsflächen übertragen werden, wobei die Radien (r) der Rundungen größer als 2 mm sind.

9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserstoff (S) in einer Transportvorrichtung, die zum Zuführen des Faserstoffs in die Bearbeitungszone der Knetwerkzeuge (1, 2) dient, gleichzeitig entwässert wird.

10. Knetvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche mit mindestens zwei relativ zueinander bewegbaren Knetwerkzeugen (1, 2),
10.1 die jeweils mindestens einen im wesentlichen rotationssymmetrischen Grundkörper (5, 6) aufweisen,
10.2 die in ringförmigen Zahnreihen angeordnete Zähne (3,4) enthalten, zwischen welchen sich Zahnlücken (7, 8), von dem zu behandelnden Faserstoff durchströmbar, befinden, wobei die Zahnlücken eine Weite (b) von mindestens 10 mm haben,
10.3 die zwischen den Zahnreihen ringförmige Leerräume aufweisen,
10.4 die so zueinander positioniert sind, daß mindestens eine Zahnreihe eines Knetwerkzeuges (1, 2) in einen ringförmigen Leerraum eines anderen Knetwerkzeuges (2, 1) hineinreicht,
dadurch gekennzeichnet,
10.5 daß die Grundkörper (5, 6) im wesentlichen als Ringe oder Scheiben ausgebildet sind,
10.6 daß sich auf mindestens einer Seitenfläche der Ringe oder Scheiben mindestens eine Zahnreihe befindet und
10.7 daß die Zahnreihen auf den Knetwerkzeugen (1, 2) radial hintereinander angeordnet sind.

11. Knetvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite (b) der Zahnlücken zwischen den Zähnen einer Zahnreihe mindestens 30 mm beträgt.

12. Knetvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnfuß der Zähne (3, 4) in allen Richtungen eine Mindestbreite (c) von 30 mm hat.

13. Knetvorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Abstand (a) von relativ zueinander bewegbaren Zähnen (3, 4) mindestens 8 mm beträgt.

14. Knetvorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Abstand (a) von relativ zueinander bewegbaren Zähnen (3, 4) mindestens 20 mm beträgt.

15. Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (3, 4) Abschrägungen aufweisen, die infolge der Relativbewegung zwischen dem Stoff und diesen Zähnen eine Radialbewegung des Stoffes nach außen verursachen.

16. Knetvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägungen einen Winkel (phi) von mindestens 15° gegen die Umfangstangente haben.

17. Knetvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Knetwerkzeug (1, 2) an seinem Umfang eine Austragsvorrichtung (8) für den austretenden Faserstoff mit vom Faserstoff durchströmbaren freien Querschnitten enthält, welche mit Hilfe einer Einstellvorrichtung (10) veränderbar sind.

18. Knetvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Austragsvorrichtung (8) als gezahnter Drosselring (9) an der, in Strömungsrichtung gesehen, letzten Zahnreihe eines Knetwerkzeuges anschließt und in Umfangsrichtung relativ zu dieser derart verdrehbar ist, daß ein Teil des jeweils durch eine Zahnlücke in der letzten Zahnreihe des Knetwerkzeuges gebildeten freien Querschnittes durch variierbares Abdecken mit mindestens einem der dem Drosselring (9) zugehörenden Zähne (7) veränderbar ist.

19. Knetvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsvorrichtung (8) durch die, in Strömungsrichtung gesehen, letzte Zahnreihe und einem sich stromab anschließenden Drosselring (9′) gebildet wird, wobei die Zahnreihe und der Drosselring relativ zueinander rechtwinkelig zur Strömungsrichtung derart verschiebbar sind, daß ein Teil des jeweils durch die Zahnlücke in der letzten Zahnreihe gebildeten freien Querschnittes durch variierbares Abdecken mit mindestens einem Teil des Drosselringes (9′) veränderbar ist.