DE19918166B4

DE19918166B4 - Vorrichtung zur Gewinnung von Kurzfasern

Info

Publication number: DE19918166B4
Application number: DE1999118166
Authority: DE
Inventors: Heinz Hempel; Christian FÜRLL
Original assignee: Institut fur Agrartechnik Bornim eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Agrartechnik und Biooekonomie eV
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: DE19918166A1

Abstract

Vorrichtung zur Gewinnung von Kurzfasern für technische Anwendungen aus getrockneten vorzerkleinerten Bastfasergewächsen, insbesondere aus Hanf und Flachs, bestehend aus einem horizontalen Mahlraum (2), in dem schwenkbare flache Bandstahlschläger (5) umlaufen und zylindrische Siebsegmente (6) und Prallplatten (7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Werkzeugträger (8) mit den schwenkbaren Bandstahlschlägern (5) derart schraubenförmig verdreht auf einer langen horizontalen Rotorwelle (9) unmittelbar hintereinander fest angeordnet sind, daß der letzte Werkzeugträger (8) gegenüber dem ersten um maximal eine Teilung der Schlägerreihen nachläuft, am vorderen Ende des Mahlraumes (2) ein vorzugsweise radialer Zuführkanal (1) und am axial gegenüberliegenden Ende ein Faserabführkanal (10) sowie unterhalb der den Mahlraum (2) nach unten begrenzenden Siebsegmente (6) ein oder mehrere Schäbenabführkanäle (11) vorgesehen sind und die zur Steuerung der Bearbeitungsdauer verstellbaren Luftansaugöffnungen (4) im Mantel des Gehäusedeckels (3) und/oder in der faserabführseitigen Deckel- (12) bzw. Gehäusestirnwand (13) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Kurzfasern für technische Anwendungen aus getrockneten vorzerkleinerten Bastfasergewächsen, insbesondere aus Hanf und Flachs.
Zur Langfasergewinnung für die textile Verarbeitung sind einige Verfahren bekannt. Die Bastfasergewächse werden traditionell zunächst einer Röste unterzogen. Durch die Röste wird die Pektinschicht als Verbindungsmedium zwischen den Fasern und dem Holz durch die Einwirkung von Mikroorganismen abgebaut. Angewendet werden die Tau-, Kalt- und Warmwasserröste. Die Tauröste erfolgt auf dem Feld nach der Mahd über einen Zeitraum von 2–6 Wochen. Die Wasserröste geschieht entweder im Kaltwasserbecken über eine Dauer von ca. 2 Wochen oder in einem Warmwasserbecken über einen Zeitraum von einer Woche.
Das getrocknete Stroh der gerösteten Bastfasern wird Brechen zugeführt, die den holzigen Kern des Strohs in kleine Stücke (Schäben) zerbrechen, die anschließend in Schwingen oder Turbinen von den Langfasern abgeschlagen werden.

Bekannt ist aus der DE 690 648 A eine Einrichtung mit zwei gegensinnig rotierenden Trommeln, die mit wechselseitig ineinandergreifenden Messern bestückt sind. Die auf einer Kreisbahn geführten Messer sind winklig, parallel zueinander, näherungsweise horizontal verstellbar. Die vorgebrochenen Bastfaserstengel werden gardinenförmig über eine Klemm- und Fördervorrichtung dem Entholzungsraum zugeführt. Die Entholzung erfolgt durch wechselseitiges Ineinandergreifen (Kämmen) der Messer der gegensinnig rotierenden Trommeln. Eine weitere bekannte Einrichtung besteht aus mehreren mit Schwingmessern bestückten Schwingrädern, die auf einer Welle angeordnet sind. Außerhalb des Wirkradius der Schwingmesser und parallel zur Schwingradwelle ist ein Förderband angeordnet, dessen unterer Trum durch Druckrollen gegen einen Druckbalken gedrückt wird. Am Druckbalken sind einzeln in ihrer Neigung verstellbare Roststäbe angeordnet. Die vorgebrochenen Bastfaserstengel werden ebenfalls gardinenförmig und parallel zur Schwingradwelle im Spalt zwischen dem unteren Trum eines Förderbandes und einem Druckbalken transportiert und geklemmt. Die Entholzung erfolgt durch Schwingen (Abstreifen) der einseitig eingespannten Stengel, wobei durch die Neigung der Roststäbe die Stengel in eine ausgebreitete Lage gelangen ( DD 13 115 A ). Nachteil beider Einrichtungen ist, dass nur stark geröstetes und vorgebrochenes, aber nicht eingekürztes Stroh verwendbar und der Durchsatz viel zu gering ist. Ferner erfordert jede Einrichtung Brechereinheiten, die sehr teuer sind und keine ausreichende Funktions- und Einsatzsicherheit insbesondere bei feuchteren und/oder weniger geröstetem Strohpartien aufweisen. Einerseits sind der technische und personelle Aufwand für die Gewinnung einer Langfaser in Deutschland sowie die Umweltbelastung bei der Wasserröste und das Witterungsrisiko bei der Tauröste auf dem Feld viel zu hoch, andererseits sind für technische Anwendungen solche Langfasern meist nicht erforderlich und auch nicht verwertbar.

Für die Gewinnung von Kurzfasern sind Anlagen bekannt, die bei Nutzung der konventionellen Brech- und Schwingeinrichtungen ungekürztes Rohmaterial verwenden und erst in den nachfolgenden Faseröffnungs- und -reinigungsstufen eine Fasereinkürzung vornehmen. Diese Verfahren verursachen durch ihren hohen technischen Aufwand Faserkosten, die weder für eine textile noch für eine technische Nutzung relevant sind.

Bekannt aus der DE 44 16 805 A ein Verfahren, bei dem getrocknete Flachsstengel durch ein zerschlagendes Schneiden oder Abscheren in Abschnitte einer Länge zwischen 2 und 12 mm getrennt und dabei entholzt werden. Durch Siebung werden die Holzbestandteile abgeschieden. Die Gewährleistung eines hohen Röstzustandes sowie der hohe Energieaufwand, die ungleichmäßige Faserlänge und die damit einhergehende Wickelgefahr erwiesen sich als Nachteile dieses Verfahrens.

Weitere bekannte Einrichtungen zum Entfasern betreffen hochtourig rotierend Mühlen, wobei das Gut in zerkleinerter Form als Schüttgut zugeführt wird DE 195 18 188 A . Bekannt ist eine Mahleinrichtung mit einem rotierenden Werkzeugträger, der mit vorzugsweise elastisch schwenkbaren Schlägern oder Hämmern bestückt ist, die in einem Mahlraum umlaufen. Die Hämmer oder Schläger weisen verschiedene Formen auf, z. B. einen dreieckig gezahnten Querschnitt, und kämmen zwischen zylindrischen gelochten oder ungelochten Mahlbahnen mit längs und quer geriffelten Mahlsegmenten. Das Gut wird pneumatisch gefördert. Das Prinzip wird für die Zerkleinerung von faserigem Schüttgut für die anschließende Brikettierung ohne Bindemittel eingesetzt DE 32 12 762 A .

Bekannt ist auch eine Mühle, in der mehrere Gruppen von flachen schwenkbaren Bandstahlschlägern auf einer langen vertikalen Welle angeordnet sind und innerhalb eines zylindrischen Siebmantels umlaufen. Die gehäckselten Bastfaserstengel werden an der oberen Stirnseite des zylindrischen Mahlraumes zugeführt und bewegen sich unter der Einwirkung von Zentrifugal-, Tangential- und Schwerkraft schraubenförmig im Inneren des Mahlraumes nach unten. Die während der Bearbeitung gelösten Schäben gefangen infolge der Zentrifugalkraft durch das Sieb und werden separat von den Fasern, die im Inneren des Mahlraumes unten anfallen, abgeführt ( US 4202078 A ) Vorrichtung ist lediglich zur Gewinnung einer kurzen Faser für die Papierherstellung bei Verwendung eines kurzen Aufgabegutes bedingt geeignet. Die Bearbeitungsdauer des Gutes im Mahlraum ist durch die Länge des Mahlraumes vorgegeben und somit nicht steuerbar, d. h. die in Abhängigkeit vom Rohstoff (Sorte, Herkunft, Feuchte, Röstgrad) und in Abhängigkeit vom gewünschten Aufschlussgrad für die jeweilige technische Anwendung notwendig werdende Variation der Bearbeitungsdauer ist nicht möglich. Bei Verwendung eines gröberen Häckselgutes zum Erzielen von mittleren Faserlängen zwischen 5 und 10 cm für technische Anwendungen sind wegen der zu kurzen Bearbeitungszeit sowohl der Faseraufschluß als auch die Zerkleinerung der Schäben und damit deren Abscheidung durch das Sieb unbefriedigend. Die Abscheidung der Schäben erfolgt ausschließlich durch die Zentrifugalkraft und ist nicht ausreichend effizient. Der Einbau von Prallelementen und/oder Fingerleisten ist bei der vertikalen Bauform nicht sinnvoll, da das durch diese Einbauten abgebremste Gut außerhalb des Wirkungsbereiches der rotierenden Hämmer unbearbeitet nach unten durchfallen kann. Der freie Durchgang der Fasern am unteren Ende des Mahlraumes ist durch die Stege für die Rotorlagerung nicht gewährleistet. Dies führt insbesondere bei o. g. Faserlängen zu Verstopfungen. Weitere Nachteile sind die mangelnde Gutzuführung infolge des Fehlens von Saugluft, die Gefahr der Siebverstopfung und die aufwendige vertikale Bauform.

Weiterhin bekannt ist eine Hammermühle, bei der. im Radialflußprinzip die gehäckselten Bastfaserstengel zugeführt und entfasert werden und sowohl die Fasern als auch die Schäben als Gemenge nach entsprechender Einkürzung und Zerkleinerung ein im Mahlraum befindliches Sieb passieren. Nachteile dieser Einrichtung sind die kurze Faserlänge, der hohe Energieaufwand für die prinzipbedingte, aber ungewollte Fasereinkürzung und der hohe Aufwand für die nachfolgende Trennung der Schäben von den Fasern.

Darüber hinaus sind physikalisch-chemische Verfahren (Dampfdruck-, FLASIN- und Ultraschallverfahren) bekannt, die einen Feinaufschluß der mechanisch grob aufgeschlossenen Faser bewirken. Diese Verfahren sind für technische Anwendungen der Faser viel zu teuer und auch nicht notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Vorrichtung zur Gewinnung von Kurzfasern bei geringer Faserschädigung für technische Anwendungen aus getrockneten vorzerkleinerten Bastfasergewächsen, insbesondere aus Hanf und Flachs, zu schaffen, bei der während des Zerfaserungsprozesses auch eine Abscheidung der abgelösten Holzbestandteile von den Fasern realisiert wird und eine gute Steuerung der Bearbeitungsdauer in Abhängigkeit vom Röstzustand des Rohmaterials und vom gewünschten Aufschlußgrad für die jeweilige technische Anwendung erfolgt.

Unter Kurzfasern werden in dieser Anmeldung Naturfasern aus Bastfasergewächsen mit einer mittleren Länge von bis zu 10 cm verstanden.

Diese Aufgabe wird durch hochtourig rotierende Mühlen mit Bandstahlschlägern mit den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Durch die vorteilhafte Modifikation des bekannten Prinzips hochtouriger Mühlen mit in der vertikalen Ebene umlaufenden Bandstahlschlägern wird in einem Verfahrensschritt sowohl die Zerfaserung als auch die Abscheidung der Schäben von den Fasern vorgenommen. Der technische Aufwand für eine nachfolgende Faserreinigung wird damit reduziert. Ferner bleibt die Faser im Aufgabegut weitestgehend ungekürzt erhalten, woraus sich Anwendervorteile und Einsparungen beim Energieaufwand ergeben.

Die Bearbeitungsdauer des Gutes ist über die axiale Luftgeschwindigkeit im Mahlraum, über das Abprall- und Ablenkverhalten auf Prallplatten, Leiteinrichtungen und Fingerleisten sowie über den Drehversatz der auf der langen Rotorwelle hintereinander angeordneten Werkzeugträger beeinflußbar. Die axiale Luftgeschwindigkeit im Mahlraum als dominante Einflußgröße auf die Bearbeitungsdauer für faserhaltige Stoffe ist von der Saugleistung im Faserabführkanal und in den Schäbenabführkanälen, von der Drehzahl der Rotorwelle, vom Querschnitt des Zuführkanals, von der Art und Anordnung der passiven Mahlelemente sowie von der Größe und Position der Luftansaugöffnungen in der Mahlraumwandung abhängig. Sowohl über die Größe und Position o. g. Luftansaugöffnungen als auch über verstellbare Leiteinrichtungen in der oberen Mahlraumhälfte kann eine gute Steuerung der Bearbeitungsdauer erreicht werden. Die Steuerung der Bearbeitungsdauer ist von entscheidender Bedeutung, um in Abhängigkeit von der Qualität des Rohmaterials den für die jeweilige technische Anwendung gewünschten Aufschlußgrad zu erzielen.

Der für den Faser- und Schäbentransport aus dem Zuführkanal angesaugte Luftstrom hat den Vorteil einer zügigen und verstopfungsfreien Gutzuführung.

Durch die sägezahn- oder trapezförmige Ausbildung der Prallplatten, die einen intermittierenden in Drehrichtung der Rotorwelle sich verengenden Mahlspalt bewirken, wird der Entfaserungsprozeß vorwiegend durch Prall- und Reibbeanspruchung intensiviert.

Die bei Linksdrehsinn der Rotorwelle im oberen linken Mahlraumsektor angeordneten Fingerleisten haben den Vorteil, daß beim Aufprall des Faser-Schäben-Gemisches sowohl eine weitere Zerkleinerung der Schäben infolge Biegebeanspruchung als auch eine Entmischung erfolgt. Das Fasergemenge wird auf Grund seiner Verflechtung und der großen Faserlänge im Vergleich zur Schäbenlänge durch die Fingerleisten radial zurückgehalten, während die zerkleinerten Schäben durch deren Trägheit radial weiter nach außen und damit näher zum Sieb gelangen und somit besser abgeschieden werden. Durch eine zur Schlägerbahnebene geneigte Anordnung der Finger wird der axiale Guttransport im Mahlraum unterstützt.

Siebsegmente mit Querschlitzen, bezogen auf die Bewegung der Bandstahlschläger, haben gegenüber Siebsegmenten mit Rundlöchern den Vorteil einer besseren Schäbenabscheidung bei reduziertem Faserfehlaustrag.

Nachfolgend wird die Vorrichtung anhand der beiden Figuren der Zeichnung erläutert, wobei
1 schematisch den Längsschnitt durch die Entfaserungseinrichtung und
2 dieselbe Einrichtung schematisch im Querschnitt darstellt.
Nach 1 und 2 enthält die Entfaserungseinrichtung eine lange horizontale Rotorwelle 9, auf der mehrere Werkzeugträger 8 mit schwenkbaren flachen Bandstahlschlägern 5 derart schraubenförmig verdreht unmittelbar hintereinander fest angeordnet sind, daß der letzte Werkzeugträger 8 gegenüber dem ersten um maximal eine Teilung der Schlägerreihen nachläuft. Die Bandstahlschläger 5 laufen in einem Mahlraum 2 um. Der Mahlraum 2 wird nach unten durch zylindrische Siebsegmente 6 begrenzt. Die obere Hälfte des Mahlraumes 2 ist nacheinanderfolgend, beginnend von rechts bei linksdrehender Rotorwelle 9, mit Prallplatten 7, Leiteinrichtungen 14 und Fingerleisten 15 bestückt. Am vorderen Ende des Mahlraumes 2 ist ein vorzugsweise radialer Zuführkanal 1 und am axial gegenüberliegenden Ende ein Faserabführkanal 10 angeordnet. Unterhalb der den Mahlraum 2 nach unten begrenzenden Siebsegmente 6 sind ein oder mehrere Schäbenabführkanäle 11 vorgesehen. In der Wandung des Mahlraumes 2, vorzugsweise im Gehäusedeckel 3, sind verstellbare Luftansaugöffnungen 4 angeordnet.
Die gehäckselten Bastfaserstengel gelangen über den Zuführkanal 1 in den Mahlraum 2.
Die Entfaserung erfolgt durch die Wechselwirkung des Gutes mit den schnell umlaufenden Bandstahlschlägern 5 und den passiven Mahlelementen (Siebsegmente 6, Prallplatten 7, Leiteinrichtungen 14 und Fingerleisten 15) unter Ausnutzung der Prall-, Scher- und Biegebeanspruchung. Das Gut wird dabei schraubenförmig durch den Mahlraum 2 bewegt. Die Fasern werden am der Aufgabeseite axial gegenüberliegenden Ende des Mahlraumes 2 abgesaugt. Während des Entfaserungsprozesses gelangen die gelösten und zerkleinerten Schäben durch die Siebsegmente 6 und werden über ein oder mehrere Schäbenabführkanäle 11 separat von den Fasern abgeführt. Aus dem Zuführkanal 1 und den in der Wandung des Mahlraumes 2 angeordneten verstellbaren Luftansaugöffnungen 4 werden zwei Teilluftströme für den Schäben- und Fasertransport abgesaugt.

1: Zuführkanal
2: Mahlraum
3: Gehäusedeckel
4: verstellbare Luftansaugöffnung
5: Bandstahlschläger
6: zylindrisches Siebsegment
7: Prallplatte
8: Werkzeugträger
9: Rotorwelle
10: Faserabführkanal
11: Schäbenabführkanal
12: faserabführseitige Deckelstirnwand
13: faserabführseitige Gehäusestirnwand
14: Leiteinrichtung
15: Fingerleiste

Claims

Vorrichtung zur Gewinnung von Kurzfasern für technische Anwendungen aus getrockneten vorzerkleinerten Bastfasergewächsen, insbesondere aus Hanf und Flachs, bestehend aus einem horizontalen Mahlraum (2), in dem schwenkbare flache Bandstahlschläger (5) umlaufen und zylindrische Siebsegmente (6) und Prallplatten (7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Werkzeugträger (8) mit den schwenkbaren Bandstahlschlägern (5) derart schraubenförmig verdreht auf einer langen horizontalen Rotorwelle (9) unmittelbar hintereinander fest angeordnet sind, daß der letzte Werkzeugträger (8) gegenüber dem ersten um maximal eine Teilung der Schlägerreihen nachläuft, am vorderen Ende des Mahlraumes (2) ein vorzugsweise radialer Zuführkanal (1) und am axial gegenüberliegenden Ende ein Faserabführkanal (10) sowie unterhalb der den Mahlraum (2) nach unten begrenzenden Siebsegmente (6) ein oder mehrere Schäbenabführkanäle (11) vorgesehen sind und die zur Steuerung der Bearbeitungsdauer verstellbaren Luftansaugöffnungen (4) im Mantel des Gehäusedeckels (3) und/oder in der faserabführseitigen Deckel- (12) bzw. Gehäusestirnwand (13) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Peripherie des Mahlraumes (2) nacheinanderfolgend, beginnend von rechts bei linksdrehender Rotorwelle (9), mit Prallplatten (7), die eine Sägezahn- oder Trapezform aufweisen, mit feststehenden oder einstellbaren Leiteinrichtungen (14) und mit Fingerleisten (15) bestückt ist, wobei die Finger zwecks Unterstützung des axialen Guttransports zur Schlägerbahnebene geneigt sein können.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Siebsegmente (6) Querschlitze, bezogen auf die Bewegung der Bandstahlschläger (5), aufweisen.