DE202019101661U1

DE202019101661U1 - Vorrichtung zur Faserbearbeitung für die Herstellung einer Faserbahn

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Publication number: DE202019101661U1
Application number: DE202019101661.2U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: FIBER-X FINLAND OY, FI
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2019-07-12
Anticipated expiration: 2029-03-23
Also published as: FI127929B; FI20185279A1; FI12400U1

Abstract

Vorrichtung zur Bearbeitung von Fasern für die Herstellung einer Faserbahn, wobei zu der Vorrichtung (10) gehören
- ein Rahmen (12) , der im Innern einen Raum (14) für die Strömung der Fasern begrenzt, und besagter Rahmen (12) zwei Enden (16) und eine Innenfläche (18) aufweist,
- ein im Querschnitt wesentlich rundes Stützelement (20), das mit Hilfe einer Welle (22) im Rahmen (12) eingepasst ist und besagtes Stützelement (20) eine von der Welle (22) radial abstehendeStruktur darstellt,
- Kugeln (30) zur Unterstützung des besagten Stützelements (20) am Rahmen (12)und zur Faserbearbeitung,
- ringförmige Rillen (32) in Längsrichtung der Welle (22) zwischen Rahmen (12) und Stützelement (20) zur Stützung der besagten Enden (16) des Rahmens (12) gebildet oder des Stützelements (20) oder von beiden zur Stützung der besagten Kugeln (30) sowie
- eine federnde Struktur (34), die es den Kugeln (30) erlaubt, den Fasern auszuweichen, um so den auf die Fasern ausgeübten Druck auszugleichen, in der Vorrichtung (10) besagter Rahmen (12) und das Stützelement (20) im Verhältnis zu einander und zur besagten Welle (22) koaxial drehend angeordnet sind, dass sich entweder der Rahmen (12) oder das Stützelement (20) allein drehen, wobei sich das jeweils andere Teil nicht bewegt, oder beide zusammen drehen, dadurch gekennzeichnet, dass zur federnden Struktur (34)
- ein erstes federndes Element (34.1) gehört, zu dem besagte ringförmige Rillen (32) und besagte Kugeln (30) gehören, in dem ersten federnden Element (34.1) besagte Rillen (32) und/oder besagte Kugeln (30) angeordnet sind, eine in Querrichtung begrenzte Bewegung der Rille (32) der Kugeln (30) zu ermöglichen,
- ein zweites federnde Element (34.2), dass zwischen dem besagten Stützelement (20) und der Welle (22) angeordnet ist, um eine Winkeländerung zwischen dem Stützelement (20) und der Welle (22) zum Ausgleich des Drucks, der auf die Fasern einwirkt, zu ermöglichen.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Faserbearbeitung für die Herstellung einer Faserbahn, zu der gehören

- ein Rahmen, der im Innern den Raum für die Strömung der Fasern begrenzt, und besagter Rahmen zwei Enden und eine Innenfläche aufweist,
- ein im Querschnitt wesentlich rundes Stützelement, das mit Hilfe einer Welle im Rahmen eingepasst ist und besagtes Stützelement eine von der Welle radial abstehende Struktur darstellt,
- Kugeln zur Unterstützung des Stützelements am Rahmen und zur Faserbearbeitung,
- ringförmige Rillen in Längsrichtung der Welle zwischen Rahmen und Stützelement zur Stützung der Enden des Rahmens oder des Stützelements gebildet oder von beiden zur Stützung der Kugeln sowie
- eine federnde Struktur, die es den Kugeln erlaubt, den Fasern auszuweichen, um so den auf die Fasern ausgeübten Druck auszugleichen,

Bei der Herstellung einer Faserbahn gehört es zum Stand der Technik, dass die für die Herstellung einer Faserbahn als Rohstoff eingesetzten Fasern zur Verbesserung ihrer Eigenschaften bearbeitet werden. Die Bearbeitung erfolgt im Allgemeinen als Mahlvorgang, bei dem die Fasern in der Fasersuspension zwischen Mahlklingen geführt werden, wo die Faser pressenden und schneidenden Klingenkräften ausgesetzt ist. Die pressenden Kräfte führen zu einer inneren Spaltung der Faserwand (S2-Schicht), lösen aus den Fasern (P und S1-Schicht) Faserlamellen und bilden Poren. Die schneidenden Kräfte scheuern die Faseroberfläche und schälen von der Faser Partikel und Fibrillen, das heißt sekundäre Feinstoffe. Die schneidenden Kräfte brechen ebenfalls die Fasern. Bei der Bildung einer Faserbahn verhalten sich die Feinstoffe wie ein Klebstoff zwischen den Fasern, sodass sich die Oberfläche der Faserbahn aus den bearbeiteten Fasern verdichtet und glatter wird.
Das durch den Mahlprozess erzeugte Verhalten der Feinstoffe birgt jedoch zwei Probleme. Bei der Herstellung einer Faserbahn muss aus der Faserbahn eine erhebliche Menge Wasser entfernt werden. Die Entwässerung erfolgt in der Zellstoffmaschine in einer Sieb-, Pressen- und Trockenpartie. Um einen hinreichenden Trockengehalt zu erreichen, müssen verschiedene saug- und pressassistierte Entwässerungslösungen bei der Entwässerung in der Sieb- und Pressenpartie eingesetzt werden. Der reichlich Deckschicht enthaltende Feinstoff ist schon verhältnismäßig verdichtet, wenn die Faserbahn in die Pressenpartie eintritt, was wiederum die Entwässerung in der Pressenpartie erschwert. In der Pressenpartie wird die Deckschicht noch mehr verdichtet. Beim Trocknen der Faserbahn verdampft in der Trockenpartie der Zellstoffmaschine das im Bulkmaterial der mittleren Schicht befindliche Wasser und strebt durch die Deckschicht aus der Faserbahn heraus. Der das gemahlene Fasermaterial der Deckschicht verdichtende Feinstoff erhöht jedoch den Strömungswiderstand und erschwert so die Abführung des Dampfes aus der mittleren Schicht. Das wiederum erzeugt in der mittleren Schicht einen Dampfdruck, der dazu neigt, die Bahn zu spalten, also die Faserbahn in Dickenrichtung zu spalten. Das Spalten lässt durch ein hinreichend verlangsamtes Trocknen der Faserbahn, also bei gemäßigter Verdampfungsgeschwindigkeit, verringern. Das lässt aber wiederum die Länge der Trockenpartie und somit die Investitionskosten anwachsen.
Ein zweites beim Mahlprozess auftretendes Problem ist der hohe Energiebedarf für das Mahlen. Je mehr Feinstoffe man erreichen möchte, desto größer ist der spezifische Energieverbrauch pro gemahlene Fasertonne. Steigende Energiepreise erhöhen darüber hinaus den Druck auf einen geringeren Energieverbrauch. Beim Mahlen wird neben dem Energieverbrauch für den sogenannten Leerlauf für das Deformieren und Zerkleinern von Fasern und Faserknoten Energie verbraucht. Die Schneidkräfte der Messer eines Mahlwerks scheuern von der Faseroberfläche Feinstoffe und Faserpartikel, zertrennen Fasern und verursachen Kräuselfasern. Die pressenden Kräfte dagegen spalten die Faserwand im Innern, was zu einer Ausbeulungsempfindlichkeit der Faser beim Nasspressen führt. Das führt wiederum zu gebogenen Fasern.
In der Publikation „'Effects of various refining on dry sheet properties of commercial never-dried and dried kraft softwood pulps“, Wang et al, 2005 (Publikation des 91st Annual Meeting Preprints-Book B. Redaktion Pulp and Paper Technical Association of Canada. Montreal, Que., Canada, 2005) kennzeichnet man verschiedene Mahlwerke, deren spezifischer Energieverbrauch bedeutend geringer als der herkömmlicher Mahlwerke ist. Diese Mahlwerke vollziehen an den Fasern eine sogenannte schonende Behandlung, bei der auch weniger gelöste Feinstoffe anfallen. Bei diesen Mahlwerkslösungen sind die Klingen eingeschnürt und die spezifischen Kantenkräfte versucht man, auf einem sehr niedrigen Niveau einzustellen. So reduziert man die schneidenden Kräfte, wodurch der Anteil der pressenden Kräfte im Verhältnis steigt. Darüber hinaus wird der Rauminhalt der Rille erhöht, wodurch die Verweildauer der durchgeleiteten Fasern im Mahlwerk ansteigt. Das erhöht wiederum die Wahrscheinlichkeit, dass die Fasern den Messern ausgesetzt sind und die Homogenität des Mahlergebnisses verbessert.
Zum Stand der Technik gehört ebenfalls die Publikation WO 2006/108555 A1 , in der ein Mahlwerk mit zwei koaxial angeordneten Zylindern vorgestellt wird, von denen mindestens einer rotierend ist und zwischen den Zylindern Raum für die Fasern vorhanden ist. In diesem Raum sind zahlreiche stabförmige Mahlwerkzeuge zum Mahlen der Fasern angeordnet. Beim Drehen des Zylinders beziehungsweise der Zylinder drehen sich die Mahlwerkzeuge, und die Fasern werden dabei zwischen den Mahlwerkzeugen und den Zylindern gepresst. Dabei wirkt auf die Fasern ein pressender Kontakt ohne große schneidende Kräfte, wodurch nahezu keine Feinstoffe entstehen und in der Flüssigphase diepressgemahlenen Fasern durch Eindringen von Wasser durch die Poren und Risse der Faserwände anschwellen. Dadurch versteifen und begradigen sich auch die Fasern und formen während der Bahnbildung ein Netzwerk gerader Fasern. Das hat eine positive Wirkung auf die Festigkeit der Faserbahn, weil nunmehr die Belastungskräfte auf den gesamten Längensegmentender Fasern liegen und nicht nur auf einem Teil von diesen. Solche Vorrichtungen werden als sogenannte Pressmahlwerke bezeichnet.
Das Problem eines solchen Mahlwerks besteht darin, dass die Fasern in der Fasersuspension Flocken bilden, die sich oftmals zu Faserknoten verbinden, die wiederum vom Durchmesser her wesentlich größer als einzelne Fasern sind. Die Mahlwerkzeuge sind so dimensioniert, dass der auf einzelne Fasern wirkende Pressdruck so schwach ist, dass keine schneidenden Kräfte auf die Fasern einwirken, die an den Fasern eine äußere Fibrillation verursachen, also ein Brechen beziehungsweise andere Beschädigungen der Fasern wie Bördeln verursachende Knicke. Im Fall einer Faserflocke ist die für eine einzelne Faser gemessene Lücke zu klein, sodass auf die Faserflocken im Vergleich zu einzelnen Fasern ein wesentlich höhere Druck wirkt, der wiederum schneidende Kräfte verursacht, die die Fasern zertrennen und die oben genannte Beschädigung der Fasern durch Faserflockung verursacht.
Zum Stand der Technik gehört ebenfalls die Publikation DE 3733565 A1 , in der ein Mahlwerk vorgestellt wird, das Kugeln einsetzt. Hierbei werden die zu mahlenden Fasern mithilfe eines in der Fasersuspension drehenden Stützelements zwischen die an den Enden des Mahlwerks unterstützten Scheiben geführt, wo runde Kugeln die Fasern mahlen. Das Problem einer solchen Vorrichtung ist jedoch, dass die Lage der Kugeln im Mahlwerk mithilfe der Enden begrenzt wird, wodurch die Kugeln den im Mahlwerk durchlaufenden Faserflocken nicht ausweichen können und so auf die Fasern eine starke die Fasern zerkleinernde Wirkung ausgeübt wird. So weicht die Wirkung des Mahlens auf die Fasern von dem Pressmahlverfahren ab beziehungsweise ist bedeutend aggressiver.
Die Publikation GB 855044 A kennzeichnet ein Kugellagermahlwerk, in dem das zu mahlende Material durch mehrere Kugellager geführt wird. Die Kugeln können den durch das Mahlwerk durchlaufenden Faserflocken nicht ausweichen, und so wird auf die Fasern eine starke die Fasern zerkleinernde Wirkung ausgeübt. Die Publikation FR 2411634 A1 kennzeichnet ein Kegellagermahlwerk, in dem ein ähnliches Problem, eine Zerkleinerung der Fasern beim Mahlvorgang, auftritt.
Der Zweck der Erfindung ist es, nach dem Stand der Technik eine bessere Vorrichtung zur Faserbearbeitung für die Herstellung einer Faserbahn als bei den Pressvorrichtungen zu erreichen, um eine die Fasern zerkleinernde Wirkung der Faserflocken zu vermeiden, aber gleichzeitig eine Pressmahlung der Fasern zu verursachen. Die charakteristischen Eigenschaften dieser Erfindung gehen aus dem beiliegenden Schutzanspruch 1 hervor.
Der Zweck der Vorrichtung ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur Faserbearbeitung für die Herstellung einer Faserbahn, wobei zu der Vorrichtung ein Rahmen gehört, der im Innern einen Raum für die Strömung der Fasern begrenzt, und besagter Rahmen zwei Enden und eine Innenfläche aufweist. Zur Vorrichtung gehören darüber hinaus ein im Querschnitt wesentlich rundes Stützelement, das mit Hilfe einer Welle im Rahmen eingepasst ist und besagtes Stützelement eine von der Welle radial abstehende Struktur darstellt, Kugeln zur Unterstützung des Stützelements am Rahmen und zur Faserbearbeitung sowie ringförmige Rillen, die in Längsrichtung der Welle zwischen Rahmen und Stützelement zur Stützung der Enden des Rahmens oder der Kugeln des Stützelements gebildet werden. In der Vorrichtung sind Rahmen und Stützelement im Verhältnis zu einander und zur Welle koaxial drehend angeordnet, dass sich entweder der Rahmen oder das Stützelement allein drehen, wobei sich der jeweils andere nicht bewegt, oder beide zusammen drehen. Des Weiteren gehört zur Vorrichtung eine federnde Struktur, die es den Kugeln erlaubt, den Fasern auszuweichen, um so den auf die Fasern ausgeübten Druck auszugleichen, wobei zur federnden Struktur ein erstes und ein zweites federndes Element gehören. Zu dem ersten federnden Element gehören ringförmige Rillen und Kugeln, wobei in dem ersten federnden Element die Rillen und/oder die Kugeln so angeordnet sind, dass eine Rille den Kugeln eine begrenzte Bewegung in Querrichtung ermöglicht. Das zweite federnde Element ist zwischen dem Stützelement und der Welle angeordnet, was eine Winkeländerung zwischen dem Stützelement und der Welle zum Ausgleich des Drucks, der auf die Fasern einwirkt, ermöglicht.
Die runden Kugeln und die federnde Struktur der Vorrichtung ermöglichen ein Ausweichen der Kugeln von den Faserflocken in der Art, dass die auf die Faserflocken gerichtete Druckwirkung hinreichend niedrig bleibt, damit die Fasern einer Faserflocke nicht brechen oder wie in den Lösungen nach dem Stand der Technik beschädigt werden. Die Vorrichtung erreicht dennoch eine „sanfte“ Bearbeitung der Fasern, die eine innere Fibrillation der Fasern verursacht. Dass in diesem Zusammenhang das Stützelement und der Rahmen im Verhältnis zu einander drehend angeordnet sind, bedeutet, dass das Stützelement stationär und der Rahmen drehend, der Rahmen stationär und das Stützelement oder beide, Rahmen und Stützelement, drehend sind. In der Vorrichtung gemäß der Erfindung bilden die Kugeln mit den Rillen ein Drucklager zwischen dem Stützelement und dem Rahmen. Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung lässt sich die Festigkeit der aus den Fasern gebildeten Faserbahn in allen Richtungen ohne signifikanten Zusatz an Feinstoffen erhöhen. Ein federndes Stützelement bedeutet sowohl eine begrenzte Bewegung in Axialrichtung als auch eine begrenzte Neigung des Stützelements im Verhältnis zur radialen Richtung der Welle.
Die ringförmigen Rillen sind hinsichtlich ihrer Breite vorzugsweise breiter als der Durchmesser der Kugeln, um eine begrenzte Bewegung der Kugeln in Querrichtung zur Rille zu ermöglichen. Durch Auslegung der Rillen mit einem größeren Durchmesser als die Kugeln können Kugeln und Rille aus einem haltbareren Material sein, wodurch die Zuverlässigkeit der Vorrichtung auf einem hohen Niveau bleibt.
Das zweite federnde Element wird vorzugsweise so mit dem Stützelement verwirklicht, dass das Stützelement mithilfe von radial gerundeten Verzahnungen an der Welle befestigt ist, was wiederum eine Bewegung und Neigung des Stützelements in Axialrichtung sowie eine Übertragung des Drehmoments zwischen drehender Welle und Stützelement ermöglicht. Die radial gerundeten Verzahnungen ermöglichen eine Bewegung des Stützelements in Längsrichtung der Welle, sodass die Kugeln den Faserflocken in der Vorrichtung ausweichen können. Die Zahnwelle überträgt das Drehmoment von der Welle so, dass sich das Stützelement in Axialrichtung der Welle bewegen kann. Darüber hinaus muss die Verbindung eine Neigung des Stützelements im Verhältnis zur Welle erlauben, sodass die Verzahnungen gerundet sein müssen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat drei Anwendungsbereiche, in denen die Vorrichtung für unterschiedliche Anwendungszwecke eingesetzt werden kann. Der erste Anwendungsbereich ist ein geringer Bearbeitungsgrad (geringe kWh-Menge), bei dem die Festigkeit der Fasersuspension steigt, ohne Bildung einer signifikanten Menge an Feinstoffen. In diesem Anwendungsbereich ist die Pressmahlung dominierend. Durch Erhöhung der Bearbeitung der Fasersuspension, beginnen die Fasern äußerlich zu fibrillieren und bilden gleichzeitig Feinstoffe, jedoch weniger als bei der konventionellen Bearbeitung im Verhältnis zum Anstieg der Festigkeit. Das ist der zweite Anwendungsbereich der Vorrichtung. Durch einen weiteren Anstieg der Bearbeitung bewegt man sich in den dritten Anwendungsbereich der Vorrichtung, in dem die fibrillierende Wirkung auf die Fasern dominant wird. Damit kann die Vorrichtung zur Herstellung von Mikro- und Nanozellstoff verwendet werden.
Die ringförmigen Rillen werden vorzugsweise an den Enden des Stützelements und des Rahmens gebildet. Das ermöglicht eine bessere Federwirkung der Kugeln.
Gemäß einer Anwendungsform sind die ringförmigen Rillen und/oder Kugeln zumindest teilweise aus einem elastischen Material gefertigt. Mithilfe der Elastizität des Materials kann die faserbrechende Wirkung verringert werden.
Zur Vorrichtung gehört vorzugsweise eine zweite federnde Struktur zwischen dem Rahmen und dem Stützelement, um eine federnde Wirkung in Wellenrichtung zu gewährleisten. So erlaubt das zweite federnde Element der federnden Struktur eine geringe Bewegung in Wellenrichtung; darüber hinaus bietet die zweite federnde Struktur einen größeren Elastizitätsspielraum in Wellenrichtung.
Gemäß einer Anwendungsform können zum Stützelement zwei gegeneinander angeordnete Flanschscheiben gehören, zwischen denen die zweite federnde Struktur gebildet wird. Dadurch kann die Rahmenstruktur fest sein, und an dem Stützelement können mithilfe der Kugeln zwei Drucklager symmetrisch gebildet werden.
Gemäß der ersten Anwendungsform gehört zur zweiten federnden Struktur ein Stützelement, zu dem zwei gegeneinander angeordnete Flanschscheiben gehören, die im Verhältnis zur Längsrichtung der Welle schwimmend an der Welle angeordnet sind, Dichtungshilfsmittel, die zwischen den Flanschscheiben angeordnet sind, um den abgedichteten Rauminhalt zwischen den Flanschscheiben zu begrenzen, eine Druckmediumverbindung, so angeordnet, dass ein Druckmedium sich über die Welle in den abgedichteten Rauminhalt bewegt und eine Druckmediumquelle zur Einspeisung eines unter Druck stehenden Mediums in den Rauminhalt, was eine begrenzte Bewegung (Federwirkung) der Flanschscheiben in Längsrichtung der Welle ermöglicht. Die mithilfe des Druckmediums verwirklichte zweite federnde Struktur macht eine Konditionierung der auf die Fasern ausgeübte Kraft möglich, denn durch den Einsatz des Druckmediums in der zweiten federnden Struktur hat die Veränderung der Stoffdichte der Fasermassensuspension keinen Einfluss auf die Kräfte, denen die Fasern ausgesetzt sind, anders als bei Lösungen mit einer Federbelastung.
Die zwischen den Flanschscheiben gebildete zweite federnde Struktur kann mit einem pneumatischen Stellglied zwischen den Flanschscheiben angeordnet sein. Dadurch kann man die zweite federnde Struktur einfach regulieren, indem der zum Stellglied führende Druck des Mediums verändert wird.
Die zweite federnde Struktur ist vorzugsweise so angeordnet, dass eine Kraft auf das Stützelement beziehungsweise auf den Rahmen ausgeübt wird, die das Stützelement und den Rahmen gegeneinander presst. Diese Kraft wird vorzugsweise so geregelt, dass die Kugeln in jeder Situation in einer rotierenden Bewegung bleiben, selbst dann, wenn die zweite federnde Struktur eine federnde Wirkung bei Faserflocken ermöglicht.
Zur Vorrichtung gehören vorzugsweise Regulierungshilfsmittel und eine Ventileinheit zur Justierung der Elastizität der zweiten federnden Struktur zur Begrenzung der Strömung des Druckmediums, die von der Druckmediumquelle zum Rauminhalt führt. Mithilfe der Regulierungshilfsmittel kann die Intensität der Pressmahlung zuverlässig und in Realzeit reguliert werden, was mit den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht möglich ist.
Gemäß der zweiten Anwendungsform gehören zum Rahmen Endflansche, zwischen denen eine zylinderartige Ummantelung, Befestigungsstäbe zur gegenseitigen federnden Befestigung der Endflansche und ein drittes federndes Element zum gegenseitigen Andrücken der Endflansche gegen den Rahmen angeordnet sind, um eine zweite federnde Struktur zu bilden. In so einer Anwendungsform wird die federnde Wirkung der federnden Struktur mithilfe der Endflansche der Vorrichtung erreicht und nicht mithilfe der Elastizität des Stützelements wie in der ersten Anwendungsform.
Das dritte federnde Element ist vorzugsweise ein mit einem Druckmedium betriebener Balg. So kann auch die mithilfe der Endflansche verwirklichte zweite federnde Struktur die auf die Fasern wirkende Kraft stabilisieren und einfach regulieren.
Gemäß einer Anwendungsform kann das dritte federnde Element eine Feder sein. Mithilfe einer Feder kann die federnde Struktur preiswert verwirklicht werden.
Zur zweiten federnden Struktur gehört vorzugsweise eine mechanische Begrenzung der Federwirkung, mit der die federnde Wirkung der federnden Struktur so begrenzt wird, dass die federnde Wirkung geringer als der Durchmesser der Kugeln ist. So wird ein Entweichen der Kugeln aus ihren Rillen verhindert. Der Begrenzer der Federwirkung kann beispielsweise ein mechanischer Puffer sein, der als physisches Hindernis eine zu große Federwirkung der Flanschscheiben beziehungsweise der Endflansche verhindert.
Zur Vorrichtung gehört vorzugsweise darüber hinaus eine an einem Ende des Rahmens angeordnete Zuführverbindung zur Einspeisung von Fasern in den Raum sowie eine Abführungsverbindung am anderen Ende des Rahmens zum Abführen der Fasern aus dem Raum.
Die Rillen werden vorzugsweise auf beiden Seiten des Stützelements und an beiden Enden des Stützelements und des Rahmens gebildet. Dadurch bilden sich in der Vorrichtung zwei Drucklager, die das Stützelement an zwei Stellen am Rahmen stützen und gleichzeitig die Wirkung der Bearbeitung auf die durch die Vorrichtung strömenden Fasern erhöhen. Dadurch ist auch die Abstützung des Stützelements am Rahmen symmetrisch, was die Belastung auf das Stützelement und seine Befestigung an der Welle verringert.
Zur Vorrichtung gehört vorzugsweise ein Motor zum Drehen der Welle, wobei der Rahmen als Stator der Vorrichtung und das Stützelement als um die Welle rotierender Rotor dient. Das sich mit der Welle drehende Stützelement ist bedeutend einfacher zu verwirklichen als eine sich um Welle und Stützelement drehende Rahmenstruktur. Wenn der Rahmen als Stator dient, kann der Rahmen darüber hinaus als stützende Struktur dienen, die hinsichtlich ihrer Herstellungskosten günstig ist.
Die Kugeln bilden mit den Rillen vorzugsweise ein Drucklager in der Vorrichtung zur Lagerung des Stützelements im Rahmen. In diesem Fall erfüllen die Drucklager zwei Funktionen in der Vorrichtung, einmal als Kugeln der Vorrichtung und als den Rahmen unterstützende Kugellager.
Die Breite einer Rille kann 0,1 - 0,2 mm, vorzugsweise 0,1 - 0,15 mm größer als der Durchmesser einer Kugel sein. Dadurch kann eine Kugel auch in Radialrichtung der Welle einer Faserflocke in der Rille ausweichen, wodurch keine zu großen schneidenden Kräfte auf die Faserflocken ausgeübt werden. Mit anderen Worten, die Rille ist von der Konstruktion her so angelegt, dass sich eine Kugel in Querrichtung der Rille auf einer Länge von 0,1 - 0,2 mm, vorzugsweise 0,1 - 0,15 mm des Durchmessers einer Kugel bewegen kann. Mit anderen Worten muss die Breite einer Rille so groß sein, dass die Faserflocken ausweichen können.
In der jeweiligen Rille können so viele Kugeln sein, dass in der Rille in Längsrichtung maximal der Durchmesser einer Kugel als freier Raum verbleibt. Die Verwendung von hinreichend zahlreichen Kugeln gewährleistet, dass die Wahrscheinlichkeit einer Bearbeitung der jeweiligen Faser durch Pressen der Faser zwischen einer Kugel und dem Rahmen beziehungsweise dem Stützelement sehr hoch ist, was die Notwendigkeit einer Rückführung verringert. Die Anzahl an Kugeln kann so gering wie drei Kugeln sein, aber dann müssen die Kugeln mithilfe eines Führungsgitters in einem Abstand zueinander gehalten werden. Die Kugeln können auch vollständig frei in der Rille platziert sein.
Zur Welle gehören vorzugsweise in Längsrichtung der Welle angeordnete Rillen zur Befestigung der Stützelemente auf der Welle mithilfe radial gerundeter Verzahnungen. Mithilfe der Rillen wird Drehmoment zwischen dem Stützelement und der Welle übertragen.
An den Enden der in Längsrichtung der Welle angeordneten Rillen können auch Dichtungen zur Verriegelung der Welle in Längsrichtung vorkommen. So können die sich an den Enden der Rillen befindlichen Dichtungen zur Zusammenarbeit mit den Dichtungen zwischen den Stützelementen dienen.
Die in der Vorrichtung verwendeten Kugeln sind hinsichtlich ihrer Masse hinreichend leicht, damit die Kugeln nicht aufgrund ihrer statischen Masse Fasern pressen, sondern die pressende Wirkung wird durch ein Rotieren der Vorrichtung in angemessener Drehzahl und vorzugsweise mit angemessener Belastung in der zweiten federnden Struktur erreicht.
Zur Vorrichtung kann ebenfalls ein separates Führungsgitter gehören, in dem die Kugeln platziert werden. Der Zweck des Führungsgitters ist, die Kugeln in einem gewünschten Abstand zueinander zu halten. In dem Führungsgitter ist vorzugsweise für die Kugeln ein Abstand vorgesehen, der den Kugeln eine entsprechende Elastizität bei der Begegnung mit Faserflocken verleiht.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann zu einem Verfahren für die Bearbeitung von Fasern zur Herstellung einer Faserbahn eingesetzt werden, wobei nach dem Verfahren die zu bearbeitenden Fasern in den Innenraum des Rahmens geleitet und die Fasern im Innenraum bearbeitet werden, indem sie zwischen den sich drehenden Kugeln zwischen Stützelement und Rahmen zugeführt werden, wobei Stützelement und Rahmen im Verhältnis zueinander rotieren, und die bearbeiteten Fasern aus dem Innenraum des Rahmens abgeführt werden. In dem Verfahren werden zur Bearbeitung Kugeln eingesetzt. In dem Verfahren werden die Kugeln in Längsrichtung der Welle mithilfe der an den Enden des Rahmens und des Stützelements gebildeten Rillen gestützt und eine in Querrichtung begrenzte Bewegung der Kugeln ermöglicht, wobei die Breite der ringförmigen Rillen größer als der Durchmesser der Kugeln ist; und ein Druckmedium wird in die zweite federnde Struktur geleitet, um eine Bewegung in Längsrichtung der Welle des Stützelements zu ermöglichen und eine Strömung des Druckmediums in die zweite federnde Struktur begrenzt wird, um die auf die Faserflocken ausgeübte Kraft zu regulieren.
Mit der Regulierung der Strömung des Druckmediums in die zweite federnde Struktur kann man auf die unterstützende Kraft, die auf die Kugeln an den Enden des Rahmens und des Stützelements wirkt, Einfluss nehmen. Dadurch wird es möglich, die auf die Fasern wirkende Kraft zwischen allen Messern zwischen dem Stützelement und den Enden zu stabilisieren. Damit wird ein Brechen der Fasern, ebenso im Zusammenhang mit Faserflocken verhindert, und ebenso die Bildung von Feinstoffen bleibt äußerst gering. Bei der Bearbeitung gemäß der Erfindung besteht die Möglichkeit, das Festigkeitspotenzial der Faser besser zu nutzen, ohne einen signifikanten Anteil an Feinstoff und Verdichtung zu erzeugen. In der Praxis verursacht die Bearbeitung, dass die Faser bei der Komprimierung und Trocknung dazu neigt, auszubeulen, was sie wiederum biegsam macht.
Mit anderen Worten wird mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mithilfe von Faserflocken auf die Kugeln ein Druck ausgeübt, der die Kugeln aus dem Weg der Faserflocken drängt, was den Faserflocken den Weg durch die Vorrichtung ermöglicht, ohne dass die einzelnen Fasern in den Faserflocken zerteilt werden. Des Weiteren erreicht man mithilfe der Rotationsgeschwindigkeit der Vorrichtung und/oder durch Regulierung der Belastung der zweiten federnden Struktur einen Druck, der die Kugeln gegen das Stützelement und/oder den Rahmen mit so einer Kraft schiebt, dass die Faserflocken diesen Druck ablenken können, ohne dass die einzelnen Fasern einer Faserflocke beschädigt werden.
Eine Begradigung der Faser hat ebenfalls eine positive Wirkung auf das Volumen der Faserbahn, denn eine Faserstruktur aus geraden Fasern ist von geringerer Dichte . Das ist von besonderer Bedeutung, wenn eine Faserbahn während der Herstellung in Laufrichtung gedehnt wird.
Bei der Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung beulen die fibrillierten Fasern während des Nasspressens aus, was die Fasern biegsam macht. Gleichzeitig erhöht sich die Bindungsfläche der Faser-Faser-Verbindungen, und aufgrund der Biegsamkeit erhöht sich auch die Anzahl der Verbindungen zwischen den Fasern. Beides steht in einem direkten Zusammenhang mit dem Zuwachs an Festigkeit. Die Ausbeulung verursacht dennoch eine Abnahme des Volumens, also eine Zunahme der Dichte der Struktur. Diese durch die Ausbeulung verursachte Volumendifferenz ist zwischen der Normal- und Pressmahlung gering. Somit führt eine Begradigung der Fasern bei der inneren Fibrillierung während des Mahlens als eine Nettowirkung zur Verbesserung des Volumens der Faserbahn.
Bei der Bearbeitung von Fasermaterial entsteht in der Vorrichtung gemäß der Erfindung kein bedeutender Anteil an Feinstoff. Bei der Pressmahlung von Fasermaterial gemäß der Erfindung kann sich eine Menge an Feinmaterial bilden, die unter 70 %, vorzugsweise unter 60 % der Menge des nach dem Stand der Technik durch Mahlen gebildeten Feinstoffanteils entspricht, wenn die Masse auf einen FSP-Wert von 1,5 ml/g gemahlen wird. Eine Faserbahn mit geringem Anteil an Feinstoff ist von der Oberfläche her makroglatt, was eine effektive Kontaktwärmeübertragung und Trocknung möglich macht.
Man muss aber auch zur Kenntnis nehmen, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung so verwendet werden kann, dass Feinstoff wie in einem gewöhnlichen Mahlwerk gebildet werden kann.
Bei der Verwendung der Vorrichtung wird vorzugsweise zumindest erreicht, dass die auf die Fasern wirkende Belastung durch Regulierung der Belastung der zweiten federnden Struktur und/oder der Rotationsgeschwindigkeit der Vorrichtung gewährleistet wird. Mithilfe der Regulierung der Belastung kann man den Druck der Kugeln gegen das Stützelement und den Rahmen so optimieren, dass bei der Bearbeitung möglichst wenig Feinstoff entsteht, bei gleichzeitiger Zunahme der inneren Fibrillation der Faser.
Die auf die Fasern wirkende Belastung der Vorrichtung kann bei Änderung der Stoffdichte beibehalten werden, denn die federnde Struktur macht es möglich, dass die Kugeln den Fasern trotz Veränderung der Stoffdichte auf gleiche Weise ausweichen. In einer dickflüssigen Fasersuspension sind mehrere Fasern gleichzeitig zwischen den Kugeln, dem Rahmen und dem Stützelement unter Kompression, wodurch der Druck ansteigt, wenn die Belastung nicht reduziert wird.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann allein, in einer Reihe hintereinander oder parallel miteinander verbunden verwendet werden. So kann man eine hinreichende Kapazität und einen Durchlaufwert (der Fasersuspension) nach dem Verwendungszweck erreichen. Des Weiteren kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung ebenfalls mit einem gewöhnlichen Mahlwerk beispielsweise zusammen in einer Reihe verwendet werden. In der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann man auch nur einen Teil der für die Bildung einer Faserbahn benötigten Fasersuspension verwenden.
In der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann der spezifische Energieverbrauch für die Bearbeitung der Fasern bis zu 50 - 65 % des spezifischen Energieverbrauchs betragen, der beim traditionellen Mahlen von Fasern für das gleiche Festigkeitsniveau einer Bahn benötigt wird. Wenn bei gewöhnlichem Mahlen von Birkensulfat ein spezifischer Energieverbrauch von beispielsweise 80 kWh/t und bei Kiefernsulfat von 160 kWh/t angenommen wird, würde bei gleichem Festigkeitsniveau beim Pressmahlen der entsprechende spezifische Energieverbrauch etwa 40 kWh/t und 80 kWh/t betragen, wenn der Verwendungszweck der Fasersuspension die Herstellung von Papier und Karton ist. Bei der Bearbeitung von Zellstoff vor der Trocknung kann der spezifische Energieverbrauch 5 - 50 kWh/t, vorzugsweise 10 - 20 kWh/t betragen, wodurch die Festigkeit des Zellstoffs, ohne Beeinträchtigungenbei der Trocknung, signifikant ansteigt. Das heißt, dass bei normalem Mahlen etwa die Hälfte der Mahlungsenergie für die äußere Fibrillation und die andere Hälfte für die innere Fibrillation verbraucht wird.
Der Mahlgrad kann mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Kennziffern beschrieben werden, wobei $\frac{Δ Z u g f e s t i g k e i t}{Δ S R} = > 20$
das Verhältnis der Veränderung der Zugfestigkeit zur Veränderung des Schopper-Riegler-Wertes vorzugsweise über 20 in einem Bereich liegt, in dem die Zugfestigkeit etwa verdoppelt wird im Verhältnis zur Ausgangsfestigkeit. Nach dem Stand der Technik in Mahlprozessen liegt diese Kennziffer selten über 10. Die Kennziffer liegt die ganze Zeit über der Kennziffer des gewöhnlichen Mahlprozesses, auch dann, wenn die Zugfestigkeit um ein Vielfaches im Verhältnis zur Ausgangssituation erhöht wird. Das zeigt, dass beim Mahlen einer Fasersuspension mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung die Festigkeit stark ansteigt, wobei die Veränderung des Schopper-Riegler-Wertes wegen der geringen Bildung von Feinstoff zumindest in der Anfangsphase die Festigkeit ansteigen lässt.
Bei der Verwendung gemäß der Erfindung wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung zumindest an einer Stelle während der Herstellung von Zellstoff vor dem Bleichen verwendet; an dieser Stelle beträgt die Stoffdichte der Masse 0,2 - 8,0 %, vorzugsweise 1,0 - 5,0 %. Ein Trennen der Faserschichten P und S1 sowie eine vermehrte innere Fibrillation verbessert die Absorption von Chemikalien in den Fasern. Gleichzeitig bleibt die spezifische Oberfläche der Faser beschränkt, da die Faser nicht zerkleinert wird.
Bei der Bearbeitung von Zellstoff vor der Trocknung kann der spezifische Energieverbrauch 5 - 50 kWh/t, vorzugsweise 10 - 20 kWh/t betragen, wodurch die Festigkeit des Zellstoffs, ohne Beeinträchtigungen bei der Trocknung, signifikant ansteigt.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung zur Erhöhung der Festigkeit vor der Trocknung des Zellstoffs verwendet werden, ohne dass die Entwässerung wesentlich erschwert wird.
Nachfolgend wird mit Bezug auf beiliegende Zeichnungen die Erfindung im Detail beschrieben, die einige Ausführungen der Erfindung darstellen und die in

die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform als Prinzipdarstellung im Längsschnitt von der Seite zeigt,
das Detail A aus der zeigt, eine Vergrößerung des Rillenprofils für die Kugeln als Prinzipdarstellung einer Rille in Längsrichtung dargestellt,
das Detail B aus der zeigt, eine prinzipielle Darstellung des Rillenprofils für die Kugeln als Prinzipdarstellung einer Rille in Längsrichtung dargestellt,
das Stützelement und die darin befindlichen Kugeln in der Rille als Querschnittsdarstellung in Richtung der Welle dargestellt zeigt,
die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform inaxonometrischer Darstellung zeigt,
die Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer anderen Ausführungsform als Prinzipdarstellung im Längsschnitt von der Seite zeigt,
die Regelung der Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform zeigt,
die Vorrichtung gemäß der Erfindung in möglichen Platzierungen innerhalb einer Zellstoffherstellungslinie zeigt,
- die Vorrichtung gemäß der Erfindung als Blockdiagramm in möglichen Platzierungen innerhalb einer Zellstoffherstellungslinie zeigt, wenn es sich um ein kontinuierliches Kochen handelt,
- die Vorrichtung gemäß der Erfindung als Blockdiagramm in möglichen Platzierungen innerhalb einer Zellstoffherstellungslinie zeigt, wenn es sich um ein diskontinuierliches Kochen handelt,

Nach gehört zur Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung ein Rahmen 12, in dem innen ein mithilfe von einer Welle 22 unterstütztes Stützelement 20 angeordnet ist und zwischen dem Stützelement 20 und dem Rahmen 12 Kugeln 30 angeordnet sind. Gemäß der Erfindung sind die Kugeln 30 in Rillen 32 sowohl im Rahmen 12 als auch im Stützelement 20 angeordnet. Darüber hinaus gehört zur Vorrichtung 10 vorzugsweise eine Zuführverbindung 26 und Abführungsverbindung 28, mit deren Hilfe die Fasern als Fasersuspension in den vom Rahmen 12, dem Stützelement 20 und der Welle 22 begrenzten Raum 14 ein- und abgeführt werden. Zur Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung gehört auch eine federnde Struktur 34, die es den Kugeln 30 ermöglicht, den in der Fasersuspension befindlichen Faserflocken auszuweichen, um den bei der Bearbeitung auf die Fasern ausgeübten Druck auszugleichen.
In der Anwendungsform nach wird die federnde Struktur 34 aus der ersten federnden Struktur 34.1 und der zweiten federnden Struktur 34.2 gebildet. Zu dem ersten federnden Element gehören ringförmige Rillen und Kugeln, wobei die Rillen und/oder die besagten Kugeln so angeordnet sind, dass eine Rille den Kugeln eine begrenzte Bewegung in Querrichtung ermöglicht. Die erste federnde Struktur 34.1 ist mithilfe der Rillen 32 so angeordnet, dass die Rillen 32 hinsichtlich ihrer Breite w breiter als der Durchmesser deiner Kugel 30 sind. Gemäß einer Anwendungsform können die Rillen und/oder Kugeln aus einem federnden Material gefertigt sein. Die nach den und im Stützelement 20 befindliche Rille 32 ist eine ringförmige Vertiefung, eingearbeitet auf der Oberfläche des rundlichen Stützelements 20, das in radialer Richtung der Welle 22 liegt, und die Vertiefung führt vom äußeren Rand des scheibenförmigen Stützelements 20, vom Stützelement 20 in Richtung der Welle 22 aus gesehen. Am Rahmen 12, genauer gesagt an den Enden 16, ist eine entsprechende Rille 32 angeordnet. Die jeweilige Rille 32 entspricht in Richtung der Welle 22 hinsichtlich ihrer Tiefe etwa 25 - 40 % des Durchmessers einer Kugel 30. Gemäß gehört zu einer jeweiligen Rille 32 ein gerundetes Randteil 56, das hinsichtlich seiner Rundung wesentlich der Rundung der Oberfläche der Kugel 30 entspricht. In der Rille kann sich auch ein ebenes Bodenteil befinden. Die Breite der ebenen Stelle kann 0, 1 - 0,2 mm, vorzugsweise 0,1 - 0,15 mm größer als der Durchmesser einer Kugel sein. Das ermöglicht ein Bewegen der Kugel in Querrichtung der Rille, wenn eine Kugel auf eine Faserflocke trifft. In einer Betriebssituation wird aufgrund der Rotation des Stützelements oder des Rahmens eine Kugel im Allgemeinen immer gegen den äußeren Randteil 56 der Rille 32 gedrückt. In der Vorrichtung gemäß der Erfindung beträgt der Durchmesser der eingesetzten Kugel 12 mm, die Breite der Rille kann beispielsweise 12,5 mm betragen oder bei einem Kugeldurchmesser von 15 mm kann die Breite der Rille 15, 75 mm betragen. Der Durchmesser von einer Kugel und einer Rille kann abhängig von der Größe der Vorrichtung beträchtlich schwanken.
Weil der Durchmesser der Rille breiter als der der Kugel ist, kann darüber hinaus alternativ die Rille aus nachgebendem Material gebildet werden, also die Oberfläche des Rahmenendes und die Oberfläche des Stützelements aus einem elastischen Material gebildet sind. Dadurch kann eine Kugel beim Auftreffen von Faserflocken aufgrund des nachgebenden Randteils der Rille Faserflocken ausweichen. Das eingesetzte federnde Material kann zum Beispiel Gummi oder ein anderes für den Verwendungszweck geeignetes Material sein.
Gemäß umfasst der Rahmen 12 zwei Enden 16 und eine Innenfläche 18, zwischen denen ein im Querschnitt wesentlich rundes Stützelement 20 mithilfe einer Welle 22 angeordnet ist. Das Stützelement 20 stellt eine von der Welle 22 radial abstehende Struktur, eine gewissermaßen flanschartige Struktur dar. Das Stützelement 20 ist mithilfe radial gerundeter Verzahnungen/Keile 76, wieinAbb. 2bdargestellt, an der Erweiterung 75beziehungsweise der Hülse der Welle 22 befestigt, wodurch sich zwischen Stützelement 20 und Welle 22 ein Gelenk bildet, das dem Stützelement eine Bewegung in Längsrichtung der Welle 22 ermöglicht, aber ebenfalls eine Neigung des Stützelements im Verhältnis zur radialen Richtung der Welle ermöglicht. Das Stützelement wird vorzugsweise auf der separaten Hülse befestigt. Für die radial gerundeten Verzahnungen 76 ist in der Hülse beziehungsweise Erweiterung 75 eine Nut 85 eingearbeitet, die einen Einbau des Stützelements 20 in Richtung der Welle 22 ermöglicht. An den Enden der Nut 85 gehören vorzugsweise Dichtungen 79, die das Stützelement 20 in der Nut verriegeln. Die stellt das Prinzip dar und man versteht, dass man die Befestigung des Stützelements 20 an derWelle 22 und darüber wiederum das zweite federnde Element 34.2 nach diesem Prinzip verwirklichen kann. Die Fasern werden über die an einem Ende 16 des Rahmens 12 angeordnete Zuführverbindung 26 in den Raum 14 eingespeist und über die am anderen Ende 16 des Rahmens 12 angeordnete Abführungsverbindung 28 aus dem Raum 14 abgeführt. Vorzugsweise sind sowohl die Zuführverbindung 26 als auch die Abführungsverbindung 28 wie in dargestellt um die Welle 22 angeordnet.
In der Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung sind der Rahmen 12 und das Stützelement 20 im Verhältnis zueinander rotierend angeordnet. Vorzugsweise ist das Stützelement 20 mithilfe der Welle 22 im Verhältnis zum feststehenden Rahmen 12 rotierend, wodurch das Stützelement 20 Rotor 50 der Vorrichtung 10 und der Rahmen 12 seinerseits Stator 52 ist. Alternativ kann das Stützelement auch Stator sein und der Rahmen Rotor, aber die Realisierung einer solchen Vorrichtung ist bedeutend schwieriger umzusetzen als die in dargestellte Ausführung. In jedem Fall funktionieren die in den Rillen 32 zwischen Stützelement 20 und Rahmen 12 angeordneten Kugeln 30 als Drucklager zwischen dem Stützelement 20 und dem Rahmen 12. Gemäß der ist es vorteilhaft, Kugeln auf beiden Seiten des Stützelements einzusetzen, wodurch die durch die Vorrichtung strömende Faser zweimal bearbeitet wird. Gleichzeitig wird das Stützelement symmetrisch gestützt. Nach einer anderen Ausführung kann das Stützelement auch abweichend von der in der Abbildung dargestellten flanschartigen Struktur beispielsweise konisch sein. Dabei muss dann beachtet werden, dass auf die im Konus außen liegenden Kugeln aufgrund der Rotation ein anderer Druck ausgeübt wird, weshalb man in den äußeren Drucklagern kleinere Kugeln einsetzen muss, um den auf die Fasern ausgeübten Druck beherrschbar zu halten.
In diesem Zusammenhang muss man verstehen, dass sich in der jeweiligen Rille immer so viele Kugeln befinden, dass sich die Kugeln in dauernder Berührung zueinander befinden, anders als im Verhältnis zum Rahmen und Stützelement, wo sich die Kugeln immer in einer drehenden Bewegung befinden, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist. In einer Rille kann in ihrer Längsrichtung ein Freiraum sein, der höchstens dem Durchmesser einer Kugel entspricht. Andererseits kann eine Rille ebenso voller Kugeln sein, und die Vorrichtung lässt sich ebenfalls mit nur drei Kugeln realisieren. Falls man in der Vorrichtung mehrere Drucklager hintereinander verwendet, kann die Anzahl an Kugeln zwischen den Drucklagern im Allgemeinen so variieren, dass sich im hinteren Drucklager weniger Kugeln befinden.
Zur Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung gehört auch eine zweite federnde Struktur 36, deren Anwendungsform in dargestellt ist. Die zweite federnde Struktur 36 ermöglicht eine wechselseitige Elastizität zwischen Stützelement 20 und Rahmen 12. In der Anwendungsform von wird die zweite federnde Struktur 36 verwirklicht, indem ein Stützelement 20, das aus zwei Flanschscheiben 38 besteht, verwendet wird. Zwischen den Flanschscheiben 38 wird der Rauminhalt 80, der mit einer Druckmediumverbindung 82 verbunden ist, mithilfe von Dichtungshilfsmitteln 78 abgedichtet. Über die Druckmediumverbindung 82 kann ein Druckmedium aus einer Druckmediumquelle 84 in den abgedichteten Rauminhalt 80 eingebracht werden, wodurch sich die Flanschscheiben 38 des Stützelements 22 dank des zweiten federnden Elements 34.2 der federnden Struktur 34 unter Zunahme der wirksamen Last der Kugeln 30 auseinander bewegen. Anders gesagt schiebt der zwischen den Flanschscheiben 38 gebildete Druck die zumindest teilweise in Längsrichtung der Welle 22 schwimmenden Flanschscheiben 38 auseinander, wenn andererseits die über die Zuführverbindung 26 in die Vorrichtung 10 zugeführte Fasersuspension die Flanschscheiben 38 aufeinander zubewegt. Wenn die Faserflocken der Fasersuspension zwischen die Kugeln und das Stützelement oder zwischen die Kugeln und den Rahmen geraten, geben die Flanschscheiben des Stützelements nach innen nach und verhindern dabei die Auswirkungen zu großer schneidender Kräfte auf die Fasern einer Faserflocke. Die vorzugsweise verwendete Druckmittelquelle 84 kann eine pneumatische Pumpe sein, mit deren Hilfe Druckluft in die durch die Dichtungshilfsmittel 78 und den abgedichteten Rauminhalt 80 gebildeten Bälge gepumpt wird. Die Strömung des Druckmediums kann mithilfe von Regelungshilfsmitteln 86 und einer Ventileinheit 88 reguliert werden.
Alternativ kann die zweite federnde Struktur wie in dargestellt zwischen den Enden des Rahmens gebildet werden. Gemäß gehören zum Rahmen 12 der Vorrichtung 10 vorzugsweise Endflansche 40, zwischen denen ein zylindrischer Mantel 42 (in und dargestellt) sowie Befestigungsstäbe 44 zur gegenseitigen Befestigung der Endflansche 40 angeordnet sind. In wird die Vorrichtung 10 ohne Mantel dargestellt. Die Befestigungsstäbe 44 werden vorzugsweise mithilfe von Befestigungsohren 66 an den Endflanschen 40 befestigt und die innere, in Längsrichtung der Welle auftretende Belastung der Vorrichtung 10 wirkt über die Endflansche 40 auf die Befestigungsstäbe 44. So kann der Mantel 42 der Vorrichtung 10 eine leichtgewichtige Struktur aufweisen, denn er muss keine Belastung in Wellenrichtung aufnehmen. Die Umsetzung einer alternativen zweiten federnden Struktur kann man mithilfe eines dritten federnden Elements 68 gemäß erreichen, das die Endflansche 40 in Richtung zueinander schiebt, wobei die Endflansche 40 beweglich an den Befestigungsstäben 44 befestigt sind. Vorzugsweise ist ebenfalls das dritte federnde Element 68 einBalg, der zwischen dem Endflansch 40 und einem festenBestandteil 69 der Vorrichtung angeordnet ist. Obwohl in nur für zwei Bälge der Druckmediumkanal 83 sichtbar ist, muss verstanden werden, dass zu allen Bälgen über den Druckmediumkanal Druckmedium geführt wird. Das dritte federnde Element 68 kann beispielsweise ein pneumatisches Stellglied sein. Dadurch kann das Stützelement ohne eine zweite federnde Struktur realisiert werden.
Zu der Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung kann nach darüber hinaus auch ein Motor 48 und Getriebe 46 gehören, mit deren Hilfe das Stützelement oder der Rahmen rotiert wird, um das Drucklager zu drehen. Des Weiteren können zur Vorrichtung eine Zuführpumpe 74 (in ) zur Einspeisung von Fasersuspension über die Zuführverbindung 26 in den Rahmen und eine Steuereinheit zur Steuerung eines Elektromotors sowie einer federnden Struktur und möglicherwiese auch für eine zweite federnde Struktur zur Regelung der Belastungen gehören. Die Zuführpumpe wird zur Überwindung von Druckverlusten verwendet. Darüber hinaus gehören zur Vorrichtung und zur Regulierung der Bearbeitung vorzugsweise Druck- und Strömungsregler. Die Druckregelung kann mit einem Bypassventil und die Strömungsregelung mit einem nachgeordneten Drosselventil verwirklicht werden. Die Regelung kann vorzugsweise nach der in dargestellten Anordnung erfolgen, bei der die Faserleistung der Mahlung mithilfe der Rotationsgeschwindigkeit der Vorrichtung 10 und dem Belastungsdruck der zweiten federnden Struktur geregelt wird. Die Strömung wird in Kombination aus Druck und Strömung geregelt, wobei die Strömung durch Drosselung und Regelung der Druckpumpe 74 geregelt wird. Mit anderen Worten, Strömung/Druck werden unter Berücksichtigung des durch die Vorrichtung verursachten Druckverlusts geregelt. Andererseits wird bei der Belastung im Rahmen der Vorrichtung die durch den im Raum wirkenden Druck verursachte pressende Wirkung berücksichtigt, was den Kugeldruck verringert. Die Abkürzung SRE in bedeutet spezifische Nettoenergie (specific net energy) und die Abkürzung SEL spezifische Randbelastung (specific edge load).
In der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden die zu bearbeitenden Fasern nach innen in den Raum 14 des in dargestellten Rahmens 12 geleitet, wo sie durch Einspeisung zwischen die zwischen dem Stützelement 20 und dem Rahmen 12 befindlichen rotierenden Kugeln 30 bearbeitet werden, wobei das Stützelement 20 und der Rahmen 12 sich im Verhältnis zueinander drehen. In der Vorrichtung werden bei der Bearbeitung Kugeln 30 verwendet, und die besagten Kugeln 30 werden in Längsrichtung der Welle 22 zwischen der von der Innenfläche 18 des Rahmens 12 und dem Stützelement 20 gebildeten ringförmigen Rillen 32 gestützt. Die Rillen 32 sind hinsichtlich ihrer Breite w größer als der Durchmesser d der Kugeln 30. Die Kugeln 30 sind so angeordnet, dass sie mithilfe der federnden Struktur 34 Faserflocken ausweichen und den auf die Fasern wirkenden Druck ausgleichen, wodurch die einzelnen Fasern in den Faserflocken nicht brechen. Abschließend werden die bearbeiteten Fasern aus dem Innenraum 14 des Rahmens 12 abgeführt. Der fettgedruckte Pfeil in den Abbildungen zeigt den Weg der Fasern durch die Vorrichtung.
Bei der Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird erreicht, dass die auf die Fasern wirkende Belastung durch Regelung der Belastung der federnden Struktur und möglicherweise auch der zweiten federnden Struktur sowie der Regelung der Rotationsgeschwindigkeit der Vorrichtung gewährleistet wird. Durch Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit der Vorrichtung steigt die auf die Kugeln wirkende tangentiale Kraftkomponente an, was einen erhöhten Druck einer Kugel sowohl auf den Rahmen als auch auf die Rillen des Stützelements verursacht. Die Rotationsgeschwindigkeit kann mindestens 100 U/min betragen. Mithilfe der Rotationsgeschwindigkeit und der Belastung der zweiten federnden Struktur will man aber nicht die Eigenschaft aufheben, den Faserflocken auszuweichen, sondern diese Eigenschaft bleibt erhalten. Die Belastung der federnden Struktur wird als Funktion der Stoffdichte so eingestellt, dass mit steigender Stoffdichte die Belastung verringert wird und umgekehrt.
Die Stoffdichte der einzuspeisenden Fasersuspension kann beispielsweise für Birke 2 % und für Acacia beispielsweise 1 % betragen. Die Stoffdichte der in der Vorrichtung verwendeten Fasersuspension liegt zwischen 0,5 - 8 %. Die Minimalstoffdichte muss hinreichend sein, damit die Fasern nicht den Kugeln ausweichen können. Mit der Zuführpumpe wird angestrebt, in der Vorrichtung eine Doppelströmung zu erreichen, damit die Fasern eine gleichmäßige Bearbeitung erfahren. Vorzugsweise haben die von der Vorrichtung gemäß der Erfindung gemahlenen Fasern einen Durchmesser von 5 - 30 µm, wohingegen die Größenordnung der Faserflocken bei Dutzenden von Mikrometern liegt.
Beim Mahlen der Fasersuspension mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung bleibt der Schopper-Riegler-Wert nahezu unverändert, denn beim Mahlen entsteht kein signifikanter Anteil an Feinstoff . Um einen hinreichendes Mahlergebnis zu erreichen, muss die gleiche Masse im Hinblick auf die innere Fibrillation der Fasern mehrmals durchgeleitet werden, damit eine Faser zumindest einmal zwischen die Kugeln und das Stützelement oder den Rahmen gequetscht wird.
Für die Anzahl an Rückführungen kann auch ein spezifischer Durchlaufwert verwendet werden. Abhängig von der Stoffdichte und der Rotationsgeschwindigkeit variiert ein hinreichender Durchlaufwert im Allgemeinen zwischen verschiedenen Fasersuspensionen der Fasersorten, so kann der Durchlaufwert für Birkenfaser 70 und für Nadelhölzer 40 betragen.
Gemäß einer Anwendungsform können sich auf der Oberfläche in Radialrichtung der Welle des Stützelements Strömungsleitplatten befinden, die den Strom der Fasersuspension am Stützelement vorbeiführen und gleichzeitig die Fasersuspension weiterpumpen. Alternativ können sich die Leitplatten auch an der Außenhülle des Stützelements zwischen Stützelement und Mantel des Rahmens befinden. Vorzugsweise kann mit den Leitplatten ein Druckanstieg erreicht werden, mit dem beispielsweise der Druckverlust des ersten Drucklagers oder die am zweiten Drucklager durch die Fliehkraft verursachte Reaktionskraft behoben werden kann.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird zum Beispiel vorzugsweise im Zusammenhang mit der Wirbelstromreinigung, zwischen Pulper und Verdünnung oder im konstanten Teil in der Papierfabrik verwendet. Erstaunlicherweise kann die Vorrichtung auch in der Zellstoffherstellung im Zusammenhang mit der Verdünnung bei der Zellstoffwäsche, mit der Verdünnung bei der Sortierung sowie im Zusammenhang mit dem konstanten Teil einer Zellstofftrocknungsanlage, wo eine angemessene Stoffdichte für das Mahlen vorherrscht. In den - werden Beispiele für eine mögliche Platzierung der Vorrichtung gemäß der Erfindung in der Prozesslinie vorgestellt. Abhängig von der Anlage sind auch andere Platzierungen möglich. In den - werden die Prozessphasen als Kästchendiagramm dargestellt, in dem 90 das Zellstoff kochen, 92 das Waschen, 94 das Bleichen, 96 das Sortieren, 96.1 das Grobsortieren, 96.2 das Feinsortieren, 98 die Sauerstoff-Delignifizierung, 100 die Bearbeitung gemäß der Erfindung und 104 den konstanten Teil des Zellstofftrockners darstellen. In der Zellstoffherstellung verbessert eine Bearbeitung die Wirkung der Chemikalien, so verringert sich zum Beispiel der Chemikalienverbrauch beim Bleichen. Das führt zur Abtrennung der P- und S1-Schichten der Faser, was ein leichteres Eindringen der Chemikalien in die Fasern ermöglicht. Gleichzeitig entsteht bei der Bearbeitung kein signifikanter Anteil an Feinstoff, der zu einem höheren Verbrauch an Chemikalien führen würde. Voraussetzung für die Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung im Zusammenhang mit der Herstellung von Zellstoff ist eine Stoffdichte von unter 5 Prozent Trockenmasse. Im Zusammenhang mit dem Waschen und Sortieren des Zellstoffs wird die Masse auf so eine Stoffdichte verdünnt, die eine Vorrichtung gemäß der Erfindung vorzugsweise an diesen Stellen des Prozesses verwendet. Ebenfalls im Zusammenhang mit dem Waschen der gebleichten Masse wird zur Nutzung der Vorrichtung die Masse zwischen den Waschphasen auf eine hinreichend niedrige Stoffdichte verdünnt.
Als nicht zugehöriger Teil der Erfindung lässt sich vorstellen, dass die Idee einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ebenfalls so verwirklicht werden kann, dass das zweite federnde Element auch so realisiert wird, dass das Stützelement mithilfe eines die Welle in Radialrichtung neigenden Gelenks an der Welle befestigt ist, und das Gelenk seinerseits mithilfe von Keilen/Verzahnungen, die eine Bewegung in axialer Richtung ermöglichen, mit der Welle verbunden ist. Dadurch erreicht man die gleiche federnde Bewegung wie mithilfe der radial gerundeten Verzahnungen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006/108555 A1 [0006]
DE 3733565 A1 [0008]
GB 855044 A [0009]
FR 2411634 A1 [0009]

Claims

Vorrichtung zur Bearbeitung von Fasern für die Herstellung einer Faserbahn, wobei zu der Vorrichtung (10) gehören - ein Rahmen (12) , der im Innern einen Raum (14) für die Strömung der Fasern begrenzt, und besagter Rahmen (12) zwei Enden (16) und eine Innenfläche (18) aufweist, - ein im Querschnitt wesentlich rundes Stützelement (20), das mit Hilfe einer Welle (22) im Rahmen (12) eingepasst ist und besagtes Stützelement (20) eine von der Welle (22) radial abstehendeStruktur darstellt, - Kugeln (30) zur Unterstützung des besagten Stützelements (20) am Rahmen (12)und zur Faserbearbeitung, - ringförmige Rillen (32) in Längsrichtung der Welle (22) zwischen Rahmen (12) und Stützelement (20) zur Stützung der besagten Enden (16) des Rahmens (12) gebildet oder des Stützelements (20) oder von beiden zur Stützung der besagten Kugeln (30) sowie - eine federnde Struktur (34), die es den Kugeln (30) erlaubt, den Fasern auszuweichen, um so den auf die Fasern ausgeübten Druck auszugleichen, in der Vorrichtung (10) besagter Rahmen (12) und das Stützelement (20) im Verhältnis zu einander und zur besagten Welle (22) koaxial drehend angeordnet sind, dass sich entweder der Rahmen (12) oder das Stützelement (20) allein drehen, wobei sich das jeweils andere Teil nicht bewegt, oder beide zusammen drehen, dadurch gekennzeichnet, dass zur federnden Struktur (34) - ein erstes federndes Element (34.1) gehört, zu dem besagte ringförmige Rillen (32) und besagte Kugeln (30) gehören, in dem ersten federnden Element (34.1) besagte Rillen (32) und/oder besagte Kugeln (30) angeordnet sind, eine in Querrichtung begrenzte Bewegung der Rille (32) der Kugeln (30) zu ermöglichen, - ein zweites federnde Element (34.2), dass zwischen dem besagten Stützelement (20) und der Welle (22) angeordnet ist, um eine Winkeländerung zwischen dem Stützelement (20) und der Welle (22) zum Ausgleich des Drucks, der auf die Fasern einwirkt, zu ermöglichen.
Vorrichtung gemäß dem Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Rillen (32) hinsichtlich ihrer Breite (w) größer als der Durchmesser (d) der Kugeln (30) sind und die Rille (32) der Kugeln (30) eine begrenzte Bewegung in Querrichtung möglich macht.
Vorrichtung gemäß den Schutzansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite federnde Stützelement (34.2) so mit dem Stützelement (20) verwirklicht ist, dass das Stützelement (20) mithilfe von radial gerundeten Verzahnungen (76) an der Welle (22) befestigt ist, was eine Bewegung und Neigung des Stützelements (20) in Axialrichtung sowie eine Übertragung des Drehmoments zwischen drehender Welle (22) und Stützelement (20) ermöglicht.
Vorrichtung gemäß einem der Schutzansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass zur besagten Vorrichtung (10) eine zweite federnde Struktur (36) gehört, die zwischen Rahmen (12) und Stützelement (20) eine federnde Wirkung in Richtung Welle (22) erlaubt.
Vorrichtung gemäß dem Schutzanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur besagten zweiten federnden Struktur (36) - ein besagtes Stützelement (20) gehört, zu dem zwei an einer Welle (22) eingepasste und im Verhältnis zur Längsrichtung der Welle (22) schwimmend gegenüberliegend angeordnete Flanschscheiben (38) gehören, - zwischen den Flanschscheiben (38) eingepasste Dichtungshilfsmittel (78) gehören, die den zwischen den Flanschscheiben (38) abgedichteten Rauminhalt (80) begrenzen, - eine Druckmediumverbindung (82) gehört, die über die besagte Welle (22) in den abgedichteten Rauminhalt (80) führt, und - eine Druckmediumquelle (84) zur Zuführung eines unter Druck stehenden Mediums in den Rauminhalt (80) gehört, was den Flanschscheiben (38) eine begrenzte Elastizität in Längsrichtung der Welle (22) ermöglicht.