DE2639786A1

DE2639786A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung von pulpe aus lignozellulosehaltigem ausgangsgut

Info

Publication number: DE2639786A1
Application number: DE19762639786
Authority: DE
Inventors: Arne Johan Arthur Asplund
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-05
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1977-03-17
Also published as: JPS5237801A; SE418812B; NO763032L; NL7609836A; ES451168A1; AT366116B; CA1063405A; SU871741A3; BE845813A; AU1746676A; FR2322970A1; PT65497B; FR2322970B1; AU503622B2; ZA764915B; FI62150B; PT65497A; AR214864A1; BR7605871A; FI62150C

Description

Arne Johan Arthur Asplund

T.ykövägen 20 Anwaltsakte M-4057

S-181 61 Lidingö 3/Schweden 2. September 1976

Patentanwälte

Dipi. Ing. H. Hauck

Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. !ng. E. Graalfs

Dipi. !ng. W. Wehnert

Dipl. Phys. VV. Carstens

8 München 2

Mozartstr. 23

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Pulpe aus 1ignozellulosehaltigern Ausgangsgut.

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Pulpe aus 1ignozellulosehaltigem Ausgangsgut, wie Holzschnitzeln und anderen faserigen pflanzlichen Ausgangsstoffen, und insbesondere auf die Herstellung von mechanischem Zellstoff, wobei das Ausgangsgut zwischen den Mahlscheiben eines Refiners zerfasert w.ird. Hierbei können die Mahlscheiben des Refiners entweder beide gegeneinander umlaufen oder die eine umlaufend und die andere nich.t-umlaufend in dem Refiner vorgesehen sein. Im letzteren Fall wird der Ausgangsstoff durch die Mittzone der nichtumlaufenden Mahlscheibe in den Spalt zwischen den Mahlscheiben eingespeist und durch die Einwirkung von auf der umlaufenden Mahlscheibe befestigten Elementen beschleunigt und schliesslich durch Fliehkräfte zwischen die Mahlglieder der Mahlzone eingeleitet.

Die erfindungsgemäss hergestellte Pulpe ist hauptsächlich zur Verwendung bei der Herstellung von Zeitungspapier, Pappe, Seidenpapier und ähnlichen Erzeugnissen bestimmt, und als Ausgangsgut können faserige, 1ignozellulosehalti ge Teile von Holz oder anderen Gewächsen, wie z.B. Begasse, benutzt werden. Das zur Anwendung, kommende Verfahren ist im Grunde einmechanischer Zerfaserungsprozess ujid kann unter normalen atmosphärischen Bedingungen oder.in einer Dampfatmosphäre unter erhöhtem

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ORIGINAL INSPECTED

Druck bei Temperaturen über TOO⁰C, im allgemeinen bei einer Temperatur im Bereich zwischen 11O⁰C und 14O⁰C oder unter besonderen Bedingungen im Temperaturbereich zwischen 150 und 170 C, durchgeführt werden. Wenn der mechanische Prozess bei einer 100 C übersteigenden Temperatur durchgeführt wird, erhält er üblicherweise die Sonderbezeichnung "thermomechanischer" Prozess,

Ein Hauptzweck der vorliegende Erfindung ist die Verbesserung der Pulpeherstellung in der Weise, dass die Fasern des Ausgangsguts ohne übermässige Kürzung voneinander getrennt und zwecks Verbesserung ihrer papierbildenden Eigenschaften weiter raffiniert, d.h. vermählen, werden, was grundsätzlich durch Erzeugung von Reibungskräften in dem feuchten faserigen Lignozellulosewerkstoff erzielt wird. In der nachfolgenden Beschreibung wird der zwischen den erfindungsgemäss ausgeformten Mahlelementen zur Behandlung gelangende, bereits grob vermahlene Stoff "Fasermahlgut" (= englisch "grist") genannt werden Da die einzelnen Fasern im Fasermahlgut eine erhebliche Federkraft besitzen, bildet sich in dem Fasermahlgut ein grosse Anzahl kapillarer Hohlräume, die die Fähigkeit des Mahlgutes zum Binden von Feuchtigkeit erheblich vergrössern.

Ein weiterer Zweck des Erfindung ist die Verringerung der zur Pulpeherstellung erforderlichen Energiemenge.

Während des Raffinierprozesses ist das Fasermahlgut also ein feuchtes Gemisch von bereits grob zerteiltem Ausgangsstoff, der, wenn er von Nadelholz, z_eB, Fichtenholz, herrührt, aus Fasern besteht, die zum grössten Teil 2,0 bis 3,Q mm lange Tracheiden mit einem Verhältnis von Länge : Breite von ungefähr 10.0 :. 1 sind. Diese Tracheiden sind ihrerseits anatomisch aus drei einander umgeb-enden Schichten von Häuten aufgebaut, die eine Stärke von ungefähr einem Tausendstel eines Millimeters haben, sowie aus einer Schicht von Fibrillen, die schraubenförmig um eine vierte. Haut angeordnet sind, die ihrerseits

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einen innersten, rohrförmigen Hohlraum, das sog. Lumen, umgibt. Jede Fibril le hat eine Stärke von einigen Zehnteln eines Tausendstels eines Millimeters und ein Verhältnis von Länge : Breite von ungefähr 1000 : 1 ; zusammen machen die Fibrillen 70 - 80% der Substanz des einzelnen Tracheids aus. Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, mit einem hohen Wirkungsgrad die Fasern voneinander zu trennen und ausserdem durch eine Art Abschabung der ausserhalb der Fibri11enschicht befindlichen Häute zu bewirken, dass die Fibrillen teilweise freigelegt werden, was die papierb.il denden Fähigkeiten der Pulpe wesentlich verbessert.

Bei der Verwirklichung des Erfindungsgedankens wird das Faaermahlgut zwischen die Mahlscheiben eines Refiners eingeleitet. Jede Mahlscheibe hat Reihen von Taschen, die durch radial angeordnete Stege voneinander getrennt und in der Längsrichtung jeder radialen Reihe in den ringförmigen Teilen der einander gegenüber liegenden Mahlscheiben zueinander versetzt sind. In radtal-em Querschnitt haben die Taschen den Umriss einer Kurve, die- wenigstens in der nichtumlaufenden Mahlscheibe ein Kreiss.egment ist. Das Fasermahlgut tritt durch Einlassöffnungen ein und wird der Einwirkung von Fliehkräften unterworfen. In der innersten umlaufenden Tasche wird das Fasermahlgut von der gekrümmten Innenfläche seitlich zu der nichtumlaufenden Scheibe abgelenkt, um es zum Durchgang zwischen Reibungsflächen zu zwingen, die durch Zusammenwirken zwischen den Stegen der umlaufenden und der nichtumlaufenden Mahlscheibe gebildet sind, wonach.es. in die angrenzenden Taschen der nichtumlaufenden Mah.lscheib.e-mit deren kreissegmentförmigen Böden eingepresst wird. Das Fasermahlgut wird dort mit den Fasern zumeist zueinander parallel in einer Richtung senkrecht zu den die Taschen begrenzenden Stegen zusammengepackt. Das in den nichtumlaufenden Taschen abgelagerte Fasermahlgut bildet einen verhältnismässig dichtgepackten Körper oder Pfropfen, der von dem weiterhin von der umlaufenden Mahlscheibe ankommenden Mahlgut beaufschlagt wird, was zur Folge hat, .dass ein Teil des kreissegmentförmigen

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Mahlgutkörpers oder -pfropfens in der Tasche allmählich in die gegenüberliegende Tasche der umlaufenden Mahlscheibe hinüberkippt. Dieser Teil des Mahlgutes aus der nichtUmlaufenden Tasche wird dann nach und nach von den Stegen der umlaufenden Mahlscheibe abgeschält. In den Reibungsflächen, die in dem zusammengepackten Fasermahlgut durch den sich schnell bewegenden Steg gebildet werden, wirken Kräfte sehr hoher Intensität auf die einzelnen Fasern des Mahlgutes ein, wodurch das Fasermahlgut mechanisch raffiniert wird. In gleicher Weise wird das Fasermahlgut stufenweise in radialer Richtung nach aussen zwischen den umlaufenden und den nichtumlaufenden Taschen fortbewegt. Jedesmal, wenn ein Teil des beschleunigten Fasermahlguts aus einer umlaufenden Tasche in eine gegenüberliegende nichtumlaufende Tasche überführt wird, wird die Geschwindigkeit dieses Fasermahlguts auf Null verringert. Die kinetische Energie des sich bewegen-den Mahlguts wird dabei in mechanische Kraft umgewandelt, die das Mahlgut in der nichtumlaufenden Tasche stark zusammenpackt. Wenn das Fasermahlgut vollständig abgebremst ist, hat diese kinetische Energie die Temperatur des Mahlguts je nach der Winkelgeschwindigkeit der Refinerscheibe um 3 - 5⁰C erhöht. Die zusammenpackende Kraft trägt wesentlich zur Bildung von Reibungsflächen oder -feldern zwischen den Stegen und dem Fasermahlgut und innerhalb des Mahlguts bei.

Der Boden der Taschen hat eine solche Bogenform erhalten, das.s er die Strömungsrichtung des Fasermahlguts in seitlicher 'Richtung nachdrücklich verändert. Hierbei kann.sich das Mahlgut je nach der Grosse des Refiners mit einer tangentiellen Geschwindigkeit von 50 - 120 m/sek bewegen. Die innerhalb des Mahlgutes gebildeten Reibungsflächen spalten die Fasern des zu vermählenden Gutes auf und zermahlen sie zu Fibrillen.

Demgemäss ist die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung von Pulpe aus faserigem Lignozel1uloseausgangsgut, wie Holzhackstückchen und anderem pflanzlichen Ausgangsstoff,

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insbesondere zur Herstellung von mechanischem Zellstoff, bei einem Mahlapparat, insbesondere einem Refiner, vorgesehen, der mit gegeneinander umlaufenden Mahlscheiben zur Zerfaserung des Stoffes zwischen deren einander zugekehrten Mahlflächen ausgerüstet ist, wobei diese Mahl flächen mit zueinander parallelen oder im wesentlichen parallelen Stegen mit Erstreckung'in radialer Richtung und sie verbindenden, quer verlaufenden Rippen ausgeformt sind, im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass längs und zwischen den radialen Stegen in den beiden Mahlscheiben Reihen von voneinander durch die Querrippen getrennten Taschen solcher Form und Anordnung zueinander gebildet sind, dass sie sich während eines Umlaufs der Mahlscheiben vielmals zueinander öffnen und gegeneinander schliessen und dabei das bereits in zuvor mit dem Ausgangsgut beschickten Teilen der Mahl scheiben in Faserbündel zerkleinerte Mahlgut auf die einzelnen Taschen verteilen, und mehrmals zwischen den einander gegenüberbefindlichen Taschen hin-und herschieben, wobei es abwechselnd einer hohen Fliehkraft und dadurch hervorgerufenen Zusammenpressung und momentaner Geschwindigkeitsänderung zwecks Erzeugung innerer Schub- bzw. Reibungskräfte in ihm unterworfen wird, die eine Freilegung der Fasern und deren Fi briIlen zu bewirken imstande, sind. Somit sind erf indungsgemäss Führmittel vorgesehen, um den Strom des in einer ersten Mahl zone bereits grob, zerteilten Fasermahlguts zwischen den Mahl scheiben so weiterzuleiten, dass es in eine grosse Anzahl von kleinen Taschen begrenzter Grosse eintritt, die gleichmittig und mit Mah.lstegen als Seitenwänden auf einer umlaufenden Mahlscheibe angeordnet sind, wobei die Taschen so geformt sind, dass das Fasermahlgut durch Fliehkräfte beschleunigt und danach an der Endwand der Taschen seitwärts gegen eine nichtumlaufende oder gegenläufig umlaufende Mahlscheibe mit entsprechenden und den Taschen der umlaufenden Scheibe gegenüber liegenden Taschen mit einem Boden yon zylindrischer Form derart abgelenkt wird, dass diese Taschen mit einem zusammengepressten Körper oder Pfropfen von Fasermahlgut gefüllt werden, der durch den Druck der lebendigen Kraft des nachfolgenden Stromes von Fasermahlgut,

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bei dessen Abgestopptwerden allmählich in die Angriffslinie der Vorderkanten der Stege der umlaufenden Mahlscheibe gefördert und mit solcher Kraft einer Schubbeanspruchung unter- , worfen wird, dass die Mahlgutteilchen zerfasert und fibriltiert werden.

Gemäss einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemässe Vorrichtung bei einem Mahlapparat für faseriges, 1ignozellulosehaltiges Ausgangsgut mit gegeneinander umlaufenden Mahl scheiben, zwischen deren einander zugekehrten Flächen es zu Fasern zerkleinert wird, wobei diese Flächen in an sich bekannter Weise mit zueinander wenigstens annähernd parallelen Stegen mit Erstreckung in radialer Richtung und diese verbindenden querverlaufenden Rippen ausgeformt sind und wobei zwischen den Stegen an den beiden Mahl scheiben Reihen von voneinander durch die Querrippen getrennten Taschen vorgesehen sind, die in beiden Mahlscheiben einen im Radialschnitt gekrümmten Umriss haben und in der einen Mahlscheibe gegenüber den Taschen in der anderen Mahlscheibe radial versetzt sind, derart gestaltet, dass die Stege, die zusammen mit den Rippen den geringsten Abstand und damit den Mahlspalt zwischen den Mahlscheiben bestimmen, in der einen Mahlscheibe eine solche Breite im Verhältnis zu den Taschen in der anderen Mahlscheibe haben, dass die Taschen in den verschiedenen Mahlscheiben während der Umlaufbewegung der Scheiben zueinander momentan versperrt und damit von benachbarten Taschen getrennt werden. Wenn von den Mahlscheiben die eine nichtumlaufend ist, weisen vorteilhaft die Taschen in dieser nichtumlaufenden Mahlscheibe im Radial schnitt die Form eines Kreissegments und die Taschen in der umlaufenden Mahlscheibe im Radialschnitt einen Umriss mit grösserem Neigungswinkel an ihrer radial gesehen inneren Wandfläche als an ihrer äusseren Wandfläche auf. Hierbei kann der im Axialschnitt gekrümmte Umriss der Taschen in der umlaufenden Mahlscheibe aus einem geraden oder nahezu - geraden, in radialer Richtung inneren Teil, der also dem Mittelpunkt der Mahlscheibe zunächst gelegen ist und mit der Ebene der Mahlfläche einen Winkel von ungefähr 90° bildet, und einem geraden

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oder nahezu geraden, in radialer Richtung äusseren Teil bestehen, der mit. einem verhältnismässig kleinen Winkel zur Mahlflächenebene schräg gestellt ist, und können diese beiden Teile am Boden der Tasche tangentenförmig in einen zu einem Kreisbogen geformten Teil übergehen.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung mechanischen Stoffs aus lignozellulosehaltigem pflanzlichem Ausgangsgut mit einem Feuchtigkeitsquotienten zwichen 1:1 und 5:1, vorzugsweise zwischen 2:1 und 4:1, das in einem Refiner zwischen den Reibgliedertl einer umlaufenden und einer nichtumlaufenden Mahlscheibe zerfasert wird, wobei es zunächst zwischen den Mahlscheiben zu einem Fasermahlgut grob zerfasert wird, um dann in einer gemäss der Erfindung durch radiale Stege und querverlaufende Rippen zu auf den Mahlscheiben in radialer Richtung zueinander versetzten Taschen ausgeformten Mahlzone behandelt zu werden, indem das Fasermahlgut in den umlaufenden Taschen einer Fliehkraftbeschleunigung von mindestens 200 g, vorzugsweise zwecks Erzielung hoher Leistungsfähigkeit zwischen 1500 und 2000 g unterworfen wird, wodurch es seitwärts gegen die nich.tumlaufende Mahlscheibe hinüber gezwungen wird und an der UebergangstelIe der hierbei gebildete gepackte Körper oder Pfropfen von Fasermahlgut sich in einem Feld von innerem Schub befindet und hohen Schubbeanspruchungen ausgesetzt wird, die das Gut fein zerfasern und fibrillieren. Genauer bestimmt ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der durch die erste Grobzerfaserung zwischen inneren Mahlgliedern des Refiners erhaltene Strom von Fasermahlgut an dem Innei\jjmfang einer Zone zwischen den Mahlscheiben eingespeist wird, die von, radial gesehen, in Reihen angeordneten Taschen und diese peripheriell begrenzenden Stegen gebildet ist, wobei die Taschen in den beiden Mahlscheiben radial gegeneinander versetzt sind und in radialem Schnitt eine gekrümmte Form aufweisen, die wenigstens bei den Taschen der nichtumlaufenden Mahlscheibe einen Kreisbogen bildet, und dass das Mahlgut, indem es der Fliehkraftbeschleunigung von mindestens 200 g ausgesetzt wird, mit Beginn bei den radial innersten

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Taschen axial abgelenkt wird und durch eine durch Zusammenwirken der umlaufenden und der nichtumlaufenden Stege gebildete Reibungsschicht hindurchgeht und in die gegenüberliegenden, kreissegmentförmigen Taschen der nichtumlaufenden Mahlscheibe hineingepresst wird, in denen es mit den Fasern zur Hauptsache senkrecht zur radialen Erstreckung der Mahl scheibe zusammengepackt wird, derart, dass sich die nach dem Umriss der nichtumlaufenden Taschen segmentförmigen Faserkörper oder -pfropfen um ihren Kreismittelpunkt drehen und an ihrem radialen Aussenteil allmählich laminar abgeschält und axial in die aussen nächstgelegenen Taschen der umlaufenden Mahlscheibe verschoben und in dieser erneut zu der hohen Geschwindigkeit der umlaufenden Mahlscheibe beschleunigt werden, wonach sich derselbe Vorgang während des fortgesetzten Durchgangs des Fasermahlguts zwischen den umlaufenden und den nichtumlaufenden Taschen wiederholt.

Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen, die verschiedene Formen der Vorrichtung zeigen,, mit deren Hilfe das Verfahren gemäss der Erfindung durchgeführt werden kann, näher beschrieben werden. Hierbei werden auch weitere, das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung kennzeichnende Eigenschaften angegeben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise lotrecht geschnittene Seitenansicht eines, gemäss. der Erfindung ausgeführten Refiners;

Fig. 2 einen Teil der Fig. 1 in grösserem Masstab;

Fig. 3 einen Teil einer der Vorrichtung zugehörigen, gemäss. der Erfindung ausgeführten Mahlscheibe schaubildlich und. in Schnitten parallel zu der Mittachse des Refiners;

Fig, 4 einen Achsialschnitt durch die Mahlscheibe des Refiners.;

Fig. 5A - 5C einen Schnitt längs der Linie V-V in der Fig. 3;

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Fig. 6 schliess lieh einen lotrechten Schnitt durch zusammenarbeitende Ref inemiahl scheiben, von denen die eine eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung darstellt.

• In den Zeichnungen enthält ein mit 10 bezeichnetes Gehäuse des Refiners eine nichtumlaufende Mahl scheibe 12. Diese Mahl scheibe arbeitet mit einer, auf einer umlaufenden Welle 14 sitzenden Mahlscheibe 16 zusammen. Die Welle 14 ist beidseitig der Mahlscheibe 16 in Lagern gelagert, die ebenso wenig wie ein Antriebsmotor für die Welle 14 in den Zeichnungen dargestellt sind. In der nichtumlaufende Mahlscheibe 12 sind gleichmittig drei Ringe oder Gruppen von Mahl el ementen. 18, 20 und vorgesehen. In gleicher Weise hat die umlaufende Mahlscheibe 16 drei gleichmittig angeordnete Ringe oder Gruppen von Mahlelementen 22, 24 und 30. Hierdurch sind drei Mahlzonen gebildet, nämlich eine zwischen den Elementen 18 und 22, in der eine erste Zerkleinerung des zugeführten Ausgangsstoffes, beispielsweise Holzhackstückchen, stattfindet. In einer zweiten, von den Mahlelementen 20 und 24 gebildeten Zone findet eine weitere grobe Zerfaserung statt, bevor das hierdurch erhaltene Mahlgut in die dritte, von den gemäss.der Erfindung ausgeformten Mahlelementen 30 und 50 gebildete Mahl zone eintritt. · Die beiden am meisten innen gelegenen Mahlzonen zwischen den Elementen und 22 bzw. 20 und 24 können mit Kämmen oder Rippen und Rinnen in an sich bekannter Weise ausgeformt sein.

Der zu vermählende Ausgangsstoff, z.B. Holzhackstückchen oder Stückchen von anderem faserigem, Lignozel1ulose enthaltenden Material, wird durch eine öffnung 32 in dem Gehäuse 10 eingespeist und von dort mittels einer mit gewi ndeförmigen Mitnehmern 36 ausgerüsteten Förderschraube 34 durch Öffnungen in dem Mittelteil der nichtumlaufenden und der umlaufenden'Mahl scheiben eingetragen. Ein Mittelring 38 mit Mitnehmern 39 ist auf der umlaufenden Mahlscheibe 16 befestigt, um die Ausgangsstoffstückchen zu der ersten Mahl zone zu fördern.

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In der dritten Mahlzone sind die beiden Mahlelemente und 50 vorzugsweise als zusammenhängende Kreisringe ausgeführt, in deren einander zugekehrten Mahlflächen eine Anzahl kreisförmiger Rinnen mit demselben Mittelpunkt wie dem der Mahlscheiben 12, 16 bzw. der Welle 14 ausgebildet. Diese Rinnen haben im Querschnitt gekrümmte Form. Ferner sind in den beiden Kreisringen 30, 50 Nuten mit radialer oder wenigstens nahezu radialer Erstreckung vorgesehen, und in diese sind Stege eingesetzt, die die kreisrunden Rinnen in voneinander getrennte Taschen aufteilen. In dem umlaufenden Mahlelement 30 sind die Taschen mit 41 - 46 bezeichnet und ihre Anzahl in jeder radialen Reihe beträgt also sechs, kann aber selbstverständlich grosser oder kleiner sein. Die diese Taschen voneinander trennenden Stege sind mit 47 bezeichnet. In dem nichtumlaufenden Mahlelement sind die radial in einer Reihe angeordneten Taschen mit 61 und die sie trennenden Stege mit 67 bezeichnet. Die Taschen haben also eine 'hohlrunde Innenfläche und werden an den Seiten von den ebenen Stegen begrenzt, wie am besten aus der Fig. 3 ersichtlich ist. Der Querschnitt der Taschen 61-66 in dem nichtumlaufenden Mahlelement 50 folgt einem Kreisbogen. Für den Fasermahlgutskörper, der sich in den Taschen des Mahlelements 50 bewegen soll, ist es notwendig,dass der Mittelpunkt des Kreissegments in der Oberkante des Steges liegt. Die Taschen 41-46 des umlaufenden Mahlelements 30 können denselben Querschnitt haben. Jedoch ist bei der in den Fig. 1 - 5 gezeigten Ausführungsform ihr dem Mittelpunkt zugekehrter Teil ausgeweitet worden, derart, dass der Querschnitt der Taschen etwas grosser wird als der des Kreissegments, wie am besten aus der Fig. 4 hervorgeht. Die Reihen von Taschen in den beiden Mahlscheiben sind radial gegeneinander versetzt, z.B. um eine halbe Teilung. Das vorzerkleinerte Fasermahlgut wird durch einen Einlass 40 eingespeist, der in die am meisten innen gelegene Tasche 41 übergeht. Die am meisten auswärts gelegene Tasche 66 des nichtumlaufenden Mahlelements 50 ist abgeschnitten, derart, dass sie einen Auslass für das fertig vermahlene Mahlgut bildet. ■

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Die Stege 47, 67 sind aus einem Werkstoff hergestellt, der wesentlich härter ist als das der Kreisringe 30, 50, und sie werden ausser von den radialen Nuten in diesen von den die Taschen in jeder radialen Reihe voneinander trennenden Teilstücken 51 bzw. 52 des Ringwerkstoffes unterstützt. Diese Teilstücke springen bis zu derselbenen Ebene wie die Schmalkanten der zugehörigen Stege vor. Der Abstand zwischen den Mahlflächen der ringförmigen Mahlelemente 30 und 50 in achsialer Richtung bildet den Mahlspalt, dessen Weite durch achsiale Verstellung der Welle 14 des Refiners regelbar ist. Hierzu wird oft ein hydraulischer Servomotor benutzt, der im manchen Fällen zur Ausübung eines achsialen Drucks von 30 Tonnen einstellbar ist, um die Grosse des Abstandes zwischen den Mahlelementen 30 und 50 und damit die Weite des Mahlspalts möglichst konstant zu halten. Dieser Abstand kann von 0,5 mm bis hinab zu 0,05 mm oder noch weniger einstellbar sein, um sicherzustellen, dass die gewünschte Raffinierwirkung erhalten wird. Ein Abstand von 0,8 mm ist für besondere Arten von Pulpen benutzt worden. Vorzugsweise soll der Servomotor imstande sein, die Weite des Mahlspaltes, d.h. den Abstand zwischen den Mahl elementen 30 und 50,mit einem Spiel von höchstens 0,01 mm konstant zu halten.

Als Beispiel· für die bauliche Ausgestaltung von gemäss der Erfindung ausgeführten Mahlgeräten sei erwähnt, dass der Mah.lelementring 30 auf der umlaufenden Mahlscheibe 16 bei der den Zeichnungsfiguren 1 - 4 zugrundeliegenden Ausführungsform einen äussere Durchmesser von 1270 mm und einen inneren Durchmesser von 1016 mm hat. Für die umlaufende Mahlscheibe 16 ist vorgesehen, dass sie mit einer Geschwindigkeit von 1500 - 1800 U/min angetrieben wird. Die einzelnen Taschen 41 - 46 haben

2 dann eine Breite von 0,38 cm und einen Querschnitt von 1,5 cm , was einen Rauminhalt von 0,57 cm ergibt. Die Stege haben dann eine Stärke von 3 mm und eine Breite von 15 mm sowie eine Länge von 127 mm. In diesem Fall hat die Mahlscheibe um den Umfang herum 504 Stege₄die in 72 Gruppen von je 7 zueinander parallelen Stegen angeordnet sind, wodurch scherenähnliche Schnitte erzeugt werden statt langer, paralleler Schnitte, wie sie auftreten,

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wenn die Stege sämtlich radial angeordnet sind. In dem Mahlelementring 50 der nichtumlaufenden Mahlscheibe 12 können die Taschen und Stege im wesentlichen dieselben Abmessungen haben und in derselben Weise angeordnet sein wie in dem Ring 30 der umlaufenden Mahlscheibe 16. Die gruppenweise Zusammenfassung von zueinander paral lelen Stegen trägt zu einer- gl eichmässigeren Verteilung des Drehmomentes während des Betriebes bei. Eine solche Zusammenfassung der Stege in parallele Gruppen vereinfacht auch die maschinelle Herstellung der Mahlzonenelemente 30 und 50, indem sie das Fräsen eine grösseren Anzahl von Nuten oder Schlitzen in einem Arbeitsgang ermöglicht.

Der Refiner arbeitet folgendermassen: In der ersten, von den Elementen 18 und 22 gebildeten Mahlzone wird der Ausgangsstoff, z.B. die HolzhackstUckchen, einer groben Zerteilung mit massigem Energieverbrauch unterworfen. In der zweiten Mahlzone wird das Gut zwischen den Elementen 20 und 24 feiner zu einer verhältnismässig gleichförmigen Konsistenz weiter vermählen. Er kann dann einen Vermahlungsgrad von beispielsweise 800 ml , bestimmt nach dem "Canadian Standard Freeness" (CSF) erreicht haben. Dieses Mahlgut tritt also mit dieser Konsistenz in die Einlasse 40 der dritten Mahlzone ein und gelangt weiter in den innersten Kreis von Taschen in dem umlaufenden Mahlelementring 30. Der gekrümmte innere Wandteil 48 der Tasche 41, wo der Winkel der Tangente zur Richtung des Radius zunimmt, lenkt nun das. Fasermahlgut um 90 zur innersten Tasche 61 der nichtumlaufenden Mahlscheibe ab, wie mit dem Pfeil 40' in der Fig. 4 angedeutet ist.

In der Fig. 4 sind die Taschen in den beiden Mahlelementen zueinander geöffnet dargestellt, was der Lage gemäss der Fig. 5A entspricht. Beim Umlauf des Ringes 30 in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung bewegen sich die Stege 47 aus dieser Lage, wo sie sich den Stegen 67 genau gegenüber befinden, in die Lage gemäss der Fig. 5B und dann in die gemäss der Fig. 5C über, wo sie die Taschen in der gegenüberliegenden Mahlscheibe abdecken. Dieses Abdecken ist vollständig mit Ausnahme des sehr geringen

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Abstandes h zwischen den Mahlscheiben, wie er von dem hydraulischen Servomotor bestimmt"wird,- indem er die achsiale Lage der die umlaufende Mahlscheibe tragenden Welle festlegt. Bei den vorbeschriebenen Abmessungen und Betriebsgeschwindigkeiten des Refiners und der erfindungsgemäss ausgebildeten Taschen gehen anjeder einzelnen Tasche in der nichtumlaufenden Mahlscheibe während jeder Sekunde 10800 Taschen der umlaufenden Mahlscheibe vorbei, was bedeutet, dass die Verschiebung der Stege 47 zwischen den Lagen 5A - 5C während eines Zeitabstandes von etwa 0,001 Sekunden erfolgt. Der Strom von Fasermahlgut von den Taschen In der umlaufenden Mahlscheibe zu den Taschen in der nichtum-1 aufenden Mahlscheibe wird trotz dieser kurzen Unterbrechungen nicht zum Stocken gebracht. Dies lässt sich beobachten, wenn der Strom von in den Refiner eingespeisten Holzhackstückchen abgeschaltet wird und die umlaufende Mahlscheibe des Refiners stillgesetzt wird. Wenn dann der Refiner zwecks Besichtigung geöffnet wird, stellt sich heraus, dass die Taschen der umlaufenden Scheibe ganz leer.sind. Wenn die antreibende Betätigung durch das von der umlaufenden Mahlscheibe kommende Mahlgut aufgehört hat, bleibt das Mahlgut in den nichtumlaufenden Taschen.

Das aus der Tasche 41 abgeschälte Fasermahlgut bewegt sich mit sehr hoher Geschwindigkeit von etwa 82 m/Sek.. zur Tasche 61, in die sie hineingedrückt und momentan abgestoppt wird.. In der nichtumlaufenden Tasche 61 sammelt sich das Fasermahlgut, das eine erheb!iche Menge an kinetischer Bewegungsenergie erworben hat, und wird zusammengedrückt, wobei die kinetische Energie in Wärme übergeht, wodurch sich die Temperatur bei dem gewählten Ausführungsbeispiel um ungefähr 1 Grad C erhöht. Das Fasermahlgut übt, wenn es in die nichtumlaufende Tasche hineingeschleudert wird, einen erheblichen mechanischen Druck auf bereits dort befindliches Mahlgut aus, wodurch dieses zu eine Dichte von ungefähr 0,79 g/cm zusammengepackt wird. Die innere Reibung, die erzeugt wird, wenn die Kante des nächst auftreffenden Stegs in den Körper von Fasermahlgut einschneidet, bewirkt die angestrebte Raffinierung, Der Grad der Raffinierung lässt sich

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durch Verstellen des Abstandes zwischen den Mahl scheiben vei— ändern.Wenn beispielsweise Pulpe für Zeitungspapier hergestellt wird, kann ein Abstand zwischen 0,1 und 0,2 mm zur Anwendung kommen. Wenn Seidenpapier hergesetllt wird, kann ein Abstand · von 0,3 - 0,5 mm zur Anwendung kommen. Pulpe für Eierbehälter kann mit einem eingestellten Abstand bis zu 0,7 mm erzeugt werden.

Wenn das Fasermahlgut aus der umlaufenden Tasche 41 gegen den in der nichtumlaufenden Tasche 61 befindlichen Fasermahlgutkörper gepresst wird, wie durch den Pfeil 40' in der Fig. 4 angezeigt ist, wird ein keilförmiger Teil des Körpers in die Tasche 42 hinübergekippt. Dieser Teil wird dann von einem Steg 67 abgeschält und danach durche die Fliehkraft beschleunigt und schliesslich in die Tasche 62 abgelenkt.

Jedesmal, wenn das Fasermahlgut zum Stillstand kommt, wird die kinetische Energie der Drehbewegung in Wärme umgewandelt, wodurch die Temperatur in dem Mahlgut ansteigt. Da die Temperatur des Mahlgutes die Güte der Pulpe beeinflusst, ist es von gewisser Bedeutung, diesen Temperaturschwankungen entgegenzuwirken. Da der ganze Raffiniervorgang bei einer Temperatur durchgeführt wird, die sehr nahe bei dem Kochpunkt von Wasser liegt, gleichviel ,ob die Raffinierung unter atmosphärischen Bedingungen oder unter Dampfdruck in einem unter Ueberdruck stehenden Refiner vorgenommen wird, bewirkt diese Wärme auch eine so weitgehende Verdampfung, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Fasermahlgutes verringert werden kann. Da die Stärke der in den Reibungsflächen in dem Fasermahlgutkörper entwickelten Schubkräfte in hohem Ausmass von der Menge der vorhandenen Feuchtigkeit abhängig ist, muss das verdampfte Wasser ersetzt werden. Dies geschieht durch Einspritzen einer der Verdampfung angepassten Menge an Wasser z.B. durch eine Leitung 55.

Das aus der Tasche 41 abgelenkte Fasermahlgut hat eine Geschwindigkeit von ungefär 80 m/Sek, was ihr eine Fliehkraftbeschleunigung von 1330 g gibt, und wird gegen das Mahlgut

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in der Tasche 61 gepresst, wo es. sofort abgestoppt wird. Die nichtumlaufende Tasche 61 ist bereits mit zusammengepacktem Fasergut, dessen Fasern im wesentlichen senkrecht .zu den Stegen orientiert sind, gefüllt. Die kinetische Energie des abgestoppten Mahlgutes wird in Wärme umgewandelt, die Feuchtigkeit in dem Mahlgut zur Verdampfung bringt.Diese Umvandlung wiederholt sich jedesmal, wenn sich die Taschen in beiden Mahlscheiben zueinander öffnen. Wenn die Stege 47 durch das gepackte Fasermahlgut hindurchgehen, werden Reibungsf1ächen gebildet, zwischen denen die Fasern voneinander getrennt och fibrilliert werden. Die von dem die umlaufende Mahlscheibe antreibenden Motor ausgehende Bewegungskraft wird auf das Mahlgut durch die Stege 47 übertragen, wodurch das Mahlgut zu einer Fliehkraftbeschleunigung der Grössenordnung 1.000-1.500 g beschleunigt wird. Die Führung des Mahlgutstromes durch die Taschen in den Ringen 30 und 50 ermöglicht die Entwicklung von so grossen inneren Reibungskräften an den Schubflächen, dass die vorgesehene Fasertrennung und Fibri11ierung gesichert ist.

Wie bereits erwähnt, wird jedesmal, wenn eine Verbindung zwischen den Taschen 41 und 61 des umlaufenden bzw. des nichtumlaufenden Rings 30 bzw. 50, wie in der Fig. 5A veranschaulicht, entsteht, eine neue Menge an Fasermahlstoff durch einen umlaufenden Steg 47 in die nichtumlaufende Tasche 61 gepresst. Wegen deren geometrischer Form als Kreissegment führt, wie auch bereits erwähnt, der in den nichtUmlaufenden Taschen zusammengepresste Fasermahlstoffkörper oder -pfropfen beim Durchgang jedes eine Schubfläche bildenden Steges 47 eine Drehbewegung um den geometrischen Mittelpunkt 49 des Segments aus, wie durch die Linie 69 in der Fig. 4 angedeutet ist.

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Dies bedeutet, dass der Mahlgutstrom durch den Refiner aufrechterhalten wird, so lange neu.^s, in den beiden inneren Mahlzonen zerkleinertes Gut durch den Einlass 40 der Tasche 41 zugeführt wird. Dies wiederum bedeutet, dass, wenn Mahlgut kontinuerlich der Einlasseite der stillstehenden Tasche 61 zugeführt und dort zusammengepresst wird, eine entsprechende Fasermahlgutmenge aus dem Auslassteil der Tasche 61 ausgepresst und in die gegenüberliegende Tasche 42 des Mahl elementringes 30 der umlaufenden Mahlscheibe 16 abgeschält wird. Während' des Uebergangs in diese Tasche werden in dem Mahlgut neue Reibungsflächen gebildet, indem der sich schnell bewegende Steg 47 durch den zusammengepackten Fasermahlgutkörper hindurchgeht, während dieser von den Steg 67 daran gehindert wird, sich zu drehen. In dieser Weise wird das Fasermahlgut dazu gebracht, sich abwechselnd zwischen den umlaufenden und den nichtumlaufenden Taschen zu bewegen, bis es den nichtumlaufenden Mahlelementring 50 an dessen Aussenumfang durch eine der mit Auslass versehenen Taschen 66 verlässt.

Je nach der eingestellten Weite des Mahlspalts zwischen den Mahlscheiben und auch dem Füllungsgrad der nichtumlaufenden Taschen kann ein Teil des Mahlgutes radial durch den Mahlspalt aus der Tasche 41 an der Querrippe 51 vorbei durch die dort ausgebildeten Reibungsf1äche hindurch austreten (siehe hierzu Fig. 4).

Aus den Fig. 5A - 5C ist ersichtlich, dass bei Vorbeigang der Stege 47 an den Stegen 67 die Durchlässe zwischen den Taschen des umlaufenden und des nichtumlaufenden Mahl elementringes abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. Bei der oben beispielsweise abmessungsmässig angegebenen baulichen Ausführung wiederholt sich dieser Vorgang für jeden Steg mit einer Frequenz von annähernd 10 000 Malen je Sekunde. Hierdurch wird das aus den nichtumlaufenden Taschen austretende Mahlgut einer Hammerwirkung durch Kräfte unterworfen, deren Grosse zwischen einigen

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Kg/cm und Null schwankt, was das Sichdrehen der Mahlkörper oder -pfropfen und damit den gl eichmässigen Fluss des Mahlguts durch die Taschen-erleichtert. Diese eine Vibration erzeugende

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flammerwirkung trägt ausserdem zur Zusammenpressung des Mahlguts bei, derart, dass an der Uebergangstel1e zwischen einer nichtuml auf enden Tasche und eine-»- gegenüberliegenden umlaufenden Tasche eine sehr kräftige Reibungsarbeit zustande gebracht wird.

Der Abstand h zwischen den Schmalkanten der in der Fig. 5A mit 47 bzw. 67 bezeichneten Stege der Mahlel'emente 30 bzw. 50 in der äussersten Mahlzone des Refiners entspricht dem für den Refiner eingestellten Mahlscheibenabstand oder Mahl spalt. Dessen Weite kann sich auf 0,2 mm und mehr belaufen. Diese Weite ist ein wichtiger Betriebsfaktor des Refiners. Sie wird von den Arbeitsbedingungen, der Art des eingesetzten Ausgangsrohstoffes und der Art und Güte der herzustellenden Faserpulpe bestimmt. In einigen Fällen, wo eine sehr feinraffinierte Pulpe gewünscht wird, kann der Abstand h zwischen den Stegen 47 und 67 sogar auf 0,05 mm verkleinert werden, jedoch wird in diesen Fällen gleichzeitig die Leistungsfähigkeit des Refiners verringert. Mit dieser Einstellung des Mahlspaltes lassen sich Pulpen mit einem CSF-Mahlgrad bis hinab zu 2 ml herstellen.

In den meisten Fällen ist der Abstand in der Mahlzone, der durch die einander am nächsten liegenden Mahlelemente der Mahlscheiben bestimmt wird, ein Vielfaches des Durchmessers einer Faser der meisten pflanzlichen Ausgangsrohstoffe, der z.B. für die Tracheiden von Fichtenholz im allgemeinen zwischen ungefähr 0,02 und 0,03 mm liegt. Ein unmittelbares Abschneiden der Fasern zwischen den Vorderkanten der während des Umlaufs der einen Mahlscheibe gegenüber der anderen ist praktisch ausgeschlossen. Die Raffinierung des Fasermahlgutes in- der Mahlzone zwischen den Mahlelementen 30 und 50 wird durch das Zusammenwirken zwischen der Vorderkante der einzelnen Stege und dem Körper oder Pfropfen zusammengepackten Mahlgutes bewirkt. Die mechanische Einwirkung auf die Faser hängt daher von der Beschaffenheit der innerhalb des Fasermahlgutes entwickelten Reibungskräfte ab. Diese wiederum ist abhängig von der mechanischen Festigkeit des Refiners, die ihm eine ausreichende

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Steifigkeit geben soll, damit unmittelbare metallische Berührung zwischen den Oberflächen der Mahlscheiben vermieden wird.

Um eine Trennung der Fasern voneinander und deren weitere Aufteilung in z.B. die anatomischen Bestandteile des Nadelhol ztracheids und damit die gewünschte Raffinierwirkung bei dem Mahlgut herbeizuführen, muss dieses so stark zusammengepresst werden, dass sich in ihm örtlich und punktweise entstehende Kraftfelder (von mikroskopischer Grosse) ausbilden und Schubkräfte von hoher Intensität entwickeln können.

Voraussetzungen hierfür werden insbesondere in solchen Druckkraftfeldern geschaffen, die sich an den Uebergangsstel1 en aus den umlaufenden Taschen 41-46 ausbilden, wo das Fasermahlgut unter der Einwirkung einer Fliehkraft von etwa 500 g und sogar mehr als 1000 g bis zu 1500 g zusammengepresst wird, wenn es in den nichtumlaufenden Taschen 61-66 plötzlich abgestoppt wird.

Die an den Uebergangsstellen von den Taschen 61-65 des Mahlelementrings 50 auf der nichtumlaufenden Mahlscheibe 12 zu den Taschen 42-46 des Mahlelementrings 30 den umlaufenden Mahlscheibe 16 gebildeten Reibungsflächen oder -felder haben teilweise einen anderen Charakter als die Peibungsf1ächen oder -felder, die beim Uebergang aus den Taschen der umlaufenden Mahlscheibe in die Taschen der nichtumlaufenden Mahlscheibe gebildet werden. Wenn das Fasermahlgut durch den Steg 47 in die Tasche 42 beschleunigt wird, ist die Wirkungsweise eine andere und mehr die Wirkung eines stumpfen Messers, das durch ein Käsestück hindurchgeht, vergleichbar. In dem zusammengepressten Fasergut erzeugen bei dessen Heraustreten aus den Taschen des nichtumlaufenden Mahlelementringes die umlaufenden Stege der Reibungsflächen. In der umlaufenden Tasche 42 wird das bereits zusammengepackte Fasermahlgut von dem umlaufenden Steg 47 eingefangen und eine dünne Schicht davon abgeschält

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und zu beträchtlicher Geschwindigkeit beschleunigt, infolge der sie sich in der Tasche 42 in radialer Richtung nach aussen bewegt und abgelegt und verdichtet wird, bevor sie über die Kante 49 abgelenkt und in die nichtUmlaufende Tasche 62 usw. überführt wird. Dort wird sie wiederum zum Stillstand gebracht, was wegen des Verlustes an Winkelgeschwindigkeit eine Einbusse an kinetischer Energie und erneute Temperatursteigerung bedeutet.

Die lignozellulosehaltige Holzsubstanz ist wegen ihrer chemischen Struktur hydrophil und in feuchtem Zustand thermoplastisch, und zwar innerhalb des Temperaturbereichs von knapp unter 100⁰C, wo sie zu erweichen beginnt, bis zu 140-150⁰C, wo die Bindung zwischen den Tracheiden mehr oder weniger vollständig je nach der Art der verschiedenen lignozellulosehaltigen Ausgangsstoffe ihre Kraft verliert.

Die Raffinierarbeit wird daher gemäss der Erfindung vorzugsweise in geschlossenen Anlagen durchgeführt, wo der Raffinierprozess unter Dampfdruck durchgeführt werden kann, was bedeutet, dass während des Raffiniervorgangs eine zweckentsprechende Temperatur aufrechterhalten werden kann. Der für die Erwärmung des Mahlgutes erforderliche Wärmezuschuss kann in dieser Weise leicht aus der Wärme erhalten werden, die durch die während des Raffiniervorgangs in dem Mahlgut stattfindende Reibungsarbeit erzeugt wird. Da während dieses Vcrgangs erheblich mehr Wärme frei wird, als erforderlich ist, um das Mahlgut auf einer geeigneten Temperatur zu halten, wird ein grosser Teil der in dem Mahlgut enthaltenen Feuchtigkeit verdampft. Wenn also bei der gemäss der vorliegende Erfindung durchgeführten Raffinierarbeit beispielsweise 800 kWh je Tonne erzeugter Pulpe, als Trockensubstanz gerechnet, eingesetzt werden, erhält das Mahlgut einen Wärmezuschuss von 688 000 kcal je Tonne Trockensubstanz. Wenn nun die Raffinierung bei einer Temperatur von 120⁰C (und bei entsprechendem Dampfdruck) durchgeführt wird, um die dann erhaltene, thermoplastische Erweichung der Holzsubstanz auszunutzen', werden von der in dem Mahlgut vorhandenen Feuchtigkeit 1309 kg Wasser je behandelter Tonne Holz verdampft.

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Angenommen, die in den Refiner eingespeisten Holzhackstückchen hatten einen Feuchtigkeitsquotienten von 2:1, d.h. enthielten 33 % Holztrockensubstanz, würde durch diese Verdampfung der Feuchtigkeitsquotient auf 0,7:1 sinken. Da nun das Aufrechterhalten einer gleichförmigen Viskosität des Mahlgutes sich als eine unabdingbare Voraussetzung für das Erzielen eines guten Mahlergebnises erwiesen hat, muss eine entsprechende Wassermenge der Mahlzone durch die dafür vorgesehene Leitungen 55 in dem nichtumlaufenden Mahl elementring 50 zugesetzt werden. Zweckmässig erfolgt dieser Zusatz bei einem gemäss der Erfindung ausgebildeten Refiner selbsttätig. Es muss so viel Wasser zugesetzt werden, dass der Feuchtigkeitsquotient nicht niedriger wird als 1.5:1. Das zugesetzte Wasser verteilt sich schnell über die Oberflächen der Fasern des Mahlgutes und beeinflusst dadurch den Zustand der Reibung zwischen den Fasern und damit den ganzen Raffiniervorgang. Mit steigendem Feuchtigkeitsquotienten des Mahlgutes vergrössert sich die Stärke des die Fasern umgebenden Flüssigkeitsfilms. Ein zu dicker Film wirkt als Schmiermittel zwischen den Fasern und beeinträchtigt hierdurch die Nutzwirkung des Raffinierprozesses. Umgekehrt besteht, wenn der Feuchtigkeitsquotient auf 1:1 oder weniger sinkt, die erhebliche Gefahr der Bildung von mikroskopisch kleinen Knoten oder Bündeln von Fasern, die sich auch bei nachträglicher Raffinierung nur mit Schwierigkeit entwirren lassen. Ein zur Vermeidung dieser Gefahr in ausreichendem Ausmass vorgenommener Wasserzusatz vergrössert auch den Verbrauch an Energie zur Beschleunigung des Mahlgutes in den Taschen der umlaufenden Mahl scheibe.

Bei der Prüfung von Mikrophotografien von Schnitten von Fichtenholzfasern (Tracheiden) in 5Q-facher Vergrösserung lassen sich einzelne Fasern auch im Querschnitt leicht beobachten und auch wie ihre Grosse innerhalb der Jahresringe wechselt. Bei

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statistischer Auswertung erqibt sich, dass die Grosse- der Fasern im Querschnitt bei annähernd 0,03 χ 0,03 mm liegt, was ungefähr 1.00 000 Fasern je cm entspracht. Die Faserlänge ist etwa 2,5 mm, "und damit, ,wird die Anzahl der Fasertrachei den ungefähr 400 000 je cm . Das Trockengewicht von Fichtenholz ist ungefähr 0,42

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g/cm , und dementsprechend enthält ein g (= 2,4 cm ) Fichtenholz ungefähr 1.0.00-.000 Fasern und ist die Gesamtoberfläche von ge-

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trennten ganzen Faser ungefähr 3 m je ein g Holz. Ferner ergibt

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sich, dass die Gesamtfaserlänge je ent· ungefähr 100 000 cm oder je g 240.000 cm ist. Bei einem Querschnitt der Tracheiden von 0,03 χ 0,03 mm wird der Umkreis 0,12 mm und die Gesamtoberfläche

28.800 cm je Gramm Holz. Raffiniertes Fasermahlgut kann je nach seinem CSF-Mahlgrad eine zehnfach grössere Oberfläche haben. Der über die Teilchen verteilte FlüssigkeitsfiIm ist eine dünne Haut, deren Stärke angestellten Berechnungen zufolge kleiner ist als ein Tausendstel eines Millimeters. Jedoch kann mit Hinblick auf die grosse zur Verfügung stehende Oberfläche und die hydrophilen Eigenschaften der Holzsubstanz ein begrenzter Ueberschuss an Wasser zugelassen werden, ohne dass bei Verwendung von Mahlelementen gemäss der Erfindung ein untragbar grosser Verlust an Raffinierwirkung zu befürchten wäre. Ein mit Mahlscheiben gemäss der Erfindung ausgerüsteter Refiner schafft eine grössere Anzahl an wirksamen Reibungsflächen innerhalb des Mahlgutes, als bisher mit irgendeiner vorbekannten Ausführung von Refinern zu erzielen möglich gewesen ist. Die Erfindung ermöglicht auch die Verwendung von gegen Verschleiss widerstandsfähigerer Stege und Rippen als bei bisher bekannten Refiner-Bauarten, insbesondere auch dank der neuartigen Einbettung der Stege in dem Mahlscheibenkörper.

Die. in dem Fasermahlgut gebildeten Reibungsflächen oder -fei der liegen innerhalb des Mahlgutes im Verhältnis zu dem Abstand zwischen den Oberflächen der umlaufenden Stege und der festen Stege so versetzt, dass eine Vermahlung zu einem bestimmten Raffiniergrad mit einem grösseren Abstand

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zwischen den Mahlscheiben als bei vorbekannten Vorrichtungen erhältlich·· ist. Dies bedeutet geringeren Verschleiss an den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Stege. Ein solcher vergrösserter Abstand wirkt auch einer übermässigen Verkürzung der Fasern durch Abschneiden entgegen.

Um die vorgesehene Trennung der Fasern voneinander und deren Fibri 11ierung durch mechanische Raffinierung zu erzielen, arbeitet man heutzutage in der Praxis stets mit der Ausbildung von Reibungsflächen oder -feldern, die in dem allmählich immer feiner verteilten Mahlgut mechanisch zwischen Mahlscheiben vielerverschiedenerMuster erzeugt werden, indem die Reibungsflächen durch Richtungsveränderungen zwischen verschiedenen Mahlgutoberflächen geschaffen werden.

Gemäss der Erfindung erreicht man einen hohen Wirkungsgrad bei der Ausnützung der kinetischen Energie, die von einem Antriebsmotor der umlaufenden Welle wiederholt das Mahlgut beschleunigt. Durch die besondere Ausgestaltung von den Fluss des Mahlgutes bestimmenden Kanälen, wo das Mahlgut örtlich zu Körpern oder Pfropfen solche Festigkeit zusammengepresst wird, dass sich Reibungsflächen bilden lassen, in denen eine interne mechanische Bearbeitung stattfindet, erzielt man eine weitgehende Trennung bzw. Fibri11ierung der in dem Mahlgut bereits mehr oder weniger weitgehend voneinander getrennten Faserbestandteile , bevor das Mahlgut schliesslich örtlich seine gesamte kinetische Energie verliert und zu der umlaufende Mahlscheibe zurückgeführt wird, um erneut derselben Behandlung unterworfen zu werden.

Mit einem achsial verstellbaren Ring 56 ausserhalb des Umkreises des . nichtumlaufenden Mahl elementringes 50 ist es möglich, den Auslassquerschnitt der äussersten nichtumlaufenden Taschen 66 und damit die Grosse des Mahlgutflusses zwischen den Mahl elementringen 30 und 50 zu regeln.

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Die Stege 47 und 67 können aus einem sehr harten Werkstoff, wie Karborund, Siliziumkarbid oder anderen keramischen Werkstoffen gefertigt sein. Die die Mahlelemente tragenden Ringe und 50 können aus weicherem Werkstoff hergestellt .sein, der leicht maschinell bearbeitet werden und daher in einem Stück gefertigt sein kann. Die Stege sind in die gefrästen radialen Nuten oder Schlitze, die vorteilhaft senkrechte Seitenwände haben, eingesetzt und vorzugsweise dort durch Bindemittel, zweckmässig organische Kunstharze hoher Bindekraft, wie Polyimide oder Fluorpolymere des Typs "Teflon"(^R), "Ryton"(^R) oder Polyparaphenylsulfid wie "Ekonol"^{11 ;} festgehalten. Die Stege können auch in den Schlitzen eingegossen gehalten sein. Dank des gekrümmten Umrisses der Rinnen, in denen die Taschen 41-46 und 61-66 gebildet sind, werden die Stege besonders gut in den Nuten festgehalten. .

Die Mahlelemente der zweiten Mahlzone zwischen den Ringen 20 und 24 können gemäss einer abgewandelten Ausführungsform ähnlich wie die Mahl elementeringe 3-0 und 50 ausgeformt sein. Die Arbeitsflächen der Mahlelemente der Mahlscheiben erfordern oft nach dem Zusammenbau des Refiners eine Nachbearbeitung zu möglichst hoher Genauigkeit, um die bestmögliche Leistung bei dem Betrieb des Refiners sicherzustellen.

Die erste Tasche 41 des umlaufenden Mahl elementrings 30 hat einen innersten Radius von 528 mm. Wenn das Mahlgut mit einem Feuchtigkeitsquotienten von 3:1 zur einer Geschwindigkeit von 83 m/Sek beschleunigt wird, beläuft sich' der erforderliche Eingangseffekt auf 14,5 kWh je Tonne absolut trockener Pulpe. Wenn das Fasermahlgut in die Tasche 61 des nichtumlaufenden Mahlelementrings 50 eintritt, wird es auf die Geschwindigkeit Null abgebremst; aber wenn es diese Tasche wieder verlässt, wird es in der gegenüberliegenden umlaufenden Tasche 42 erneut, beschleunigt. Das durch die dritte Mahlzone des Refiners hindurchgehende Mahlgut wird somit sechs Male abwechselnd beschleunigt und gestoppt, je ein Mal in jeder Taschenreihe.

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Dies entspricht einem Kraftverbrauch von ungefähr 95 kWh je Tonne hergestellter Pulpe. Wie oben beschrieben werden beim Austreten des Fasermahlguts in zusammengepackter Form aus den nichtumlaufenden Taschen Reibungsflächen oder -felder von den Kanten der Stege gebildet. Die Stärke dieser Reibung lässt sich, wie oben bereits angedeutet, durch Änderung des Abstandes zwischen den Mahlscheiben verändern. Die für den Raffiniervorgang eingesetzte Kraft lässt sich daher von einigen Hundert bis zu eintausend kWh je Tonne Pulpe gewähnlicher Sorten ändern. Wenn Pulpe mit besonders niedrigen Werten des Mahlgrades hergestellt werden soll, können bis zu 2000 kWh je Tonne Pulpe zum Einsatz kommen. Durch Vergrösserung des Abstandes zwischen den Mahlscheiben kann ein kurzer Schnitt geschaffen werden, der es erlaubt, dass ein Teil des Fasermahlgutes unmittelbar über die Querrippen 51 von einer Tasche in die nächste radiale Tasche hinübergeht.. Dies bedeutet einen erheblichen Verlust an Raffinierwirkung, zugleich aber eine möglicherweise wünschenswertere Herabsetzung des Kraftverbrauchs.

Bei der Ausführungsform gemäss der Zeichnungsfigur 6 haben die Taschen 61-66 und 71 in dem nichtumlaufenden Mahl elementring 50 in gleicher Weise wie bei der in den Fig. 1-5 veranschaulichten Ausführungsform im Achsialschnitt den Umriss eines Kreissegments, dessen Halbmesser derselbe ist wie die grösste Tiefe der Tasche oder etwas grosser als diese Tiefe. In dem umlaufenden Mahlelementring 3Q haben die einzelnen Taschen ebenfalls im Achsialschnitt durch das Mahlelement einen gekrümmten Umriss. In Abweichung von der Ausführung gemäss der Fig. 4 hat die einzelne Tasche an ihrer radial äusseren Seite einen schwach geneigten Wandteil 72, der eben oder nahezu eben ist und am Boden der Tasche tangential in einen kreisbogenförmigen Teil 73 übergeht, der seinerseits an der radialen Innenseite der Tasche in einen Wandteil 74 übergeht, der senkrecht oder wenigstens nahezu senkrecht zu der von den Kanten der Stege 47 und der Rippen 51 gebildeten Mahlfläche steht. Der Kreisbogenteil 73 kann einen Krümmungshalbmesser haben, dessen Länge ungefähr der halben grössten Tiefe der Tasche gleichkommt. Hierdurch

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erhalten die umlaufenden Taschen ein Umriss mit einer verhältnis-'. massig langen och flachen Ablenkfläche 72 für das Mahlgut. Dieses wird an der radialen Innenseite des umlaufenden Mahl elementrings 30 durch Einlasse 41 eingeführt und mit hoher Geschwindigkeit in' der Richtung des Pfeils 40 in die innerste nichtumlaufende Tasche 61 geschleudert, wo das Mahlgut unmittelbar abgestoppt wird und die Tasche ausfüllt, wobei es zu einem dicht gepackten, Pfropfen oder Körper zusammengepresst wird. Dieser wird dann in die innerste umlaufende Tasche 42 überführt, wobei der Pfropfen zwischen den Stegen 47 und 67 hindurchgeht und sich Schuboder Reibungsflächen bilden, in denen die einzelnen Fasern und Fibrillen des Mahlguts voneinander getrennt werden. Durch die Kreissegmentssektion der nichtumlaufenden Taschen wird der in diesen zusammengepackte Mahlgutpfropfen durch das nachfolgende, durch den Einlass 41 geschleuderte Mahlgut sich um einen Mittelpunkt 40 drehen, wie.mit der Linie 69 angedeutet" ist. Der Pfropfen kommt dann in Berührung mit den umlaufenden Stegen 47, die das Mahlgut unter Abschalung zerteilen. In der umlaufenden Tasche 42 wird das Mahlgut nun zu der hohen Geschwindigkeit des umlaufenden Mahlelementes beschleunigt, wobei es zusammengepackt und dank der schwach geneigten, langgestreckten Ebene 72 unter günstiger Verteilung der radial und achsial gerichteten Kraftkomponenten in die nächste Tasche 62 eingeführt, wo also wiederum ein kreissegmentförmiger Mahlgutpfropfen gebildet wird. Dieser Verlauf wiederholt sich bei dem nach aussen gerichteten Weg des Mahlgutes abwechseln zwischen den nichtumlaufenden und den umlaufenden Taschen, bis das in dieser Weise enthaltene Enderzeugnis durch die letzte nichtumlaufende Rinne 71 austritt.

- Patentansprüche -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Worrichtung zur Herstellung von Pulpe aus faserigem,

lulose enthaltendem Ausgangsstoff, wie Hol zhackstüclcchen und anderem pflanzlichen Ausgangsgut, insbesondere zur Verwendung für Herstellung mechanischen Faserstoffs, mit zueinander umlaufenden Mahl scheiben, zwischen deren einander zugekehrten Flächen das Mahlgut zu Fasern zermahlen wird, wobei diese Flächen mit zueinander, wenigstens annähernd parallelen Rippen oder Stegen mit Erstreckung in radialer Richtung und sie verbindenden querverlaufenden Rippen ausgeformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass längs und zwischen den radialen Stegen (47, 67) in den beiden Mahlscheiben (16, 12) Reihen von voneinander durch die Querrippen (51, 52) getrennten Taschen (41-46, 61-66) solcher Form und Anordnung zueinander gebildet sind, dass sie sich während eines Umlaufs der Mahlscheiben vielmals zueinander öffnen und gegeneinander schliessen und dabei das bereits in zuvor mit dem Ausgangsgut beschickten Teilen der Mahlscheiben grob zerkleinerte Mahlgut auf die einzelnen Taschen verteilen und mehrmals zwischen den einander gegenüber befindlichen Taschen der Mahlscheiben hin- und herschieben, wobei es abwechselnd einer hohen Fliehkraft und dadurch hervorgerufenen Zusammenpressung und momentaner Geschwindigkeitsänderung zwecks Erzeugung innerer Schub- bzw. Reibungskräfte in ihm unterworfen wird, die eine Freilegung der Fasern und deren Fibrillen zu bewirken imstande sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass Führmittel (30, 50) vorgesehen sind, um den Strom des in einer ersten Mahlzone bereits grob zerteilten Fasermahlguts zwischen den Mahlscheiben so weiterzuleiten, dass es in eine grosse Anzahl von kleinen Taschen (41-46) begrenzter Grosse eintritt, die gleichmittig und mit Mahlstegen (47) als Seitenwänden auf einer umlaufenden Mahlscheibe (16) angeordnet sind, wobei die Taschen (41-4.6) so geformt sind, dass das Mahlgut durch Fliehkräfte beschleunigt und danach an der End-

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wand (73) der Taschen seitwärts gegen eine nichtumlaufende oder gegenläufig umlaufende Mahlscheibe (12) mit entsprechenden und gegenüber liegenden Taschen (61-66) mit einem Boden von zylindrischer Form derart abgelenkt wird, dass diese Taschen mit einem zusammengepressten Körper oder Pfropfen von Fasermahlgut gefüllt werden, der durch den Druck der lebendigen Kraft des. nachfolgenden Stromes von Fasermahlgut bei dessen Abgestopptwerden allmählich -in die Angriffslinie der Vorderkanten der Stege (47) der umlaufenden Mahlscheibe (16) gefördert und mit solcher Kraft einer Schubbeanspruchung unterworfen wird, dass die Mahlguttei.1 chen zerfasert und fibrilliert werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei eh. net, dass die Taschen (41^46, 61-66) in beiden Mahlscheiben (16, 12) einen im Radialschnitt gekrümmten Umriss haben.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzei chnet, dass die Taschen (61-66) wenigstens der einen Mahlscheibe (12) einen Boden haben, der ein Teil eines geraden· Zylinders ist, dessen Achse senkrecht zur Richtung der Tasche durch einen Punkt geht, der etwas oberhalb der Umlaufbahnfläche der Vorderkante der umlaufenden Stege (47) gelegen ist.
5. Vorrichtung nach.einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (61-66) der einen Mahlscheibe (12) gegenüber den gegenüberliegenden Taschen (41-46) der anderen Mahlscheibe (16) radial versetzt, sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzei chnet, dass die Versetzung der Taschen (61-66, 41-46) eine halbe Teilung oder ungefähr die halbe radiale Länge einer Tasche beträgt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Stege oder Rippen (47, 67) aus einem Werkstoff von wesentlich grösserer Härte

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und Verschleissfestigkeit als dem Werkstoff des Mahlscheibenteils (30, 50), in dem die Taschen gebildet sind, gefertigt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Stege oder Rippen (47, 67) gesonderte Stücke aus sehr hartem Werkstoff, wie Karborund, Siliziumkarbid u.a., sind, die in vorzugsweise radial oder nahezu radial verlaufende Nuten in den Mahlscheiben verankert sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (41-46, 61-66) wenigstens auf demselben Radius in beiden Mahlscheiben (16, 12) dieselbe radiale Abmessung haben.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die querverlaufenden Rippen (51, 52), die die Taschen (41-46, 61-66) in radialer Richtung voneinander trennen,ringförmige gleichmittige Rinnen bilden, die durch die radialen Stege (47, 67) unterbrochen sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Kanten sämtlicher Stege (47, 67) und Rippen (51, 52) in derselben Ebene 1i egen.
12. Verfahren zur Herstellung mechanischen Stoffs aus 1ignozelIuIosehaltigern pflanzlichem Ausgangsgut mit einem Feuchtigkeitsquotienten zwischen 1:1 und 5:1, vorzugsweise zwischen 2:1 und 4:1, der in einem Refiner zwischen den Reibgliedern einer umlaufenden und einer nichtumlaufenden Mahlscheibe zerfasert wird, wobei das Ausgangsgut zunächst zwischen den Mahlscheiben zu einem Fasermahlgut grob zerfasert wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Faserraahlgut in einer radiale Stege.(47, 67) und querverlaufende

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Rippen (51, 52) zu auf den !-'ähl scheiben (16, 12) in radialer Richtung zueinander versetzten Taschen (41-46, 61-66) ausgeformten Mahlzone (30, 50) behandelt wird, indem es in den umlaufenden Taschen (41-46) einer Fliehkraftbeschleunigung von mindestens 200 g, vorzugsweise zwecks Erzielung hoher Leistungsfähigkeit zwischen 150.0 und 2000 g unterworfen wird, wodurch es seitwärts gegen die nichtumlaufende Mahl sehen be (12) hinüber gezwungen wird und an der Übergangsstelle der hierbei gebildeten gepackten Körper oder Pfropfen von Fasermahlgut sich in einem Feld von innerem Schub befindet und Schubbeanspruchungen ausgesetzt wird, die das Gut fein zerfasern und fibrillieren.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn ζ e i eh.". π e t, -dass der durch die erste Grobzerfaserung zwischen inneren Mahlgliedern (18 und 22; 20 und 24) erhaltene Strom von Fasermahlgut an dem Innenumfang einer Zone zwischen den Mahlscheiben (12 und 16) eingespeist wird, die von, radial gesehen, in Reihen angeordneten Taschen (61-66, 41-46) gebildet ist, wobei die Taschen in den beiden Mahlscheiben radial gegeneinander versetzt sind und in radialem Schnitt eine gekrümmte Form aufweisen, die wenigstens bei den Taschen (61-66) der nichtumlaufenden Mahlscheibe (12) einen Kreisbogen bildet, und dass das Mahlgut, indem es der Fliehkraftbeschleunigung von mindestens 200 g ausgesetzt wird, mit Beginn bei den radial innersten Taschen (41, 61) axial abgelenkt wird und durch eine durch Zusammenwirken der umlaufenden (47) und der nichtumlaufenden (67) Stege gebildete Reibungsschicht hindurchgeht und in die gegenüber liegenden kreissegmentförmigen Taschen (62 ff.-66) der nichtumlaufenden Mahlscheibe "(12) hineingepresst wird, in denen es mit den Fasern zur Hauptsche senkrecht zur radial en-Erstreckung der Mahlscheibe gepackt wird, derart, dass sich die nach dem Umriss der nichtumlaufenden Taschen (61-66) segmentförmigen Faserkörper oder -pfropfen um ihren Kreismittelpunkt drehen und an ihrem radialen Aussenteil allmählich laminar abgeschält und axial in die aussen nächst-

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gelegenen Taschen der umlaufenden Mahlscheibe (16) verschoben und in dieser erneut zu der hohen Geschwindikeit der umlaufenden Mahlscheibe beschleunigt werden, wonach sich derselbe Vorgang während des weitergehenden Durchgangs des Fasermahlguts zwischen den umlaufenden und nichtumlaufenden Taschen wiederholt.
14. Mahlscheibe für Refiner, deren Mahlfläche durch Rinnen oder Riefen voneinander getrennte Rippen mit im wesentlichen radialer Erstreckung sowie zwischen diesen Rippen angeordnete querverlaufende Rippen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die radial sich erstreckenden Rippen gesonderte Stege (47, 67) sind, die im Mahlscheibenmaterial verankert sind und vorzugsweise eine wesentlich grössere Härte und Verschleißfestigkeit aufweisen als dieses Material.
15. Mahlscheibe nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e η η zei chnet, dass die gesonderten Stege in Schlitzen oder Nuten eines auf den Mahlscheiben ausgebildeten Halterings

(30, 5Q) mittels eines Bindemittels, vorzugsweise eines Kunst-TR ) harzleimes des Typs Polyimid oder Fluorpolymer ("Teflon"^ ')

oder Polyparaphensulfid ("Ryton"(^R)- und "Ekonol"^^R^) befestigt sind.
16. Vorrichtung bei einem Mahlapparat für faseriges, lignozellulosehaltiges Ausgangsgut mit gegeneinander umlaufenden Mahl scheiben, zwischen deren einander zugekehrten Flächen das Mahlgut zu Fasern zerkleinert wird, wobei diese Flächen mit zueinander wenigstens annähernd parallelen Stegen mit Erstreckung in radialer Richtung und diese verbindenden, querverlaufenden Rippen ausgeformt sind und wobei längs und zwischen den Stegen an den beiden Mahlscheiben Reihen von voneinander durch die Querrippen getrennter Taschen vorgesehen sind, die in beiden Mahl scheiben einen im Radial schnitt gekrümmten Umriss haben und in der einen Mahlscheibe gegenüber den Taschen in der anderen Mahlscheibe radial versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (47, 67), die zusammen mit

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den Rippen (51, 52) den geringsten Abstand (h) und damit den Mahlspalt zwischen den Mahlscheiben (16, 12) bestimmen, in der einen Mahlscheibe (16) eine solche Breite im Verhältnis zu den Taschen (61-66) in der anderen Mahlscheibe (12) haben, dass die Taschen in den verschiedenen Mahlscheiben während der Umlaufbewegung der Scheiben zueinander momentan versperrt und damit von benachbarten Taschen getrennt werden.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn ζ ei ch η et, dass dieStege (47, 67) und die in den beiden Mahlscheiben einander gegenüber liegenden Taschen (41-46, 61-66) dieselbe Breite haben.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (47, 67), die als gesonderte, in Nuten in den Mahlscheiben befestigte Elemente ausgeführt sind, aus härterem Werkstoff als die Mahlscheiben im übrigen gefertigt sind. ·
19. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die eine Mahlscheibe nichtumlaufend ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (61-66) in der nichtumlaufenden Mahlscheibe (12) im Radial schnitt die Form eines Kreissegments und die Taschen (41-46) in der umlaufenden Mahlscheibe (16) im Radial schnitt einen Umriss mit grösserem Neigungswinkel an ihrer radial gesehen inneren Wandfläche als an ihrer äusseren Wandfläche aufweisen.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, dass der im Axialschnitt gekrümmte Umriss der Taschen (41-46) in der umlaufenden Mahlscheibe (16) aus einem geraden oder nahezu geraden, in radialer Richtung inneren Teil (74), der also dem Mittelpunkt der Mahlscheibe (16) zunächst gelegen ist und mit der Ebene der Mahlfläche einen Winkel von ungefähr 90° bildet, und einem geraden oder nahezu geraden, in radialer Richtung äusseren Teil (72) besteht, der mit einem

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verhäl tnismässig kleinen Wi i; KeI zur Mahl fl ächenebene schräggestellt ist, und dass diese beiden Teile am Boden der Tasche tangentenförmig in einen zu einem Kreisbogen geformten Teil (73) übergehen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch g e kennzei chnet, dass der Kreisbogen (73) einem Halbmesser folgt, dessen Länge ungefähr mit der halben Tiefe der Taschen(41-46) übereinstimmt.

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