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Papierstoffmühle
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Die Erfindung betrifft eine Papierstoffmühle, insbesondere zur Herstellung
von Papier- und Pappespezialarten der im Patentanspruch 1 angegebenen Gattung.
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Für die Fertigung spezieller Papier- und Pappearten, wie z. B. für
Pergamentersatz, Pauspapier, Tiefziehkofferpappe u. ä., soll durch das Mahlen eine
vollkommene Fibrillierung der Fasern und eine gleichbleibende Homogenität des ausfließenden
Mahlgutes sichergestellt werden. Für diese Zwecke haben sich z. B. Scheibenmühlen
bestens bewährt, deren Mahlorgane aus poröser Basaltlava bestehen. Die Nachteile
dieser Mahlorgane bestehen jedoch in ihrer geringen Lebensdauer, dem hohen Preis
und in der begrenzten Menge an geeigneten Grundrohstoffen. Das Ersetzen der Basaltlavamahlorgane
durch preiswerte Stahlmahlorgane mit einer langen Lebensdauer führt zu einer Reihe
von Problemen, wie hoher Energieverbrauch und schlechterer Qualität des Mahlgutes.
Die Notwendigkeit einer perfekten Fibrillierung der Fasern führt zum Anwachsen der
Pumpenleistung
und Erhöhung des spezifischen Energieverbrauches.
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Bei der Herstellung von Pergamentersatz wird der Faserstoff bis zu
84 bis 870 SR ausgemahlen und der Energieverbrauch für das Mahlen bewegt sich bei
einem Basaltlava-Holländer im Bereich von 550 bis 700 kWh/t. Bei Scheiben- und Kegelmühlen
mit Stahlmahlorganen bewegt sich der spezifische Energieverbrauch jedoch im Bereich
von 750 bis 950 kWh/t. Ein weiterer Nachteil bekannter Papierstoffmühlen mit Stahlmahlorganen
besteht in der ungenügenden Qualität des Mahlgutes bezüglich der Homogenität und
Vollkommenheit der Faserfibrillierung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Papierstoffmühle mit Stahlmahlorganen
zu schaffen, welche eine zumindest gleiche Leistungsaufnahme und Qualität des Mahlgutes
wie bei Verwendung von Basaltmahlorganen erbringt, deren Mahlorgane jedoch gegenüber
diesen eine höhere Lebensdauer bei geringerem Preis besitzen.
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Die erfindungsgemäße Papierstoffmühle enthält zumindest eine feste
und eine bewegliche Scheibe, die an ihren ebenen oder kegelförmigen Mahl flächen
ein System von Nuten verschiedener Breite und Tiefe aufweisen. Gemäß der Erfindung
weisen die Mahlorgane an den Mahlflächen der Scheiben Systeme von drei Typen gerader,
in Flußrichtung des Stoffes abgestufter, breiter und tiefer, gegenseitig aneinander
anschließender Nuten auf. Die ersten Nuten sind die breitesten und tiefsten und
schließen mit der Radialrichtung gegen die Rotationsrichtung der Scheibe einen Winkel
OL im Bereich von 10 bis 200 ein.
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Die zweiten, engeren und flacheren Nuten schließen mit der Radialrichtung
gegen die Rotationsrichtung einen Winkel ß =
3 a. ein und die dritten
engsten und flachsten Nuten sind gegen die Richtung der rotierenden Scheibe gerichtet
und schließen mit den zweiten Nuten einen Winkel r im Bereich von 800 bis 1000 ein.
Auf jede erste, breiteste und tiefste Nut entfallen zumindest zwei zweite, engere
und flachere Nuten. Auf jeden cm Länge einer zweiten engeren und flacheren Nut entfallen
1,25 bis 2 der engsten und flachsten Nuten. Die ersten, breitesten und tiefsten
Nuten der festen Scheibe sind an den Eingängen geschlossen und an den Ausgängen
offen und an der rotierenden Scheibe an den Eingängen offen und an den Enden geschlossen.
Die zweiten, engeren und flacheren Nuten sind am Außenumfang der festen Scheibe
offen und am Außenumfang der rotierenden Scheibe geschlossen. Die dritten engsten
und flachsten Nuten sind an ihren Enden geschlossen.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der vorgeschlagenen Mahlorgane
besteht darin, daß die ersten, breitesten und tiefsten Nuten an ihren Enden in die
zweiten, engeren und flacheren Nuten übergehen.
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Vorzugsweise soll der Winkel CL zwischen den ersten Nuten und der
Radialrichtung 150, der Winkel ß zwischen den zweiten Nuten und der Radialrichtung
450 und der Winkel r zwischen den zweiten und dritten Nuten 900 betragen.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal besteht darin, daß die Breiten
der einander entsprechenden Nuten an der festen Scheibe und der rotierenden Scheibe
übereinstimmen. Auch die Tiefen der einander entsprechenden Nuten an der festen
und an der rotierenden Scheibe sollten zweckmäßigerweise gleich sein.
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Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Mechanismus wird eine intensive
Fibrillierung der Fasern erreicht, welche mit
derjenigen durch Verwendung
von Basaltlavamahlorganen erzielten vergleichbar ist. Ein Vorzug der Mahlorgane
besteht in der Möglichkeit einer Papierstoff-Fertigung auf übliche Art, wobei die
Stahlmahlorgane gegen Abnutzung widerstandsfähig sind, und eine lange Lebensdauer
sowie einen geringen Preis der Papierstoffmühle gewährleisten.
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Versuche mit den erfindungsgemäßen Mahlorganen haben bewiesen, daß
sie bezüglich der Zellstoffibrillierung den Basaltlavaorganen vollkommen gleichwertig
sind. Dabei ist ihre Lebensdauer wesentlich länger und der spezifische Energieverbrauch
ist geringer als bei Verwendung von Basaltlavamahlorganen. So bewegt sich z. B.
beim Mahlen von Pergamentersatz der spezifische Energieverbrauch im Bereich von
510 bis 550 kWh/t.
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Die Praxis hat ferner gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Mahlorgane
nicht bloß für hoch ausgemahlenen Papierstoff, wie für Pergamentersatz, Pauspapier
u. ä., geeignet sind, sondern auch zur Herstellung fester Papiere Anwendung finden
können, bei denen eine Erweiterung der mechanischen Eigenschaften bereits bei einer
geringen Mahlstufe verlangt wird. Ein weiterer Anwendungsbereich besteht im Nachmahlen
von Altpapier, wobei eine Erneuerung der Plastizität und der Bindungseigenschaften
der Fasern bei beschränkter Schrumpfung verlangt wird.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine Papierstoffmühle, insbesondere
zur Herstellung von Papier- und Pappespezialarten, wie z. B. für Pergamentersatz,
Pauspapier, Tiefziehkofferpappe u. ä., welche eine vollkommene Fibrillierung der
Fasern und eine gleichbleibende Homogenität des Mahlgutes bzw. des Papierstoffes
sicherstellt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung
der stählernen
Mahlorgane werden die Nachteile bekannter Mahlorgane aus Basaltlava oder Stahl beseitigt
und die Qualität des Papierfaserstoffes verbessert. Die Mahlorgane an der festen
und der rotierenden Scheibe weisen an ihren Mahl flächen Systeme von jeweils drei
Typen gerader Nuten auf.
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Die ersten, breitesten und tiefsten Nuten schließen mit der Radialrichtung
gegen die Drehrichtung einen spitzen Winkel X von 10 bis 200 ein. In diese Nuten
münden zweite, engere und flachere Nuten, die mit der Radialrichtung gegen die Rotationsrichtung
einen Winkel ß = 3 cc einschließen.
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An die zweiten Nuten schließen dritte, engste und flachste Nuten an,
die mit den zweiten Nuten einen Winkel r von 0 80 bis 100 einschließen.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch den Funktionsteil
der Papierstoffmühle, Fig. 2 einen Ausschnitt der Mahlfläche der festen Scheibe,
Fig. 3 einen Ausschnitt der Mahlfläche der rotierenden Scheibe, Fig. 4 und 5 eine
andere Anordnung der Nuten in der Mahlfläche der festen und der rotierenden Scheibe,
Fig. 6 und 7 je einen Schnitt durch die feste und die rotierende Scheibe nach Fig.
2.
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Die Papierstoffmühle nach Fig. 1 besteht aus einem Gehäuse 3 mit
einem stirnseitigen Deckel 4, mit einem zentralen Eintragsstutzen 5, welcher zum
Innenraum 9 des Gehäuses 3 axial ausgerichtet ist und mit einem zum Innenraum 9
radial gerichteten Austragsstutzen 6. In das Gehäuse 3 ist gleichachsig mit dem
Eintragsstutzen 5 eine Stopfbüchse 7 eingebaut, in der eine Welle 8 gelagert ist.
Auf dem kegeligen Ende 81 der Welle 8 ist ein Rotor 21 aufgekeilt und durch eine
Mutter 12 gesichert. Am Deckel 4 ist die feste Scheibe 1 und am Rotor 21 ist die
rotierende Scheibe 2 angeschraubt.
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An der Mahlfläche der festen Scheibe 1 nach Fig. 2 und der rotierenden
Scheibe 2 nach Fig. 3 ist je ein System von geradlinigen Nuten 31, 41, 51 bzw. 32,
42, 52 von drei Typen gerader Nuten 310, 410, 510 oder 320, 420, 520 ausgeführt,
deren Breiten und Tiefen in Richtung des Stoff-Flusses abgestuft sind. Die Nuten
310, 410, 510 oder 320, 420, 520 schließen aneinander gegenseitig an. Die ersten,
breitesten und tiefsten Nuten 310 bzw. 320 schließen mit der Radialrichtung 100
bzw. 200 in Gegenrichtung zur Rotation der rotierenden Scheibe 2 einen spitzen Winkel
a ein. Die zweiten, engeren und flacheren Nuten 410 bzw. 420 schließen mit der Radialrichtung
100 bzw. 200 einen Winkel ß ein, der das Dreifache des Winkels « beträgt. Die dritten,
engsten und flachsten Nuten 510 bzw. 520 sind entgegengesetzt der Rotationsrichtung
der' rotierenden Scheibe 2 gerichtet und schließen mit den zweiten, engeren und
flacheren Nuten 410 bzw. 420 einen Winkel > im Bereich von 80 bis 1000 ein.
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Von den zweiten, engeren und flacheren Nuten 410 bzw.
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420 entfallen zumindest zwei auf jede breiteste und tiefste Nut 310
bzw. 320. Von den dritten, engsten und flachsten Nuten 510 bzw. 520 entfallen 1,25
bis 2 auf einen jeden cm der Länge der zweiten, engeren und flacheren Nut 410 bzw.
420.
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An der festen Scheibe 1 sind die ersten, breitesten und tiefsten
Nuten 310 radial innen an den Eingängen 313 geschlossen und an den radial äußeren
Enden 314 offen. Die zweiten engeren und flacheren Nuten 410 sind an den Eingängen
413 und Enden 414 offen und die dritten, engsten und flachsten Nuten 510 sind an
den Eingängen 513 offen und an den Enden 514 geschlossen.
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An der rotierenden Scheibe 2 sind die ersten Nuten 320 an den radial
innenliegenden Eingängen 323 offen und an den radial äußeren Enden 324 geschlossen.
Die zweiten Nuten 420 sind an den Eingängen 423 offen und an den radial äußeren
Enden 424 geschlossen und die dritten Nuten 520 sind an den Eingängen 523 offen
und an den Enden 524 geschlossen.
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Bei der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 geht jede erste, breiteste
und tiefste Nut 310 der festen Scheibe 1 an ihrem radial äußeren Ende 314 in eine
zweite, engere und flachere Nut 410 über. Ebenso mündet in die erste, breiteste
und tiefste Nut 320 der rotierenden Scheibe 2 am radial äußeren Ende 324 eine zweite,
engere und flachere Nut 420.
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Die Tiefen 312, 412, 512 der Nuten in der festen Scheibe 1 nach Fig.
6 und die Tiefen der Nuten 322, 422, 522 in der rotierenden Scheibe 2 nach Fig.
7 werden allmählich in Richtung des Stoff-Flusses geringer.
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Die Arbeitsweise der Mahlorgane ist folgende: Aus dem Eintragsstutzen
5 gelangt der Stoff in die ersten, breitesten und tiefsten Nuten 320 der rotierenden
Scheibe 2 und strömt in die zweiten, engeren und flacheren Nuten 420 der rotierenden
Scheibe 2 und in die dritten, engsten und flachsten Nuten 520. Auf diese Art ist
die gesamte
Mahlzone angefüllt. Den freien Abfluß des Stoffes aus
der Mahlzone verhindern die geschlossenen Enden 324, 424 und 524 der verschiedenen
Nuten 320, 420 und 520 in der rotierenden Scheibe 2. Der Stoff wird gezwungen, über
die dritten, schmalsten Nuten 510 in die zweiten, engeren und flacheren Nuten 410
und die ersten, breitesten und tiefsten Nuten 310 der festen Scheibe 1 zu fließen,
und kann erst dann außerhalb der Arbeitszone abfließen. Der beschriebene Zyklus
des Stoffdurchflusses bewirkt, daß praktisch sämtliche Fasern einer Bearbeitung
unterliegen, so daß eine große Homogenität des ausgemahlenen Stoffes erreicht wird.
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Durch die erzwungene Strömung des Stoffes aus dem System der ersten,
breitesten und tiefsten Nuten 320 und der zweiten, engeren und flacheren Nuten 52
der rotierenden Scheibe 2 in das System der dritten, engsten und flachsten Nuten
51, der zweiten, engeren und flacheren Nuten 41 und der ersten, breitesten und flachsten
Nuten 31 der festen Scheibe 1 wird eine Begrenzung der Leistungsaufnahme der Pumpe
erreicht, so daß eine wesentliche Verminderung des Energieverbrauches erfolgt.
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Beim Stoffdurchgang durch die dritten, engsten und flachsten, an
den Enden 524 geschlossenen Nuten 520 der rotierenden Scheibe 2 und durch die dritten,
engsten und flachsten, an den Enden 514 geschlossenen Nuten 510 der festen Scheibe
1 erfolgt ein relatives Verdichten des gemahlenen Stoffes. Dies wird dadurch verursacht,
daß das Wasser und feine Teilchen leichter abgehen und die nicht bearbeiteten und
umfangreicheren Fasern an den Wänden der dritten, engsten und flachsten Nuten 520
der rotierenden Scheibe 2 und der dritten, engsten und flachsten Nuten 510 der festen
Scheibe 1 festgehalten und einem verdichtenden Mahlvorgang unterworfen werden.