DE3733565A1 - Verfahren zum betriebsmaessigen fibrillieren von papierstoffasern und eine vorrichtung zur ausfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.

Es ist die sogenannte Lampen-Mühle als Laboreinrichtung bekannt, bei welcher eine metallische Kugel in einem ku­ gelförmigen Behälter bewegt wird, die durch ihr Eigenge­ wicht den Faserstoff mahlt. Dem "Handbuch der Papier und Papierfabrikation" 1966, zweite Auflage, Seite 1032 ist zu entnehmen, dass sie den Nachteil hat, dass ihre Ergeb­ nisse mit den praktischen Mahlergebnissen wenig über­ einstimmen. Daher wird sie wenig verwendet.

Die fehlende Uebereinstimmung der Lampen-Mühle mit den praktischen Mahlgeräten wie, z.B. Refinern, besteht darin, dass sie zu hohe Werte der im Labormassstab bear­ beiteten Papierstoffasern, wie z.B. Dehnung, Berstdruck, Fortreissfestigkeit usw. liefert. Diese Eigenschaft wird als Nachteil der Lampen-Mühle betrachtet.

Die Erfindung hat zum Ziel, diesen vermeintlichen Nachteil der Lampen-Mühle in einen Vorteil umzuwandeln, und zwar durch die Schaffung eines betriebsmässigen Verfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung, bei welchen die Papier­ stoffasern so behandelt werden, dass sie auch im Betrieb die besseren Werte der Lampen-Mühle erreichen. Mit anderen Worten, es wird nicht die Lampen-Mühle als schlecht be­ trachtet, weil sie z.B. den bekannten Refinern mit kanti­ gen Formen der Arbeitsgarnituren nicht entspricht, son­ dern die betriebsmässige Behandlung wird angepasst, um die besseren Werte der Lampen-Mühle zu erzielen.

Gleichzeitig soll eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens geschaffen werden, welche nach der Art der bisherigen Scheibenrefiner oder Kegelrefiner ausgebildet ist, so dass unter Umständen sogar ein Umbau bestehender Anlagen möglich ist.

Das wird durch ein Verfahren nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 sowie durch die Vorrichtung nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 6 erzielt.

Die Walzkraft der Wälzkörper ist dabei nicht durch ihr Ge­ wicht bestimmt und daher in weiten Grenzen einstellbar.

Ausserdem können die Wälzkörper in grosserAnzahl vorgese­ hen sein, so dass bei jeder Umdrehung der Vorrichtung ei­ ne grosse Anzahl von Ueberrollungen der Fasern erhalten wird. Der Antrieb der Wälzkörper durch Reibung ergibt ei­ ne sehr einfache Vorrichtung.

Es ist dabei möglich, die Laufflächen mit einem einstell­ baren Druck auf die Wälzkörper einwirken zu lassen, oder die Wälzkörper mit mindestens einer der Laufflächen in einen einstellbaren Abstand zu bringen. In beiden Fällen wird bei einer Behandlung des Papierstoffes damit eine einstellbare Druckkraft erzielt, die weit grösser sein kann als das Gewicht der Wälzkörper.

Ausserdem können die Wälzkörper auf den Laufflächen teil­ weise gleiten, wodurch eine vorteilhafte Bewegung gegen­ über den Stoffasern erzielt wird, welche die Fibrillie­ rung unterstützt.

Die einfachste Vorrichtung ist nach den Kennzeichen der Patentansprüche 6 und 7 ausgebildet.

Durch die Ausbildung nach dem Patentanspruch 8 wird eine Ausführung erzielt, bei welcher die Wälzkörper, in diesem Falle Kugeln, ständig ihre Bahn wechseln, was für die Ma­ schine wie auch den Mahlvorgang der Fasern günstig ist.

Durch die Ausbildung nach dem Patentanspruch 9 wird eine Ausführung ähnlich dem bekannten Kegelrefiner erhalten.

Durch die Massnahme nach dem Patentanspruch 10 kann die Wirksamkeit der Vorrichtung stark erhöht werden, indem zwischen den Wälzkörpern und den Laufflächen nicht nur punktuelle sondern eine linienförmige Berührung besteht.

Durch die Massnahme nach dem Patentanspruch 11 können die Wälzkörper an den fortschreitenden Zustand des Faserstof­ fes angepasst werden. So kann dieser, wenn er z.B. ra­ dial von der Achse nach aussen fliesst, durch immer klei­ nere Wälzkörper, z.B. Kugeln, behandelt werden.

Ebene Laufflächen mit nicht profilierten Laufbahnen wer­ den vorzugsweise nach Patentanspruch 12 ausgebildet.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Die Fig. 1 bis 5 verschiedene Ausführungen der Vor­ richtung im Schnitt,

Fig. 6 einen schematischen Teilschnitt nach der Li­ nie VI-VI in der Fig. 1,

die Fig. 7 bis 11 verschiedene radiale Schnitte nach der Linie VII-VII in der Fig. 6, wobei die Wälzkörper verschiedene Formen aufweisen und

Fig. 12 den tangentialen Schnitt XII-XII in der Fig. 11. In der Zeichnung sind in den einzelnen Figuren einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Nach der Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 mit einem Eingang 2 und einem Ausgang 3 ein im Gehäuse 1 befestigter Stator 4 und ein mit einer Welle 5 drehbarer Rotor 6 angeordnet. Der Stator 4 ist mit einer Lauffläche 7, der Rotor 6 mit einer Lauffläche 8 versehen. Zwischen den Laufflächen 7 und 8 befinden sich Kugeln 10. Der Stator 4 ist mit erhöh­ ten Rändern 11 versehen, welche eine Rückhaltung für die Kugeln 10 bilden, durch welche sie in ihrer Lage zwischen den Laufflächen gehalten werden. Der Rotor 6 ist rund um die Welle 5 mit Oeffnungen 12 versehen, welche eine Strö­ mung vom Eingang 2 durch die Oeffnungen 12 an den Kugeln 10 vorbei zum Ausgang 3 gestatten.

Die Welle 5 ist im Sinne des Doppelpfeiles S in der Höhe verstellbar, und zwar entweder um zwischen den auf der Statorscheibe 4 aufliegenden Kugeln 10 und der Rotorschei­ be 6 ein geringes Spiel D, von z.B. Zehntelmillimetern, einzuhalten, oder um die Rotorscheibe 6 mit einer ein­ stellbaren Kraft gegen die Kugeln anzupressen.

Die Fig. 2 unterscheidet sich von der Fig. 1 nur da­ durch, dass sich eine Rotorscheibe 6 zwischen zwei Stator­ scheiben 4 befindet. Die untere Statorscheibe 4 ist durch einen Gewindeteil 14 verstellbar, und zwar in diesem Fall zur Einstellung eines gegebenen Spieles zwischen den Ku­ geln 10 und den Statorscheiben 4 bzw. ihren Laufflächen 7. Die untere Statorscheibe ist durch eine nicht dargestell­ te Massnahme an einer Drehung gehindert, die obere ist im Gehäuse 1 befestigt.

In der Fig. 3 ist eine Anordnung mit horizontaler Achse dargestellt, wie sie den bekannten Scheibenrefinern ent­ spricht. Ausserdem ist hier ein Einstellmechanismus mit einem Gewindeteil 14 und einer Feder 15 dargestellt, wel­ cher im Betrieb die beiden Statorscheiben und die Rotor­ scheibe mit einer gegebenen einstellbaren Kraft aneinander­ presst.

In der Fig. 4 ist eine Ausführung dargestellt, welche sich an den bekannten Kegelrefiner anlehnt. Im Gehäuse 1, das einen konischen Teil 4 aufweist, ist auf der Welle 5 ein konischer Rotor 6 befestigt. Zwischen der konischen Lauffläche 7 des konischen Teiles 4 und der Lauffläche 8 des Rotors 6 sind Kugeln 10 angeordnet. Durch eine axiale Bewegung im Sinne des Doppelpfeiles S kann hier wieder entweder ein gewünschtes Spiel der Kugeln 10 gegenüber den Laufflächen oder eine gewünschte Anpresskraft der Lauf­ flächen erzielt werden.

Die in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen der Fig. 1, es sind dabei jedoch zwei Ro­ torscheiben 6 vorgesehen, deren Wellen 5 und 5′ gegensei­ tig um eine Exzentrizität E versetzt sind.

In der Fig. 6, welche den Schnitt VI-VI aus der Fig. 1 darstellt, wird eine mögliche Anordnung der Kugeln gezeigt. Diese sind frei zwischen den Laufflächen 7, 8 angeordnet, wo­ bei sie mit diesen wie auch untereinander Berührungspunkte haben. Dadurch ergeben sich viele Stellen, an welchen die Fasern bearbeitet werden können.

Die weiteren Fig. 7 bis 11 zeigen Ausführungsformen, bei welchen in den Laufflächen Laufbahnen für die Wälz­ körper ausgebildet sind, welche im Querschnitt profiliert und an die Form der Wälzkörper angepasst sind.

So sind dies in der Fig. 7 Nuten für die Kugeln 10, die nach der Art eines Kugellagers ausgebildet sind.

Nach der Fig. 8 sind anstatt Kugeln tonnenförmige Körper 10 a vorgesehen, wobei die Laufbahnen 21 an ihre Form ange­ passt sind. Dabei kann nur an einer Stelle eine einwand­ freie Abwälzbewegung der tonnenförmigen Wälzkörper 10 a entstehen. In allen übrigen Bereichen der Wälzkörper 10 a gleiten diese auf der Lauffläche 7, 8 bzw. der Laufbahn 21.

Nach der Fig. 9 sind die Wälzkörper 10 b konisch, mit ent­ sprechend angepasster Form der Laufbahn 21.

Die Fig. 10 zeigt eine Ausführung, bei der Kugeln 10 ver­ schiedener Grösse als Wälzkörper verwendet werden.

Bei seiner Bewegung radial nach aussen wird nämlich der Papierstoff zunehmend verfeinert und kann daher durch klei­ nere Wälzkörper bearbeitet werden. Gleichzeitig wird da­ durch einer Vergrösserung des offenen Querschnittes ent­ gegengewirkt.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 11 und 12 sind schliesslich Wälzkörper 10 c zylindrisch und sind in zy­ lindrischen Vertiefungen der beiden Scheiben des Stators und des Rotors angeordnet. Auch hier gilt das oben bezüg­ lich der Gleitbewegung Gesagte.

Im Betrieb wird der Vorrichtung eine Faserstoffsuspension von 3%-30% Stoffdichte zugeführt. Die im Wasser aufgequol­ lenen Fasern sind geschmeidig und werden beim Ueberrollen durch die Wälzkörper gequetscht und fibrilliert, d.h. in ihrer inneren Struktur aufgelockert, jedoch nicht gekürzt. Die Intensität der Behandlung kann anhand der Anzahl Ueber­ rollungen pro Volumeneinheit bestimmt werden.

Die so behandelten, fibrillierten Stoffasern ergeben ein Papier, das um 15% bis 20% höhere Festigkeitswerte auf­ weist, verglichen mit Papier aus Faserstoff, der im Refi­ ner behandelt wurde. Wichtig ist auch, dass die erfindungs­ gemässe Behandlung gleichmässigere Ergebnisse liefert als eine Mahlung im Refiner.

Da beim erfindungsgemässen Vorgang die Fasern nicht ge­ kürzt werden, muss, wenn eine Kürzung beabsichtigt ist, diese in besonderen Mahlgeräten erfolgen.

Es handelt sich somit um ein neuartiges Verfahren, da bis­ her immer Fibrillieren, z.B. im Refiner, mit einer unver­ meidbaren Kürzung der Fasern verbunden war.

Claims (14)

1. Verfahren zum betriebsmässigen Fibrillieren von Papier­ stoffasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierstoffasern in einer Suspension mit einer Stoffdichte von 3% bis 30% durch eine Mehrzahl von Wälz­ körpern (10-10 c) gewalzt werden, wobei die Walzkraft der Wälzkörper grösser ist als ihr Gewicht.

2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Wälzkörper zwischen zwei Lauf­ flächen (7, 8) umlaufen, von denen mindestens eine gegen­ über der anderen eine Drehbewegung ausführt.

3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Laufflächen (7, 8) mit einem einstellbaren Druck auf die Wälzkörper (10-10 c) ein­ wirken.

4. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Wälzkörper (10-10 c) von mindestens einer der Laufflächen (7, 8) einen einstellbaren Abstand (D) haben.

5. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass sich die Wälzkörper (10 c) auf den Laufflächen (7, 8) teilweise abwälzen und teilweise gleiten.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patent­ anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauflächen (7, 8) an mindestens zwei in einem Ge­ häuse (1) angeordneten (Teilen (4, 6, 20) ausgebildet sind, von denen mindestens einer ein mit einem Antrieb (5) ver­ sehener Rotor (6) ist, wobei die Wälzkörper (10-10 c) im Betrieb durch Reibung angetrieben sind.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Laufflächen (7, 8) auf einem angetriebenen Rotor (6) und mindestens einem in ei­ nem Gehäuse (1) befestigten Stator (4) ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Rotor (6) und der Stator (4) ebene Lauflächen (7, 8) aufweisen, welche senkrecht zur Drehachse (A) der Umlaufbewegung stehen (Fig. 1, 2, 3, 4).

9. Vorrichtung nach Patentanspruch 6 , dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Laufflächen (7, 8) auf zwei ebenen Rotoren (6) ausgebildet sind, die voneinander abweichende Drehbewegungen um gegenseitig versetzte Achsen (A) ausführen.

10. Vorrichtung nach Patentanspruch 6 , dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Rotor (6) und der Stator (4) konische Laufflächen (7, 8) aufweisen (Fig. 5).

11. Vorrichtung nach Patentanspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass auf den Laufflächen (7, 8) Laufbahnen (21) ausgebildet sind, welche im Querschnitt profiliert und an die Form der Wälzkörper (10-10 c) ange­ passt sind.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stator (4) und dem Rotor (6) Wälzkörper (10) verschiedener Grössen angeordnet sind (Fig. 6).

13. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen (7, 8) Rückhaltungen (11) aufweisen, die die Wälzkörper (10) festhalten.

14. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach der Art der bekannten Refiner ausgebildet ist.