EP1573121A1 - Method and device for treating fibrous material - Google Patents

Method and device for treating fibrous material

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Publication number
EP1573121A1
EP1573121A1 EP03779867A EP03779867A EP1573121A1 EP 1573121 A1 EP1573121 A1 EP 1573121A1 EP 03779867 A EP03779867 A EP 03779867A EP 03779867 A EP03779867 A EP 03779867A EP 1573121 A1 EP1573121 A1 EP 1573121A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grinding
elevations
depressions
rotors
zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03779867A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Axel Dreyer
Axel Gommel
Harald Hess
Tillman Katzenmaier
Michael Kramer
Hermann Kleinschnittger
Volker Niggl
Reimund Rienecker
Paul-Wilhelm Sepke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Voith Paper Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH, Voith Paper Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP1573121A1 publication Critical patent/EP1573121A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D21D1/34—Other mills or refiners
    • D21D1/38—Other mills or refiners with horizontal shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084—Toothed wheels

Definitions

  • the invention relates to a method for fiber treatment according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 7.
  • Process for fiber treatment of the above Kinds are generally also referred to as grinding processes. It has long been known that pulp fibers have to be ground so that the paper subsequently produced from them has the desired properties, in particular strength, formation and surface. By far the most frequently used grinding processes use grinding surfaces which are provided with strips known as knives. The corresponding machines are mostly called knife refiners. For special cases, grinding processes are also used in which at least one of the grinding surfaces is knife-free, so that the grinding work is transmitted by friction or shear forces.
  • the effect of the method can be controlled over a wide range by changing the grinding parameters, and in addition to the amount of grinding, a distinction is also made in particular as to whether a more cutting or more fibrous grinding is desired. If pulp fibers are processed by the known grinding processes, their resistance to dewatering increases with increasing grinding. A common measure of drainage resistance is the Schopper-Riegler degree of grinding.
  • the drum is provided with circumferential grooves or grooves, part of the suspension and the water squeezed out in the gaps (“nips”) are guided past the actual grinding gap in these grooves in order to be mixed again later with the ground, thickened fibrous material. In this way, problems in the operation of such a machine are to be avoided even with a higher throughput.
  • the width of the grinding gaps is smaller than the fiber length.
  • the invention is based on the object of providing a method for treating pulp with which it is possible to change pulp or paper fibers in such a way that the strengths of the paper produced therefrom are increased.
  • the increase in dewatering resistance that occurs should be at least less than in known grinding processes.
  • the new grinding process essentially works in such a way that in the grinding zone the elevations of one grinding surface are pressed into the recesses of the other grinding surface, with the fibers to be processed in between. As a result, pressure pulses are transmitted to the fibers.
  • the kinematics of the thus shaped and moving grinding surfaces prevent an undesirable, strong shear stress on the fibers, which, as is known, can lead to fibrillation of the outer fiber wall, tearing of fibrils or even shortening of the fibers. This is a decisive difference to grinding with knife refiners or with toothed disk dispersers. Basically, three important advantages are achieved compared to the known grinding processes: 1. - The fiber length is retained much better. 2. - The fiber surface is not or significantly less fibrillated.
  • the process delivers particularly good results with native fibers, both with short and long fibers. If it is used on recycled fibers, the advantages mentioned under 1. and 2. may be important. Recycled fibers have already undergone at least one, often even several grinding processes, so that any further size reduction can be avoided.
  • Fig. 1 shows a simple example of apparatus for performing the inventive
  • FIG. 1 shows the sequence of rotation of two rotors in seven positions over 90 °.
  • 3 shows an embodiment with six grinding rotors in a schematic side view
  • Figure 4 shows the device of Figure 3 in top view
  • Fig. 5 shows a variant of the device shown in Fig. 1 with special
  • FIG. 1 shows a variant of the method using two corrugated, engaged rollers
  • 7 shows two grinding rotors with a large number of teeth in engagement
  • Fig. 8 shows an example, similar to that of Fig. 1, but with a grooved grinding surface.
  • the method is explained on the simple device shown in FIG. 1.
  • the device is provided with two rotors 1, 2, which are arranged in parallel in a housing 6.
  • the drive 7 can act on one or both rotors.
  • the surfaces of the rotors 1, 2 touched by the fibrous material F form the grinding surfaces.
  • the rotors 1, 2 have the same cross sections over the axial extent.
  • the smallest distance 9 between the rotors and the inner wall of the housing is not always as small as possible, since the grinding device has completely different functions than a pump.
  • the spacing of the rotors from one another is set by an actuating device 8, which is only indicated. Either the force or the distance can serve as a manipulated variable. As a rule, contact between the two grinding surfaces is prevented.
  • the grinding zone 3 is located at the point at which the grinding surfaces of different rotors come closest to one another.
  • the fibrous material F which completely or almost completely fills the housing 6, is brought into this grinding zone, the direction of transport of which is mainly in the direction of movement of the elevations 4 lies. It is compressed briefly in the grinding zone and thus contains the pressure pulse required for the desired change in the paper fibers. After passing through the grinding zone 3, the fibrous material is depressurized. It can be assumed that in many cases this grinding process has to be repeated several times, ie that the fibrous material has to be passed through a grinding zone 3 several times.
  • the size of the distance 9 influences the recirculated amount. It can be adjustable by appropriate internals. An excessively large distance 9 can favor the passage of unground fiber.
  • the relative movement of the grinding surfaces in the grinding zone 3 to one another is slight, but as a rule not zero everywhere. This does involve a certain amount of shear stress on the fibers, but due to the very low shear travel it is not comparable to the processes in a knife refiner or in a pulley disperger.
  • the predominant strain on the fibers is the pressure pulse.
  • FIG. 2 The known kinematic process, which arises from the rotation of two intermeshing rotors (similar to the Roots blower), is shown schematically in FIG. 2. Starting from the situation shown at the top left, a part (90 °) of the rotation process is shown, in which both rotors have been rotated against each other by 15 ° (angle ⁇ ). The different positions are marked with letters a to g.
  • FIG. 3 In which, for example, six rotors which can be moved relative to one another are arranged parallel to one another. This results in a larger number of grinding zones.
  • FIG. 4 This device is shown in FIG. 4 in a view from above. Both drawings are to be understood as sketches, since they only show the working principle.
  • a seal being made between the housing and the outer contours of the rotors.
  • a seal can e.g. by radially movable slide plates 10, which are provided at their front end with sealing rollers 11.
  • the sealing rollers 11 roll on the surfaces of the rotors 1 and 2 in such a way that no or only a small leakage current can occur at this point.
  • the sealing rollers may be provided with scraper strips 13 in order to seal the gap to the slide plate 10.
  • the slide plates 10 can e.g. are pressed against the rotors in the axial direction by means of springs 12. It is also possible to press the slide plates 10 with a relatively large force, so that, with appropriate rotatability of the rotors 1 and 2, the grinding force is generated in the grinding zone 3.
  • a device can be used in which the rotors 1 ' , 2 ' are provided with a larger number of elevations 4 ' and depressions 5 ' which are engaged in the grinding zone 3, as is shown in FIG 6 is indicated.
  • the shape can be rounded to a relatively large extent or, as shown in FIG. 7, similar to an involute toothing in which, as is known, the relative movement between contacting surfaces is minimal. The selection of these shapes depends on the desired grinding result.
  • the elevations 4 ' and depressions 5 ' can - as shown here - run axially parallel. However, they can also have the shape of helical teeth, which makes the grinding process smoother and the running of the grinding device quieter.
  • a rotor 2 " has a larger number of grooves 14. These have the advantage of increasing the height and number of pressure pulses. You can also use the local dewatering of the fibrous material in the grinding gap Their depth t is advantageously about 2 to 5 mm and the width u is advantageously greater than 2 mm.
  • the grooves 14 can run parallel to the central axis of the rotor 2 " . However, they can also be set at an angle, for example to achieve an axial conveying effect, if desired. It is to be expected that the combination of grooves on a rotor 2 ′′ with a smooth grinding surface on the counter-rotor 1 is particularly favorable for carrying out the method. It is also conceivable to make blind bores on one rotor or both rotors instead of the grooves.

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Abstract

The inventive method serves to alter suspended paper fibers or cellulose fibers, particularly in order to increase the strength of the paper produced from these fibers. To this end, beating surfaces provided with elevations (4) and depressions (5) are pressed against one another and displaced in such a manner that, in the beating area (3), the elevations (4) of a beating surface are pressed into the depressions (5) of another beating surface. This results in the cellulose fibers or paper fibers receiving particularly advantageous pressure impulses.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur FaserstoffbehandlungProcess and device for fiber treatment
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Faserstoffbehandlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The invention relates to a method for fiber treatment according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 7.
Verfahren zur Faserstoffbehandlung der o.g. Art werden im Allgemeinen auch als Mahlverfahren bezeichnet. Seit langem ist bekannt, dass Zellstofffasern gemahlen werden müssen, damit das später daraus hergestellte Papier die gewünschten Eigenschaften, insbesondere Festigkeiten, Formation und Oberfläche aufweist. Die weitaus am häufigsten verwendeten Mahlverfahren benutzen solche Mahlflächen, die mit als Messer bezeichneten Leisten versehen sind. Die entsprechenden Maschinen werden zumeist Messerrefiner genannt. Für Spezialfälle werden auch Mahlverfahren verwendet, bei denen mindestens eine der Mahlflächen messerlos ist, so dass die Mahlarbeit durch Reib- oder Scherkräfte übertragen wird.Process for fiber treatment of the above Kinds are generally also referred to as grinding processes. It has long been known that pulp fibers have to be ground so that the paper subsequently produced from them has the desired properties, in particular strength, formation and surface. By far the most frequently used grinding processes use grinding surfaces which are provided with strips known as knives. The corresponding machines are mostly called knife refiners. For special cases, grinding processes are also used in which at least one of the grinding surfaces is knife-free, so that the grinding work is transmitted by friction or shear forces.
Die Wirkung des Verfahrens lässt sich durch Ändern der Mahlparameter in einem weiten Bereich steuern, wobei neben der Höhe der Ausmahlung insbesondere auch unterschieden wird, ob eine stärker schneidende oder stärker fib illierende Mahlung gewünscht wird. Werden Zellstofffasern durch die bekannten Mahlverfahren bearbeitet, so steigt ihr Entwässerungswiderstand mit zunehmender Ausmahlung. Ein übliches Maß für den Entwässerungswiderstand ist der Mahlgrad nach Schopper-Riegler.The effect of the method can be controlled over a wide range by changing the grinding parameters, and in addition to the amount of grinding, a distinction is also made in particular as to whether a more cutting or more fibrous grinding is desired. If pulp fibers are processed by the known grinding processes, their resistance to dewatering increases with increasing grinding. A common measure of drainage resistance is the Schopper-Riegler degree of grinding.
Die Erhöhung des Mahlgrades wirkt sich bei der Blattbildung auf der Papiermaschine ungünstig aus, wird aber hingenommen, da die bereits genannten Qualitätsmerkmale des Zellstoffes eine überragende Rolle für dessen Einsetzbarkeit spielen. In vielen Fällen werden die Mahiparameter so gewählt, dass der zur Erreichung der geforderten Faserqualität eingetretene Mahlgradanstieg möglichst gering ist. Diese Einflussmöglichkeit ist aber sehr begrenzt. Außerdem kann dadurch die Mahlung kraftwirtschaftlich ungünstiger werden. Aus der US 4,685,623 ist ein Mahlverfahren bekannt, das mit weniger Energie auskommen soll. Die zu mahlende Papierfasersuspension wird in Spalte ("nips") geführt, die sich zwischen einer rotierenden Trommel und mehreren außen daran abrollenden Walzen bilden. Dabei werden die Walzen mit einer definierten Kraft angedrückt, so dass im Mahlspalt ein Entwässern und Quetschen der Fasern erfolgt. Da die Trommel mit umlaufenden Nuten oder Rillen versehen ist, wird ein Teil der Suspension und das in den Spalten ("nips") abgedrückte Wasser in diesen Rillen am eigentlichen Mahlspalt vorbeigeführt, um später wieder mit dem gemahlenen eingedickten Faserstoff vermischt zu werden. Auf diese Weise sollen Probleme bei dem Betrieb einer solchen Maschine auch bei größerem Durchsatz vermieden werden. Die Breite der Mahlspalte ist kleiner als die Faserlänge.Increasing the degree of grinding has an unfavorable effect on sheet formation on the paper machine, but is accepted because the quality characteristics of the pulp mentioned above play an outstanding role in its usability. In many cases, the mahi parameters are selected so that the increase in freeness to achieve the required fiber quality is as small as possible. However, this influence is very limited. In addition, this can make the grinding less economical. A grinding method is known from US Pat. No. 4,685,623 which is to use less energy. The paper fiber suspension to be ground is led into nips which form between a rotating drum and several rollers rolling on the outside. The rollers are pressed on with a defined force, so that the fibers are dewatered and squeezed in the grinding gap. Since the drum is provided with circumferential grooves or grooves, part of the suspension and the water squeezed out in the gaps (“nips”) are guided past the actual grinding gap in these grooves in order to be mixed again later with the ground, thickened fibrous material. In this way, problems in the operation of such a machine are to be avoided even with a higher throughput. The width of the grinding gaps is smaller than the fiber length.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Faserstoffbehandlung zu schaffen, mit dem es möglich ist, Zellstoff - oder Papierfasern so zu verändern, dass die Festigkeiten des daraus hergestellten Papiers erhöht werden. Die dabei auftretende Zunahme des Entwässerungswiderstandes soll zumindest geringer sein als bei bekannten Mahlverfahren.The invention is based on the object of providing a method for treating pulp with which it is possible to change pulp or paper fibers in such a way that the strengths of the paper produced therefrom are increased. The increase in dewatering resistance that occurs should be at least less than in known grinding processes.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features mentioned in claim 1.
In den Ansprüchen 8 bis 16 werden Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.In claims 8 to 16 devices for performing the method are described.
Das neue Mahlverfahren arbeitet im Wesentlichen so, dass in der Mahlzone die Erhebungen der einen Mahlfläche in die Vertiefungen der anderen Mahlfläche hineingedrückt werden, wobei sich dazwischen die zu bearbeitenden Fasern befinden. Dadurch werden auf die Fasern Druckimpulse übertragen. Die Kinematik der so geformten und bewegten Mahlflächen verhindert eine hier nicht erwünschte, starke Scherbeanspruchung der Fasern, die bekanntlich zur Fibrillierung der Faseraußenwand zum Abreißen von Fibrillen bis hin zur Faserkürzung führen kann. Hierin liegt ein entscheidender Unterschied zur Mahlung mit Messerrefinem oder mit Zahnscheibendispergern. Gegenüber den bekannten Mahlverfahren werden also im Wesentlichen drei wichtige Vorteile erzielt: 1. - Die Faserlänge bleibt wesentlich besser erhalten. 2. - Die Faseroberfläche wird nicht oder bedeutend weniger fibrilliert.The new grinding process essentially works in such a way that in the grinding zone the elevations of one grinding surface are pressed into the recesses of the other grinding surface, with the fibers to be processed in between. As a result, pressure pulses are transmitted to the fibers. The kinematics of the thus shaped and moving grinding surfaces prevent an undesirable, strong shear stress on the fibers, which, as is known, can lead to fibrillation of the outer fiber wall, tearing of fibrils or even shortening of the fibers. This is a decisive difference to grinding with knife refiners or with toothed disk dispersers. Basically, three important advantages are achieved compared to the known grinding processes: 1. - The fiber length is retained much better. 2. - The fiber surface is not or significantly less fibrillated.
3. - Die spezifische Mahlarbeit zur Erreichung der gewünschten Festigkeiten ist im3. - The specific grinding work to achieve the desired strength is in
Allgemeinen geringer.Generally lower.
Vergleichsversuche mit Langfaserzellstoff haben gezeigt, dass zur Erzielung einer gewünschten Reißlänge mit dem neuen Verfahren im Gegensatz zur auf denselben Wert führenden Refinermessermahlung ein weit geringerer Mahlgradanstieg, gemessen in Schopper-Riegler, aufgetreten ist. Die benötigte spezifische Mahlarbeit lag fast 50 % niedriger. Es ist anzunehmen, dass bei Durchführung des erfindungsgemäßen Mahlverfahrens die Oberfläche der Fasern so verändert wird, dass sie eine verbesserte Flexibilität und Bindungsfähigkeit erhält, ohne dass Fibrillen aus der äußeren Oberfläche der Fasern herausgelöst werden müssen.Comparative tests with long-fiber pulp have shown that in order to achieve a desired tearing length with the new method, in contrast to refiner knife grinding with the same value, a much smaller increase in the degree of grinding, measured in Schopper-Riegler, has occurred. The specific grinding work required was almost 50% lower. It can be assumed that when the grinding process according to the invention is carried out, the surface of the fibers is changed in such a way that it obtains improved flexibility and binding ability without the need to remove fibrils from the outer surface of the fibers.
Besonders gute Ergebnisse liefert das Verfahren bei nativen Fasern, und zwar sowohl bei Kurz- als auch bei Langfaserstoff. Wird es auf rezyklierte Fasern angewendet, können die unter 1. und 2. genannten Vorteile wichtig sein. Rezyklierte Fasern haben bereits mindestens einen, oft sogar mehrere Mahlvorgänge hinter sich, so dass jede weitere Zerkleinerung gerne vermieden wird.The process delivers particularly good results with native fibers, both with short and long fibers. If it is used on recycled fibers, the advantages mentioned under 1. and 2. may be important. Recycled fibers have already undergone at least one, often even several grinding processes, so that any further size reduction can be avoided.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:The invention and its advantages are explained with reference to drawings. Show:
Fig. 1 ein einfaches apparatives Beispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßenFig. 1 shows a simple example of apparatus for performing the inventive
Verfahrens; Fig. 2 den Ablauf der Rotation von zwei Rotoren in sieben Positionen über 90° dargestellt; Fig. 3 eine Ausführungsform mit sechs Mahlrotoren in schematischer Seitenansicht; Fig. 4 die Vorrichtung der Fig. 3 in Ansicht von oben; Fig. 5 eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung mit speziellenprocess; Figure 2 shows the sequence of rotation of two rotors in seven positions over 90 °. 3 shows an embodiment with six grinding rotors in a schematic side view; Figure 4 shows the device of Figure 3 in top view; Fig. 5 shows a variant of the device shown in Fig. 1 with special
Seitenabdichtungen; Fig. 6 eine Variante des Verfahrens mit Verwendung zweier geriffelter, im Eingriff stehender Walzen; Fig. 7 zwei Mahlrotoren mit einer großen Zahl von im Eingriff stehenden Zähnen; Fig. 8 ein Beispiel, ähnlich wie das der Fig. 1 , aber mit gerillter Mahlfläche. An der in Fig. 1 dargestellten einfachen Vorrichtung wird das Verfahren erläutert. Die Vorrichtung ist mit zwei Rotoren 1 , 2 versehen, die in einem Gehäuse 6 parallel angeordnet sind. Der Antrieb 7 kann auf einen oder beide Rotoren wirken. Die vom Faserstoff F berührten Oberflächen der Rotoren 1 , 2 bilden die Mahlflächen. Sie sind jeweils mit Erhebungen 4 und Vertiefungen 5 versehen und so zueinander angeordnet, dass bei einer gegensinnigen Drehbewegung die Erhebungen 4 des einen Rotors 1 in die Vertiefungen 5 des anderen Rotors 2 hineinragen. Dabei haben die Rotoren 1 , 2 über die Axialerstreckung gleiche Querschnitte. Anders als bei einem Rootes-Gebläse oder einer Zahnradpumpe ist der kleinste Abstand 9 zwischen Rotoren und Gehäuseinnenwand nicht in jedem Fall kleinstmöglich, da die Mahlvorrichtung gänzlich andere Aufgaben hat als eine Pumpe. Der Abstand der Rotoren voneinander wird durch eine nur angedeutete Stellvorrichtung 8 eingestellt. Dabei kann entweder die Kraft oder der Abstand als Stellgröße dienen. In der Regel wird eine Berührung der beiden Mahlflächen verhindert. An der Stelle, an der sich die Mahlflächen verschiedener Rotoren am stärksten nähern, befindet sich die Mahlzone 3. Der Faserstoff F, der das Gehäuse 6 vollständig oder fast vollständig ausfüllt, wird in diese Mahlzone gebracht, wobei dessen Transportrichtung hauptsächlich in Bewegungsrichtung der Erhebungen 4 liegt. Es wird in der Mahlzone kurzzeitig komprimiert und enthält dadurch den für die gewünschte Veränderung der Papierfasern erforderlichen Druckimpuls. Nach Durchlaufen der Mahlzone 3 erfolgt eine Druckentlastung des Faserstoffs. Es ist davon auszugehen, dass in vielen Fällen eine mehrfache Wiederholung dieses Mahlvorganges nötig, d.h. dass der Faserstoff mehrmals durch eine Mahlzone 3 zu führen ist. Das kann dadurch erfolgen, dass er zwischen der Innenwand des Gehäuses 6 und den Rotoren wie bei einer Zahnradpumpe gefördert und dadurch innerhalb des Gehäuses so rezirkuliert wird, dass er von Neuem in die Mahlzone 3 gelangen kann. Die Größe des Abstandes 9 beeinflusst die rezirkulierte Menge. Er kann durch entsprechende Einbauten einstellbar sein. Ein zu groß gewählter Abstand 9 kann aber die Passage von ungemahlenem Faserstoff begünstigen.Side seals; 6 shows a variant of the method using two corrugated, engaged rollers; 7 shows two grinding rotors with a large number of teeth in engagement; Fig. 8 shows an example, similar to that of Fig. 1, but with a grooved grinding surface. The method is explained on the simple device shown in FIG. 1. The device is provided with two rotors 1, 2, which are arranged in parallel in a housing 6. The drive 7 can act on one or both rotors. The surfaces of the rotors 1, 2 touched by the fibrous material F form the grinding surfaces. They are each provided with elevations 4 and depressions 5 and arranged in relation to one another in such a way that the elevations 4 of one rotor 1 protrude into the depressions 5 of the other rotor 2 in the event of an opposite rotational movement. The rotors 1, 2 have the same cross sections over the axial extent. In contrast to a Rootes blower or a gear pump, the smallest distance 9 between the rotors and the inner wall of the housing is not always as small as possible, since the grinding device has completely different functions than a pump. The spacing of the rotors from one another is set by an actuating device 8, which is only indicated. Either the force or the distance can serve as a manipulated variable. As a rule, contact between the two grinding surfaces is prevented. The grinding zone 3 is located at the point at which the grinding surfaces of different rotors come closest to one another. The fibrous material F, which completely or almost completely fills the housing 6, is brought into this grinding zone, the direction of transport of which is mainly in the direction of movement of the elevations 4 lies. It is compressed briefly in the grinding zone and thus contains the pressure pulse required for the desired change in the paper fibers. After passing through the grinding zone 3, the fibrous material is depressurized. It can be assumed that in many cases this grinding process has to be repeated several times, ie that the fibrous material has to be passed through a grinding zone 3 several times. This can be done by conveying it between the inner wall of the housing 6 and the rotors like in a gear pump and thereby recirculating it inside the housing so that it can reach the grinding zone 3 again. The size of the distance 9 influences the recirculated amount. It can be adjustable by appropriate internals. An excessively large distance 9 can favor the passage of unground fiber.
Die Relativbewegung der Mahlflächen in der Mahlzone 3 zueinander ist zwar gering, aber in der Regel nicht überall gleich Null. Damit ist zwar eine gewisse Scherbeanspruchung der Fasern verbunden, die aber auf Grund der sehr geringen Scherwege nicht vergleichbar ist mit den Vorgängen in einem Messerrefiner oder in einem Zahnscheibendisperger. Die überwiegende Beanspruchung der Fasern ist der Druckimpuls.The relative movement of the grinding surfaces in the grinding zone 3 to one another is slight, but as a rule not zero everywhere. This does involve a certain amount of shear stress on the fibers, but due to the very low shear travel it is not comparable to the processes in a knife refiner or in a pulley disperger. The predominant strain on the fibers is the pressure pulse.
Den an sich bekannten kinematischen Ablauf, der durch die Rotation zweier ineinander verzahnender Rotoren (ähnlich wie beim Roots-Gebläse) entsteht, ist in der Fig. 2 schematisch dargestellt. Dabei ist ausgehend von der Situation, die links oben dargestellt ist, ein Teil (90°) des Rotationsvorganges gezeigt, bei dem beide Rotoren jeweils um 15° (Winkel α) gegeneinander gedreht worden sind. Die verschiedenen Positionen sind mit Buchstaben a bis g gekennzeichnet.The known kinematic process, which arises from the rotation of two intermeshing rotors (similar to the Roots blower), is shown schematically in FIG. 2. Starting from the situation shown at the top left, a part (90 °) of the rotation process is shown, in which both rotors have been rotated against each other by 15 ° (angle α). The different positions are marked with letters a to g.
Bei der betriebsmäßigen Mahlung von Papierfaserstoff kommt es darauf an, mit den Maschineneinheiten einen möglichst großen Durchsatz zu erzielen. Eine Möglichkeit, um dieses Verhalten zu verbessern, ist die in Fig. 3 gezeigte Variante, bei der beispielsweise sechs gegeneinander bewegbare Rotoren parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine größere Anzahl von Mahlzonen. Diese Vorrichtung wird in Fig. 4 in Ansicht von oben dargestellt. Beide Zeichnungen sind eher als Skizzen zu verstehen, da sie nur das Arbeitsprinzip zeigen.When it comes to the operational grinding of paper pulp, it is important to achieve the highest possible throughput with the machine units. One possibility to improve this behavior is the variant shown in FIG. 3, in which, for example, six rotors which can be moved relative to one another are arranged parallel to one another. This results in a larger number of grinding zones. This device is shown in FIG. 4 in a view from above. Both drawings are to be understood as sketches, since they only show the working principle.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Pumpenwirkung (Zahnradpumpe) einer solchen Mahlvorrichtung wesentlich zu reduzieren, indem - wie in der Fig. 5 gezeigt ist - eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse und den äußeren Konturen der Rotoren vorgenommen wird. Eine solche Abdichtung kann z.B. durch radial bewegbare Schieberplatten 10 erfolgen, die an ihrem vorderen Ende mit Dichtrollen 11 versehen sind. Dabei wälzen sich die Dichtrollen 11 auf den Oberflächen der Rotoren 1 bzw. 2 so ab, dass kein oder nur ein geringer Leckstrom an dieser Stelle entstehen kann. Eventuell sind die Dichtrollen mit Abstreifleisten 13 versehen, um den Spalt zur Schieberplatte 10 abzudichten. Die Schieberplatten 10 können z.B. mit Hilfe von Federn 12 in axialer Richtung gegen die Rotoren gedrückt werden. Es ist auch möglich, die Schieberplatten 10 mit einer relativ großen Kraft anzudrücken, so dass bei entsprechender Verschiebbarkeit der Rotoren 1 und 2 dadurch die Mahlkraft in der Mahlzone 3 erzeugt wird.There is also the possibility of significantly reducing the pumping action (gear pump) of such a grinding device by - as is shown in FIG. 5 - a seal being made between the housing and the outer contours of the rotors. Such a seal can e.g. by radially movable slide plates 10, which are provided at their front end with sealing rollers 11. The sealing rollers 11 roll on the surfaces of the rotors 1 and 2 in such a way that no or only a small leakage current can occur at this point. The sealing rollers may be provided with scraper strips 13 in order to seal the gap to the slide plate 10. The slide plates 10 can e.g. are pressed against the rotors in the axial direction by means of springs 12. It is also possible to press the slide plates 10 with a relatively large force, so that, with appropriate rotatability of the rotors 1 and 2, the grinding force is generated in the grinding zone 3.
Wie bereits ausgeführt wurde, ist es in der Regel günstig, eine Vielzahl von Druckimpulsen auf den Faserstoff zu übertragen, wozu eine Vorrichtung verwendet werden kann, bei der die Rotoren 1 ', 2' mit einer größeren Anzahl von Erhebungen 4' und Vertiefungen 5' versehen sind, die in der Mahlzone 3 im Eingriff sind, wie es in der Fig. 6 angedeutet ist. Die Form kann relativ stark abgerundet oder auch gemäß Fig. 7 ähnlich einer Evolventenverzahnung sein, bei der bekanntlich die Relativbewegung zwischen sich berührenden Flächen minimal ist. Die Auswahl dieser Formen hängt von dem gewünschten Mahlergebnis ab. Die Erhebungen 4' und Vertiefungen 5' können - wie hier gezeigt - achsparallel verlaufen. Sie können aber auch die Form einer Schrägverzahnung haben, wodurch der Mahlvorgang sanfter und der Lauf der Mahlvorrichtung ruhiger wird.As stated above, it is usually convenient to have a variety of To transmit pressure pulses to the pulp, for which purpose a device can be used in which the rotors 1 ' , 2 ' are provided with a larger number of elevations 4 ' and depressions 5 ' which are engaged in the grinding zone 3, as is shown in FIG 6 is indicated. The shape can be rounded to a relatively large extent or, as shown in FIG. 7, similar to an involute toothing in which, as is known, the relative movement between contacting surfaces is minimal. The selection of these shapes depends on the desired grinding result. The elevations 4 ' and depressions 5 ' can - as shown here - run axially parallel. However, they can also have the shape of helical teeth, which makes the grinding process smoother and the running of the grinding device quieter.
Eine weitere Möglichkeit zur Ausgestaltung des Verfahrens zeigt die Fig. 8. Dabei weist ein Rotor 2" eine größere Anzahl von Rillen 14 auf. Diese haben den Vorteil, Höhe und Anzahl der Druckimpulse zu vergrößern. Sie können auch die lokale Entwässerung des Faserstoffs im Mahlspalt erhöhen. Ihre Tiefe t ist mit Vorteil ca. 2 bis 5 mm und die Breite u mit Vorteil größer als 2 mm. Die Rillen 14 können parallel zur Mittelachse des Rotors 2" verlaufen. Sie können aber auch schräg gestellt sein, z.B. eine axiale Förderwirkung zu erzielen, falls sie gewünscht wird. Es ist zu erwarten, dass die Kombination von Rillen auf einem Rotor 2" mit einer glatten Mahlfläche auf dem Gegenrotor 1 , besonders günstig für die Durchführung des Verfahrens ist. Es ist auch denkbar, statt der Rillen Blindbohrungen auf einem Rotor oder beiden Rotoren anzubringen. 8 shows a further possibility for designing the method. A rotor 2 "has a larger number of grooves 14. These have the advantage of increasing the height and number of pressure pulses. You can also use the local dewatering of the fibrous material in the grinding gap Their depth t is advantageously about 2 to 5 mm and the width u is advantageously greater than 2 mm. The grooves 14 can run parallel to the central axis of the rotor 2 " . However, they can also be set at an angle, for example to achieve an axial conveying effect, if desired. It is to be expected that the combination of grooves on a rotor 2 ″ with a smooth grinding surface on the counter-rotor 1 is particularly favorable for carrying out the method. It is also conceivable to make blind bores on one rotor or both rotors instead of the grooves.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Verfahren zur Veränderung von wässrig suspendierten Papierfasern oder Zellstofffasern, bei dem der Faserstoff (F) durch mindestens eine Mahlzone (3) geführt wird, die zwischen Mahlflächen liegt, welche Erhebungen (4, 4') und Vertiefungen (5, 5') aufweisen, bei dem die Mahlflächen relativ zueinander bewegt und gegeneinander gedrückt werden, wodurch mechanische Mahlarbeit so auf die Fasern übertragen wird, dass sich die1. A method for changing aqueous suspended paper fibers or cellulose fibers, in which the fiber material (F) is passed through at least one grinding zone (3) which lies between grinding surfaces, which elevations (4, 4 ' ) and depressions (5, 5 ' ) have, in which the grinding surfaces are moved relative to each other and pressed against each other, whereby mechanical grinding work is transferred to the fibers so that the
Festigkeiten des daraus hergestellten Papiers ändern, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (4, 4') und Vertiefungen (5, 5') der Mahlflächen so angeordnet sind und in der Mahlzone (3) so bewegt werden, dass in der Mahlzone (3) Erhebungen (4, 4') einer Mahlfläche in die VertiefungenChange the strength of the paper made from it, characterized in that the elevations (4, 4 ' ) and depressions (5, 5 ' ) of the grinding surfaces are arranged and moved in the grinding zone (3) in such a way that in the grinding zone (3) Elevations (4, 4 ' ) of a grinding surface in the depressions
(5, 5') einer anderen Mahlfläche hineinragen, dass die Transportrichtung des Faserstoffs (F) in der Mahlzone (3) hauptsächlich in Bewegungsrichtung der Erhebungen (4, 4') liegt und dass die Papier- oder Zellstofffasern in der Mahlzone (3) komprimiert und nach(5, 5 ' ) of another grinding surface protrude that the transport direction of the fibrous material (F) in the grinding zone (3) is mainly in the direction of movement of the elevations (4, 4 ' ) and that the paper or cellulose fibers in the grinding zone (3) compressed and after
Durchlaufen der Mahlzone (3) wieder druckentlastet werden.Pass through the grinding zone (3) again.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Faserstoff (F) und den Mahlflächen, in Haupt-Bewegungsrichtung der Mahlflächen gesehen, an der Stelle, an der sich zwei Mahlflächen in der, Mahlzone (3) am nächsten sind, kleiner als 5 % der Absolutgeschwindigkeit der am schnellsten angetriebenen Mahlfläche ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the relative speed between the fibrous material (F) and the grinding surfaces, seen in the main direction of movement of the grinding surfaces, at the point where two grinding surfaces in the grinding zone (3) are closest , is less than 5% of the absolute speed of the fastest driven grinding surface.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung der Mahlflächen eine Abwälzbewegung der Erhebungen (4) auf den Vertiefungen (5) ist. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the relative movement of the grinding surfaces is a rolling movement of the elevations (4) on the depressions (5).
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absoiutgeschwindigkeit mindestens einer Mahlfläche auf einem Wert zwischen 8 und 30 m/sec gehalten wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the absorption speed of at least one grinding surface is kept at a value between 8 and 30 m / sec.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlflächen so gegeneinander gedrückt werden, dass in der engsten Stelle der Mahlzone (3) ein Druck zwischen 5 und 25 bar entsteht.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the grinding surfaces are pressed against each other so that a pressure between 5 and 25 bar arises in the narrowest point of the grinding zone (3).
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlflächen so gegeneinander gedrückt werden, dass in der engsten Stelle der Mahlzone (3) ein Druck von mindestens 10 bar entsteht.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the grinding surfaces are pressed against each other in such a way that a pressure of at least 10 bar arises in the narrowest point of the grinding zone (3).
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (4, 4') und Vertiefungen (5, 5') länglich sind mit einer Haupterstreckung, die quer zur Hauptbewegungsrichtung der Mahlflächen ist.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the elevations (4, 4 ' ) and depressions (5, 5 ' ) are elongated with a main extent which is transverse to the main direction of movement of the grinding surfaces.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche mit einem Gehäuse (6), in dem sich mindestens zwei bewegbare Rotoren (1 , 1 ', 2, 2', 2") befinden, von denen mindestens einer motorisch antreibbar ist und die mit Erhebungen und Vertiefungen versehen sind, wobei sich auf den Rotoren (1 , 1 ', 2, 2', 2") Mahlflächen befinden, die im Zusammenwirken mit mindestens einem weiteren Rotor (1 , 1 ', 2, 2', 2") eine oder mehrere Mahlzonen (3) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (4, 4') und Vertiefungen (5, 5') der Mahlflächen so gestaltet und angeordnet sind, dass durch die Rotation der Rotoren (1 , 1 ', 2, 2', 2") in der Mahlzone (3) die Erhebungen (4, 4') eines Rotors (1 , 1 ') in die Vertiefungen (5, 5') eines anderen Rotors (2, 2', 2") hineinragen. 8. Device for performing the method according to one of the preceding claims with a housing (6) in which there are at least two movable rotors (1, 1 ' , 2, 2 ' , 2 " ), at least one of which is motor-driven and which are provided with elevations and depressions, grinding surfaces being on the rotors (1, 1 ' , 2, 2 ' , 2 "), which in cooperation with at least one further rotor (1, 1 ' , 2, 2 ' , 2 " ) form one or more grinding zones (3), characterized in that the elevations (4, 4 ' ) and depressions (5, 5 ' ) of the grinding surfaces are designed and arranged such that the rotation of the rotors (1, 1 ' , 2, 2 ' , 2 " ) in the grinding zone (3) the elevations (4, 4 ' ) of a rotor (1, 1 ' ) into the recesses (5, 5 ' ) of another rotor (2, 2 ' , 2 " ) protrude.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (1 , 1 ', 2, 2', 2") parallel zueinander angeordnet sind.9. The device according to claim 8, characterized in that the rotors (1, 1 ' , 2, 2 ' , 2 " ) are arranged parallel to each other.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (1 , 1 ', 2, 2', 2") im Wesentlichen waagerecht angeordnet sind.10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the rotors (1, 1 ' , 2, 2 ' , 2 ") are arranged substantially horizontally.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (1 , 1 ', 2, 2', 2") senkrecht zu ihrer Drehachse einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt haben und jeweils zwei gegenüber liegende Erhebungen (4) und zwei gegenüber liegende Vertiefungen (5) aufweisen.11. The device according to claim 8, 9 or 10, characterized in that the rotors (1, 1 ' , 2, 2 ' , 2 ") perpendicular to their axis of rotation have a substantially constant cross-section and in each case two opposite elevations (4) and have two opposite depressions (5).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Mahlfläche mit Rillen (14) versehen ist und dass diese nicht in der Haupt- Bewegungsrichtung der Mahlfläche verlaufen.12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that at least one grinding surface is provided with grooves (14) and that these do not extend in the main direction of movement of the grinding surface.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (14) quer zur Haupt-Bewegungsrichtung der Mahlfläche verlaufen.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the grooves (14) extend transversely to the main direction of movement of the grinding surface.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine der Mahlflächen einer Mahlzone mit Rillen (14) versehen ist.14. The apparatus according to claim 13 or 14, characterized in that only one of the grinding surfaces of a grinding zone is provided with grooves (14).
15. Vorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (14) eine Tiefe (t) zwischen 1 und 5 mm und eine Breite (u) von mindestens 2 mm aufweisen. 15. The apparatus of claim 12, 13 or 14, characterized in that the grooves (14) have a depth (t) between 1 and 5 mm and a width (u) of at least 2 mm.
16. Vorrichtung nach Anspruch 12, 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (14) eine Tiefe (t) zwischen 1 und 5 mm und eine Breite(u) zwischen 5 und 20 mm aufweisen.16. The apparatus according to claim 12, 13, 14 or 15, characterized in that the grooves (14) have a depth (t) between 1 and 5 mm and a width (u) between 5 and 20 mm.
17. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (1 ', 2') im Wesentlichen zylinderförmig sind und dass auf ihrem Außenmantel eine Vielzahl von Erhebungen (4') und Vertiefungen (5') angebracht ist, die in der Mahlzone (3) ineinander greifen.17. The apparatus according to claim 8 to 16, characterized in that the rotors (1 ' , 2 ' ) are substantially cylindrical and that a plurality of elevations (4 ' ) and depressions (5 ' ) is attached to their outer jacket, which in the grinding zone (3) interlock.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (4, 4') und Vertiefungen (5, 5') in Axialrichtung der Rotoren einen konstanten Querschnitt haben und sich parallel zur Achse erstrecken.18. Device according to one of claims 8 to 17, characterized in that the elevations (4, 4 ' ) and depressions (5, 5 ' ) have a constant cross section in the axial direction of the rotors and extend parallel to the axis.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (4) und Vertiefungen (5) als Schrägverzahnung ausgebildet sind. 19. Device according to one of claims 8 to 17, characterized in that the elevations (4) and depressions (5) are designed as helical teeth.
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