EP1702104A1 - Verfahren zur mahlung von wässrig suspendierten papierfasern oder zellstofffasern - Google Patents

Verfahren zur mahlung von wässrig suspendierten papierfasern oder zellstofffasern

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Publication number
EP1702104A1
EP1702104A1 EP04820585A EP04820585A EP1702104A1 EP 1702104 A1 EP1702104 A1 EP 1702104A1 EP 04820585 A EP04820585 A EP 04820585A EP 04820585 A EP04820585 A EP 04820585A EP 1702104 A1 EP1702104 A1 EP 1702104A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grinding
zone
cylinder
tools
material layer
Prior art date
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Granted
Application number
EP04820585A
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English (en)
French (fr)
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EP1702104B1 (de
Inventor
Hans Schnell
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Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
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Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP1702104A1 publication Critical patent/EP1702104A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1702104B1 publication Critical patent/EP1702104B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21DTREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20Methods of refining
    • D21D1/34Other mills or refiners
    • D21D1/38Other mills or refiners with horizontal shaft

Definitions

  • the invention relates to a method for fiber treatment according to the preamble of claim 1.
  • 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 made in particular as to whether a more cutting or more fibrillating grinding is desired.
  • pulp fibers are ground, their drainage resistance generally increases with the amount of grinding.
  • a common measure of drainage resistance is the Schopper-Riegler degree of grinding.
  • the increase in 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.
  • the grinding parameters are chosen so that the increase in the degree of grinding 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 guided into narrow wedges ("narrow nips") which form between a rotating central roller and a plurality of rollers that roll on the outside.
  • the Page 2
  • Wedge nips are very narrow because the central roller is provided with a large number of circumferential grooves or grooves.
  • the outside rollers are pressed against the central roller with a defined force, so that the fibers are dewatered and squeezed in the wedge gap.
  • Part of the suspension and the water squeezed out in the wedge gaps are carried away transversely to the direction of movement and guided past the actual wedge gap in these grooves in order to be mixed again later with the already 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 housing of this apparatus is completely filled with suspension, which is pumped through with an adjustable volume flow.
  • the US specification requires that the width of the wedge gaps be 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 as small as possible than in known grinding processes.
  • the process is said to be suitable for industrial milling machines.
  • the grinding process mainly acts through pressure forces and avoids large relative movements of the grinding tools. As will be explained later, with the aid of such a grinding process, significant fiber-technological advantages can be achieved.
  • the pressure forces in the grinding zone can be used to drain the paper fiber.
  • this primarily means that the water is either temporarily absorbed by the porous grinding surface and released again later, or that water can flow off into other areas of the grinding apparatus through the porous grinding surface.
  • the compressive force is transferred to the fiber less damped and therefore used more for its technological change.
  • the fiber is fixed on the grinding surface, i.e. it is prevented from leaving the grinding zone untreated. This effect occurs essentially regardless of the fiber length.
  • more fibers can get into the grinding zone because the water that is squeezed out is missing.
  • the size of the grinding machine used can be reduced accordingly.
  • the fiber attaches itself to a surface with many small unevenness under considerable pressure, which can have a favorable influence on the grinding.
  • the grinding surfaces are located on grinding tools which perform a rotational movement in such a way that the liquid absorbed by the pores in the grinding zone is thrown off again after leaving the grinding zone.
  • the pores of which are connected not only to the grinding surface but also to other surfaces, the absorption of liquid and the centrifuging off of the liquid can be carried out particularly effectively.
  • Particularly suitable materials to create a porous grinding surface for carrying out the process are hard metals, chrome steel, plastics (eg polyethylene, GRP), ceramics or copper alloys. These materials can be sintered. As is well known, can also page 4
  • Composites are specifically created open-pore workpieces that are suitable for the use considered here.
  • the pore size can be set individually between 5 ⁇ m and 0.5 mm according to the requirements.
  • the advantages of the process in terms of grinding technology are as follows: 1. The fiber length is retained much better. 2. The fiber surface is not or significantly less fibrillated. 3. The specific grinding work to achieve the desired strengths is generally less.
  • FIG. 1 detailed view of a grinding zone with strip-shaped grinding surfaces to explain the method; 2 shows a variant with cylindrical grinding surfaces; Fig. 3 part of a special grinding device; 4 shows a grinding device with a central grinding cylinder and peripherally arranged grinding rollers; Fig. 5 shows a grinding device in which the porous layer of the grinding cylinder is provided with rear chambers. page 5
  • a particularly suitable device for carrying out the method can have a rotating grinding cylinder 3 to which a number of grinding rollers 4 are pressed from the outside.
  • the grinding surfaces 1 and 2 are located on them.
  • the contact pressure influences the grinding effect and can therefore preferably be adjusted.
  • 1 shows a part of such a grinding device, in particular the point at which a grinding zone is created by the interaction of the grinding cylinder 3 and grinding roller 4.
  • both the grinding cylinder and the grinding roller are provided with grinding strips 5 and 6, of which only a part is shown. They extend essentially at right angles to the direction of movement of the grinding tools and are evenly distributed over the circumference.
  • the grinding strips are dimensioned and arranged so that in the grinding zone the grinding strip 5 of one grinding tool extends into the spaces between the grinding strips 6 of the other grinding tool, as a result of which the volume in between is reduced and in the suspension S therein (indicated by an arrow) ) considerable pressure is built up.
  • Both the grinding strips and the cylindrical outer layer of the corresponding grinding tool connected to them are made of porous material. Under certain circumstances, it is sufficient to produce only the grinding strips from porous material and to fix them on the grinding cylinder or on the grinding roller.
  • the water of the fiber suspension which is under increased pressure in the grinding zone, can penetrate into the pores of the grinding surface, thereby thickening the fiber itself.
  • the volume between the grinding tools increases again, and the water W (indicated by an arrow) can emerge from the pores again.
  • This effect is strongly supported by the fact that both grinding surfaces rotate, so that a centrifugal force acting perpendicular to the grinding surface is generated. Since the grinding strips form a toothing, the relative speed of the two grinding tools to one another is low within the grinding zone, as a result of which shear movements and shear forces acting on the fibers are largely avoided.
  • the toothing also has an impact in terms of grinding technology, which is due to the fact that the compressive forces acting on the fibers occur in a pulsating manner, which is desirable in many cases in terms of grinding technology.
  • FIG. 2 Another application is shown in FIG. 2 with cylindrical grinding surfaces, that is to say those which are not provided with strips and which, in order to carry out the method, roll against one another with little or no slip. It can be seen in this illustration that the Mahi cylinder 1 'is provided with a porous layer 8 ' and page 6
  • the grinding rollers 4 ' with a porous material layer 7'.
  • the grinding strips can have the shape of involute teeth, which optimizes the rolling conditions in the grinding zone, but is somewhat more complex to manufacture than e.g. the grinding strips shown in Fig. 1.
  • the grinding rollers 4 rotate here in a fixed backdrop 11.
  • the mahizylinder 3 has annular circumferential shoulders 12 on the axial end faces, which axially seal the volume formed between the grinding strips 5, 6 in the grinding zone.
  • the grinding device shown in FIG. 4 for carrying out the method is only shown schematically.
  • the suspension S is added through an inlet 14. This can be done via a wide gap or via a headbox, similar to that used in paper machines.
  • the addition point is located next to the material drain 13 and is separated from it by a guide plate 15. In this way, forced delivery over almost 360 ° over the entire circumferential course of the housing 16 is ensured.
  • the suspension flow through this grinding device is defined and can be adjusted easily and safely.
  • the housing is preferably not completely included Page 7
  • a suspension level can form at the material drain 13.
  • the housing 10 can - as drawn here - be cylindrical on the inside or, according to FIG. 3, be provided with a link 11 in which the grinding rollers rotate with a small gap distance.
  • a chamber on the back of the porous layer that is to say the side of the layer opposite the grinding surface. If necessary, this can be fed with pressurized water.
  • the water may be mixed with suitable cleaning chemicals.
  • 5 shows a simple possibility of realizing such a chamber 17 using the example of a grinding cylinder 3 ′′, which is peripherally surrounded by grinding rollers 4 ' .
  • the chambers 17 are formed by the fact that between the continuously porous material layer 8' and the cylinder body of the Mahi cylinder 3 "spacer strips 18 are attached, between which the volumes of the chambers 17 remain free.
  • the rinse water is added through lines 19.
  • the chamber 17 shown in FIG. 5 and the lines 19 connected to it can be used to discharge water which has penetrated through the pores of the material layer 8 ' .
  • a chronological sequence of drainage and - if necessary - flushing is also conceivable.

Landscapes

  • Paper (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Description

Seite 1
VERFAHREN ZUR MAHLUNG VON ASSRIG SUSPENDIERTEN PAPIERFASERN ODER ZELLSTOFFFASERN
Verfahren zur Faserstoffbehandlunq
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Faserstoffbehandlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Seit langem ist bekannt, dass Zellstofffasem 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 Mahlflächen, die mit als Messer bezeichneten Leisten versehen sind, die mit hoher Geschwindigkeit aneinander vorbei bewegt werden. 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.
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 fibrillierende Mahlung gewünscht wird. Werden Zellstofffasern gemahlen, so steigt im Allgemeinen ihr Entwässerungswiderstand mit zunehmender Ausmahlung. Ein übliches Maß für den Entwässerungswiderstand ist der Mahlgrad nach Schopper-Riegler.
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 Mahlparameter 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 enge Keilspalten ("narrow nips") geführt, die sich zwischen einer rotierenden Zentralwalze und mehreren außen daran abrollenden Walzen bilden. Die Seite 2
Keilspalten sind sehr schmal, da die Zentralwalze mit einer Vielzahl von umlaufenden Nuten oder Rillen versehen ist. Die außen liegenden Walzen werden mit einer definierten Kraft gegen die Zentralwalze angedrückt, so dass im Keilspalt ein Entwässern und Quetschen der Fasern erfolgt. Dabei wird ein Teil der Suspension und das in den Keilspalten abgedrückte Wasser quer zur Bewegungsrichtung ab- und in diesen Rillen am eigentlichen Keilspalt vorbeigeführt, um später wieder mit dem bereits gemahlenen eingedickten Faserstoff vermischt zu werden. Auf diese Weise sollen Probleme bei dem Betrieb einer solchen Maschine auch bei größerem Durchsatz vermieden werden. Im Betrieb ist das Gehäuse dieser Apparatur mit Suspension voll gefüllt, welche mit einem einstellbaren Volumenstrom hindurchgepumpt wird.
Um während der Mahlung die Fasern in den Keilspalten festzuhalten, wird in der US-Schrift gefordert, dass die Breite der Keilspalte kleiner ist als die Faserlänge. Das bedeutet allerdings bei einer industriell eingesetzten Mahlmaschine einen hohen apparativen Aufwand.
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 möglichst geringer sein als bei bekannten Mahlverfahren. Das Verfahren soll für industrielle Mahlmaschinen geeignet sein.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Das Mahlverfahren wirkt überwiegend durch Druckkräfte und vermeidet große Relativbewegungen der Mahlwerkzeuge. Wie später noch erläutert wird, können mit Hilfe eines solchen Mahlverfahrens wesentliche fasertechnologischen Vorteile erzielt werden.
Anders als bei den üblichen Messerrefinem mit hoher Relativgeschwindigkeit zwischen den Mahlwerkzeugen, die zur Schnitt- und/oder Scherbeanspruchung der Fasern führen, werden bei dem hier betrachteten Mahlverfahren die Mahlwerkzeuge in der Mahlzone nicht oder nur sehr wenig relativ zueinander bewegt. Die eigentliche Mahlbeanspruchung erfolgt daher durch Druckkräfte. Es hat sich aber in vielen Fällen als problematisch erwiesen, Mahlverfahren dieser Art in industriellem Maßstab anzuwenden. Bei der Erzeugung von Papier oder Papier ähnlichen Produkten müssen nämlich Seite 3 ständig sehr große Mengen an Faserstoff für die Papiermaschine zur Verfügung gestellt werden. Soll wenigstens ein Teil der zur Papiererzeugung verwendeten Faserstoffe (es kann auch der gesamte Faserstoff sein) nach dem neuen Verfahren gemahlen werden, müssen die Maschinen für eine beträchtliche Produktionsmenge ausgelegt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beitragen, die Maschinengröße in Grenzen zu halten, da die Effektivität der Faserbehandlung in der Mahlzone aus den genannten Gründen wesentlich gesteigert werden kann.
Die Druckkräfte in der Mahlzone können zur Entwässerung der Papierfaser genutzt werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren führt das in erster Linie dazu, dass das Wasser entweder kurzzeitig von der porösen Mahlfläche aufgenommen und später wieder abgegeben wird oder dass durch die poröse Mahlfläche Wasser in andere Bereiche der Mahlvorrichtung abfließen kann. Das neue Verfahren hat mehrere Vorteile:
Zunächst wird die Druckkraft weniger gedämpft auf die Faser übertragen und daher stärker zu ihrer technologischen Veränderung genutzt. Außerdem wird die Faser auf der Mahlfläche fixiert, d.h. sie wird daran gehindert, die Mahlzone unbehandelt zu verlassen. Dieser Effekt tritt im Wesentlichen unabhängig von der Faserlänge auf. Außerdem können bei gleichem Volumen mehr Fasern in die Mahlzone gelangen, da das abgedrückte Wasser fehlt. Dadurch lässt sich die Größe der verwendeten Mahlmaschine entsprechend reduzieren. Außerdem legt sich die Faser unter erheblichem Druck an eine mit vielen kleinen Unebenheiten versehene Oberfläche an, was die Mahlung günstig beeinflussen kann.
In typischen Anwendungsformen befinden sich die Mahlflächen auf Mahlwerkzeugen, die eine Rotationsbewegung ausführen, und zwar derart, dass die in der Mahlzone von den Poren aufgenommene Flüssigkeit nach Verlassen der Mahlzone wieder abgeschleudert wird. Insbesondere bei offenporigen Materialschichten, deren Poren nicht nur mit der Mahlfläche, sondern auch mit anderen Flächen in Verbindung stehen, kann das Aufnehmen von Flüssigkeit und das Abschleudern der Flüssigkeit besonders wirksam durchgeführt werden.
Besonders geeignete Materialien, um eine poröse Mahlfläche zur Durchführung des Verfahrens zu erzeugen, sind Hartmetalle, Chromstahl, Kunststoffe (z.B. Polyäthylen, GFK), Keramik oder Kupferlegierungen. Diese Werkstoffe können gesintert werden. Bekanntlich können aber auch aus Seite 4
Verbundwerkstoffen gezielt offenporige Werkstücke erzeugt werden, die sich für den hier betrachteten Einsatz eignen. Die Porengröße kann individuell den Anforderungen entsprechend zwischen 5 μm und 0,5 mm eingestellt werden.
Die mahltechnologischen Vorteile des Verfahrens sind folgende: 1. Die Faserlänge bleibt wesentlich besser erhalten. 2. Die Faseroberfläche wird nicht oder bedeutend weniger fibrilliert 3. Die spezifische Mahlarbeit zur Erreichung der gewünschten Festigkeiten ist im Allgemeinen geringer.
Vergleichsversuche mit Langfaserzellstoff haben gezeigt, dass zur Erzielung einer Reißlänge von 8 km bei einer Messermahlung 45° SR Mahlgrad entstand und mit dem neuen Verfahren nur 18° SR. Die benötigte spezifische Mahlarbeit lag bis zu 50 % niedriger.
Es ist anzunehmen, dass durch das neue Mahlverfahren 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. Auch die Erzeugung von Feinstoff, also Faserbruchstücken, wird vermieden.
Wird das Verfahren auf rezyklierte Fasern angewendet, können die genannten Vorteile eine besondere Rolle spielen. Rezyklierte Fasern haben bereits mindestens einen, oft sogar mehrere Mahlvorgänge hinter sich, so dass jede weitere Zerkleinerung gerne vermieden wird.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 Detailansicht einer Mahlzone mit leistenförmigen Mahlflächen zur Erläuterung des Verfahrens; Fig. 2 eine Variante mit zylindrischen Mahlflächen; Fig. 3 Teil einer speziellen Mahlvorrichtung; Fig. 4 eine Mahlvorrichtung mit zentralem Mahlzylinder und peripher angeordneten Mahlwalzen; Fig. 5 eine Mahlvorrichtung, bei der die poröse Schicht des Mahlzylinders mit rückseitigen Kammern versehen ist. Seite 5
Eine besonders geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann einen rotierenden Mahizylinder 3 aufweisen, an den von außen eine Anzahl von Mahlwalzen 4 angedrückt wird. Auf ihnen befinden sich die Mahlflächen 1 bzw. 2. Die Andruckkraft beeinflusst dabei die Mahlwirkung und kann daher vorzugsweise eingestellt werden. Fig. 1 zeigt einen Teil einer solchen Mahlvorrichtung, insbesondere die Stelle, an der durch das Zusammenwirken von Mahizylinder 3 und Mahlwalze 4 eine Mahlzone entsteht. Bei dem gezeigten Beispiel sind sowohl Mahizylinder als auch Mahlwalze mit Mahlleisten 5 bzw. 6 versehen, von denen nur ein Teil eingezeichnet ist. Sie erstrecken sich im Wesentlichen rechtwinkelig zur Bewegungsrichtung der Mahlwerkzeuge und sind gleichmäßig über den Umfang verteilt. Dabei sind die Mahlleisten so dimensioniert und angeordnet, dass in der Mahlzone die Mahlleiste 5 eines Mahlwerkzeuges in die Zwischenräume zwischen den Mahlleisten 6 des anderen Mahlwerkzeuges hineinreicht, wodurch sich dort das dazwischen liegende Volumen verkleinert und in der darin befindlichen Suspension S (durch einen Pfeil angedeutet) ein beträchtlicher Druck aufgebaut wird. Sowohl die Mahlleisten als auch die mit ihnen verbundene zylindrische Außenschicht des entsprechenden Mahlwerkzeuges sind hier aus porösem Material gefertigt. Unter Umständen ist es ausreichend, nur die Mahlleisten aus porösem Material herzustellen und auf dem Mahizylinder bzw. auf der Mahlwalze zu befestigen.
Wie bereits beschrieben wurde, kann das in der Mahlzone unter erhöhtem Druck stehende Wasser der Faserstoffsuspension in die Poren der Mahlfläche eindringen, wodurch der Faserstoff selbst eingedickt wird. Nach dem Durchlaufen der Mahlzone vergrößert sich das zwischen den Mahlwerkzeugen liegende Volumen wieder, und das Wasser W (durch einen Pfeil angedeutet) kann aus den Poren wieder austreten. Dieser Effekt wird dadurch stark unterstützt, dass beide Mahlflächen rotieren, so dass eine senkrecht zur Mahlfläche wirkende Zentrifugalkraft erzeugt wird. Da die Mahlleisten eine Verzahnung bilden, ist innerhalb der Mahlzone die Relativgeschwindigkeit der beiden Mahlwerkzeuge zueinander gering, wodurch Scherbewegungen und auf die Fasern wirkende Scherkräfte weitgehend vermieden werden. Die Verzahnung hat außerdem auch eine mahltechnologische Auswirkung, die darin liegt, dass die auf die Fasern einwirkenden Druckkräfte pulsierend auftreten, was in vielen Fällen mahltechnologisch erwünscht ist. Eine andere Anwendung zeigt die Fig. 2 mit zylindrischen Mahlflächen, also solchen, die nicht mit Leisten versehen sind und die zur Durchführung des Verfahrens schlupffrei oder mit geringem Schlupf aneinander abrollen. Man erkennt in dieser Darstellung, dass der Mahizylinder 1 ' mit einer porösen Schicht 8' versehen ist und Seite 6
die Mahlwalzen 4' mit einer porösen Materialschicht 7'. In einer anderen nicht gezeigten Ausführungsform kann es auch ausreichen, dass nur eine der beiden Mahlwerkzeuge, die gemeinsam eine Mahlzone bilden, eine poröse Mahlfläche aufweist. Das gilt sowohl für zylindrische Mahlflächen (s. Fig. 2) als auch für leistenförmige (s. Fig. 1).
Die Vorteile, die sich durch das erfindungsgemäße Verfahren bieten, kommen besonders zur Geltung, wenn die Mahlvorrichtung im Betrieb nicht vollständig mit Suspension gefüllt ist. Dieses Prinzip wird an der Fig. 3 exemplarisch erklärt. Man erkennt wiederum einen Mahizylinder 3, an den mehrere mit diesem verzahnte Mahlwalzen 4 angedrückt werden, von denen hier zwei eingezeichnet sind. Die Mahlflächen sind porös. Da das Gehäuse der Mahlvorrichtung nur zu einem geringen Teil mit Suspension gefüllt ist, wird die Suspension S nach Verlassen der Mahlzone durch Fliehkräfte aus den Zahnzwischenräumen 20 in den freien Raum abgeschleudert und gelangt zur nächsten Mahlwalze, im freien Raum hat die Flüssigkeit eine wesentlich höhere Dichte als die sie umgebende Luft. Das Wasser, das wegen der Porosität der Mahlflächen beim Durchgang durch die Mahlzone in die Poren gedrückt wurde, kann nun ebenfalls herausgeschleudert werden und zur nächsten Mahlzone gelangen. Die Fig. 3 zeigt darüber hinaus, dass die Mahlleisten die Form einer Evolventenverzahnung haben können, was die Abwälzbedingungen in der Mahlzone optimiert, allerdings bei der Herstellung etwas aufwändiger ist als z.B. die in Fig. 1 gezeigten Mahlleisten. Die Mahlwalzen 4 rotieren hier in einer feststehenden Kulisse 11. Der Mahizylinder 3 weist an den axialen Stirnseiten ringförmige umlaufende Schultern 12 auf, die das zwischen den Mahlleisten 5, 6 in der Mahlzone gebildete Volumen axial abdichten.
Die in Fig. 4 gezeigte Mahlvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist nur schematisch dargestellt. Man erkennt einen horizontal liegenden Mahizylinder 3, auf dem sich mehrere überwiegend gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Mahlwalzen 4 befinden, wobei im Bereich des Stoffabflusses 13 eine Lücke 9 ohne Mahlwalze gelassen ist. Die Suspension S wird durch einen Zulauf 14 zugegeben. Das kann über einen Breitspalt erfolgen oder über einen Stoffauflauf, ähnlich wie man ihn von Papiermaschinen kennt. Die Zugabestelle liegt neben dem Stoffabfluss 13 und ist durch ein Führungsblech 15 von diesem abgetrennt. So ist eine Zwangsförderung über fast 360° über den ganzen Umfangsverlauf des Gehäuses 16 gewährleistet. Der Suspensionsstrom durch diese Mahlvorrichtung ist definiert und kann leicht und sicher eingestellt werden. Das Gehäuse ist aus den schon genannten Gründen vorzugsweise nicht vollständig mit Seite 7
Suspension gefüllt. Es kann sich aber ein Suspensionsspiegel am Stoffabfluss 13 bilden. Das Gehäuse 10 kann - wie hier gezeichnet - innen zylindrisch oder gemäß Fig. 3 mit einer Kulisse 11 versehen sein, in der die Mahlwalzen mit geringem Spaltabstand rotieren.
Es ist ohne weiteres möglich, poröse Schichten zu erzeugen, bei denen die Kapillaren-Hohlräume miteinander verbunden sind. Die Entwässerungswirkung lässt sich entscheidend verbessern, wenn das in die Poren hinein gedrückte Wasser nach Verlassen der Mahlzone wieder entfernt wird. Dazu können z.B. Fliehkräfte genutzt werden. Das Wasser wird dann nicht wie z.B. bei Filterelementen ständig in einer Richtung durch die Poren hindurch gedrückt. Vielmehr dienen die Poren als Speichervolumen mit einer Strömungsumkehrung, die die anhaftenden oder eventuell eingedrungenen Feinstoffe sofort wieder fortspült.
Es ist leicht einzusehen, dass die Entwässerungswirkung der porösen Mahlfläche besonders dann wirksam einsetzen kann, wenn es gelingt, die Poren von Verstopfungen frei zu halten. Um eventuell diesbezügliche Schwierigkeiten zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, auf der Rückseite der porösen Schicht (also der der Mahlfläche gegenüber liegenden Seite der Schicht) eine Kammer vorzusehen. Diese kann im Bedarfsfalle mit unter Druck stehendem Wasser gespeist werden. Eventuell wird das Wasser mit geeigneten Reinigungschemikalien vermischt. Eine einfache Möglichkeit, eine solche Kammer 17 zu realisieren, zeigt die Fig. 5 am Beispiel eines Mahizylinders 3", der peripher mit Mahlwalzen 4'umgeben ist. Bei diesem Beispiel werden die Kammern 17 dadurch gebildet, dass zwischen der durchgehend porösen Materialschicht 8' und dem Zylinderkörper des Mahizylinders 3" Abstandsleisten 18 angebracht sind, zwischen denen die Volumina der Kammern 17 frei bleiben. Das Spülwasser wird durch Leitungen 19 zugegeben.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens können die in Fig. 5 gezeigte Kammer 17 und die damit verbundenen Leitungen 19 zur Abfuhr von durch die Poren der Materialschicht 8' hindurch gedrungenes Wasser genutzt werden. Es ist auch eine zeitliche Abfolge von Entwässerung und - im Bedarfsfall - Spülung denkbar.
Selbstverständlich kann diese hier an zylindrischen Mahlflächen gezeigte Ausführungsform mit Kammern 17 auch an anderen Mahlflächen-Formen verwendet werden.

Claims

Seite 8Patentansprüche:
1. Verfahren zur Mahlung von wässrig suspendierten Papierfasern oder Zellstofffasern, bei dem der Faserstoff durch mindestens eine Mahlzone geführt wird, die zwischen Mahlflächen (1 , 2) liegt, bei dem die Mahlflächen (1 , 2) auf gegeneinander gedrückten Mahlwerkzeugen liegen, ■ wodurch mechanische Mahlarbeit so auf die Fasern übertragen wird, dass sich die Festigkeiten des daraus hergestellten Papiers ändern, wobei die Mahlflächen (1 , 2) relativ zueinander so bewegt werden, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Faserstoff und den Mahlflächen, in Haupt- Bewegungsrichtung der Mahlflächen gesehen, an der Stelle, an der sich zwei Mahlflächen (1, 2) in der Mahlzone am nächsten sind, höchstens 10 % der Absolutgeschwindigkeit der am schnellsten bewegten Mahlfläche ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindesten eine der in der Mahlzone zusammenwirkenden Mahlflächen (1 , 2) porös ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beide in der Mahlzone zusammenwirkenden Mahlflächen (1 , 2) porös sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Mahlfläche (1, 2) durch eine mindestens zur Mahlfläche (1, 2) offenporige Materialschicht (7, 7', 8, 8') gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (7, 7', 8, 8') aus gesintertem Material besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, Seite 9 dass die Materialschicht (7, 7', 8, 8') überwiegend aus Chromstahl besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (7, 7', 8, 8') überwiegend aus Hartmetall besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (7, 7', 8, 8') überwiegend aus einer Kupferlegierung besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (7, 7', 8, 8') überwiegend aus Keramik besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht (7, 7', 8, 8') überwiegend aus Kunststoff besteht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Materialschicht (7, 7', 8, 8') mindestens 1 mm und höchstens 30 mm, vorzugsweise 10 - 20 mm, beträgt.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Porenweite der porösen Mahlfläche (1, 2) kleiner ist als 0,5 mm.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Faserstoff und den Mahlflächen in Haupt- Bewegungsrichtung der Mahlflächen (1, 2) gesehen, an der Stelle, an der sich zwei Mahlflächen (1 , 2) in der Mahlzone am nächsten sind, kleiner als 5 % der Absolutgeschwindigkeit der am Seite 10 schnellsten bewegten Mahlfläche(1 , 2) ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung der Mahlflächen (1 , 2) in der Mahlzone eine Abwälzbewegung ist.
14. , Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Mahlarbeit durch Komprimieren des Faserstoffes übertragen wird.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Mahlfläche (1 , 2) mit Mahlleisten (5, 5', 6, 6') versehen ist, die quer zur Haupt-Bewegungsrichtung der bewegten Mahlfläche verlaufen.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlleisten (5, 5', 6, 6') eine Höhe von mindestens 2 mm und eine Breite in Bewegungsrichtung der bewegten Mahlflächen von mindestens 2 mm aufweisen.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass beide Mahlflächen (1 , 2) mit quer laufenden Mahlleisten (5, 5', 6, 6') versehen sind.
18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absolutgeschwindigkeit mindestens einer Mahlfläche (1 , 2) auf einem Wert zwischen 5 und 30 m/sec gehalten wird.
19. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlflächen (1 , 2) so gegeneinander gedrückt werden, dass in der Mahlzone eine Seite 11 Linienkraft zwischen 2 und 10 N/mm entsteht.
20. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Mahlwerkzeuge an der Mahlfläche (1 , 2) Zwischenräume, insbesondere Zahnzwischenräume (20) aufweist, die in der Mahlzone so bewegt werden, dass sie die Suspension (S) durch die Mahlzone in Bewegungsrichtung der Mahlwerkzeuge transportieren.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume außerhalb der Mahlzone von den Fasern geleert werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leerung der Zwischenräume durch Fliehkräfte erfolgt.
23. Verfahren nach Anspruch 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Mahlwerkzeuge ein Mahizylinder (3, 3', 3") ist und dass die übrigen Mahlwerkzeuge hierzu parallel angeordnete Mahlwalzen (4, 4') sind, die an der Umfangsfläche des Mahizylinders (3, 3') in eine Abwälzbewegung versetzt werden.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahizylinder (3, 3', 3" ) angetrieben wird und dass die Mahlwalzen (4, 4') um raumfeste Achsen rotieren.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Mahizylinder (3', 3" ) mit zylindrischer poröser Oberfläche versehen ist und dass sich die Zwischenräume am Umfang der Mahlwalze befinden. Seite 12
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Mahizylinder (3, 3', 3") und Mahlwalzen (4, 4') im Wesentlichen waagerecht liegen und dass die Richtung des Suspensionstransportes durch die verwendete Mahlvorrichtung im Wesentlichen die der Umfangsbewegung des Mahizylinders ist.
27. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkräfte zur Mahlung der Papier- oder Zellstofffasern an Flächen übertragen werden, an denen sich die Mahlwerkzeuge aneinander abwälzen.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Mahizylinders (3, 3', 3") mindestens das 1 1/2-Fache, vorzugsweise mindestens das Doppelte des Durchmessers der Mahlwalze (4, 4') beträgt.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlwalzen am Umfang des Mahizylinders (3, 3', 3") dicht benachbart angeordnet werden, so dass an einem Mahizylinder möglichst viele Mahlzonen gebildet werden.
30. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlung an einer stetig durch die verwendete Mahlvorrichtung geführten Suspension durchgeführt wird.
31. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Suspension in die verwendete Mahlvorrichtung mit einer Konsistenz von 1 - 6 % zugeführt wird. Seite 13
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Suspension in die verwendete Mahlvorrichtung mit einer Konsistenz von 6 - 15 % zugeführt wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Suspension in die verwendete Mahlvorrichtung mit einer Konsistenz von 15 - 25 % zugeführt wird.
34. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft, mit der die jeweils eine Mahlzone bildenden Mahlwerkzeuge zusammengedrückt werden, einstellbar, insbesondere für verschiedene Mahlzonen unterschiedlich einstellbar ist.
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