EP3714097B1

EP3714097B1 - Steuerung der faserstoffbehandlung

Info

Publication number: EP3714097B1
Application number: EP18786284.2A
Authority: EP
Inventors: Martin Heim
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2024-07-03
Anticipated expiration: 2038-10-11
Also published as: WO2019101425A1; EP3714097A1; CN111373090B; CN111373090A; DE102017127771A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff zumindest teilweise auf Grundlage ihrer Antriebsleistung, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse besitzt, in welchem wenigstens ein erstes Behandlungswerkzeug und ein zweites Behandlungswerkzeug angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge jeweils auf einer Grundplatte befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehen und einen vom Faserstoff durchströmten Behandlungsspalt begrenzen, dessen Spaltbreite über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte eines Behandlungswerkzeuges veränderbar ist.
Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff mit einem Gehäuse, in welchem wenigstens ein erstes Behandlungswerkzeug und ein zweites Behandlungswerkzeug angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge jeweils auf einer Grundplatte befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehen und einen vom Faserstoff durchströmten Behandlungsspalt begrenzen, dessen Spaltbreite mittels eines Stellgliedes über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte eines Behandlungswerkzeuges veränderbar ist, zur Durchführung des Verfahrens.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in der EP 0 406 225 A2 sowie der WO 00/43590 A1 beschrieben.
Durch die relativ hohe Konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung bei derartigen Vorrichtungen möglich, obwohl sich die relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeuge nicht berühren, sondern sich vielmehr in einem geringen Abstand aneinander vorbeibewegen. Dabei treten ganz erhebliche Kräfte auf.
Vorrichtungen der o.,g. Art werden z. B. zur Qualitätsverbesserung von Zellstoff, TMP oder Faserstoff eingesetzt.
Es ist seit langem bekannt, Zellstofffasern, d.h. Frischzellstoff und/oder Altpapierfasern zu mahlen, um bei der daraus hergestellten Faserstoffbahn die gewünschten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Festigkeit, Porosität, Formation und Oberfläche erreichen zu können.
Bei den, bei der Faserstoffaufbereitung zum Einsatz kommenden Refinern, Dispergern und Entstippern werden die Behandlungsflächen wegen des relativ schnellen Verschleißes von auswechselbaren, mit der entsprechenden Grundplatte verschraubten Garnituren gebildet.
Für das Erreichen der gewünschten Fasereigenschaften, insbesondere den Mahlgrad müssen die Mahlgarnituren dem zu behandelnden Faserstoff bestmöglich angepasst werden, auch um einen übermäßigen Verschleiß der Garnituren zu verhindern.
Außerdem wird zur Effizienzsteigerung der Faserbehandlung eine optimale Nutzung der verfügbaren Behandlungsfläche angestrebt.
Aus der US 2004 / 0112 997 A1 wie auch der DE 2 939 587 A1 sowie der DE 3 602 833 A1 ist es bekannt, die Leerlaufleistung vor Inbetriebnahme einmalig zu messen oder zu berechnen und als Basis für die Maschinensteuerung zu benutzen.
In allen Fällen vermindert sich bei einem zu großen Spalt die Effizienz der Behandlung. Bei einem zu kleinen Spalt wiederum besteht die Gefahr einer zu hohen, elektrischen Stromaufnahme und des Kontakts der Behandlungswerkzeuge.
Die Aufgabe der Erfindung ist es mit möglichst einfachen Mitteln einen sicheren und effizienten Betrieb dieser Vorrichtungen zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die auf die verschiebbare Grundplatte einwirkende Axialkraft gemessen und die Breite des Behandlungsspaltes zumindest in Abhängigkeit von Antriebsleistung und Axialkraft gesteuert oder geregelt wird.
Über die Kenntnis der Axialkraft können Aussagen über die Strömungen zwischen den Behandlungswerkzeugen sowie die Behandlung der Fasern im Behandlungsspalt getroffen werden. Dies wiederum erlaubt es gezielter die Behandlung und damit die Parameter des Faserstoffs nach der Behandlung zu beeinflussen.
Die Strömung der Faserstoffsuspension im Behandlungsspalt erfolgt im Wesentlichen in radialer Richtung, wobei jedoch wegen der Rotation auch eine Richtungskomponente in Rotationsrichtung und bei kegelförmiger Anordnung der Behandlungswerkzeuge in axialer Richtung vorhanden sind.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Spaltbreite so eingestellt wird, dass sich eine dem zu behandelnden Faserstoff entsprechende optimale Axialkraft ergibt. Die optimale Axialkraft lässt sich bei einem bestimmten Faserstoff während des Betriebs ermitteln, indem die Spaltbreite verändert, die Axialkraft gemessen und die Auswirkungen auf die Parameter des Faserstoffs nach der Behandlung erfasst werden.
Alternativ ist es aber ebenso möglich, bei der Einstellung der optimalen Axialkraft auf Erfahrungswerte mit ähnlichem Faserstoff zurückzugreifen.
Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass die optimale Axialkraft von den gewünschten Parametern nach der Behandlung des Faserstoffs abhängt.
Sofern der Faserstoff in der Vorrichtung gemahlen wird, führt ein verringerte Spaltbreite zur verstärkten Längung des Faserstoffs und eine vergrößerte Spaltbreite zur verstärkten Fibrillierung des Faserstoffs.
Des Weiteren kann bei laufendem Betrieb der Vorrichtung bei einer Änderung des Verhältnisses zwischen Antriebsleistung und Axialkraft auf eine Parameterveränderung des Faserstoffs geschlossen werden. Auf dieser Basis kann dann die Maschinensteuerung die erforderlichen Anpassungen vornehmen.
So sollte bei einer Parameteränderung des Faserstoffs insbesondere die Spaltbreite der Vorrichtung neu eingestellt werden.
Hinsichtlich der Vorrichtung ist wesentlich, dass diese eine Messeinheit zur Erfassung der auf die verschiebbare Grundplatte einwirkenden Axialkraft besitzt.
Besonders geeignet ist die Erfindung für Vorrichtungen, die als Refiner zur Mahlung oder als Disperger zur Dispergierung des Faserstoffs ausgebildet sind.
Bei speziellen Ausführungen können Behandlungswerkzeug und Grundplatte auch einstückig ausgeführt sein.
Sofern die Axialkraft, wie insbesondere bei Dispergern üblich, vom Stellglied über eine axial verschiebbare Welle auf die Grundplatte übertragen wird, so kann die Messeinheit an dieser Welle und/oder zwischen dem Stellglied und der Welle und/oder im Stellglied angeordnet werden.
Wird die Axialkraft, wie von Refinern bekannt, vom Stellglied im Wesentlichen direkt auf die Grundplatte übertragen, so kann die Messeinheit im Stellglied und/oder zwischen Stellglied und Grundplatte angeordnet werden.
Die Stellgliede können auf hydraulischer, pneumatischer, elektrischer oder manueller Basis ausgeführt sein. Auch bei den Messeinheiten kann auf bekannte Kraftmesser zurückgegriffen werden.
Die gesamte von der Vorrichtung aufgenommene Antriebsleistung setzt sich dabei aus der Leerlaufleistung und der für die angestrebte Behandlungsintensität relevanten spezifischen Antriebsleistung der Vorrichtung zusammen.
Mit voranschreitender Betriebszeit der jeweiligen Behandlungswerkzeuge und damit auch zunehmendem Verschleiß derselben, insbesondere deren Profils vermindert sich die aktuelle Leerlaufleistung der Vorrichtung. Infolgedessen sollte die gesamte Leistungsaufnahme entsprechend abgesenkt werden.
In diesem Zusammenhang geben Veränderungen der Axialkraft während des Betriebs hilfreiche Informationen zum Verschleißzustand der Behandlungswerkzeuge. Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt die Figur einen schematischen Querschnitt durch einen Refiner.
Der Papierfaserstoff 1 wird direkt in den zentralen, d.h. radial inneren Bereich der Refiner-Garnitur, welche von den beiden Behandlungswerkzeugen 3,4
gebildet wird, gedrückt.
Während ein Behandlungswerkzeug 3 nicht rotiert und damit als Stator ausgebildet ist, ist das andere Behandlungswerkzeug 4 rotierbar im Gehäuse 2 des Refiners gelagert.
Die Behandlungswerkzeuge 3,4 haben jeweils eine rotationssymmetrische Form, wobei die beiden kreisringförmigen Mahlflächen parallel zueinander angeordnet sind und der Spalt-Abstand zwischen diesen über eine axiale Verschiebung des nicht-rotierenden Behandlungswerkzeuges 3 einstellbar ist.
Die rotierende Mahlfläche wird hier von einer im Gehäuse 2 rotierbar gelagerten Welle 10 in Rotationsrichtung bewegt. Angetrieben wird diese Welle 10 von einem ebenfalls im Gehäuse 2 vorhandenen Antrieb.
Die zu mahlende Fasersuspension 1 gelangt bei dem gezeigten Beispiel über einen Zulauf durch das Zentrum in den Mahl-Spalt 6 zwischen den Mahlflächen der beiden Behandlungswerkzeuge 3,4.
Die Fasersuspension 1 passiert die zusammenwirkenden Mahlflächen radial nach außen und verlässt den sich anschließenden Ringraum durch einen Ablauf.
Beide Mahlflächen werden jeweils von mehreren Mahlplatten gebildet, die sich über jeweils ein Umfangsegment der entsprechenden Mahlfläche erstrecken.
In Umfangsrichtung nebeneinander gereiht ergeben die Mahlplatten eine durchgehende Mahlfläche.
Die Mahlplatten und damit auch die Mahlflächen werden in der Regel von einer Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden Mahlleisten 9 und dazwischenliegenden Nuten gebildet.
Des Weiteren sind die Behandlungswerkzeuge 3,4 auf entsprechenden Grundplatten 7,8 befestigt. Im Unterschied zu dem hier gezeigten Beispiel kann der Behandlungsspalt 6 nicht nur senkrecht sondern wie bei Kegel-Refinern auch geneigt zur Rotationsachse 5 verlaufen.
Die axiale Lage des nicht-rotierenden Behandlungswerkzeuges 3 ist über ein Stellglied 11 beispielsweise in Form eines Spindelhubelementes veränderbar, was sich entsprechend auf die Breite des Behandlungsspaltes 6 und die Druckverhältnisse in diesem auswirkt
Erfindungswesentlich ist, dass die vom Stellglied 11 direkt auf die verschiebbare Grundplatte 7 einwirkende Axialkraft F von einer Messeinheit 12, beispielsweise in Form einer zwischen dem Stellglied 11 und der Grundplatte 7 angeordneten Druckmessdose gemessen und die Spaltbreite zwischen den Behandlungswerkzeugen 3,4 zumindest in Abhängigkeit von Antriebsleistung und Axialkraft F geregelt wird.
Die Behandlungsintensität des Faserstoffs 1, d.h. hier die Mahlleistung wird im Wesentlichen von der spezifischen Antriebsleistung der Vorrichtung bestimmt.
Über die Axialkraft F werden jedoch die technologischen Abläufe im Behandlungsspalt 6 beeinflusst.
Daher wird die Breite des Behandlungsspaltes 6 so eingestellt, dass sich eine dem zu behandelnden Faserstoff 1 sowie den gewünschten Parametern des Faserstoffs 1 nach der Behandlung entsprechende optimale Axialkraft F ergibt.
Hierzu kann die Maschinensteuerung die Parameter des Faserstoffs oder der daraus hergestellten Faserstoffbahn vorzugsweise online messen und die Axialkraft F solange verändern, bis sich ein Optimum bei den Parametern einstellt.
Kommt es nach dieser Optimierung im späteren Verlauf zu einer Änderung des Verhältnisses zwischen Antriebsleistung der Vorrichtung und Axialkraft F, so kann auf eine Parameterveränderung des zugeführten Faserstoffs 1 geschlossen werden. In diesem Fall sollte die Breite des Behandlungsspaltes 6 neu eingestellt werden.
Alternativ kann, wie in der Figur ebenfalls dargestellt, auch nur die rotierende Grundplatte 4 axial verschiebbar gestaltet sein. In diesem Fall würde das Stellglied 11 zwecks Veränderung der Breite des Behandlungsspaltes 6 auf die, mit der rotierenden Grundplatte verbundenen Welle 10 einwirken. Auch hier könnte die Messeinheit 12 zwischen Welle 10 und Stellglied 11 angeordnet sein.

Claims

Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff (1) zumindest teilweise auf Grundlage ihrer Antriebsleistung, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse (2) besitzt, in welchem wenigstens ein erstes Behandlungswerkzeug (3) und ein zweites Behandlungswerkzeug (4) angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge (3,4) jeweils auf einer Grundplatte (7,8)
befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse (5) drehen

und einen vom Faserstoff (1) durchströmten Behandlungsspalt (6) begrenzen, dessen Spaltbreite über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte (7,8) eines Behandlungswerkzeuges (3,4) veränderbar ist, dadurch

gekennzeichnet, dass die auf die verschiebbare Grundplatte einwirkende Axialkraft (F) gemessen und die Breite des Behandlungsspaltes (6) zumindest in Abhängigkeit von Antriebsleistung und Axialkraft (F) gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Behandlungsspaltes (6) so eingestellt wird, dass sich eine dem zu behandelnden Faserstoff (1) entsprechende optimale Axialkraft (F) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff (1) in der Vorrichtung gemahlen wird, wobei die Breite des Behandlungsspaltes (6) zur verstärkten Längung des Faserstoffs (1) verkleinert oder zur verstärkten Fibrillierung des Faserstoffs (1) vergrößert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung des Verhältnisses zwischen Antriebsleistung und Axialkraft (F) auf eine Parameterveränderung des Faserstoffs (1) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Behandlungsspaltes (6) bei einer Parameteränderung des Faserstoffs (1) neu eingestellt wird.
Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff (1) mit einem Gehäuse (2), in welchem wenigstens ein erstes Behandlungswerkzeug (3) und ein zweites Behandlungswerkzeug (4) angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge (3,4) jeweils auf einer Grundplatte (7,8) befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse (5) drehen und einen vom Faserstoff (1) durchströmten Behandlungsspalt (6) begrenzen, dessen Spaltbreite mittels eines Stellgliedes (11) über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte (7,8) eines Behandlungswerkzeuges (3,4) veränderbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese eine Messeinheit (12) zur Erfassung der auf die verschiebbare Grundplatte (7,8) einwirkenden Axialkraft (F) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Axialkraft (F) vom Stellglied (11) über eine axial verschiebbare Welle (10) auf die Grundplatte (7,8) übertragen wird und die Messeinheit (12) an dieser Welle (10) und/oder zwischen dem Stellglied (11) und der Welle (10) und/oder im Stellglied (11) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Axialkraft (F) vom Stellglied (11) auf die Grundplatte (7,8) übertragen wird und die Messeinheit (12) im Stellglied (11) und/oder zwischen Stellglied (11) und Grundplatte (7,8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei diese als Refiner zur Mahlung des Faserstoffs (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei dass diese als Disperger zur Dispergierung des Faserstoffs (1) ausgebildet ist.