EP4367320A1 - Rotor für den einsatz in der stoffaufbereitung - Google Patents

Rotor für den einsatz in der stoffaufbereitung

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EP4367320A1
EP4367320A1 EP22737484.0A EP22737484A EP4367320A1 EP 4367320 A1 EP4367320 A1 EP 4367320A1 EP 22737484 A EP22737484 A EP 22737484A EP 4367320 A1 EP4367320 A1 EP 4367320A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
functional
suspension
paper
functional surface
Prior art date
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Granted
Application number
EP22737484.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4367320B1 (de
EP4367320C0 (de
Inventor
Elmar Ott
Oliver Lüdtke
Sven EISENHAUER
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP4367320A1 publication Critical patent/EP4367320A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4367320B1 publication Critical patent/EP4367320B1/de
Publication of EP4367320C0 publication Critical patent/EP4367320C0/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/30—Defibrating by other means
    • D21B1/34—Kneading or mixing; Pulpers
    • D21B1/345—Pulpers
    • D21B1/347—Rotor assemblies

Definitions

  • the invention relates to various types of rotors for use in stock preparation according to the preamble of patent claim 1.
  • a rotor is used in the pulper.
  • the pulper is filled with warm return water and the rotor in the pulper causes the filled water to rotate. Paper is added in bales or loose. The paper is wetted by the water.
  • the rotor creates a current that pulls the paper into the area of the rotor.
  • the rotor roughly shreds the paper that is filled in. Above a certain size of the paper pieces, the efficiency of the rotor decreases. A further dissolution now takes place through an impact effect in the area of the screen plate openings. The degree of efficiency also decreases as the pieces of paper become smaller. In the following, a further dissolving only takes place in the moving material through material friction.
  • the rotor includes at least one helix.
  • the helix has a pitch section A and a section B that does not belong to the pitch section.
  • the setting section A is arranged at an angle to section B.
  • the object of the invention was to improve the quality of the fiber suspension produced in the respective process step.
  • the invention was based on the object of producing a more uniform fiber suspension and increasing the proportion of free, isolated fibers.
  • the rotor according to the invention with functional surfaces makes it possible to achieve an improved fiber suspension in a fiber preparation plant.
  • Functional surfaces are surfaces with a rough surface.
  • the functional surfaces preferably have an overall height of a roughness profile Rt in the range from 0.15 mm to 5 mm.
  • the total height of a roughness profile can be recorded, for example, using a Parthometer S3P surface measuring device. A measuring section of 10 times the value of the total height of the roughness profile has proven to be suitable as a measuring section. If the overall height of the roughness profile is more than 4 mm, the overall height of the roughness profile can preferably be determined by an impression. Locally generated vortices cause specks and/or pieces of paper to slide along the functional surfaces.
  • the specks or pieces of paper are subjected to friction and/or shearing forces and are broken down into individual fibers.
  • the functional surfaces are provided on the surfaces facing away from the preferred direction. As a result, gentle processing of the components flowing past is achieved. A high energy input is avoided and wear of the functional surfaces is kept low. It is an essential feature that the functional surface is on the side facing away from the flow and is therefore less exposed to wear. Also in order to keep the energy requirement low, no functional surfaces are provided on the inflow surface.
  • the inflow surface has a lower roughness than the functional surface.
  • the functional surface is a structured surface with structures, in particular regular structures, of at least 0.15 mm, preferably 1.5 mm, height measured perpendicular to the surface normal of the surface spanned by the minimum points.
  • This surface structure can be measured using electron microscopy. This difference in height has proven to be advantageous in order to interact with pieces of paper flowing past. In particular, pieces of paper or specks can get caught in the structures and then be gently broken down into individual fibers by the shearing forces generated by the suspension continuing to flow past the structure. The suspension flowing past also has the effect that the functional surface is rinsed and clogging of the surface structure is prevented.
  • the functional surface structure is therefore to be selected in such a way that, depending on the suspension used, the surface structure does not become clogged in the machining process.
  • the surface is clogged when a fiber mat lays on the functional surface and a function is no longer guaranteed as a result.
  • a further embodiment provides that the functional surface is a rough surface, ie a surface with an aperiodic structure, from a height of 0.15 mm to 5 mm.
  • a suitable processing of fiber composites can be achieved.
  • a preferred application provides for the rotor to be used with functional surfaces for use in a pulper. This further increases the efficiency of the pulper.
  • the functional surfaces can be used to dissolve specks and flakes through interaction with functional surfaces. It has proven to be advantageous to provide functional surfaces on the surface of the rotor blades that is not directly exposed to the flow. In particular in areas where turbulent flow develops during operation, the provision of functional surfaces for gentle processing of the fiber composites has proven itself. In this case, different surfaces facing away from the rotor blades can be provided with different functional surfaces.
  • a functional surface provided almost parallel to the screen on the side of the rotor blade facing away from the screen can be provided with a different structure than a surface running perpendicular to the screen on a side of the rotor blade facing away from the preferred direction.
  • These functional surfaces can be provided in addition or as the only functional surfaces.
  • the functional surface on the rotor shaft is arranged adjacent to the side of the rotor facing away from the preferred direction and only extends over a partial area in the circumferential direction. This makes it possible to vary the functional surface in the surface areas depending on the application. This produces an effect suitable for improving fiber suspension.
  • Functional surfaces on stirring elements cause the fibers to fibrillate gently. This improves paper strength without damaging the fibers. Horny fiber surfaces are reactivated. The functional surfaces are so fine that no spinning occurs and no sticking occurs. However, there is so much flow intensity that the functional surfaces are always cleaned themselves and no deposits form.
  • the at least one functional surface is provided on one of the rotor blades, preferably all rotor blades, in an outflow area.
  • the functional surface covers a maximum area of 50% of the respective area. Turbulent areas preferably form in such outflow areas Flows from what favors an interaction with the functional surface.
  • the rotor blade is formed radially on the outside with flow surfaces running in the circumferential direction and functional surfaces are formed as a surface area.
  • This functional surface is formed at the end of the flow surface facing away from the preferred direction with an axial extension.
  • the rotor blade is designed radially on the inside with flow surfaces running in the circumferential direction and functional surfaces are designed as a surface area. Functional surface areas can also be provided inside and outside.
  • the rotor has proven to be a preferred use for use in a screening device for detaching a fiber mat forming on the screen.
  • the method according to the invention for operating the rotor according to one of the preceding claims is characterized in that fibers of a fiber suspension are accelerated by the rotational movement of the rotor.
  • the fibers first interact with the surfaces of the rotor blades facing the preferred direction and are then accelerated part of the fiber suspension moved by the rotor flows past the at least one functional surface of the rotor in an area facing away from the preferred direction and is additionally broken up or deflaked or defibrillated by an interaction with the functional surface.
  • This additional treatment represents a particularly gentle treatment.
  • FIG. 1 schematic representation of a pulp processing plant in
  • FIG. 1 shows a screening device 9 of a fiber preparation plant 1.
  • FIG. The version shown is a pressure sorter.
  • This screening device 9 has a suspension feed 3 and an accept discharge 5 and a reject discharge 7 .
  • a screen 11 designed as a screen basket is arranged vertically. Alternatively, not shown, the screen could also be arranged horizontally.
  • a rotor 21 is arranged on the side of the screen basket facing the suspension feed. Fl ier the rotor 21 is arranged radially inside the screen basket.
  • the rotor 21 includes a drivable rotor shaft 25. Rotor blades 23 are firmly connected to the rotor shaft 25.
  • These rotor blades 23 are arranged at a distance from the rotor shaft 25 in the radial direction. Fibers and impurities located on the screen 11 are removed from the screen 11 by these rotor blades 23 .
  • the rotor blades 23 are arranged vertically at a radial distance from the screen 11 and rotate in front of the screen during operation.
  • the rotor blades 23 have an inflow area 31 pointing in the direction of rotation and an outflow area 39 at the end 29 of the rotor blade 23 in relation to the circumferential direction 33 .
  • This outflow area 39 is provided with a functional surface 41 . Fiber suspension is fed to the screening device 9 during operation. The suspension is accelerated in the direction of the screen 11 by a negative pressure prevailing on the accepts side.
  • Suspension with fibers pass through the screen 11.
  • the components of the suspension retained by the screen 11 are removed from the screen by the rotor blades rotating past the screen.
  • the accept that has passed through the screen is discharged through the accept discharge.
  • Impurities fall out of the screening device 9 at the bottom and are discharged through a reject discharge 7 .
  • the radial distance to the screen 11 is increasingly greater and it can form a turbulent flow.
  • the components of the suspension detached from the screen 11 are subjected to gentle processing by the functional surface 41 provided in this area. It can Fiber composites are dissolved.
  • thickening in the sorting device 9 also referred to as a pressure sorter, can be reduced.
  • the efficiency of the sorting device 9 is increased. Due to the position of the functional surface 41, the wear and tear of the functional surface 41 is low and the associated energy requirement is also low. In the case of such sorting devices 9, fine functional surfaces have proven to be particularly suitable. Fine functional surfaces are surfaces with an overall roughness profile Rt of 0.15 to 1.5 mm. A wear that requires a refurbishment of the functional surface 41 is to be expected at the same intervals as a necessary refurbishment of the rotor.
  • a rotor 27 provided for a pulper is shown in FIG.
  • Such rotors 27 are provided for mixing the components in pulpers.
  • the pulper is filled with warm white water.
  • the rotor 27 in the pulper sets the filled water in rotation. Paper is added in bales or loose. The paper is wetted by the water.
  • the rotor 27 pulls the paper into the area of the rotor 27, here a coarse shredding of the filled paper now takes place. Above a certain size of the paper pieces, the efficiency of the rotor 27 decreases. The paper is then broken up further by impact effects on the screen plate openings of the pulper. But here, too, the efficiency decreases as the pieces of paper become smaller. Now a further dissolving only takes place in the moving material through material friction.
  • the rotor blades 23 are connected to the rotor shaft 25 .
  • the rotor blades 23 have an inflow surface 31 facing the direction of rotation.
  • a functional surface 41 is provided on the rear surface of the rotor blade 23 in each case. This surface is arranged facing away from the preferred direction 33 . This means that the surface is opposite to the direction of rotation on the wing 23 of the rotor 21 arranged. This achieves a better resolution of paper parts and specks with all types of paper.
  • the specks and pieces of paper are stressed and disintegrate into individual fibers.
  • Pieces of paper are dissolved into specks and specks into fibers.
  • the fibers are detached from the fiber composite on the many small impact surfaces of the functional surface 41 . Even if the corners and edges of the functional surfaces are rounded, a shearing effect of the functional surface 41 is retained.
  • the suspension flowing past the functional surface 41, 41 ' experiences a shearing force due to the flow paths of different lengths. Small color particles and line parts can also be comminuted on functional surfaces 41, 41 ' .
  • a propeller 51 that can be used as a pump wheel is shown as the rotor 21 in FIG. Such impellers can be used in pumps for pumping fiber suspension.
  • the rotor 21 is also referred to as a propeller 51 and has a rotor shaft 25 .
  • Radially extending rotor blades 23 are connected to the rotor shaft 25 .
  • Functional surfaces 41, 41 ' are provided in the circumferential direction between the rotor blades 23 and also on the remote surface of the rotor blade. Different functional surfaces 41 and 41 ' can be provided on the opposite surface of the rotor blades and on the rotor shaft 25 between the blades.
  • Functional surfaces 41 can also be provided only on the rotor blades 23 or functional surfaces only on the shaft 41 ' .
  • On propellers 51 on agitators functional surfaces 41 are attached opposite the conveying propeller blade side.
  • Functional surfaces 41, 41 ' on propellers bring about gentle minimal fibrillation of the fibers. This improves paper strength without damaging the fibers. Horny fiber surfaces are reactivated.
  • the functional surfaces 41, 41 ' are so fine that no spinning forms and no sticking occurs. However, there is so much flow intensity that the functional surfaces 41, 41 ' are always cleaned themselves and no deposits form.
  • the flea depth difference can be determined with suitable measuring equipment depending on the depth difference.
  • the functional surface 41, 41 ' can consist of scores, grooves, bores and elevations of any shape. Different functional surfaces 41, 41 ' are shown in FIGS.
  • FIG. 4 shows a rotor for a flat screen.
  • the rotor is provided with a functional surface with a rib structure 61 .
  • FIG. 1 A particularly fine functional surface is shown in FIG. This surface has an aperiodic structure and has a height-to-depth ratio of 0.15 mm.
  • Reference List

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft sich drehende Rotoren, Laufräder und Propeller, im Folgenden als Rotoren (21) bezeichnet, für den Einsatz in einer Stoffaufbereitungsanlage (1). Die Rotoren sind teilweise oder ganz mit funktionellen Oberflächen (41) versehen. Die funktionellen Oberflächen sind Erhebungen und Vertiefungen mit einer Abmessungen von einem Hochpunkt zum Tiefpunkt von 0,15 mm bis 5 mm. Die funktionellen Oberflächen verbessern die Qualität der Fasersuspension. • - Die Zerfaserung wird verbessert in Bezug auf Papierteile und Stippen. • - Die Papiersuspension wird homogenisiert. • - Auftretende leichte Faserverschlingungen werden bearbeitet • - Strichteile werden bis zur Unkenntlichkeit zerkleinert. - Die Fasern werden geringfügig fibriliert, was zur Festigkeitssteigerung des Papiers beiträgt. • - Die Papierfasern werden gereinigt und die gereinigten Fasern tragen zur Erhöhung der Papierfestigkeiten bei. • - Verhornte Fasern werden partiell bearbeitet, um die verhornte OH- Gruppen wieder zur aktivieren. Die Aktivierung der OH- Gruppen trägt zur Festigkeitssteigerung des Papiers bei. • - Durch die Erhöhung der Festigkeit durch die bearbeiteten Papierfasern, können Chemikalien eingespart werden.

Description

Rotor für den Einsatz in der Stoffaufbereitung
Die Erfindung betrifft verschiedenartige Rotoren für den Einsatz in einer Stoffaufbereitung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
So wird zum Beispiel beim Pulper ein Rotor eingesetzt. Der Pulper wird mit warmem Rückwasser gefüllt und der Rotor im Pulper versetzt das eingefüllte Wasser in Rotation. Es wird Papier in Ballenware oder lose beigegeben. Das Papier wird durch das Wasser benetzt. Der Rotor erzeugt eine Strömung, die das Papier in den Bereich des Rotors zieht. Es findet durch den Rotor eine grobe Zerkleinerung des eingefüllten Papiers statt. Ab einer gewissen Größe der Papierteile verringert sich der Wirkungsgrad des Rotors. Eine weitere Auflösung findet nun durch eine Prallwirkung im Bereich der Siebblechöffnungen statt. Auch wird der Wirkungsgrad bei kleiner werdenden Papierteilen immer geringer. Im Folgenden findet eine weitere Auflösung nur noch im bewegten Stoff durch Stoffreibung statt. Diese Auflösung durch Stoffreibung ist häufig sehr ineffektiv, langwierig oder mit einem relativ großen Energiebedarf verbunden. In der Regel sind beim Auflösen je nach Rohstoff und Zustand der Auflöseelemente, Rotor, Siebblech, immer noch Papierteile mit einer Größe zwischen 1x1 mm2 bis 5x5 mm2 und Stippen in dem Accept, auch als Gutstoff bezeichnet, vorhanden. Das Accept wird in einem nachfolgenden Sekundärpulper weiter aufgelöst und zerfasert. Größtenteils werden die Stippen und Papierteile aufgelöst. Die verbleibenden Papierteile und Stippen werden aber in der anschließenden Sortierung als Reject ausgeschleust und stellen Faserverluste dar.
Flinzu kommt, dass verbliebene Langfasern in der Suspension häufig mit Umschlingung auftreten. Das bedeutet, dass durch die Langfasern vernetzte Faserwolken Vorkommen. In den Faserwolken können auch noch Fremdteile eingeschlossen sein, was die Separierung von Fremdteilen aus der Fasersuspension erschwert. Aus der US 3,163,368 ist ein Pulper mit stationär angeordneten Flügeln bekannt. Die Flügel sind radial koaxial zum Rotor angeordnet und weisen beidseitig eine beidseitig gerippte Oberfläche auf.
Aus der DE 26919247 U1 ist ein Stofflöser mit stillstehenden Prallstücken in der Nähe des Rotors bekannt. Der Rotor umfasst mindestens eine Wendel. Die Wendel weist einen Anstellabschnitt A und einen nicht zum Anstellabschnitt gehörenden Abschnitt B auf. Der Anstellabschnitt A ist zum Abschnitt B gewinkelt angeordnet.
Der Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde die Güte der in dem jeweiligen Prozessschritt erzeugten Fasersuspension zu verbessern. Insbesondere lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine gleichmäßigere Fasersuspension zu erzeugen, und den Anteil an freien, vereinzelten Fasern zu erhöhen.
Die Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
Durch den erfindungsgemäßen Rotor mit funktionellen Oberflächen ist es möglich, eine verbesserte Fasersuspension in einer Faserstoffaufbereitungsanlage zu erreichen.
Durch Vorsehen des erfindungsgemäßen Rotors in einer Faserstoffaufbereitungsanlage ist es auch nachträglich möglich die Effizienz einer Faserstoffaufbereitungsanlage zu verbessern. Als funktionelle Oberflächen sind Oberflächen mit einer rauen Oberfläche zu verstehen. Vorzugsweise weisen die funktionellen Oberflächen eine Gesamthöhe eines Rauhigkeitsprofiles Rt im Bereich von 0,15 mm bis 5 mm auf. Die Gesamthöhe eines Rauheitsprofils kann beispielweise mittels eines Oberflächenmessgerätes Parthometers S3P erfasst. Als Messstrecke hat sich eine Messstrecke von dem 10-fachen Wert der Gesamthöhe des Rauhigkeitsprofils als geeignet herausgestellt. Bei einer Gesamthöhe des Rauheitsprofils von über 4mm kann die Gesamthöhe des Rauheitsprofils bevorzugt durch einen Abdruck bestimmt werden. Durch lokal erzeugte Wirbel gleiten Stippen und/oder Papierteilen an den funktionellen Oberflächen entlang. Die Stippen oder die Papierteile werden durch Reibung und/oder wirkende Scherkräfte beansprucht und werden in Einzelfasern zerlegt. Die funktionellen Oberflächen sind auf den der Vorzugsrichtung abgewandten Flächen vorgesehen. Dadurch wird eine sanfte Bearbeitung der vorbeiströmenden Bestandteile erreicht. Ein hoher Energieeintrag wird vermieden, sowie ein Verschleiß der funktionellen Oberflächen geringgehalten. Es ist ein wesentliches Merkmal, dass die funktionale Oberfläche auf der strömungsabgewandten Seite liegt und damit weniger Verschleiß ausgesetzt ist. Auch um den Energiebedarf gering zu halten sind gerade auf der Anströmfläche keine funktionalen Oberflächen vorgesehen. Die Anströmfläche weist eine geringere Rauhigkeit als die funktionelle Oberfläche auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die funktionelle Oberfläche eine strukturierte Oberfläche ist mit Strukturen, insbesondere regelmäßigen Strukturen, von mindestens 0,15 mm, vorzugsweise 1,5 mm, Höhe gemessen senkrecht zur Flächennormalen der durch die Minimalpunkte aufgespannten Fläche. Diese Oberflächenstruktur kann mittels der Elektronenmikroskopie ausgemessen werden. Diese Höhendifferenz hat sich als vorteilhaft herausgestellt, um mit vorbeiströmenden Papierteilen in Wechselwirkung zu treten. Insbesondere können sich Papierteile oder Stippen in den Strukturen verfangen und dann im Anschluss durch die weiterhin an der Struktur vorbeiströmende Suspension erzeugten Scherkräfte sanft in Einzelfasern zerlegt werden. Dabei bewirkt die vorbeiströmende Suspension auch, dass die funktionelle Oberfläche gespült wird und ein Zusetzen der Oberflächenstruktur verhindert wird. Somit ist die funktionelle Oberflächenstruktur so auszuwählen, dass in Abhängigkeit von der eingesetzten Suspension in dem Bearbeitungsprozess ein zusetzen der Oberflächenstruktur nicht auftritt. Ein Zusetzen der Oberfläche liegt dann vor, wenn sich eine Fasermatte auf die funktionelle Oberflächen legt und dadurch eine Funktion nicht mehr gewährleistet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die funktionelle Oberfläche eine raue Oberfläche, also eine Oberfläche mit einer aperiodischen Struktur, ab einer Höhenerstreckung von 0,15 mm bis 5 mm ist. Dadurch kann eine jeweils geeignete Bearbeitung von Faserverbunden (Papierteile/Stippen) erreicht werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, die funktionelle Oberfläche auf einer der rückseitigen Flächen in Bezug auf die Vorzugsrichtung des Rotorflügels anzuordnen. Dadurch wird die funktionelle Oberfläche nicht mit der Hauptströmung der Suspension beaufschlagt. Das führt zu einem geringeren Verschleiß im Vergleich zu einer Positionierung auf der angeströmten Oberfläche des Rotors.
In einer bevorzugten Anwendung ist vorgesehen den Rotor mit funktionellen Oberflächen für einen Einsatz in einem Pulper zu verwenden. Dadurch kann die Effizienz des Pulpers weiter gesteigert werden. Durch die funktionellen Oberflächen kann ein Auflösen von Stippen und Flakes durch Wechselwirkung mit funktionellen Oberflächen erreicht werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt auf der nicht direkt angeströmten Fläche der Rotorflügel funktionelle Oberflächen vorzusehen. Insbesondere in Bereichen, in denen sich im Betreib eine turbulente Strömung ausbildet, hat sich ein Vorsehen von funktionellen Oberflächen für eine sanfte Bearbeitung der Faserverbunde bewährt. Dabei können unterschiedliche abgewandte Flächen der Rotorflügel mit unterschiedlichen funktionellen Oberflächen versehen sein. So kann eine nahezu parallel zu dem Sieb, auf der dem Sieb abgewandten Seite des Rotorflügels vorgesehene funktionelle Oberfläche mit einer anderen Struktur versehen sein, als eine auf einer der Vorzugsrichtung abgewandten Seite des Rotorflügels mit einer Komponente senkrecht zum Sieb verlaufende Oberfläche. Durch ein Einpressen der Papierteile und Stippen werden Stippen und Papierteile über ihre Festigkeit beansprucht und zerfallen in Einzelfasern. Es kann auch eine mehrmalige Wechselwirkung mit einer funktionellen Oberfläche erforderlich sein, um ein Lösen und Lockern der Faserverbunde zu erreichen.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, eine funktionelle Oberfläche in Umfangsrichtung zwischen den Rotorflügeln auf der Rotorwelle anzuordnen. Diese funktionellen Oberflächen können zusätzlich oder auch als einzige funktionelle Oberflächen vorgesehen sein. Insbesondere hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die funktionelle Oberfläche auf der Rotorwelle angrenzend an die der Vorzugsrichtung abgewandten Seite des Rotors angeordnet sind und sich in Umfangsrichtung nur über einen Teilbereich erstreckt. Dadurch ist es möglich die funktionelle Oberfläche in den Oberflächenbereichen je nach Einsatzfall zu variieren. Dadurch ergibt sich eine zur Verbesserung der Fasersuspension geeignete Wirkung.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass funktionelle Oberflächen auch an Propellerköpfen von Rührorganen angebracht werden.
Funktionelle Oberflächen an Rührorganen bewirken eine schonende Fibrillierung der Fasern. Dadurch wird die Papierfestigkeit verbessert, ohne die Fasern zu schädigen. Verhornte Faseroberflächen werden wieder reaktiviert. Die funktionellen Oberflächen sind so fein, dass sich keine Verspinnungen bilden, und keine Stickizerkleinerungen stattfinden. Es ist aber so viel Strömungsintensität vorhanden, dass die funktionellen Oberflächen immer selber gereinigt werden und sich keine Ablagerungen bilden.
Allgemein, nicht auf spezielle Maschinen bezogen, tragen funktionelle Oberflächen für die Reinigung von Papierfasern bei. So wie Fasern eingefärbt werden können, so können sich an den freien OFI-Gruppen auch kleinste Schmutzpartikel anhaften. Die Papierfestigkeit geht zurück, da die OFI-Gruppen der Fasern durch Schmutz schon belegt sind. Durch die funktionellen Oberflächen werden die Fasern wie auf einem Waschbrett behandelt und gereinigt. Dadurch ergeben sich wieder verstärkt freie OFI- Gruppen, die zur Papierfestigkeit beitragen. Dadurch können Zugaben von Hilfsstoffen reduziert werden.
In einer Ausführung, insbesondere bei einem Rotor für eine Drucksiebvorrichtung, ist vorgesehen, dass die mindestens eine funktionelle Oberfläche an einem der Rotorflügeln, vorzugsweise allen Rotorflügeln, in einem Abström bereich vorgesehen ist. Die funktionelle Oberfläche umfasst einen Flächenanteil von maximal 50% der jeweiligen Fläche. Bevorzugt bilden sich in derartigen Abström bereichen turbulente Strömungen aus, was eine Wechselwirkung mit der funktionellen Oberfläche begünstigt.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Rotorflügel radial außen mit in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungsflächen ausgebildet ist und funktionelle Oberflächen als Flächenbereich ausgebildet sind. Diese funktionelle Oberfläche ist an dem der Vorzugsrichtung abgewandten Ende der Strömungsfläche mit axialer Erstreckung ausgebildet. Es ergeben sich auch Vorteile, wenn der Rotorflügel radial innen mit in Umfangsrichtung verlaufenden Strömungsflächen ausgebildet ist und funktionelle Oberflächen als Flächenbereich ausgebildet sind. Es können auch innen und außen funktionale Flächenbereiche vorgesehen sein.
Als bevorzugte Verwendung hat sich der Rotor für einen Einsatz in einer Siebvorrichtung für ein Ablösen einer sich auf dem Sieb ausbildenden Fasermatte herausgestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Rotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche zeichnet sich dadurch aus, dass durch die rotatorische Bewegung des Rotors Fasern einer Fasersuspension beschleunigt werden, dabei treten die Fasern zunächst mit den der Vorzugsrichtung zugewandten Flächen der Rotorflügel in Wechselwirkung und werden beschleunigt, anschließend strömt in einem der Vorzugsrichtung abgewandten Bereich ein Teil der vom Rotor bewegten Fasersuspension an der mindestens einen funktionellen Oberfläche des Rotors vorbei, und wird durch eine Wechselwirkung mit der funktionellen Oberfläche zusätzlich aufgelöst oder entstippt oder defibrilliert. Diese zusätzliche Behandlung stellt eine besonders sanfte Bearbeitung dar.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Fig. 1 schematische Darstellung einer Faserstoffaufbereitungsanlage in
Form einer Siebvorrichtung Fig. 2: Rotor für einen Pulper Fig. 3: Umlaufpropeller für eine Pumpvorrichtung
Fig. 4 a +b: Flachsiebrotor
Fig. 5 bis Fig. 16: verschiedene Ausführungen von funktionellen Oberflächen In Figur 1 ist eine Siebvorrichtung 9 einer Faserstoffaufbereitungsanlage 1 gezeigt. Bei der gezeigten Ausführung handelt es sich um einen Drucksortierer. Diese Siebvorrichtung 9 weist eine Suspensionszufuhr 3 und eine Gutstoffabführung 5 und eine Rejectabführung 7 auf. Es ist ein als Siebkorb ausgebildetes Sieb 11 vertikal angeordnet. Alternativ, nicht dargestellt, könnte das Sieb auch horizontal angeordnet sein. Auf der der Suspensionszuführung zugewandten Seite des Siebkorbes ist ein Rotor 21 angeordnet. Fl ier ist der Rotor 21 radial innerhalb des Siebkorbes angeordnet. Der Rotor 21 umfasst eine antreibbare Rotorwelle 25. Mit der Rotorwelle 25 sind Rotorflügel 23 fest verbunden. Diese Rotorflügel 23 sind in einem Abstand in radialer Richtung von der Rotorwelle 25 angeordnet. Durch diese Rotorflügel 23 werden auf dem Sieb 11 befindliche Fasern und Störstoffe vom Sieb 11 entfernt. Dafür sind die Rotorflügel 23 vertikal mit radialem Abstand vom Sieb 11 angeordnet und rotieren vor dem Sieb im Betrieb. Dabei weisen die Rotorflügel 23 einen in Rotationsrichtung weisenden Anströmbereich 31 auf und einen Abström bereich 39 am Ende 29 des Rotorflügels 23 in Bezug auf die Umfangsrichtung 33 auf. Dieser Abström bereich 39 ist mit einer funktionellen Oberfläche 41 versehen. Im Betrieb wird Fasersuspension der Siebvorrichtung 9 zugeführt. Durch einen auf der Seite des Gutstoffes herrschenden Unterdruckes wird die Suspension in Richtung Sieb 11 beschleunigt. Suspension mit Fasern passieren den Sieb 11. Die von dem Sieb 11 zurückgehaltenen Bestandteile der Suspension werden durch die an dem Sieb vorbei rotierenden Rotorflügel vom Sieb entfernt. Der durch das Sieb gelangte Gutstoff wird durch die Gutstoffabführung abgeleitet. Störstoffe fallen unten aus der Siebvorrichtung 9 aus und werden durch eine Rejectabführung 7 abgeleitet.
In dem Abström bereich 39 ist der radiale Abstand zu dem Sieb 11 zunehmend größer und es kann sich eine turbulente Strömung ausbilden. Dadurch werden die von dem Sieb 11 abgelösten Bestandteile der Suspension einer sanften Bearbeitung durch die in diesem Bereich vorgesehene funktionelle Oberfläche 41 unterzogen. Es können Faserverbunde aufgelöst werden. Durch die Auflösung der Faserverbunde kann eine Eindickung in der Sortiervorrichtung 9, auch als Drucksortierer bezeichnet, vermindert werden. Die Effizienz der Sortiervorrichtung 9 wird erhöht. Aufgrund der Position der funktionellen Oberfläche 41 ist der Verschleiß der funktionellen Oberfläche 41 gering und auch der damit verbundene Energiebedarf ist gering. Bei derartigen Sortiervorrichtungen 9 haben sich feine funktionelle Oberflächen als besonders geeignet herausgestellt. Feine funktionelle Oberflächen sind Oberflächen mit einer Gesamthöhe eines Rauheitsprofils Rt von 0,15 bis 1,5 mm. Ein Verschleiß, der eine Aufarbeitung der funktionellen Oberfläche 41 erfordert, ist in den gleichen Abständen einer nötigen Aufarbeitung des Rotors zu erwarten.
In Figur 2 ist für einen Pulper vorgesehener Rotor 27 gezeigt. Derartige Rotoren 27 sind für eine Vermischung der Bestandteile in Pulpern vorgesehen. Der Pulper wird mit warmem Rückwasser gefüllt. Der Rotor 27 im Pulper versetzt das eingefüllte Wasser in Rotation. Es wird Papier in Ballenware oder lose beigegeben. Das Papier wird durch das Wasser benetzt. Der Rotor 27 zieht das Papier in den Bereich des Rotors 27, hier findet nun eine grobe Zerkleinerung des eingefüllten Papiers statt. Ab einer gewissen Größe der Papierteile verringert sich der Wirkungsgrad des Rotors 27. Eine weitere Auflösung des Papiers findet nun durch Prallwirkungen an den Siebblechöffnungen des Pulpers statt. Aber auch hier wird der Wirkungsgrad bei kleiner werdenden Papierteilen immer geringer. Nun findet eine weitere Auflösung nur noch im bewegten Stoff durch Stoffreibung statt. Diese Art der Auflösung ist aber je nach Rohstoff sehr ineffektiv. Beim Ableervorgang sind je nach Rohstoff und Zustand der Auflöseelemente noch Papierteile mit einer Größe zwischen 1x1 bis 5x5 mm und Stippen in dem Gutstoff vorhanden. Mit dem hier gezeigten Rotor 27 wird der Anteil der Papierteile deutlich verringert.
Mit der Rotorwelle 25 sind die Rotorflügel 23 verbunden. Die Rotorflügel 23 weisen eine der Rotationsrichtung zugewandte Anströmfläche 31 auf. Auf der rückseitigen Fläche des Rotorflügels 23 ist jeweils eine funktionelle Oberfläche 41 vorgesehen. Diese Fläche ist von der Vorzugsrichtung 33 abgewandt angeordnet. Das heißt die Fläche ist entgegen der Rotationsrichtung auf dem Flügel 23 des Rotors 21 angeordnet. Dadurch wird eine bessere Auflösung von Papierteilen und Stippen bei allen Papiersorten erreicht.
Durch ein Einpressen von Stippen und Papierteile in die Oberflächenstruktur der funktionellen Oberfläche 41, 41 ' werden die Stippen und Papierteile beansprucht und zerfallen in Einzelfasern. Papierteile werden in Stippen und Stippen in Fasern aufgelöst. Dabei werden die Fasern an den vielen kleinen Prallflächen der funktionellen Oberfläche 41 aus dem Faserverbund herausgelöst. Auch wenn die Ecken und Kanten der funktionellen Oberflächen verrundet sind, bleibt eine Scherwirkung der funktionellen Oberfläche 41 erhalten. Die an der funktionellen Oberfläche 41, 41 'vorbeiströmende Suspension erfährt eine Scherkraft aufgrund von unterschiedlich langen Strömungswegen. Auch können kleine Farbpartikel und Strichteile an funktionellen Oberflächen 41 , 41 ' zerkleinert werden. Schmutzpunkte sind visuell nicht mehr oder nur noch vermindert erkennbar. Auf Grund der geringen Strömungsintensität auf den abgewandten Seiten der Rotorflügel 23 werden Plastikteile gerade durch eine funktionelle Oberfläche nicht zerkleinert und können als Störstoffe ausgetragen werden. Bei einem für einen Pulper vorgesehenen Rotor sind insbesondere funktionelle Oberflächen mit einer Gesamthöhe eines Rauheitsprofils im Bereich von 1 bis 3 mm geeignet.
In Figur 3 ist als Rotor 21 ein als Pumpenrad einsetzbarer Propeller 51 gezeigt. Derartige Pumpenräder können in Pumpen für ein Pumpen von Fasersuspension eingesetzt werden. Der Rotor 21 wird auch als Propeller 51 bezeichnet und weist eine Rotorwelle 25 auf. Mit der Rotorwelle 25 sind sich radial erstreckende Rotorflügel 23 verbunden. In Umfangsrichtung zwischen den Rotorflügeln 23 und auch auf der abgewandten Oberfläche des Rotorflügels sind funktionelle Oberflächen 41, 41 'vorgesehen. Dabei können unterschiedliche funktionelle Oberflächen 41 und 41 'auf der abgewandten Fläche der Rotorflügel und auf der Rotorwelle 25 zwischen den Flügeln vorgesehen sein. Es können auch nur auf den Rotorflügeln 23 funktionelle Flächen 41 oder auch nur auf der Welle 41 ' funktionelle Oberflächen vorgesehen sein. Auf Propellern 51 an Rührwerken werden funktionelle Oberflächen 41 gegenüber der fördernden Propellerblattseite angebracht.
Funktionelle Oberflächen 41, 41 'an Propellern bewirken eine schonende minimale Fibrilierung der Fasern. Dadurch wird die Papierfestigkeit verbessert, ohne die Fasern zu schädigen. Verhornte Faseroberflächen werden wieder reaktiviert. Die funktionellen Oberflächen 41, 41 ' sind so fein, dass sich keine Verspinnungen bilden, und keine Stickizerkleinerungen stattfinden. Es ist aber so viel Strömungsintensität vorhanden, dass die funktionellen Oberflächen 41, 41 ' immer selbst gereinigt werden und sich keine Ablagerungen bilden.
Als funktionelle Oberfläche wird jede Oberflächenstruktur bezeichnet, die eine Höhen- /Tiefendifferenz von größer 0,15 mm abbildet. Die Flöhen-Tiefendifferenz kann mit je nach Tiefendifferenz geeigneten Messmittel bestimmt werden. Die funktionelle Oberfläche 41 , 41 ' kann aus Riefen, Rillen, Bohrungen und Erhöhungen jeglicher Form bestehen. In den Figuren 4 bis 9 sind unterschiedliche funktionelle Oberflächen 41, 41 'gezeigt.
In Figur 4 ist ein Rotor für ein Flachsieb gezeigt. Der Rotor ist mit einer funktionellen Oberfläche mit einer Rippenstruktur 61 versehen.
In den Figuren 7, 10, 11, 13 bis 16 sind funktionelle Oberflächen mit einer periodischen oder nahezu, Fig. 5, periodischen Struktur gezeigt. In den Figuren 6, 8, 9 und 12 sind aperiodische funktionelle Oberflächen gezeigt. Wie aus diesen Beispielen deutlich wird, können die funktionellen Oberflächen eine stark unterschiedliche Struktur aufweisen. Die verwendete Struktur hängt stark von dem vorgesehenen Einsatzbereich und den dort zu erwartenden Qualitäten an Suspensionen ab.
In Figur 8 ist eine besonders feine funktionelle Oberfläche gezeigt. Diese Oberfläche hat eine aperiodische Struktur und weist ein Höhen-Tiefenverhältnis von 0,15 mm auf. Bezugszeichenliste

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (21 ) für den Einsatz in einer Faserstoffaufbereitungsanlage (1 ), wobei der Rotor (21) eine Rotorwelle (25) und mindestens einen sich von der Rotorwelle (25) radial erstreckenden Rotorflügel (23) für ein Bewegen von einer Faserstoffsuspension aufweist und der Rotor (21 ) für einen rotatorischen Antrieb in eine Vorzugsrichtung (33) ausgebildet ist, wobei der Rotorflügel (23) für eine Beschleunigung der Fasersuspension in Vorzugsrichtung ausgerichtete Anströmflächen (31 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21) an mindestens einer bezogen auf die Vorzugsrichtung abgewandten Fläche (35) zumindestens teilweise mit einer funktionellen Oberfläche (41 ) versehen ist, wobei die funktionelle Oberfläche eine raue Oberfläche ist und wobei die Anströmfläche eine geringere Rauhigkeit als die funktionelle Oberfläche aufweist.
2. Rotor (21) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Oberfläche (41) eine regelmäßig strukturierte Oberfläche ist mit Strukturen mit einer Gesamthöhe des Rauhigkeitsprofiles Rt von mindestens 0,15 mm.
3. Rotor (21 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Oberfläche (41) eine aperiodisch strukturierte Oberfläche ist mit einer mit einer Gesamthöhe des Rauhigkeitsprofiles Rt von 0,15 mm bis 5 mm ist.
4. Rotor (21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Oberfläche (41 ) auf einer der Vorzugsrichtung (33) abgewandten, rückseitigen Fläche (37) des Rotorflügels (23) ausgebildet ist.
5. Rotor (21 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (23) für einen Einsatz in einer Flachsiebmaschine wie einem Pulper oder einer Scheibensortiermaschine oder Vertikalsortiermaschine vorgesehen ist.
6. Rotor (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Oberfläche (41) auf der Rotorwelle (25) in Umfangsrichtung (34) zwischen den Rotorflügeln (23) angeordnet ist.
7. Rotor (21) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Oberfläche (41) auf der Rotorwelle (25) angrenzend an die der Vorzugsrichtung (33) abgewandten Fläche (35) des Rotorflügels (23) angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung (34) nur über einen Teilbereich der Fläche zwischen den Rotorflügeln erstreckt.
8. Rotor (21 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21) ein Propeller (51) mit einem Propellerkopf als Rotorwelle (25) für ein Umwälzen von Fasersuspension ist.
9. Rotor (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Oberfläche (41 ) an dem Rotorflügel (23) in einem Abström bereich (39) vorgesehen ist, wobei die funktionelle Oberfläche (41) von der Ausdehnung her variieren kann.
10. Rotor (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorflügel (23) radial außen mit in Umfangsrichtung (34) verlaufenden Strömungsflächen (40) ausgebildet ist und mindestens ein Flächenbereich mit funktioneller Oberfläche (41) an dem der Vorzugsrichtung (33) abgewandten Ende der Strömungsfläche (40) mit Erstreckung in axialer Richtung (38) ausgebildet ist.
11. Rotor (21 ) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21 ) für einen Einsatz in einer Siebvorrichtung (9) für ein Ablösen einer sich auf dem Sieb (11 ) ausbildenden Fasermatte vorgesehen ist.
12. Rotor (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Oberfläche (41) in einem turbulenten Strömungsgebiet beim Betrieb des Rotors (21) ausgebildet ist.
13. Verfahren zum Betreiben des Rotors (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei durch die rotatorische Bewegung des Rotors (21) eine Suspension mit Fasern beschleunigt wird, dabei tritt die Suspension zunächst mit den der Vorzugsrichtung (33) zugewandten Flächen der Rotorflügel (23) in Wechselwirkung und wird beschleunigt, anschließend strömt die Suspension mit den Fasern in einem der Vorzugsrichtung (41) abgewandten Bereich ein Teil der vom Rotor (23) bewegten Suspension an den funktionellen Oberflächen des Rotors (23) vorbei, wobei durch eine Wechselwirkung mit der funktionellen Oberfläche in der Suspension enthaltene Faserverbunde aufgelöst oder entstippt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die für den Betreib des Rotors zusätzliche Antriebsenergie im Vergleich zu einem Betreib des Rotors ohne funktionelle Oberflächen erhöht ist, wobei die zusätzliche Antriebsenergie um maximal 10 % verglichen mit einem Rotor ohne funktionelle Oberflächen erhöht ist.
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