JP2006509922A - 含水紙料の機械的な加工のための加工部品を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

当該方法は、たとえば紙料の叩解のためのリファイナで使用されるような機械取付け用の加工部品を製造するために役立つ。本発明により製造された加工部品は、ベースボディ（１）と、該ベースボディ（１）に載置されたマスク（３）と、実際の加工のために働く複数の加工エレメント（５）とから成っている。たとえばストリップ状の刃である加工エレメント（５）は、対応する開口（４）を備えたマスク（３）内に挿入される。引き続き、たとえば高温ろう接によって硬い複合体を形成することができる。当該方法の利点は、加工エレメントのために最適な材料を選択することができ、しかも製造方法がフレキシブルで、かつ製造された加工部品の品質で測定して特に経済的である点にある。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の、加工機取付け用の加工部品（Garnitur）を製造するための方法に関する。

このようにして製造された加工部品は、とりわけ紙料の叩解（Mahlen）、紙料中の不純物のディスパージョンまたはパルプ繊維塊のデフレーキング（Entstippen）、つまり離解のために働く。その場合、当該加工部品は叩解機（リファイナ）、デフレーカもしくはパルパまたは分散器において使用される。このような機械は少なくとも１つのロータと少なくとも１つのステータとを有しており、このロータおよびステータはディスク形または円錐形の面を備えており、これらの面に当該加工部品が取り付けられるので、ロータとステータとの間にはギャップが形成され得る。多くの加工部品は作業面に複数のウェブと溝とを有している。それゆえに、当該加工部品は「刃付き加工部品（Messer-Garnituren）」とも呼ばれる。別の加工部品、たとえば分散器におけるインサートとしての加工部品は、歯付きリングの形を有している。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５２３７０４号明細書には、分散器用加工部品が開示されている。ウェブ、溝および歯の形状と共に、これらのウェブ、溝および歯を形成する材料も紙料の加工に影響を与えることが知られている。

このような加工部品を用いた機械的な加工の場合、紙料はポンプ搬送可能な懸濁液、つまり約２〜８％の固形物含量を有する懸濁液の形で供給されるか、またはこれよりも多い固形物含量を有する粘性のパルプとして供給される。分散器は一般に１５〜２５％の固形物含量で作動する。

当該加工部品は摩耗にさらされており、したがって規定のインターバルで交換されなければならない。しかし、摩耗の影響により、既にそれよりも前に、加工作用が変化してしまう恐れもある。すなわち、当該加工部品の形状、特にエッジ形状および表面は加工効果に対して極めて大きな影響を有している。このような加工作用の変化は、ある特定の時点から同じ機械を用いても、もはや最適な作業を実施することができなくなるという不都合をもたらす。

したがって、当然ながら、当該加工部品の新たな開発のためにかなりの手間が導入される。このような手間は当該加工部品の形状のデザインや材料の選択に現れる。この場合、加工エレメントのために特に適している材料は、当該加工部品のベースボディのために使用される場合には大きな問題となり得る性質を有していることが判っている。特にこのことは、極めて硬くかつ脆い材料、ひいてはベースボディのために必要となる靱性を有していない材料に該当する。さらに、このような材料は比較的高価でかつ製造に手間がかかり、標準的な金属材料に比べて大きな手間をかけないと加工され得ない。

加工工具のベースボディは加工エレメントと、その他の構成部分、たとえば叩解機の構成部分との結合を形成する。このような叩解機で生じる高い力に基づき、ベースボディには高い強度要求が課せられる。また、ベースボディを叩解機に確実に固定することも可能でなければならない。このためには、たとえば高度に緊締されたねじが必要となる。このような要求に基づき、特に強固でかつ強靱な材料が必要となる。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６０３５４８号明細書に基づき既に公知の、当該加工部品を製造するための方法では、当該加工部品が、それぞれ互いに別個に製造された複数の部分から組み立てられる。同ドイツ連邦共和国特許出願公開明細書に記載の構成では、このために高温ろう接法が真空下に使用され得る。しかし、このようなそれ自体は好適である方法は、その実施に手間がかかり、しかも必ずしも十分であるとは云えない強度をもたらす。

国際公開第９９／３７４０２号パンフレットには、リファイナ加工部品を製造するための方法が記載されている。この公知の方法を用いると、たしかに刃物のためにはベースプレート用の材料とは異なる材料を選択することも可能ではあるが、しかしこのことは、正確に組み立てられなければならない多数の個別構成部分の存在に基づき、極めて手間がかかりかつ複雑である。

本発明の根底を成す課題は、製造が著しく容易にされ、それにもかかわらず、高度に負荷される加工エレメントのための特に適当な硬質の材料が使用され得るような、当該加工部品を製造するための方法を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。

当該方法のために使用されるマスクは、均一な厚さの金属薄板から成っていてよい。この金属薄板には、レーザ切削加工により開口が加工成形されている。この場合、必要に応じて、種々異なる叩解作用を有する加工部品のための種々異なる開口を製作することが容易に可能となる。加工エレメントはまず別個に製造されるので、加工エレメントのために最適な材料を使用し、かつ加工部品の形状を比較的簡単に形成することが可能となる。すなわち、マスクを用いると、加工エレメントを精密にかつ確実にベースボディの適正な個所に位置決めし、引き続き行われる作業過程の間、この個所に保持することが可能となる。一般に１つの加工部品のために多数の加工エレメントが必要とされるので、マスクへの加工エレメントの挿入を、自動的に作動する装置を用いて実施することが好都合となる。当該方法は迅速な実施可能性および良好な自動化可能性の利点を有するだけではなく、極めて良好な強度をも提供する。なぜならば、加工エレメントがベースボディにもマスクにも結合され得るからである。このためには高温ろう接法が特に適している。この高温ろう接法によって、１つの加工ユニットに所属する全ての結合を同時に簡単に形成することができる。このような方法はたいてい極めて高い温度で、たとえば１０００℃を超える温度、有利には約１０５０℃で実施される。この場合、保護ガス雰囲気、たとえばアルゴンが使用されると有利である。また、真空も考えられるが、ただし保護ガス雰囲気よりも手間がかかる。

マスクの基本輪郭は所属のベースボディの基本輪郭よりも少しだけ小さく形成されていてよい。また、複数の小さなマスクに唯一つのベースボディを対応させることもできる。この場合、マスクは周方向でセグメント化される。このことは斜刃付き加工部品の叩解技術的な設計を容易にする。このような加工部品の刃はセグメントに沿って互いに平行であるので、ベースボディ１つ当たり多数のセグメントが設けられている場合に、所望の値からの刃角度の偏差を一層小さく保持することができる。ベースボディを支持フレームとして形成することが特に経済的である。この支持フレームは支持範囲を備えており、これらの支持範囲では、叩解機への取付けのために必要とされる固定用ねじのための孔も設けられている。このような支持フレームは互いに積み重ねられた金属薄板片から形成されていてよい（サンドイッチ構造）。これらの金属薄板片には固定用孔が既に存在している。このサンドイッチ構造体とマスクと加工エレメントとを１回の作業工程で互いにろう接することができる。

マスクは別の事例では、加工エレメントの挿入前に、たとえば溶接シームによりベースボディと結合され得る。

加工エレメントにおける硬い構造体の手間のかかる加工はしばしば不要となり得る。なぜならば、こうして製造された加工部品の精度は、たとえばコンベンショナルな加工部品、つまり完全に鋳造された加工部品の場合よりも高いからである。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、本発明による製造方法における叩解用加工部品の一部を示す概略図であり；
図２は、本発明による製造方法を実施した後の叩解加工部品の一部を示す概略図であり；
図３は、加工エレメントの特別な形を示す概略図であり；
図４は、ディスク型リファイナのための叩解加工部品の９０゜セグメントを示す概略図であり；
図５は、特殊なベースボディを備えた叩解加工部品の断面図であり；
図６は、叩解加工部品を備えたコニカル型リファイナの一部を示す概略図であり；
図７は、本発明により製造された分散加工部品または離解加工部品の一部を示す概略図であり；
図８は、図７に示した加工部品の変化実施例を示す概略図である。

図１には、ベースボディ１の一部が示されている。このベースボディ１はマスク３で覆われており、この場合、溶接シーム７または溶接スポットによって結合が形成される。マスク３は一貫して延びる多数の開口４、つまり貫通している多数の開口４を備えている。このときに、図面で見て最も左側に書き込まれた開口には、既に加工エレメント５が挿入されている。加工エレメント５はストリップ状に形成されていて、たとえば圧延されたプロファイル（異形材）から製造されていてよい。加工エレメント５は、全高にわたって一定の面積を有している。すなわち、この面積はベース６の面積にも相当している。開口４とベース６の形状とは互いに調和されていて、この場合、加工エレメント５は遊びなく開口４内へ挿入され得るようになる。高温ろう接法が実施される典型的な事例では、挿入前に、対応する面へろうを既に塗布しておくことができる。このときに有利には、結合したい構成部分に小さな凹部または溝の形のろう接溜めを設けることができる（図示しない）。

マスク３は、相応して成形されたベースボディに嵌め込まれていてもよく、つまり埋め込まれていてもよい。

図２には、完成した加工部品２が斜視図でかつ断面されて図示されている。図２から判るように、ろう接面９（太線で示す）は加工エレメント５をベースボディ１にもマスク３にも結合している。運転中での加工部品２の負荷は比較的高くなり得るので、この大面積の結合部は特に有利である。この場合、さらにマスク３とベースボディ１との間の接触面にわたっても、ろう接面９′が延びているが、しかしこのことは必ずしも必要ではなく、加工手間を高めてしまう。マスク３の厚さｃは一般に２〜１０ｍｍである。図２に部分的に示した加工部品２は、たとえばディスク型リファイナのための叩解セグメント（図４参照）であると理解され得る。この叩解セグメントは周知のようにストリップ状の多数の加工エレメント５を有している。このような加工部品２は「刃付き加工部品」とも呼ばれる。このような加工部品は複数のねじ穴１０を備えていて、ねじによってディスク型リファイナのロータまたはステータに装着される。周知のように、このような加工部品は摩耗部分である。すなわち、これらの加工部品は特定の間隔を置いて新しく交換されなければならない。

図３には、加工エレメント５′の形状を特殊に形成するための手段が示されている。このことは、本発明による方法により容易にされる。たとえばロータにおいて運動方向（矢印１８）で見て前方に位置するカッティングエッジは、上面において、運動方向に平行な平面に対して０〜１０゜の角度αを有しており、かつ前面において運動方向に対して垂直な平面に対して、同じく０〜１０゜の角度γを有している。このことは、望ましくないエッジラウンディングを防止する。

図５には、本発明により製造された加工部品の特別な実施例の構造が断面図で示されている。図５から判るように、ベースボディ１′′は図示の例では、積み重ねられた３つの金属薄板片１９，１９′，１９′′から成っている。これらの金属薄板片１９，１９′，１９′′はそれぞれ等しい厚さ（たとえば６ｍｍ）を有していてよい。上記金属薄板片１９は、たとえば高温はんだ付けによってアンダプレート２０に結合されており、そしてこのアンダプレート２０はマスク３に結合されている。このマスク３には既に説明したように、加工エレメント５が装備されている。ベースボディ１′′は中実に形成されているのではなく、支持フレームとして形成されており、この支持フレームは複数の支持範囲を備えており、これらの支持範囲にはねじ穴１０も設けられている。各支持範囲の間では、金属薄板片１９，１９′，１９′′にそれぞれ中空室２１が空けられる。このことは重量および材料コストを節約する。アンダプレート２０は強度要求に相応して寸法設定されていて（場合によっては金属薄板片１９，１９′，１９′′と等しい厚さを有していてもよい）、前記中空室２１を介して、叩解により生ぜしめられる押圧力を吸収することができる。金属薄板片１９，１９′，１９′′は同一の作業工程で互いにろう接されると同時にアンダプレート２０ともろう接され得る。このときには、加工エレメント５もマスク３に固定される。ベースボディ１′′の層構造には、ベースボディ１′′の製造を安価にすることができ、しかもベースボディ１′′が軽くなるという利点がある。外側輪郭、中空室２１およびねじ穴１０は、レーザ切削加工によって好都合に形成され得る。

また、コニカル型リファイナのための加工部品を製作したい場合に本発明による方法を使用することも十分に可能である。その場合、ベースボディ１′は図６に示したように、円錐台形またはその一部の形状を有している。このベースボディ１′にもマスク３を装備させることができる。その場合、このマスク３には、既に説明したように加工エレメント５を挿入しかつ固定することができる。また図６から判るように、前記方法により製作された加工部品はロータ１１にもステータ１２にも所属することができる。たいていのリファイナの場合、周知のようにロータおよびステータに刃付き加工部品が装備される。叩解したい懸濁液１４は各刃の間で機械を通って貫通案内される。ロータ１１は軸１３によって駆動される。

紙料の分散および離解の範囲における使用事例も存在する。この場合、高度に負荷された歯形の加工エレメントを備えた加工部品が使用される。この場合にも、本発明による方法を使用することができる。すなわち、図７および図８には、それぞれベースボディ１が示されており、このベースボディ１は載着されたマスク３と、既に挿入された多数の加工エレメントとを備えている。この場合、数種類の歯形状が例示されており、たとえば単純な立方体の歯１５または斜めに面取りされた歯１６が示されている。これらの歯１５；１６は本発明によれば加工エレメントして働く。場合によっては、容易に製作され得る、単純に成形された多数の個別歯が使用されるのかどうか、または複数の歯が大きなまたは小さな歯グループ１７，１７′にまとめられ、それからマスク３に挿入されることが望ましいのかどうかが熟考されるべきである。このような加工部品の製造は既に説明したものと類似している。すなわち、加工エレメント５′のベース、つまり歯または歯グループのベースおよびマスク３に設けられた開口はほぼ同じ形状を有しているので、加工エレメント５′の挿入を行うことができる。引き続き、再びマスク３とベースボディ１とを備えた加工エレメントの最終的な位置固定が行われる。

加工エレメントのための材料としては、繊維加工のために最適化された硬質の脆い金属合金が使用され得る。このような金属合金は高温ろう接の後またはその最中にも硬化され得る。たとえば、高温ろう接の後に、炭素鋼の使用時では加工エレメントが熱により硬化するように冷却を迅速に行うことができる。

ベースボディは、比較的強靱なＣｒ−Ｎｉ鋼から成っていてよい。ベースボディは紙料懸濁液に向かってマスクと加工エレメントとにより遮蔽されるので、ベースボディは耐食性ではない鋼からも製造され得る。このことはコストを一層低減する。別の手段はベースボディを耐食性の材料で被覆することである。

マスクは比較的強靱なＣｒ−Ｎｉ鋼薄板から製造され得ると有利である。この場合、この薄板にはレーザ加工により開口が切り込まれる。

本発明による製造方法における叩解用加工部品の一部を示す概略図である。 本発明による製造方法を実施した後の叩解加工部品の一部を示す概略図である。 加工エレメントの特別な形を示す概略図である。 ディスク型リファイナのための叩解加工部品の９０゜セグメントを示す概略図である。 特殊なベースボディを備えた叩解加工部品の断面図である。 叩解加工部品を備えたコニカル型リファイナの一部を示す概略図である。 本発明により製造された分散加工部品または離解加工部品の一部を示す概略図である。 図７に示した加工部品の変化実施例を示す概略図である。

Claims (25)

1. −少なくとも１つのベースボディ（１，１′，１′′）と、
   −加工部品（２）の運転使用時に紙料材料によって接触される、加工エレメント（５，５′）により形成された多数の突出部を有する少なくとも１つの加工ユニットと
   から構成される、含水紙料の機械的な加工、特に叩解のための加工部品（２）を製造するための方法において、
   加工エレメント（５，５′）を別個に製造し、
   該加工エレメント（５，５′）のベース（６）の形状に相当する形状を有する複数の開口（４）を備えたマスク（３）を製造し、
   加工エレメント（５，５′）を、前記マスク（３）に設けられた前記開口（４）に挿入し、
   加工エレメント（５，５′）と前記マスク（３）とを互いに固く結合し、
   該マスク（３）をベースボディ（１，１′，１′′）と結合する
   ことを特徴とする、含水紙料の機械的な加工のための加工部品を製造するための方法。
2. 前記開口（４）が一貫して延びている、請求項１記載の方法。
3. １回の方法ステップで、加工エレメント（５，５′）とマスク（３）との固い結合を形成すると同時に、加工エレメント（５，５′）をベースボディ（１，１′，１′′）とも結合する、請求項２記載の方法。
4. 前記固い結合を高温ろう接法により形成する、請求項１、２または３記載の方法。
5. 前記高温ろう接法を１０００℃を超える温度で実施する、請求項４記載の方法。
6. 前記高温ろう接法を真空下または保護ガス雰囲気下に実施する、請求項４または５記載の方法。
7. 加工エレメント（５，５′）とマスク（３）とが互いに結合される作業工程によって、それと同時にマスク（３）のコンタクト面とベースボディ（１，１′，１′′）のコンタクト面との結合をも形成する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 固定用ねじのためのねじ穴（１０）を設けることのできる支持範囲を備えた支持フレームとして形成されているベースボディ（１′′）を製造する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. ベースボディ（１′′）を、重なり合って位置して互いに結合された複数の層、特に金属薄板片（１９，１９′，１９′′）から形成する、請求項８記載の方法。
10. 前記層、特に前記金属薄板片（１９，１９′，１９′′）を互いにろう接し、該ろう接を、加工エレメント（５，５′）とマスク（３）とのろう接と同時に実施する、請求項９記載の方法。
11. 加工エレメント（５，５′）の固い結合を溶接により形成する、請求項１、２または３記載の方法。
12. 加工エレメント（５，５′）を、高温ろう接後の冷却時に硬化させる、請求項４から１０までのいずれか１項記載の方法。
13. 加工エレメント（５，５′）の、加工部品（２）の運転使用時に紙料により接触される面を、高温ろう接法時または高温ろう接の直後に表面処理する、請求項４から１０までのいずれか１項記載の方法。
14. 前記表面処理により、加工エレメント（５，５′）の硬度および／または耐摩耗性を高める、請求項１３記載の方法。
15. 高温ろう接と表面処理とを同じ炉で実施する、請求項１３または１４記載の方法。
16. 加工エレメント（５，５′）とベースボディ（１，１′，１′′）とを互いに異なる材料から製造する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
17. ベースボディ（１，１′，１′′）とマスク（３）とを、±１０％の公差で互いに等しい熱膨張係数を有する材料から製造する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
18. マスク（３）を金属薄板から製造し、前記開口（４）をレーザ切削加工により加工成形する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法。
19. 前記金属薄板の外側輪郭を、該外側輪郭がベースボディ（１，１′，１′′）の外側輪郭にほぼ相当するように設定する、請求項１８記載の方法。
20. マスク（３）をベースボディ（１，１′，１′′）内に埋め込む、請求項１８記載の方法。
21. マスク（３）を、Ｃｒ−Ｎｉ−鋼合金から製造する、請求項１から２０までのいずれか１項記載の方法。
22. 加工エレメント（５，５′）が、ベースボディ（１，１′，１′′）に対して直角に延びるストリップ状の隆起部であり、該隆起部の間に溝（８）が設けられている、請求項１から２１までのいずれか１項記載の方法。
23. マスク（３）を超えて突出したストリップ状の前記隆起部の突出高さが２〜２０ｍｍである、請求項２２記載の方法。
24. ストリップ状の前記隆起部の幅が２〜３０ｍｍ、有利には２〜１０ｍｍである、請求項２２または２３記載の方法。
25. 加工エレメントが、ベースボディ（１，１′，１′′）に対して直角に延びる歯（１５，１６）である、請求項１から２２までのいずれか１項記載の方法。

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