WO2001036741A1 - Verfahren zur herstellung von garnituren für das mechanische bearbeiten von faserstoffsuspension - Google Patents

Verfahren zur herstellung von garnituren für das mechanische bearbeiten von faserstoffsuspension Download PDF

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Volker Niggl
Ronald Sigl
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Harald Selder
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D21D1/30—Disc mills
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/004—Methods of beating or refining including disperging or deflaking
    • D21D1/006—Disc mills
    • D21D1/008—Discs

Definitions

  • the invention relates to a method for producing sets according to the preamble of claim 1.
  • Sets produced in this way are used for the mechanical processing of suspended fibrous material.
  • Sets are e.g. installed in grinding machines - so-called refiners.
  • the suspension in refiners has a solids content of about 2 - 8%, in special machines also above.
  • In such machines for higher consistency one speaks e.g. of high consistency refiners, dispersers or kneaders.
  • Conventional machines have at least one rotor and at least one stator with either disk-shaped or conical surfaces on which the clothing is attached, so that gaps can form between them.
  • Many sets have ridges and grooves on the work surfaces, which is why one speaks of "knife sets". It is known that in addition to the shape of such webs, the material from which they are made also has an effect on the processing of the fibrous material.
  • the sets are subject to wear and must therefore be replaced at certain intervals. Wear can also cause the machining effect to change during its service life.
  • the shape and surface of the sets have an outstanding influence on the machining effect.
  • the basic body of a machining tool provides the connection of the machining elements to the other components, for. B. those of a grinder. Because of the high forces that occur in such a grinding machine, particularly high strength requirements are placed on the base body. It must also be possible to fix it securely with the grinder, for which purpose e.g. highly tightened screws are required. Because of these requirements, a particularly strong and tough material is required.
  • the clothing heats up. This is due to the high energy density of the machining process and is particularly strong, for example, when grinding with higher material densities.
  • the set can be damaged if the connected materials, such as ceramic and chrome steel, have different thermal expansion behavior.
  • the particularly well-suited types of ceramic have a significantly lower thermal expansion than chrome steel. This can tear the bond, which leads to a fatal breakage of the clothing.
  • ceramics of this type are quite brittle, so that cracks can occur due to thermal expansion in the case of a rigid, flat connection or with several rigid fastening points.
  • the invention is based on the object of designing the method for producing sets so that brittle materials which are particularly suitable for the machining elements can be used and that the sets are insensitive to heating.
  • Sets produced according to the invention have surface properties which are constant over time and are highly wear-resistant, mechanically robust, thermally insensitive and light in weight.
  • Fig. 2 shows a set according to the invention in cut
  • the base body 1 shows the base body 1 with a processing element 2 connected to it.
  • the strips 5 of the processing element 2 protrude from the projection c and have a large number of end faces 11, which results in a grinding set, which is also referred to as a knife set.
  • a non-positive connection e.g. made by gluing.
  • the relatively thin adhesive layer formed in this way is very strong and largely rigid, i.e. it is not so elastic that it alone can compensate for the thermal expansion.
  • Fig. 2 shows a similar set in side view.
  • the base body 1 is fastened to the rotor 8 of the grinding machine by releasable connecting elements 10, which in turn is driven by the shaft 9.
  • the sets produced by the method can also be attached to a stator.
  • FIG. 3 shows a typical grinding set in supervision.
  • segment-shaped processing elements 2 On the circular base body 1 there are segment-shaped processing elements 2. These carry strips 5 with the width b, are straight and partly of different lengths. Curved or more obliquely inclined bars are also conceivable.
  • the method according to the invention can also be used if none with Last provided processing elements, but - as shown in Fig. 4 - processing elements 2 ' with end faces 11 ' , which have an abrasively porous surface, are to be used.
  • Fig. 5 ' are incorporated recesses 6, the operating element 2 in the complementary projections 7' in the base body 1 so fit that is created on one side of a stop (left example).
  • the machining element can be positioned exactly before the connection and the strength of the connection can be increased.
  • Other elevations 7 ' can also fill in the recesses 6' and, for example, be cast into the plastic of the base body (example on the right).

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  • Crushing And Grinding (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Garnituren zur Bearbeitung von Papierfaserstoff werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, indem das eigentliche Bearbeitungselement (2) und der Grundkörper (1) getrennt gefertigt, zusammengefügt und dann starr miteinander verbunden werden. Der Grundkörper (1) besteht aus einem faserverstärkten Kunstoffmaterial mit speziellen Wärmeausdehnungseigenschaften. Geeignet für das Verfahren sind insbesondere Mahl- und Dispergiergarnituren.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON GARNITUREN FÜR DAS MECHANISCHE BEARBEITEN VON FASERSTOFFSUSPENSION
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Garnituren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derart hergestellte Garnituren dienen der mechanischen Bearbeitung von suspendiertem Faserstoffmaterial. Damit ist vor allem das Mahlen von Papierfasem, also das Verändern von Fasereigenschaften, wie Länge, Flexibilität oder Oberfläche, gemeint. Garnituren werden z.B. in Mahlmaschinen - sogenannte Refiner - eingebaut. Dabei hat die Suspension in Refinern einen Feststoffgehalt von etwa 2 - 8 %, in speziellen Maschinen auch darüber. Bei solchen Maschinen für höhere Stoffdichten spricht man z.B. von Hochkonsistenzrefinern, Dispergern oder Knetern. Übliche Maschinen haben mindestens einen Rotor und mindestens einen Stator mit entweder scheibenförmigen oder kegelförmigen Flächen, auf denen die Garnituren angebracht werden, so dass sich zwischen ihnen Spalte ausbilden können. Viele Garnituren weisen an den Arbeitsflächen Stege und Nuten auf, weshalb man auch von "Messer-Garnituren" spricht. Es ist bekannt, dass neben der Form solcher Stege auch das Material, aus dem sie bestehen, Auswirkungen auf die Bearbeitung des Faserstoffs hat.
Die Garnituren sind einem Verschleiß ausgesetzt und müssen daher in bestimmten Intervallen ersetzt werden. Der Verschleiß kann außerdem während der Lebensdauer dazu führen, dass sich die Bearbeitungswirkung ändert. Form und Oberfläche der Garnituren haben nämlich einen überragenden Einfluß auf den Bearbeitungseffekt.
Es ist daher verständlich, dass für die Entwicklung von Garnituren ein beträchtlicher Aufwand getrieben wird, der sich in der Gestaltung ihrer Form und in der Auswahl des Materials niederschlägt. Dabei hat es sich gezeigt, dass Materialien, die für die Bearbeitungselemente besonders geeignet sind, Eigenschaften haben, die bei ihrer Verwendung für den Grundkörper der Garnitur sehr problematisch sein können. Insbesondere betrifft das Materialien, die sehr hart und spröde sind, wie z.B. Keramik, und daher nicht die für den Grundkörper notwendige Zähigkeit aufweisen. Ferner sind solche Materialien relativ teuer und aufwendig in der Herstellung und lassen sich im Vergleich zu normalen metallischen Werkstoffen nur mit großem Aufwand bearbeiten.
Der Grundkörper eines Bearbeitungswerkzeuges stellt die Verbindung der Bearbeitungselemente zu den übrigen Bauteilen, z. B. denen einer Mahlmaschine, her. Wegen der hohen Kräfte, die in einer solchen Mahlmaschine auftreten, werden an den Grundkörper besonders hohe Festigkeitsanforderungen gestellt. Es muß auch möglich sein, ihn sicher mit der Mahlmaschine zu befestigen, wozu z.B. hochverspannte Schrauben erforderlich sind. Wegen dieser Anforderungen ist ein besonders festes und zähes Material erforderlich.
Aus der DE 19754 807 A1 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Garnituren bekannt, bei dem diese aus getrennt hergestellten Teilen zusammengefügt werden. In dieser Publikation wird vorgeschlagen, das Bearbeitungselement durch Vulkanisieren an den Grundkörper zu binden. Es gibt Fälle, bei denen diese Art der Befestigung nicht optimal ist.
Bei den eingangs erwähnten mechanischen Bearbeitungsverfahren kommt es zu einer Erwärmung der Garnituren. Diese rührt von der hohen Energiedichte des Bearbeitungsvorganges her und ist z.B. besonders stark, wenn mit höheren Stoffdichten gemahlen wird. Es kann dann zu Beschädigungen der Garnitur kommen, wenn die verbundenen Materialien, z.B. Keramik und Chromstahl, ein unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten haben. Die besonders gut geeigneten Keramiksorten haben nämlich eine im Vergleich zu Chromstahl deutlich geringere Wärmeausdehnung. Dadurch kann die Bindung abreißen, was zu einem fatalen Garniturbruch führt. Zudem ist Keramik dieser Art recht spröde, so dass bei einer starren, flächigen Verbindung oder bei mehreren starren Befestigungspunkten durch Wärmedehnung Risse entstehen können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Herstellung von Garnituren so zu gestalten, dass für die Bearbeitungselemente besonders geeignete spröde Materialien verwendet werden können, und dass die Garnituren unempfindlich gegen Erwärmung sind.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Bei den Herstellungsverfahren dieser Art wird also - wie an sich bekannt - für die Bearbeitungselemente ein anderer Werkstoff verwendet als für den Grundkörper. Das hat den wesentlichen Vorteil, dass die Materialauswahl für die Bearbeitungselemente abgestimmt werden kann auf die gewünschte Bearbeitungstechnologie, während für den Grundkörper ein Material von hoher Festigkeit und Zähigkeit verwendet wird. Kunststoffmaterial erhält durch eingelagerte Kohlefasern eine hohe Festigkeit und Zähigkeit. Diese Eigenschaften lassen sich mit besonderem Vorteil zur Lösung der gestellten Aufgabe nutzen, wenn sein Wärmeausdehnungsverhalten auf das des für die Bearbeitungselemente bevorzugten Materials abgestimmt wird. Die Veränderung und damit Einstellung des Wärmeausdehnungsverhaltens von kohlefaserverstärktem Kunststoff ist ohne weiteres möglich. Wärmeausdehnungskoeffizienten können "hineinkonstruiert" werden, auf Wunsch sogar differenziert in verschiedenen Richtungen. Es gibt auch glasfaserverstärkte Kunststoffe, deren Eigenschaften sich entsprechend den hier gestellten Anforderungen einstellen lassen.
Erfindungsgemäß hergestellte Garnituren haben zeitlich konstante Oberflächeneigenschaften und sind hochverschleißfest, mechanisch robust, thermisch unempfindlich sowie leicht von Gewicht.
Anzumerken ist, dass es Keramikstoffe gibt, deren Wärmeausdehnungsverhalten auf das von Stahl, z.B. von für den Grundkörper geeigneten Chromstahl, abgestimmt werden kann. Solche Stoffe erfüllen aber die technischen und wirtschaftlichen Anforderungen weniger gut, die an das Bearbeitungselement gestellt werden. Die Erfindung wird erläutert anhand von schematischen Zeichnungen. Dabei zeigen: Fig. 1 perspektivisch: Eine erfindungsgemäß hergestellte Garnitur;
Fig. 2 eine erfindungsgemäß hergestellte Garnitur in geschnittener
Seitenansicht; Fig. 3 eine typische Mahlgarnitur in Aufsicht;
Fig. 4 und 5 perspektivisch: Weitere erfindungsgemäß hergestellte Garnituren.
Fig. 1 zeigt den Grundkörper 1 mit einem damit verbundenen Bearbeitungselement 2. Die Leisten 5 des Bearbeitungselementes 2 stehen um den Überstand c hervor und haben eine Vielzahl von Stirnflächen 11, wodurch eine Mahlgarnitur entsteht, die auch als Messergarnitur bezeichnet wird. An der Kontaktfläche 3 des Bearbeitungselementes 2 und der Kontaktfläche 4 des Grundkörpers 1 wurde eine kraftschlüssige Verbindung, z.B. durch Kleben hergestellt. Die so gebildete relativ dünne Klebeschicht ist sehr fest und weitgehend starr, d.h. sie ist nicht so elastisch, dass sie aliein die Wärmedehnungen ausgleichen könnte.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Garnitur in Seitenansicht. Man erkennt den geschnittenen Grundkörper 1 mit dem darauf befestigten Bearbeitungselement 2, das mit verschiedenen langen Leisten 5 versehen ist. Die kürzere ist geschnitten gezeichnet. Der Grundkörper 1 ist durch lösbare Verbindungselemente 10 am Rotor 8 der Mahlmaschine befestigt, welcher wiederum durch die Welle 9 angetrieben wird. Selbstverständlich können die nach dem Verfahren hergestellten Garnituren auch an einem Stator befestigt sein.
Eine typische Mahlgarnitur zeigt Fig. 3 in Aufsicht. Auf dem kreisringförmigen Grundkörper 1 befinden sich segmentförmige Bearbeitungselemente 2. Diese tragen Leisten 5 mit der Breite b, sind geradlinig und zum Teil unterschiedlich lang. Es sind auch gebogene oder stärker gegen den Radius schräg gestellte Leisten vorstellbar. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch anwendbar, wenn keine mit Leisten versehenen Bearbeitungselemente, sondern - wie in Fig. 4 gezeigt - Bearbeitungselemente 2' mit Stirnflächen 11 ' , die eine abrasiv poröse Oberfläche aufweisen, eingesetzt werden sollen.
Im in Fig. 5 gezeigten Beispiel sind im Grundkörper 1 ' Ausnehmungen 6 eingearbeitet, in die komplementäre Erhebungen 7 des Bearbeitungselementes 2' so hineinpassen, dass auf einer Seite ein Anschlag entsteht (linkes Beispiel). Dadurch kann vor dem Verbinden eine exakte Positionierung des Bearbeitungselementes erfolgen und die Festigkeit der Verbindung erhöht werden. Andere Erhebungen 7' können auch die Ausnehmungen 6' ausfüllen und z.B. in den Kunststoff des Grundkörpers mit eingegossen werden (rechts Beispiel).
Vorstellbar sind weitere Möglichkeiten, um einen festen Verbund zwischen Bearbeitungselement und Grundkörper herzustellen. Alternativ oder zusätzlich zu einer flächigen, also kraftschlüssen Verbindung kann eine Mehrzahl von Befestigungselementen, die über die Kontaktfläche verteilt sind, mit Formschluss die beiden Teile miteinander verbinden. Ist ihre Anzahl groß genug, dann können die Kräfte gleichmäßig auf das spröde Bearbeitungselement übertragen werden. Die erfindungsgemäße Herstellung der Garnituren ermöglicht es auch, dass die Fügepartner bei der Aushärtung des Kunststoffes miteinander verbunden werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Garnituren für das mechanische Bearbeiten, insbesondere Mahlen von suspendiertem Faserstoff, die sich zusammensetzen aus mindestens einem Grundkörper (1, 1 ') und mindestens einem bei Betrieb der Garnitur von der Faserstoffsuspension benetzten
Bearbeitungselement (2, 2b), das zumindest überwiegend aus Keramikmaterial besteht, wobei Bearbeitungselement (2, 2") und Grundkörper (1 , 1 ') getrennt voneinander hergestellt und dann an ihren Kontaktflächen (3, 4) starr miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1 , 1 aus einem Material hergestellt wird, dessen
Wärmeausdehnungsverhalten dem des Bearbeitungselementes (2, 2") angepasst wurde.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1 , 1 ') aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1 , 1 ') aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient in den Kontaktflächen (3, 4) vom Grundkörper (1 , 1 ') und vom Bearbeitungselement (2, 2 ) bis auf ± 25 % gleich ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Grundkörper (1, 1 ') und Bearbeitungselement (2, 2') an den Kontaktflächen (3, 4) durch Haftkräfte miteinander verbunden werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftkräfte durch eine weitgehend starre Klebeschicht aufgebracht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Klebeschicht nicht größer als 0,5 mm ist.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1 , 1 ') und das zugehörige Bearbeitungselement (2, 2') durch mehrere beabstandete Befestigungselemente miteinander verbunden werden.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Herstellung des Bearbeitungselementes (2, 2') zur Faserstoffseite hin Leisten (4) erzeugt werden.
10. Verfahren nach einem der Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) der Leisten (4) zwischen 1 und 30 mm beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leisten (4) einen Überstand (c) über dem Nutgrund erhalten, der zwischen 1 und 20 mm beträgt.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungselemente (2, 2') an ihren Stirnflächen (11) mit einer im wesentlichen glatten Oberfläche versehen werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungselemente (2, 2') an ihren Stirnflächen (11 ') mit einer im wesentlichen porösen Oberfläche (11) versehen werden.
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Grundkörper (1 ") mindestens eine Ausnehmung (6') eingebracht wird, in die beim Zusammenfügen von Bearbeitungselement (2, 2~) und Grundkörper (1 ') eine Erhebung (7') am Bearbeitungselement (2, 2") hineinpaßt.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1 , 1 ') kreisringförmig ausgebildet ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Grundkörpers (1 , 1 ") im wesentlichen die eines Kreisringsegmentes ist.
17. Garnitur zum Mahlen von suspendiertem Faserstoff, die aus einem Grundkörper (1 , 1 ') zum Befestigen in einer Mahlmaschine besteht, sowie aus mindestens einem damit verbundenen, aus Keramik bestehenden Bearbeitungselement (2, 2'), das im Betrieb der Garnitur von der Faserstoffsuspension benetzt wird und dann mit einem anderen relativ dazu bewegten Bearbeitungselement (2, 2') zur Erzielung des Mahleffektes zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1 , 1 ') aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial besteht und mit dem Bearbeitungselement (2, 2') starr über mindestens 80 % der Kontaktfläche kraftschlüssig verbunden ist.
18. Garnitur zum Mahlen von suspendiertem Faserstoff, die aus einem Grundkörper (1 , 1 ') zum Befestigen in einer Mahlmaschine besteht, sowie aus mindestens einem damit verbundenen, aus Keramik bestehenden Bearbeitungselement (2, 2'), das im Betrieb der Garnitur von der Faserstoffsuspension benetzt wird und dann mit einem anderen relativ dazu bewegten Bearbeitungselement (2, 2') zur Erzielung des Mahleffektes zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1 , 1 ') aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial besteht und mit dem Bearbeitungselement (2, 2') punktförmig an mindestens zwei Stellen starr und formschlüssig verbunden ist.
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