WO2021197805A1 - Vorrichtung zur mahlung einer faserstoffsuspension - Google Patents

Vorrichtung zur mahlung einer faserstoffsuspension Download PDF

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WO2021197805A1
WO2021197805A1 PCT/EP2021/056317 EP2021056317W WO2021197805A1 WO 2021197805 A1 WO2021197805 A1 WO 2021197805A1 EP 2021056317 W EP2021056317 W EP 2021056317W WO 2021197805 A1 WO2021197805 A1 WO 2021197805A1
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WO
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shaft
rotor disk
grinding chamber
fluid
bearing
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/056317
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Reisinger
Peter Ortner
Daniel HOGUE
Christian HARPIN
Original Assignee
Andritz Ag
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Publication date
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Priority to BR112022013920A priority patent/BR112022013920A2/pt
Priority to EP21712970.9A priority patent/EP4127310B1/de
Priority to US17/798,133 priority patent/US20230047528A1/en
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    • 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
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D21D1/30—Disc mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C7/00—Crushing or disintegrating by disc mills
    • B02C7/11—Details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C7/00—Crushing or disintegrating by disc mills
    • B02C7/11—Details
    • B02C7/14—Adjusting, applying pressure to, or controlling distance between, discs
    • 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
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D21D1/30—Disc mills
    • D21D1/303—Double disc mills

Definitions

  • the invention relates to a refiner for grinding pulps in a pulp suspension
  • a refiner for grinding pulps in a pulp suspension comprising a shaft, a rotor disk firmly connected to the shaft and a shaft bearing, the rotor disk being arranged between two stator disks to form a milling space between the rotor disk and the stator disks, the shaft in is movable in an axial direction, at least one stator disk is displaceable in the axial direction, the size of the grinding chamber is adjustable via the distance between the stator disks and the rotor disk is movable between the stator disks by moving the shaft in the axial direction.
  • Refiners - or the double disc refiners described - are known in different designs.
  • a rotor disk rotates between two stationary stator disks, the rotor disk or the stator disks being equipped with grinding plates.
  • the pulp present in suspension is ground in the grinding space between the rotor disk and the stator disks.
  • What is essential is a uniform distribution of the grinding pressure in the grinding chamber and thus in the area between the rotor disk and the first stator disk, as well as in the area between the rotor disk and the second stator disk. To do this, the rotor must be able to move axially.
  • Various solutions are known in the prior art.
  • the aim of the invention is a refiner with reduced wear on the rotor disks and stator disks and in particular the grinding plates on these disks.
  • the shaft bearing is hydraulically connected to the grinding chamber.
  • "Hydraulically connected” means that a fluid - preferably water - can be transferred between the shaft bearing and the grinding chamber is.
  • - in hydraulic terms - continuous flow threads of the fluid between the shaft bearing and the grinding chamber can be represented or given.
  • the shaft can move particularly smoothly in the axial direction of the shaft. This smooth mobility is retained in particular during the operation of the refiner.
  • the smooth axial mobility of the shaft and thus of the rotor disk firmly connected to the shaft is an essential prerequisite for the pulp present in a suspension in the grinding chamber, i.e.
  • the even distribution of the grinding pressure results from the independent and smooth positioning of the rotor disk between the stator disks. Any resistance to positioning, e.g. through friction, promotes the development of an uneven distribution of the grinding pressure and thus directly uneven grinding of the pulp and uneven wear on the rotor disks and stator disks, this wear being particularly related to the grinding plates of the rotor disk and the stator disks .
  • the fixed connection of the rotor disk to the shaft is to be understood as meaning that there is no axial displaceability between the shaft and the rotor disk and thus no relative movement in the axial direction between the shaft and the rotor disk.
  • the connection between the rotor disk and the shaft can of course be made detachable, which can be important for service and installation.
  • a favorable embodiment of the refiner is characterized in that the rotor disk is firmly connected to the shaft inside or outside the shaft bearing. The shaft is thus supported on both sides of the rotor disk or overhung.
  • a mounting of the shaft of a refiner on both sides of the rotor disk allows an even and distributed bearing load, but not a very compact design, since the shaft bearing is designed on both sides of the rotor disk.
  • the rotor disk is firmly connected to the shaft at a first end of the shaft and the rotor disk is outside the shaft bearing. At a second end of the shaft, the shaft is connected to a motor via a coupling, the coupling being outside the shaft bearing.
  • the cantilevered mounting of the rotor disk together with the hydraulically connected shaft mounting according to the invention a very compact design.
  • An advantageous embodiment of the refiner is characterized in that the shaft is mounted exclusively via fluid-lubricated slide bearings. This allows the shaft to move particularly smoothly in the axial direction of the shaft.
  • the shaft is mounted on both sides of the rotor disk, only fluid-lubricated plain bearings are arranged on both sides of the rotor disk.
  • the rotor disk is firmly connected to the shaft at a first end of the shaft and the shaft is supported exclusively by fluid-lubricated plain bearings, the shaft bearing being arranged between the rotor disk and a second end of the shaft.
  • the shaft bearing is designed as a fluid-lubricated sliding bearing, with a fluid, preferably water, being able to be fed to the grinding chamber via the shaft bearing.
  • a fluid preferably water
  • the design as a water-lubricated slide bearing is particularly advantageous.
  • water can be supplied to the grinding chamber via the water-lubricated sliding bearing.
  • the use of water as the fluid means the possibility of realizing an oil-free shaft bearing, so that contamination of the fiber suspension by an oil or hydraulic oil is excluded. It is particularly advantageous to provide a forced guidance to ensure a direction of flow of the fluid - preferably water - through the fluid-lubricated sliding bearing into the grinding chamber.
  • Such a forced guidance can easily be achieved in that the fluid in the shaft bearing has a higher pressure than the pulp suspension in the grinding chamber in the area where the fluid is fed into the grinding chamber. Due to the higher pressure of the fluid in the shaft bearing, the fluid flows in the direction of the grinding chamber, which advantageously effectively prevents contamination of the shaft bearing or the water-lubricated plain bearing. In this way, the water-lubricated plain bearing is always flushed in the direction of the grinding chamber and the smooth movement of the shaft is maintained over the operating time.
  • the shaft mounting on both sides of the rotor disk is designed as a fluid-lubricated sliding bearing, with a fluid, preferably water, being able to be fed to the grinding chamber via the shaft bearing.
  • a seal is arranged between the grinding chamber and the shaft bearing.
  • the shaft bearing is designed as a fluid-lubricated sliding bearing, with a fluid, preferably water, being able to be supplied to the grinding chamber through the shaft bearing via the seal.
  • An advantageous embodiment of the seal comprises a shaft sealing ring or a throttle ring.
  • the seal is arranged, for example, between the shaft and the bearing housing, inserted into a recess in the bearing housing and fixed in the bearing housing via a fixing ring.
  • the shaft is guided through the seal, with the seal being in contact with the shaft in the case of a shaft sealing ring or a gap between the shaft and the sealing ring in the case of a throttle ring.
  • Seals advantageously have at least one sealing lip.
  • seals have a sealing effect that is dependent on the direction of flow of the fluid.
  • seals include shaft seals or throttle rings.
  • the sealing effect, which is dependent on the direction of flow can be implemented by the fluid or the fluid pressure lifting the seal from the sealing surface and / or the seal releasing a larger flow cross-section for the fluid when, for example, there is a flow direction of the fluid from the shaft bearing to the grinding chamber.
  • the seal is advantageously designed with a sealing lip, the sealing lip being designed in the shape of a truncated cone in order to develop a sealing effect as a function of the direction of flow.
  • a seal with a frustoconical sealing lip can be arranged in such a way that the shaft is guided inside the seal, the axial direction of the shaft and the axis of the frustoconical sealing lip coinciding.
  • the seal is clamped in the bearing housing and the frustoconical sealing lip is guided against the shaft.
  • a flow of the fluid from the base to the imaginary cone tip of the frustoconical sealing lip leads to a widening of the sealing lip, to a lifting of the seal from the shaft or at least to one Reduction of the contact pressure of the seal against the sliding surface or shaft, which is decisive for the seal and the sliding friction.
  • a flow of the fluid from the imaginary cone tip to the base of the frustoconical sealing lip the fluid would press the sealing lip against the shaft and lead to an increase in the contact pressure of the sealing lip.
  • the seal is for example clamped on the shaft and the frustoconical sealing lip is oriented towards the bearing housing.
  • a flow of the fluid from the base to the imaginary cone tip of the frustoconical sealing lip leads to a widening of the base surface and thus to an increased pressure of the sealing lip and to an improved sealing effect against the bearing housing.
  • Seals that have a sealing effect that is dependent on the direction of flow of the fluid are advantageous, since when the fluid flows in accordance with the desired direction of flow, very little or no friction losses in the seal can be achieved. If the direction of flow is reversed, however, the best possible seal can be achieved, and a flow of the fluid against the desired direction of flow can be reduced or avoided.
  • An equally advantageous embodiment of the refiner is characterized in that when the fluid flows through the shaft bearing into the grinding chamber, the seal has a sealing effect which is less than when the fluid flows out of the grinding chamber into the shaft bearing.
  • Seals that have a sealing effect that depends on the direction of flow of the fluid are advantageous because they allow very little or no friction losses in the seal when the fluid flows in the desired direction of flow from the shaft bearing into the grinding chamber. If the direction of flow is reversed, this behavior is advantageously reversed, since the best possible seal is required when the fluid flows from the grinding chamber into the shaft bearing, in particular to prevent the pulp suspension from flowing from the grinding chamber into the shaft bearing and corresponding contamination of the shaft bearing by the fiber materials to avoid.
  • a damping element is assigned to the shaft bearing, the damping element being preferably between the rotor disk and a motor is arranged between the rotor disk and a clutch, wherein the clutch is arranged between the rotor disk and the motor.
  • the mounting according to the invention allows the shaft to move freely in the axial direction so that, surprisingly, jerky movements of the shaft can occur during operation, which should be avoided.
  • the coupling can provide a low level of damping, for example due to friction effects in the coupling.
  • this is not sufficient, which is why the arrangement of a damping element is advantageous in order to ensure uniform movements of the shaft in the axial direction.
  • the damping element is hydraulically connected to the shaft bearing.
  • the damping element comprises, for example, a damping area and a throttle element.
  • the throttle element can, for example, be designed as a throttle ring, the throttle ring being arranged between the shaft and the bearing housing and covering a predominant part of the gap between the shaft and the bearing housing.
  • the damping area is formed, for example, by an area between the shaft, the bearing housing and the throttle element, the damping area being arranged between the shaft bearing and the clutch.
  • the damping element is hydraulically connected to the shaft bearing, i.e. the fluid - preferably water - that can be fed to the shaft bearing is also fed to the damping element, with continuous streams of fluid between the shaft bearing, i.e.
  • the fluid supply to the shaft bearing and the damping element When the shaft moves in the axial direction, the volume of the damping area changes, with an increase in the volume fluid flowing into the damping area via the throttle element and a reduction in the volume, fluid flowing out of the damping area via the throttle element.
  • a damping effect results in accordance with the viscous losses of the fluid when passing the throttle element.
  • An equally advantageous embodiment of the refiner is characterized in that the pulp suspension can be fed to the grinding chamber via an inlet area or through the shaft.
  • This advantageous bearing allows shaft diameters to be implemented which allow the pulp suspension to be fed through the shaft to the grinding chamber and, unlike when using conventional roller bearings, larger shaft diameters can also be implemented in a technically sensible manner.
  • the rotor disk is designed with openings, the openings providing a uniform distribution of the pulp suspension in the grinding chamber that can be fed in via the inlet area or via the shaft.
  • the fiber suspension is advantageously fed to the refiner on one side of the rotor disk, the fiber suspension being able to be guided directly into a first gap between a first stator disk and the rotor disk.
  • the fiber suspension can also be fed to the second side of the rotor disk through the openings in the rotor disk, the fiber suspension being able to be guided into a second gap between a second stator disk and the rotor disk.
  • An advantageous embodiment of the refiner is characterized in that the shaft is connected to a motor via a coupling, the movement of the shaft in the axial direction being able to be picked up by the coupling. Since the motor is arranged immovably and the shaft is advantageously movable in the axial direction, a relative movement in the axial direction between the shaft and the motor can be absorbed via the coupling.
  • a particularly advantageous embodiment of the refiner is characterized in that the coupling is designed as a curved tooth coupling and the shaft can be moved radially and / or axially in the curved tooth coupling.
  • the shaft is designed with external teeth in the area of the coupling and is connected to the motor via an intermediate coupling piece that has internal teeth. In the event of maintenance, dismantling the intermediate piece provides very good accessibility to the refiner.
  • Curved tooth couplings allow movement of the shaft in the axial direction as well as movement in the radial direction.
  • Curved tooth clutches also allow the external toothing of the shaft and the internal toothing of the intermediate coupling piece to perform a tumbling movement when the shaft rotates, with permanent sliding friction between the toothing.
  • Fig. 2 shows a refiner according to the invention.
  • Fig. 3 shows details of the shaft bearing according to the invention.
  • a rotor disk 2 is arranged on a shaft 1 in a housing 19, the rotor disk 2 being movable relative to the shaft 1 in the axial direction 7.
  • the fiber suspension is fed to the refiner 17 via an inlet area 12 and is distributed through openings 13 (not shown) in the rotor disk 2 in the grinding chamber 6.
  • the fiber suspension is in a first grinding gap between the rotor disk 2 and the first stator disk 4 and in a second grinding gap ground between the rotor disk 2 and the second stator disk 5 and leaves the refiner 17 via the outlet region 18.
  • Interchangeable grinding plates are arranged on the rotor disk 2 or the stator disks 4, 5.
  • the second stator disk 5 can be moved in the axial direction 7 via an adjusting device 20 and the distance between the stator disks 4, 5 or between the rotor disk 2 and the stator disks 4, 5 can be adjusted.
  • the axial mobility of the rotor disk 2 on the shaft 1 allows the rotor disk 2 to be centered independently between the stator disks 4, 5, with comparable grinding gaps being established.
  • This embodiment of the refiner 17 provides no mobility of the shaft 1 in the axial direction 7, the shaft bearing 3 as Rolling bearing is executed. Shaft bearing 3 and grinding chamber 6 are clearly separated.
  • the roller bearings are oil-lubricated.
  • a seal 8 seals the grinding chamber 6 or the inlet area 12 against the shaft 1. The introduction of oil into the grinding chamber 6 is to be prevented structurally;
  • Fig. 2 shows a refiner according to the invention with a cantilever bearing.
  • a rotor disk 2 is arranged on a shaft 1 in a housing 19, the rotor disk 2 being firmly connected to the shaft 1 and the shaft 1 being movable in the axial direction 7.
  • the fiber suspension is fed to the refiner 17 via an inlet area 12 and is distributed through openings 13 (not shown) of the rotor disk 2 in the grinding chamber 6.
  • the fiber suspension is in a first grinding gap between the rotor disk 2 and the first stator disk 4 and in a second grinding gap ground between the rotor disk 2 and the second stator disk 5 and leaves the refiner 17 via the outlet region 18.
  • Interchangeable grinding plates are arranged on the rotor disk 2 or the stator disks 4, 5.
  • the second stator disk 5 can be moved in the axial direction 7 via an adjusting device 20 and the distance between the stator disks 4, 5 or between the rotor disk 2 and the stator disks 4, 5 can be adjusted.
  • the shaft 1 is connected to a motor 10 (not shown) via a coupling 11, the coupling 11 being able to absorb the movement of the shaft 1 in the axial direction 7.
  • the shaft 1 is cantilevered via a shaft bearing 3, the rotor disk 2 being arranged outside the shaft bearing 3.
  • the shaft bearing 3 is hydraulically connected to the grinding chamber 6.
  • the shaft bearing 3 is designed as a fluid-lubricated sliding bearing 23, a fluid - preferably water - serving as a lubricating medium in the shaft bearing 3 and being at least partially feedable to the grinding chamber 6 via the shaft bearing 3.
  • the seal 8 arranged between the shaft bearing 3 and the grinding chamber 6 limits the amount of fluid that flows between the shaft bearing 3 and the grinding chamber 6 in accordance with the pressure conditions.
  • the fluid is advantageously guided in a targeted manner out of the shaft bearing 3 in the direction of the grinding chamber 6. This works through a higher pressure of the fluid in the shaft bearing 3 compared to the pressure in the grinding chamber 6. This ensures that no pulp suspension or no pulp from the grinding chamber 6 is introduced into the shaft bearing 3. It is also possible to implement a seal 8 with a sealing effect that is dependent on the direction of flow of the fluid.
  • the refiner 17 advantageously also comprises a damping element 9 which is assigned to the shaft bearing 3.
  • the damping element 9 is arranged between rotor disk 2 and motor 10 (not shown) and preferably between rotor disk 2 and clutch 11.
  • the damping element 9 can be hydraulically connected to the shaft bearing 3, the damping element 9 comprising a damping area 15 and a throttle element 16. The fluid supplied to the shaft bearing 3 flows through the shaft bearing 3 and also fills the damping area 15.
  • the volume of the damping area 15 can be changed, with fluid flowing to the damping element 9 when the volume of the damping area 15 increases, and when the volume is increased Volume reduction of the damping area 15 from the damping element 9 fluid flows out, wherein the fluid flows in or out of the damping area 15 via the throttle element 16.
  • the fluid is fed to the shaft bearing 3 via a fluid inlet 21 and flows through the fluid-lubricated sliding bearing 23 or fills the damping area 15.
  • the seal 8 is arranged between the shaft bearing 3 and the grinding chamber 6 and limits the amount of fluid that flows between the shaft bearing 3 and grinding chamber 6 in accordance with the pressure conditions, the majority of the fluid being discharged from the shaft bearing 3 via the fluid return 22.
  • the fluid is advantageously guided in a targeted manner in the direction of the grinding chamber 6 by a greater pressure of the fluid in the shaft bearing 3 compared to the pressure in the grinding chamber 6.
  • the damping element 9 is hydraulically connected to the shaft bearing 3, and comprises the damping area 15 and the throttle element 16.
  • the throttle element 16 is connected to the shaft 1 in FIG.
  • the damping area 15 being delimited by the shaft 1, the bearing housing 14 and the throttle element 16.
  • the volume of the damping area 15 can be changed, with fluid flowing to the damping element 9 when the volume of the damping area 15 increases and fluid flows out of the damping element 9 when the volume of the damping area 15 is reduced, the fluid flowing out via the throttle element 16 flows into or out of the damping area 15.
  • FIGS. 4a and 4b each show an advantageous seal 8 of the shaft bearing 3, which allows a sealing effect that is dependent on the direction of flow of the fluid.
  • the seal 8 is fixed in the bearing housing 14 via a fastening element 24, with sealing lips 25 being guided against the shaft 1.
  • a flow of the fluid from the base to the imaginary The conical tip of the frustoconical sealing lip 25 - and thus from the shaft bearing 3 in the direction of the grinding chamber 6 - leads to a widening of the sealing lip 25, to a lifting of the sealing lip 25 from the shaft 1 or at least to a reduction of that which is decisive for the seal 8 and the sliding friction Contact pressure of the seal 8 against the shaft 1.
  • the direction of flow is reversed, ie a flow of the fluid from the imaginary cone tip to the base of the frustoconical sealing lip 25 - or from the grinding chamber 6 in the direction of the shaft bearing 3 - the fluid presses the sealing lip 25 against the Shaft 1 and leads to an increase in the contact pressure of the sealing lip 25 on the W Elle 1.
  • a seal 8 with two free-standing sealing lips 25 is shown.
  • 4b shows a seal 8 with two sealing lips 25, a free-standing sealing lip 25 being arranged closer to the shaft bearing 3 and the sealing lip 25, which is arranged closer to the grinding chamber 6, dispensing with a cavity 26 oriented towards the grinding chamber 6, whereby an embedding of fibrous material and possible hardening of fibrous material in the cavity 26 oriented towards the grinding chamber 6 is advantageously avoided.
  • the present invention thus offers numerous advantages.
  • the low wear of the rotor disks and stator disks - and in particular of the grinding plates on these disks, is particularly advantageous, which is achieved by the very smooth positioning of the rotor disk, which is also maintained during continuous operation.
  • the solution according to the invention makes it possible to avoid contamination by fibrous material in the sealing area and storage area.
  • the storage according to the invention also avoids the risk of oil contamination of the fiber suspension, since the storage can be operated oil-free and the risk of contamination of the storage by the fiber is eliminated or is minimal.
  • the storage according to the invention also allows a more compact design of the refiner and, above all, a shorter overall length.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Refiner zur Mahlung von Faserstoffen umfassend eine Welle (1), eine fest mit der Welle (1) verbundene Rotorscheibe (2) und eine Wellenlagerung (3), wobei die Rotorscheibe (2) zwischen zwei Statorscheiben (4,5) angeordnet ist unter Bildung eines Mahlraumes (6) zwischen der Rotorscheibe (2) und den Statorscheiben (4,5), wobei die Welle (1) in einer Axialrichtung (7) beweglich ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlagerung (3) mit dem Mahlraum (6) hydraulisch verbunden ist. Dies erlaubt einen geringen Verschleiß der Rotorscheiben und Statorscheiben und insbesondere der Mahlplatten auf diesen Scheiben - auch im durchgehenden Betrieb.

Description

VORRICHTUNG ZUR MAHLUNG EINER FASERSTOFFSUSPENSION
Die Erfindung betrifft einen Refiner zur Mahlung von Faserstoffen in einer Faserstoffsuspension umfassend eine Welle, eine fest mit der Welle verbundene Rotorscheibe und eine Wellenlagerung, wobei die Rotorscheibe zwischen zwei Statorscheiben angeordnet ist unter Bildung eines Mahlraumes zwischen der Rotorscheibe und den Statorscheiben, wobei die Welle in einer Axialrichtung beweglich ist, zumindest eine Statorscheibe in Axialrichtung verschiebbar ist, die Größe des Mahlraumes über den Abstand zwischen den Statorscheiben einstellbar ist und die Rotorscheibe zwischen den Statorscheiben über eine Bewegung der Welle in Axialrichtung bewegbar ist.
Refiner - bzw. die beschriebenen Doppelscheibenrefiner - sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Typischerweise rotiert eine Rotorscheibe zwischen zwei stehenden Statorscheiben, wobei die Rotorscheibe bzw. die Statorscheiben mit Mahlplatten bestückt sind. Der in Suspension vorliegende Faserstoff wird in dem Mahlraum zwischen der Rotorscheibe und den Statorscheiben gemahlen. Wesentlich ist eine gleichmäßige Verteilung des Mahldruckes im Mahlraum und damit im Bereich zwischen der Rotorscheibe und der ersten Statorscheibe, sowie im Bereich zwischen der Rotorscheibe und der zweiten Statorscheibe. Dazu muss der Rotor axial bewegbar sein. Verschiedene Lösungen sind im Stand der Technik bekannt.
So beschreibt die DE 202006002999 U1 einen Scheibenrefiner zum Mahlen von Faserstoffmaterial. Es werden Einzelheiten zu Rotor und Stator beschrieben, wobei der Rotor eine Trägerscheibe aufweist, die auf der Rotorwelle axial verschiebbar gelagert ist, beispielsweise mittels einer Axialverzahnung. Die Trägerscheibe und damit der gesamte Rotor können sich axial frei einstellen. Es wird ausgeführt, dass es auch günstig sein kann, die Rotorwelle selbst axial verschiebbar zu machen.
Ziel der Erfindung ist ein Refiner mit verringertem Verschleiß der Rotorscheiben und Statorscheiben und insbesondere der Mahlplatten auf diesen Scheiben.
Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass die Wellenlagerung mit dem Mahlraum hydraulisch verbunden ist. Dabei bedeutet „hydraulisch verbunden“, dass ein Fluid - bevorzugt Wasser - zwischen der Wellenlagerung und dem Mahlraum überführbar ist. Somit sind - hydraulisch ausgedrückt - durchgängige Stromfäden des Fluids zwischen der Wellenlagerung und dem Mahlraum darstellbar bzw. gegeben. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass bei erfindungsgemäßer hydraulischer Verbindung der Wellenlagerung mit dem Mahlraum eine besonders leichtgängige Beweglichkeit der Welle in Axialrichtung der Welle gegeben ist. Diese leichtgängige Beweglichkeit bleibt insbesondere auch während des Betriebs des Refiners erhalten. Die leichtgängige axiale Beweglichkeit der Welle und damit der fest mit der Welle verbundenen Rotorscheibe ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass der in einer Suspension vorliegende Faserstoff im Mahlraum, d.h. im Bereich zwischen der Rotorscheibe und der ersten Statorscheibe sowie im Bereich zwischen der Rotorscheibe und der zweiten Statorscheibe, gleichmäßig gemahlen wird, da im Mahlraum eine gleichmäßige Verteilung des Mahldruckes gegeben ist. Die gleichmäßige Verteilung des Mahldruckes folgt dabei aus der selbstständigen und leichtgängigen Positionierung der Rotorscheibe zwischen den Statorscheiben. Jeder Widerstand gegen eine Positionierung, durch z.B. Reibung, fördert die Ausbildung einer ungleichmäßigen Verteilung des Mahldruckes und damit direkt eine ungleichmäßige Mahlung des Faserstoffes und eine ungleichmäßige Abnutzung an den Rotorscheiben und Statorscheiben, wobei diese Abnutzung insbesondere auf die Mahlplatten der Rotorscheibe und der Statorscheiben bezogen ist. Erfindungsgemäß ist unter der festen Verbindung der Rotorscheibe mit der Welle zu verstehen, dass keine axiale Verschiebbarkeit zwischen Welle und Rotorscheibe gegeben ist und somit keine Relativbewegung in Axialrichtung zwischen Welle und Rotorscheibe. Die Verbindung zwischen Rotorscheibe und Welle kann aber natürlich lösbar ausgeführt sein, was für Service und Installation von Bedeutung sein kann.
Eine günstige Ausgestaltung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe innerhalb oder außerhalb der Wellenlagerung fest mit der Welle verbunden ist. Die Welle ist somit beidseits der Rotorscheibe oder fliegend gelagert. Eine Lagerung der Welle eines Refiners beidseits der Rotorscheibe erlaubt eine gleichmäßige und verteilte Lagerbelastung, jedoch keine sehr kompakte Bauweise, da die Wellenlagerung beidseits der Rotorscheibe ausgeführt ist. Im Falle der fliegenden Lagerung ist an einem ersten Ende der Welle die Rotorscheibe fest mit der Welle verbunden und die Rotorscheibe liegt außerhalb der Wellenlagerung. An einem zweiten Ende der Welle ist die Welle über eine Kupplung mit einem Motor verbunden, wobei die Kupplung außerhalb der Wellenlagerung liegt. Vorteilhafterweise erlaubt die fliegende Lagerung der Rotorscheibe zusammen mit der erfindungsgemäßen hydraulisch verbundenen Wellenlagerung eine sehr kompakte Bauweise.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Welle ausschließlich über fluidgeschmierte Gleitlager gelagert ist. Dies erlaubt eine besonders leichtgängige Beweglichkeit der Welle in Axialrichtung der Welle. Für den Fall, dass die Welle beidseits der Rotorscheibe gelagert ist, sind beidseits der Rotorscheibe ausschließlich fluidgeschmierte Gleitlager angeordnet. Für den Fall der fliegenden Lagerung der Welle ist die Rotorscheibe an einem ersten Ende der Welle fest mit der Welle verbunden und die Welle ist ausschließlich über fluidgeschmierte Gleitlager gelagert, wobei die Wellenlagerung zwischen der Rotorscheibe und einem zweiten Ende der Welle angeordnet ist. Eine weitere günstige Ausgestaltung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlagerung als fluidgeschmiertes Gleitlager ausgeführt ist, wobei ein Fluid, bevorzugt Wasser, über die Wellenlagerung dem Mahlraum zuführbar ist. Besonders vorteilhaft ist die Ausführung als wassergeschmiertes Gleitlager. Entsprechend der erfindungsgemäßen hydraulischen Verbindung der Wellenlagerung mit dem Mahlraum kann Wasser über das wassergeschmierte Gleitlager dem Mahlraum zugeführt werden. Die Verwendung von Wasser als Fluid bedeutet die Möglichkeit, eine ölfreie Wellenlagerung zu realisieren, womit eine Kontamination der Faserstoffsuspension durch ein Öl bzw. Hydrauliköl ausgeschlossen ist. Besonders vorteilhaft ist eine Zwangsführung vorzusehen, zur Sicherzustellung einer Strömungsrichtung des Fluids - bevorzugt Wasser - durch das fluidgeschmierte Gleitlager in den Mahlraum. Eine solche Zwangsführung ist leicht erzielbar, indem das Fluid in der Wellenlagerung einen höheren Druck aufweist als die Faserstoffsuspension im Mahlraum im Bereich der Zuführung des Fluids in den Mahlraum. Durch den höheren Druck des Fluids in der Wellenlagerung fließt das Fluid in Richtung des Mahlraumes, was vorteilhafterweise eine Verschmutzung der Wellenlagerung, bzw. des wassergeschmierten Gleitlagers, effektiv verhindert. So wird das wassergeschmierte Gleitlager stets in Richtung des Mahlraumes gespült und die leichtgängige Beweglichkeit der Welle bleibt über die Betriebszeit erhalten. Bei einer Lagerung der Welle des Refiners beidseits der Rotorscheibe ist die Wellenlagerung beidseits der Rotorscheibe als fluidgeschmiertes Gleitlager ausgeführt, wobei ein Fluid, bevorzugt Wasser, über die Wellenlagerung dem Mahlraum zuführbar ist. Eine weitere günstige Ausgestaltung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mahlraum und der Wellenlagerung eine Dichtung angeordnet ist. Die Wellenlagerung ist als fluidgeschmiertes Gleitlager ausgeführt, wobei ein Fluid, bevorzugt Wasser, durch die Wellenlagerung über die Dichtung dem Mahlraum zuführbar ist. Eine vorteilhafte Ausführung der Dichtung umfasst einen Wellendichtring oder einen Drosselring. Die Dichtung ist beispielsweise zwischen Welle und Lagergehäuse angeordnet, in eine Aussparung des Lagergehäuses eingelegt und über einen Fixierring im Lagergehäuse fixiert. Die Welle ist durch die Dichtung geführt, wobei im Falle eines Wellendichtrings die Dichtung mit der Welle in Berührung ist oder im Falles eines Drosselrings ein Spalt zwischen Welle und Dichtring gegeben ist. Dichtungen weisen vorteilhafterweise zumindest eine Dichtlippe auf.
Eine vorteilhafte Ausführung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine von der Strömungsrichtung des Fluids abhängige Dichtwirkung aufweist. Solche Dichtungen umfassen Wellendichtringe oder Drosselringe. Die von der Strömungsrichtung abhängige Dichtwirkung kann dadurch realisiert werden, dass bei z.B. einer Strömungsrichtung des Fluids von der Wellenlagerung zum Mahlraum das Fluid bzw. der Fluiddruck die Dichtung von der Dichtfläche abhebt und/oder die Dichtung einen größeren Strömungsquerschnitt für das Fluid freigibt. Durch das Abheben der Dichtung von der Dichtfläche und/oder die Vergrößerung des Strömungsquerschnitts des Fluids wird insbesondere eine Gleitreibung zwischen Dichtung und Dichtfläche verhindert bzw. reduziert und so die leichtgängige Beweglichkeit der Welle in Axialrichtung der Welle unterstützt. Vorteilhafterweise ist die Dichtung mit einer Dichtlippe ausgeführt, wobei die Dichtlippe kegelstumpfförmig ausgebildet ist, um eine Dichtwirkung in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung auszubilden. Um beispielsweise eine Dichtung zwischen Wellenlagerung und Mahlraum gegen die rotierende Welle zu realisieren, kann eine Dichtung mit einer kegelstumpfförmigen Dichtlippe so angeordnet werden, dass die Welle im Inneren der Dichtung geführt ist, wobei die Axialrichtung der Welle und die Achse der kegelstumpfförmigen Dichtlippe zusammenfallen. In einem ersten Beispiel sei die Dichtung im Lagergehäuse eingespannt und die kegelstumpfförmige Dichtlippe gegen die Welle geführt. Dann führt eine Strömung des Fluids von der Basis zur gedachten Kegelspitze der kegelstumpfförmigen Dichtlippe zu einer Aufweitung der Dichtlippe, zu einem Abheben der Dichtung von der Welle oder zumindest zu einer Reduzierung des für die Dichtung und die Gleitreibung maßgeblichen Anpressdrucks der Dichtung gegen die Gleitfläche bzw. Welle. Bei Umkehrung der Strömungsrichtung in diesem ersten Bespiel - d.h. einer Strömung des Fluids von der gedachten Kegelspitze zur Basis der kegelstumpfförmigen Dichtlippe - würde das Fluid die Dichtlippe gegen die Welle drücken und zu einer Vergrößerung des Anpressdrucks der Dichtlippe führen. In einem zweiten Beispiel sei die Dichtung beispielsweise an der Welle eingespannt und die kegelstumpfförmige Dichtlippe zum Lagergehäuse orientiert. Dann führt eine Strömung des Fluids von der Basis zur gedachten Kegelspitze der kegelstumpfförmigen Dichtlippe zu einer Aufweitung der Basisfläche und so zu einer verstärkten Anpressung der Dichtlippe und zu einer verbesserten Dichtwirkung gegen das Lagergehäuse. Dichtungen, die eine von der Strömungsrichtung des Fluids abhängige Dichtwirkung aufweisen, sind vorteilhaft, da bei einer Strömung des Fluids entsprechend der gewünschten Strömungsrichtung sehr kleine bzw. keine Reibungsverluste der Dichtung realisiert werden können. Bei einer Umkehrung der Strömungsrichtung kann aber eine bestmögliche Dichtung realisiert werden, und ein Strömen des Fluids entgegen der gewünschten Strömungsrichtung vermindert bzw. vermieden werden.
Eine ebenso vorteilhafte Ausführung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung bei Strömung des Fluids durch die Wellenlagerung in den Mahlraum eine Dichtwirkung aufweist, die geringer ist als bei Strömung des Fluids aus dem Mahlraum in die Wellenlagerung. Dichtungen, die eine von der Strömungsrichtung des Fluids abhängige Dichtwirkung aufweisen, sind vorteilhaft, da sie bei einer Strömung des Fluids entsprechend der gewünschten Strömungsrichtung aus der Wellenlagerung in den Mahlraum sehr kleine bzw. keine Reibungsverluste der Dichtung erlauben. Bei einer Umkehrung der Strömungsrichtung kehrt sich dieses Verhalten vorteilhafterweise um, da bei einer Strömung des Fluids aus dem Mahlraum in die Wellenlagerung eine bestmögliche Dichtung erforderlich ist, insbesondere, um eine Strömung der Faserstoffsuspension vom Mahlraum in die Wellenlagerung und entsprechende Verschmutzung der Wellenlagerung durch die Faserstoffe zu vermeiden.
Eine weitere günstige Ausgestaltung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfungselement der Wellenlagerung zugeordnet ist, wobei das Dämpfungselement zwischen der Rotorscheibe und einem Motor, bevorzugt zwischen der Rotorscheibe und einer Kupplung, angeordnet ist, wobei die Kupplung zwischen der Rotorscheibe und dem Motor angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Lagerung erlaubt eine derart leichtgängige Beweglichkeit der Welle in Axialrichtung, dass überraschenderweise stoßartige Bewegungen der Welle im Betrieb auftreten können, die es zu vermeiden gilt. So kann zu Beginn der Zuführung der Faserstoffsuspension in den Refiner eine resultierende Kraftwirkung auf die Rotorscheibe und somit auf die Welle gegeben sein, die eine stoßartige Bewegung der Welle bewirkt. Ebenso kann aber im laufenden Betrieb eine resultierende Kraftwirkung auf die Rotorscheibe bzw. die Welle gegeben sein. Zwar kann durch die Kupplung eine geringe Dämpfung gegeben sein, z.B. durch Reibungseffekte in der Kupplung. Dies ist allerdings nicht ausreichend, weswegen die Anordnung eines Dämpfungselementes vorteilhaft ist, um gleichförmige Bewegungen der Welle in Axialrichtung sicherzustellen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement mit der Wellenlagerung hydraulisch verbunden ist. Das Dämpfungselement umfasst beispielsweise einen Dämpfungsbereich und ein Drosselelement. Das Drosselelement kann beispielsweise als Drosselring ausgebildet sein, wobei der Drosselring zwischen Welle und Lagergehäuse angeordnet ist und den Spalt zwischen Welle und Lagergehäuse zu einem überwiegenden Teil abdeckt. Der Dämpfungsbereich ist beispielsweise gebildet durch einen Bereich zwischen Welle, Lagergehäuse und Drosselelement, wobei der Dämpfungsbereich zwischen Wellenlagerung und Kupplung angeordnet ist. Dabei ist das Dämpfungselement hydraulisch mit der Wellenlagerung verbunden, d.h. das Fluid - bevorzugt Wasser - das der Wellenlagerung zuführbar ist, wird auch dem Dämpfungselement zugeführt, wobei durchgängige Stromfäden des Fluids zwischen der Wellenlagerung, d.h. der Fluidzuführung zur Wellenlagerung und dem Dämpfungselement darstellbar sind. Bei einer Bewegung der Welle in Axialrichtung verändert sich das Volumen des Dämpfungsbereichs, wobei bei einer Vergrößerung des Volumens Fluid über das Drosselelement in den Dämpfungsbereich zufließt und bei einer Verkleinerung des Volumens Fluid über das Drosselelement aus dem Dämpfungsbereich abfließt. Entsprechend den viskosen Verlusten des Fluids beim Passieren des Drosselelementes ergibt sich eine Dämpfungswirkung. Die Anordnung des Dämpfungselementes zwischen Lagerung und Kupplung ist vorteilhaft, da es so zu keiner hydraulischen Beeinflussung der Dichtung kommt, da die Lagerung zwischen Dichtung und Dämpfungselement angeordnet ist.
Eine ebenso vorteilhafte Ausführung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Mahlraum über einen Einlaufbereich oder durch die Welle die Faserstoffsuspension zuführbar ist. Diese vorteilhafte Lagerung erlaubt Wellendurchmesser zu realisieren, die es erlauben, die Faserstoffsuspension durch die Welle dem Mahlraum zuzuführen, und anders als bei Verwendung von herkömmlichen Wälzlagern auch größere Wellendurchmesser technisch sinnvoll zu realisieren.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe mit Öffnungen ausgeführt ist, wobei durch die Öffnungen eine gleichmäßige Verteilung der über den Einlaufbereich bzw. über die Welle zuführbaren Faserstoffsuspension im Mahlraum gegeben ist. Vorteilhafterweise wird die Faserstoffsuspension auf einer Seite der Rotorscheibe dem Refiner zugeführt, wobei die Faserstoffsuspension direkt in einen ersten Spalt zwischen einer ersten Statorscheibe und der Rotorscheibe führbar ist. Durch die Öffnungen in der Rotorscheibe ist die Faserstoffsuspension auch der zweiten Seite der Rotorscheibe zuführbar, wobei die Faserstoffsuspension in einen zweiten Spalt zwischen einer zweiten Statorscheibe und der Rotorscheibe führbar ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Welle über eine Kupplung mit einem Motor verbunden ist, wobei die Bewegung der Welle in Axialrichtung durch die Kupplung aufnehmbar ist. Da der Motor unbeweglich angeordnet ist und die Welle vorteilhafterweise in Axialrichtung beweglich ist, ist eine Relativbewegung in Axialrichtung zwischen Welle und Motor über die Kupplung aufnehmbar.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Refiners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung als Bogenzahnkupplung ausgeführt ist und in der Bogenzahnkupplung eine radiale und/oder axiale Beweglichkeit der Welle gegeben ist. Dabei ist die Welle im Bereich der Kupplung mit einer Außenverzahnung ausgeführt und über ein Kupplungszwischenstück, das eine Innenverzahnung aufweist, mit dem Motor verbunden. Im Wartungsfall ist dabei durch Demontage des Zwischenstücks eine sehr gute Zugänglichkeit zum Refiner gegeben. Bogenzahnkupplungen erlauben neben einer Bewegung der Welle in Axialrichtung auch eine Bewegung in radialer Richtung. Bogenzahnkupplungen erlauben weiter, dass bei Rotation der Welle die Außenverzahnung der Welle und die Innenverzahnung des Kupplungszwischenstückes eine taumelnde Bewegung ausführen, wobei zwischen den Verzahnungen eine permanente Gleitreibung gegeben ist. Somit entfällt während der Rotation der Welle bei einer relativen axialen Bewegung der Welle zum Motor eine anfängliche Haftreibung in der Kupplung, da in der Kupplung zwischen den Verzahnungen durchgängig Gleitreibung gegeben ist. Dadurch ist eine besondere Leichtgängigkeit der Welle in Axialrichtung möglich.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Refiner entsprechend dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Refiner.
Fig. 3 zeigt Details der erfindungsgemäßen Wellenlagerung.
Fig. 4a und 4b zeigen vorteilhafte Dichtungen.
Fig. 1 zeigt einen Refiner entsprechend dem Stand der Technik. Dabei ist eine Rotorscheibe 2 auf einer Welle 1 in einem Gehäuse 19 angeordnet, wobei die Rotorscheibe 2 relativ zur Welle 1 in Axialrichtung 7 beweglich ist. Die Faserstoffsuspension wird über einen Einlaufbereich 12 dem Refiner 17 zugeführt und verteilt sich durch Öffnungen 13 (nicht dargestellt) der Rotorscheibe 2 im Mahlraum 6. Dabei wird die Faserstoffsuspension in einem ersten Mahlspalt zwischen der Rotorscheibe 2 und der ersten Statorscheibe 4 und in einem zweiten Mahlspalt zwischen der Rotorscheibe 2 und der zweiten Statorscheibe 5 vermahlen und verlässt den Refiner 17 über den Auslassbereich 18. An der Rotorscheibe 2 bzw. den Statorscheiben 4,5 sind austauschbare Mahlplatten angeordnet. Über eine Verstellvorrichtung 20 ist die zweite Statorscheibe 5 in Axialrichtung 7 bewegbar und es kann der Abstand zwischen den Statorscheiben 4,5 bzw. zwischen der Rotorscheibe 2 und den Statorscheiben 4,5 eingestellt werden. Die axiale Beweglichkeit der Rotorscheibe 2 auf der Welle 1 erlaubt ein selbstständiges Zentrieren der Rotorscheibe 2 zwischen den Statorscheiben 4,5, wobei sich vergleichbare Mahlspalte einstellen. Diese Ausführung des Refiners 17 sieht keine Beweglichkeit der Welle 1 in Axialrichtung 7 vor, wobei die Wellenlagerung 3 als Wälzlager ausgeführt ist. Wellenlagerung 3 und Mahlraum 6 sind klar getrennt. Die Wälzlager sind ölgeschmiert. Eine Dichtung 8 dichtet den Mahlraum 6 bzw. den Einlaufbereich 12 gegen die Welle 1. Ein Einbringen von Öl in den Mahlraum 6 ist konstruktiv zu verhindern, ebenso darf keine Faserstoffsuspension in den Ölumlauf des Wälzlagers gelangen.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Refiner mit einer fliegenden Lagerung. Dabei ist eine Rotorscheibe 2 auf einer Welle 1 in einem Gehäuse 19 angeordnet, wobei die Rotorscheibe 2 fest mit der Welle 1 verbunden ist und die Welle 1 in Axialrichtung 7 beweglich ist. Die Faserstoffsuspension wird über einen Einlaufbereich 12 dem Refiner 17 zugeführt und verteilt sich durch Öffnungen 13 (nicht dargestellt) der Rotorscheibe 2 im Mahlraum 6. Dabei wird die Faserstoffsuspension in einem ersten Mahlspalt zwischen der Rotorscheibe 2 und der ersten Statorscheibe 4 und in einem zweiten Mahlspalt zwischen der Rotorscheibe 2 und der zweiten Statorscheibe 5 vermahlen und verlässt den Refiner 17 über den Auslassbereich 18. An der Rotorscheibe 2 bzw. den Statorscheiben 4,5 sind austauschbare Mahlplatten angeordnet. Über eine Verstellvorrichtung 20 ist die zweite Statorscheibe 5 in Axialrichtung 7 bewegbar und es kann der Abstand zwischen den Statorscheiben 4,5 bzw. zwischen der Rotorscheibe 2 und den Statorscheiben 4,5 eingestellt werden.
Die axiale Beweglichkeit der Welle 1 und somit der fest mit der Welle 1 verbundenen Rotorscheibe 2 erlaubt ein selbstständiges Zentrieren der Rotorscheibe 2 zwischen den Statorscheiben 4,5, wobei sich vergleichbare Mahlspalte einstellen.
Entsprechend der Beweglichkeit der Welle 1 in Axialrichtung 7 ist die Welle 1 über eine Kupplung 11 mit einem Motor 10 (nicht dargestellt) verbunden, wobei die Kupplung 11 die Bewegung der Welle 1 in Axialrichtung 7 aufnehmen kann. Die Welle 1 ist über eine Wellenlagerung 3 fliegend gelagert, wobei die Rotorscheibe 2 außerhalb der Wellenlagerung 3 angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die Wellenlagerung 3 mit dem Mahlraum 6 hydraulisch verbunden. Dabei ist die Wellenlagerung 3 als fluidgeschmiertes Gleitlager 23 ausgeführt, wobei ein Fluid - bevorzugt Wasser - als Schmiermedium in der Wellenlagerung 3 dient und zumindest teilweise über die Wellenlagerung 3 dem Mahlraum 6 zuführbar ist. Die zwischen Wellenlagerung 3 und Mahlraum 6 angeordnete Dichtung 8 beschränkt die Menge an Fluid, die entsprechend den Druckverhältnissen zwischen Wellenlagerung 3 und Mahlraum 6 strömt. Vorteilhafterweise wird das Fluid gezielt aus der Wellenlagerung 3 in Richtung des Mahlraums 6 geführt. Dies gelingt durch einen größeren Druck des Fluids in der Wellenlagerung 3 verglichen zum Druck im Mahlraum 6. So ist sichergestellt, dass keine Faserstoffsuspension bzw. kein Faserstoff aus dem Mahlraum 6 in die Wellenlagerung 3 eingebracht wird. Weiter bietet sich an, eine Dichtung 8 mit einer von der Strömungsrichtung des Fluids abhängigen Dichtwirkung zu realisieren. Besonders vorteilhaft ist eine Dichtung 8, die bei Strömung des Fluids durch die Wellenlagerung 3 in den Mahlraum 6 eine Dichtwirkung aufweist, die geringer ist als bei Strömung des Fluids aus dem Mahlraum 6 in die Wellenlagerung 3. So kann bei einem größeren Druck im Mahlraum 6 und kleinerem Druck in der Wellenlagerung 3 ein Strömen von Faserstoffsuspension aus dem Mahlraum 6 in die Wellenlagerung 3 minimiert bzw. unterbunden werden. Vorteilhafterweise umfasst der Refiner 17 auch ein Dämpfungselement 9, das der Wellenlagerung 3 zugeordnet ist. Das Dämpfungselement 9 ist zwischen Rotorscheibe 2 und Motor 10 (nicht dargestellt) angeordnet und bevorzugt zwischen Rotorscheibe 2 und Kupplung 11. Das Dämpfungselement 9 kann dabei mit der Wellenlagerung 3 hydraulisch verbunden sein, wobei das Dämpfungselement 9 einen Dämpfungsbereich 15 und ein Drosselelement 16 umfasst. Das der Wellenlagerung 3 zugeführte Fluid durchströmt dabei die Wellenlagerung 3 und erfüllt auch den Dämpfungsbereich 15. Durch eine Bewegung der Welle 1 in Axialrichtung 7 ist das Volumen des Dämpfungsbereichs 15 veränderbar, wobei bei einer Volumenvergrößerung des Dämpfungsbereichs 15 dem Dämpfungselement 9 Fluid zuströmt und bei einer Volumenverkleinerung des Dämpfungsbereichs 15 aus dem Dämpfungselement 9 Fluid abströmt, wobei das Fluid jeweils über das Drosselelement 16 dem Dämpfungsbereich15 zu- bzw. abfließt.
Fig. 3 zeigt Details einer erfindungsgemäßen fliegenden Wellenlagerung 3. Über einen Fluideinlass 21 wird das Fluid der Wellenlagerung 3 zugeführt und durchströmt das fluidgeschmierte Gleitlager 23 bzw. erfüllt den Dämpfungsbereich 15. Zwischen Wellenlagerung 3 und Mahlraum 6 ist die Dichtung 8 angeordnet und beschränkt die Menge an Fluid, die entsprechend den Druckverhältnissen zwischen Wellenlagerung 3 und Mahlraum 6 strömt, wobei der Großteil des Fluids über den Fluidrücklauf 22 aus der Wellenlagerung 3 abgeführt wird. Vorteilhafterweise wird das Fluid durch einen größeren Druck des Fluids in der Wellenlagerung 3 verglichen zum Druck im Mahlraum 6 gezielt in Richtung des Mahlraums 6 geführt. Das Dämpfungselement 9 ist mit der Wellenlagerung 3 hydraulisch verbunden, und umfasst den Dämpfungsbereich 15 und das Drosselelement 16. Das Drosselelement 16 ist in Fig. 3 mit der Welle 1 verbunden, wobei der Dämpfungsbereich 15 durch die Welle 1, das Lagergehäuse 14 und das Drosselelement 16 begrenzt wird. Durch eine Bewegung der Welle 1 in Axialrichtung 7 ist das Volumen des Dämpfungsbereichs 15 veränderbar, wobei bei einer Volumenvergrößerung des Dämpfungsbereiches 15 dem Dämpfungselement 9 Fluid zuströmt und bei einer Volumenverkleinerung des Dämpfungsbereichs 15 aus dem Dämpfungselement 9 Fluid abströmt, wobei das Fluid jeweils über das Drosselelement 16 dem Dämpfungsbereich15 zu- bzw. abströmt.
Fig. 4a und Fig 4b zeigen jeweils eine vorteilhafte Dichtung 8 der Wellenlagerung 3, die eine von der Strömungsrichtung des Fluids abhängige Dichtwirkung erlaubt. Die Dichtung 8 ist über ein Befestigungselement 24 im Lagergehäuse 14 fixiert, wobei Dichtlippen 25 gegen die Welle 1 geführt sind. Entsprechend der kegelstumpfförmigen Ausbildung der Dichtlippen 25 wird bei Strömung des Fluids durch die Wellenlagerung 3 in den Mahlraum 6 eine Dichtwirkung erzielt, die geringer ist als bei Strömung des Fluids aus dem Mahlraum 6 in die Wellenlagerung 3. Eine Strömung des Fluids von der Basis zur gedachten Kegelspitze der kegelstumpfförmigen Dichtlippe 25 - und somit von der Wellenlagerung 3 in Richtung des Mahlraums 6 - führt zu einer Aufweitung der Dichtlippe 25, zu einem Abheben der Dichtlippe 25 von der Welle 1 oder zumindest zu einer Reduzierung des für die Dichtung 8 und die Gleitreibung maßgeblichen Anpressdrucks der Dichtung 8 gegen die Welle 1. Bei einer Umkehrung der Strömungsrichtung, d.h. einer Strömung des Fluids von der gedachten Kegelspitze zur Basis der kegelstumpfförmigen Dichtlippe 25 - bzw. vom Mahlraum 6 in Richtung der Wellenlagerung 3 - presst das Fluid die Dichtlippe 25 gegen die Welle 1 und führt zu einer Vergrößerung des Anpressdrucks der Dichtlippe 25 an die Welle 1. In Fig 4a ist eine Dichtung 8 mit zwei freistehenden Dichtlippen 25 dargestellt. In Fig 4b ist eine Dichtung 8 mit zwei Dichtlippen 25 dargestellt, wobei eine freistehende Dichtlippe 25 näher an der Wellenlagerung 3 angeordnet ist und die Dichtlippe 25, die näher an dem Mahlraum 6 angeordnet ist, auf eine zum Mahlraum 6 hin orientierte Kavität 26 verzichtet, wodurch vorteilhafterweise eine Einlagerung von Faserstoff und eventuelle Aushärtung von Faserstoff in der zum Mahlraum 6 hin orientierten Kavität 26 vermieden wird. Die vorliegende Erfindung bietet somit zahlreiche Vorteile. Besonders vorteilhaft ist der geringe Verschleiß der Rotorscheiben und Statorscheiben - und insbesondere der Mahlplatten auf diesen Scheiben, was durch die sehr leichtgängige Positionierbarkeit der Rotorscheibe, die auch im durchgehenden Betrieb erhalten bleibt, erzielt wird. Dabei erlaubt die erfindungsgemäße Lösung, eine Verschmutzung durch Faserstoff im Dichtungsbereich und Lagerungsbereich zu vermeiden. Ebenso vermeidet die erfindungsgemäße Lagerung die Gefahr einer Ölkontamination der Faserstoffsuspension, da die Lagerung ölfrei betrieben werden kann und auch die Gefahr einer Kontamination der Lagerung durch den Faserstoff entfällt bzw. ist minimal. Die erfindungsgemäße Lagerung erlaubt ebenso eine kompaktere Ausführung des Refiners und vor allem eine kürzere Baulänge.
Bezugszeichen
(1) Welle
(2) Rotorscheibe
(3) Wellenlagerung
(4) erste Statorscheibe
(5) zweite Statorscheibe
(6) Mahlraum
(7) Axialrichtung
(8) Dichtung
(9) Dämpfungselement
(10) Motor
(11) Kupplung
(12) Einlaufbereich
(13) Öffnungen
(14) Lagergehäuse
(15) Dämpfungsbereich
(16) Drosselelement
(17) Refiner
(18) Auslassbereich
(19) Gehäuse (20) Verstellvorrichtung
(21) Fluideinlass
(22) Fluidrücklauf
(23) Fluidgeschmierte Gleitlager
(24) Befestigungselement
(25) Dichtlippe
(26) Kavität

Claims

Patentansprüche
1. Refiner zur Mahlung von Faserstoffen in einer Faserstoffsuspension umfassend eine Welle (1 ), eine fest mit der Welle (1 ) verbundene Rotorscheibe (2) und eine Wellenlagerung (3), wobei die Rotorscheibe (2) zwischen zwei Statorscheiben (4,5) angeordnet ist unter Bildung eines Mahlraumes (6) zwischen der Rotorscheibe (2) und den Statorscheiben (4,5), wobei die Welle (1) in einer Axialrichtung (7) beweglich ist, zumindest eine Statorscheibe (4,5) in Axialrichtung (7) verschiebbar ist, die Größe des Mahlraumes (6) über den Abstand zwischen den Statorscheiben (4,5) einstellbar ist und die Rotorscheibe (2) zwischen den Statorscheiben (4,5) über eine Bewegung der Welle (1) in Axialrichtung (7) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlagerung (3) mit dem Mahlraum (6) hydraulisch verbunden ist.
2. Refiner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (2) innerhalb oder außerhalb der Wellenlagerung (3) fest mit der Welle (1 ) verbunden ist.
3. Refiner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlagerung (3) als fluidgeschmiertes Gleitlager (23) ausgeführt ist, wobei ein Fluid, bevorzugt Wasser, über die Wellenlagerung (3) dem Mahlraum (6) zuführbar ist.
4. Refiner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mahlraum (6) und der Wellenlagerung (3) eine Dichtung (8) angeordnet ist.
5. Refiner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (8) eine von der Strömungsrichtung des Fluids abhängige Dichtwirkung aufweist.
6. Refiner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (8) bei Strömung des Fluids durch die Wellenlagerung (3) in den Mahlraum (6) eine Dichtwirkung aufweist, die geringer ist als bei Strömung des Fluids aus dem Mahlraum (6) in die Wellenlagerung (3).
7. Refiner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfungselement (9) der Wellenlagerung (3) zugeordnet ist, wobei das Dämpfungselement (9) zwischen der Rotorscheibe (2) und einem Motor (10), bevorzugt zwischen der Rotorscheibe (2) und einer Kupplung (11), angeordnet ist, wobei die Kupplung (11) zwischen der Rotorscheibe (2) und dem Motor (10) angeordnet ist.
8. Refiner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (9) mit der Wellenlagerung (3) hydraulisch verbunden ist.
9. Refiner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Mahlraum (6) über einen Einlaufbereich (12) oder durch die Welle (1) die Faserstoffsuspension zuführbar ist.
10. Refiner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorscheibe (2) mit Öffnungen (13) ausgeführt ist, wobei durch die Öffnungen (13) eine gleichmäßige Verteilung der über den Einlaufbereich (12) beziehungsweise über die Welle (1 ) zuführbaren Faserstoffsuspension im Mahlraum (6) gegeben ist.
11. Refiner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1 ) über eine Kupplung (11) mit einem Motor (10) verbunden ist, wobei die Bewegung der Welle (1) in Axialrichtung (7) durch die Kupplung (11) aufnehmbar ist.
12. Refiner nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (11 ) als Bogenzahnkupplung ausgeführt ist und in der Bogenzahnkupplung eine radiale und/oder axiale Beweglichkeit der Welle gegeben ist.
13. Refiner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) ausschließlich über fluidgeschmierte Gleitlager (23) gelagert ist.
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