DE19523704C2

DE19523704C2 - Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff

Info

Publication number: DE19523704C2
Application number: DE1995123704
Authority: DE
Inventors: Josef Schneid; Hans Schnell
Original assignee: Voith Sulzer Stoffaufbereitung GmbH
Current assignee: Voith Paper Fiber and Environmental Solutions GmbH and Co KG
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2015-06-30
Also published as: DE19523704A1; US5730376A; DE59608548D1; EP0751254A1; EP0751254B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Behandlungsvorrichtung ist zum Beispiel aus der DE-PS 30 47 013 bekannt. Diese zum Dispergieren von Altpapier geeignete Vorrichtung dient dazu, den Stoff intensiv mechanisch und thermisch zu bearbeiten, wodurch die darin enthaltenen Störstoffe von den Fasern abgelöst, zerkleinert und/oder unter die Sichtbarkeitsgrenze gebracht werden können. Anders als zum Beispiel bei Papierstoff-Mahlrefinern wird bei derartigen Maschinen der Faserstoff nicht in einer pumpfähigen Suspension bearbeitet, sondern in Form eines teigigen oder krümeligen Hochkonsistenzstoffes, vorzugsweise mit einem Trockengehalt zwischen 20 und 35%. Auf diese Weise lassen sich beträchtlich höhere Scherkräfte in den Faserstoff übertragen, wodurch die genannten Ziele erreichbar sind, ohne daß dabei eine wesentliche Veränderung der Faserlänge erfolgt. In vielen Fällen wird die Wirkung der mechanischen Behandlung durch Hitze weiter verstärkt, z. B. durch Einstellen einer Faserstofftemperatur von 90° Celsius oder noch darüber.

Durch die hohe Konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung möglich, obwohl sich die Zähne der relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeuge nicht berühren, sondern sich vielmehr in einem Abstand von ca. 1 mm oder mehr aneinander vorbeibewegen. Oft kann der Abstand zwischen den Behandlungswerkzeugen zur Regelung der Behandlungsintensität verändert werden. Es ist außerdem bekannt, daß die Konsistenz des Faserstoffs einen wesentlichen Einfluß auf die Behandlungsintensität hat, weshalb auch diese gelegentlich verändert wird. Eine solche Veränderung erfolgt zum Beispiel durch eine geregelte Wasserzugabe vor Eintritt des Faserstoffs in den Behandlungsraum. Das funktioniert zwar gut, hat aber den Nachteil, daß die ohnehin relativ aufwendige Eindickung zu einem höheren Trockengehalt führen muß als zur Behandlung eigentlich erforderlich, damit ein ausreichendes Regelpotential für die genannte Leistungsregelung zur Verfügung steht. Der Regelaufwand dafür ist außerdem beträchtlich.

Die DE-OS 26 39 786 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Pulpe, mit der das lignozellulosehaltige Ausgangsgut, wie z. B. Holzschnitzel (Hackschnitzel), so zermahlen werden soll, daß daraus ein Zellstoff entsteht. Dabei wird das Mahlgut zwischen den einander zugekehrten Flächen von umlaufenden gegeneinander gedrückten Mahlscheiben zu Fasern zermahlen. Die hier beschriebene bekannte Vorrichtung arbeitet also mit einer anderen Zerkleinerungstechnologie. An den Mahlscheiben stellen sich auch andere Strömungsverhältnisse ein, als sie bei axial ineinander hineinreichenden Zahnreihen vorliegen. Aus diesen Gründen ist es leicht einzusehen, daß der dort beschriebene verstellbare Ring zur Regelung des Mahlgutflusses bisher nicht bei Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Art verwendet wurde.

Die US 2,778,282 bezieht sich auf einen Messerrefiner mit wiederum anderer Mahltechnologie und anderen Strömungsverhältnissen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Behandlungsvorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, die Behandlungsintensität mit einfachen Mitteln zu steuern oder den Regelbereich für die Behandlungsintensität zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale vollständig gelöst.

Dabei wird die Tatsache genutzt, daß durch Veränderungen der Austrittsquerschnitte an den Behandlungswerkzeugen oder am sich anschließenden Ringraum der Füllungsgrad und/oder der Kompressionsdruck in den Behandlungswerkzeugen der Vorrichtung verändert und gesteuert werden kann.

Wie bereits ausgeführt wurde, wird die Behandlungsintensität bisher in vielen Fällen dadurch gesteuert, daß der Abstand, in dem sich die Behandlungswerkzeuge zueinander befinden, einstellbar ist. Dabei führt bekanntlich die Verkleinerung des Abstandes zu einer Erhöhung der Bearbeitungswirkung und umgekehrt. Konstruktiv wird das meistens so gelöst, daß die Zähne der Behandlungswerkzeuge so angeschrägt sind, daß bei einer Verschiebung der Zähne senkrecht zu ihrer Umfangsbewegung eben eine solche Veränderung des Abstandes zwischen den Zähnen unterschiedlicher Behandlungswerkzeuge erfolgt. Infolge der Abschrägung haben die Zähne keinen konstanten Materialquerschnitt mehr, wodurch z. B. die axiale Erstreckung von radial durchströmten Behandlungswerkzeugen begrenzt wird. In solchen Fällen kann daher die Anwendung der Erfindung die erfindungsgemäß ausgestaltete Vorrichtung nicht nur vereinfachen, sondern auch eine Möglichkeit schaffen, Behandlungswerkzeuge mit längeren Zähnen, axial betrachtet, zu bauen.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch den wesentlichen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitenansicht;

Fig. 2 Aufsicht auf die Vorrichtung;

Fig. 3 Details zur Erläuterung der Wirkung;

Fig. 4 schematisch: Eine andere Ausführungsform;

Fig. 5 eine Variante der Erfindung, geschnitten in Seitenansicht;

Fig. 6 die Variante gemäß der Fig. 5 in Aufsicht;

Fig. 7, 8 zwei weitere Varianten, geschnitten in Seitenansicht;

Fig. 9 eine weitere Variante, geschnitten in Aufsicht.

Fig. 1 zeigt zwei relativ zueinander bewegbare komplementäre Behandlungswerkzeuge 1 und 2, die miteinander so im Eingriff stehen, daß sie zusammenwirken können. Die gewählte Darstellung in Form eines Schnitts in Seitenansicht läßt erkennen, daß sich radial von innen nach außen die zu verschiedenen Behandlungswerkzeugen gehörenden Zähne 3, 4, 3', 4'', 3'' abwechseln. Zur besseren Darstellung ist einer der Zähne des Behandlungswerkzeuges 2 nicht gezeichnet, so daß der Leerraum 6 leicht erkennbar ist. Die Anordnung ist derart, daß die Zahnreihe eines Behandlungswerkzeuges jeweils in den Leerraum des komplementären Werkzeuges reicht.

In der Aufsicht gemäß Fig. 2 dieses Gegenstandes erkennt man, daß die Leerräume ringförmig sind. Auch die Zähne 3, 3', 3'', 4, 4', 4'' sind in ringförmigen Reihen angeordnet. Derartige Behandlungswerkzeuge sind grundsätzlich bereits bekannt und werden beispielsweise zum Entstippen oder Dispergieren eingesetzt. Die entscheidende Neuerung findet sich im Bereich der Austragsvorrichtung 8. Diese weist in dem hier gezeigten Beispiel eine ringförmige Zahnreihe auf mit einer Vielzahl von Zähnen 10. Zweckmäßig ist, daß diese, stromabwärts gesehen, letzte Zahnreihe zum selben Behandlungswerkzeug 1 gehört wie die stromaufwärts benachbarte Zahnreihe mit den Zähnen 3''. Es findet also hier kein Wechsel statt wie bei den anderen im Eingriff stehenden Zahnreihen. Da die hier betrachteten letzten Zahnreihen sich relativ zueinander verdrehen lassen, können - wie in Fig. 2 erkennbar - die Zahnlücken 5 der vorletzten Zahnreihe wahlweise mehr oder weniger durch Zähne 10 verdeckt werden. Dadurch ergibt sich eine Drosselwirkung, die mit einfachen Mitteln regulierbar ist. Hierzu ist eine Einstellvorrichtung 9 (Fig. 1) schematisch dargestellt. Der Durchgang des Faserstoffs durch die Bearbeitungsvorrichtung ist in Fig. 2 mit einer Anzahl von Pfeilen radial außerhalb angedeutet. Aus Gründen der vereinfachten und übersichtlichen Darstellung ist ein großer Teil der vorhandenen Zähne nicht gezeichnet. In der Regel sind diese über den ganzen Umfang gleichmäßig verteilt.

Bekanntlich ist eine Vielzahl von verschiedenen derartigen Zahngarnituren im Einsatz, deren Ausgestaltung sich nach den Bedingungen der Herstellbarkeit und der gewünschten Bearbeitungswirkung richtet.

In Fig. 3 ist die bereits beschriebene Wirkung der Austragsvorrichtung 8 in einer etwas anderen Weise dargestellt. Die Zähne 10 gehören zur stromabwärts letzten und die Zähne 3'' zur stromabwärts vorletzten Zahnreihe des Stators. Wenn die Zähne 3'' ortsfest gehalten und die Zähne 10 relativ dazu verdrehbar eingesetzt sind (Doppelpfeil 12), ergeben sich für den Stoffstrom, angedeutet durch die Pfeile 15, veränderte Querschnitte 7 am Übergang von der zwischen den Zähnen 3'' gebildeten Zahnlücke 5 zur Zahnlücke zwischen den Zähnen 10. Dadurch findet die gewünschte Regulierung statt. Stromaufwärts zu den Zähnen 3'' bewegen sich die zum anderen Behandlungswerkzeug, dem Rotor, gehörenden Zähne 4'' mit relativ hoher Geschwindigkeit (Pfeil 13). Hierdurch wird in bekannter Weise die hohe Scherbeanspruchung zwischen dem durch die Zahnlücken geförderten Stoff und den Zähnen 3'', 4'' möglich.

Fig. 4 erläutert, daß nicht nur bei einer radialen Strömungsführung des Faserstoffes sondern auch bei seiner axialen Strömungsführung die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendbar ist. Man erkennt die beiden Behandlungswerkzeuge 1' und 2', wobei 2' zu einem Rotor und 1' zu einem Stator gehören, mit Zähnen von der Höhe H.

Eine weitere Möglichkeit, um die Regulierung an der Austragsvorrichtung 8 vornehmen zu können, zeigen die Fig. 5 und 6. In diesem Falle enthält die Austragsvorrichtung einen Ring, der sich senkrecht zur Strömungsrichtung des Faserstoffs und relativ zur vorletzten Zahnreihe verschieben läßt. Auch dadurch werden am Austritt unterschiedlich große Strömungsquerschnitte frei gegeben und eine Regulierung möglich. Während Fig. 5 wiederum eine seitliche Schnittzeichnung ist, wird die Vorrichtung in Fig. 6 als Aufsicht dargestellt.

Es ist ohne weiteres denkbar, noch andere Möglichkeiten zur Querschnittseinstellung an der Austragsvorrichtung vorzusehen. Beispielsweise können, wie in Fig. 9 gezeigt, die Zähne in der, in Strömungsrichtung gesehen, letzten Zahnreihe jeweils zweiteilig ausgeführt sein, wobei dann durch Verschieben dieser beiden Teile zueinander der freie Querschnitt 5 der Zahnlücken zwischen diesen Zähnen verändert wird.

In der Regel ist es konstruktiv einfacher, die erfindungsgemäß verstellbare Austragsvorrichtung an dem stillstehenden Behandlungswerkzeug 1, 1', also im Stator, anzubringen. Eine solche Lösung ist dann besonders einfach zu gestalten, wenn, was auch wiederum sehr häufig ist, die in Stoffströmungsrichtung letzte Zahnreihe ebenfalls zum Stator gehört. Daß auch andere Lösungen denkbar sind, zeigt Fig. 7. Hier enthält der Rotor die, in Strömungsrichtung gesehen, letzte Zahnreihe (Zähne 4''). Der Sinn dieser Ausführungsvariante ist der, daß in bestimmten Fällen das Ausschleudern des behandelten Stoffes mit Hilfe der letzten Zahnreihe gewünscht wird. Auch eine derart gestaltete Behandlungsvorrichtung kann gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. Beispielsweise ist hier das stillstehende Behandlungswerkzeug 1 mit einem rechtwinklig zur Strömungsrichtung verschiebbaren Ring 11 versehen.

Wie bereits gesagt, kann es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung überflüssig werden, daß zum Zwecke der Leistungsregelung zwei miteinander in Eingriff stehende Behandlungswerkzeuge (z. B. Rotor und Stator) gegeneinander verstellt werden müssen. In solchen Fällen können die Zähne einen im wesentlichen konstanten Querschnitt haben, was besondere Vorteile bringt, wenn eine möglichst große Zahnhöhe H gewünscht wird. Siehe hierzu Fig. 8.

Claims

1. Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff, mit mindestens zwei relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeugen (1, 1', 2, 2'),

1. 1.1 die jeweils einen im wesentlichen rotationssymmetrischen Grundkörper aufweisen und koaxial zueinander angeordnet sind,
2. 1.2 die in ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen angeordnete Zähne (3, 3', 3'', 4, 4', 4'') aufweisen, zwischen welchen sich Zahnlücken (5) befinden, die freie Querschnitte bilden, welche von dem zu behandelnden Faserstoff durchströmbar sind,
3. 1.3 die zwischen den Zahnreihen ringförmige Leerräume (6) aufweisen,
4. 1.4 die so zueinander positioniert sind, daß mindestens eine Zahnreihe eines Behandlungswerkzeuges (1, 2) in einen ringförmigen Leerraum eines anderen Behandlungswerkzeuges (2, 1) hineinreicht,
5. 1.5 von denen wenigstens eines eine Austragsvorrichtung (8) für den austretenden Faserstoff mit vom Faserstoff durchströmbaren freien Querschnitten (7) enthält,

dadurch gekennzeichnet, daß die vom Faserstoff durchströmbaren freien Querschnitte (7) der Austragsvorrichtung (8) mit Hilfe einer Einstellvorrichtung (9) veränderbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behandlungswerkzeug (1, 1') ein feststehender Stator ist und das damit zusammenwirkende Behandlungswerkzeug (2, 2') ein antreibbarer Rotor.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsvorrichtung (8) zum Stator gehört.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsvorrichtung (8) durch die, in Strömungsrichtung gesehen, letzte und vorletzte Zahnreihe gebildet wird, wobei diese Zahnreihen zu demselben Behandlungswerkzeug (1, 1', 2, 2') gehören und in Umfangsrichtung relativ zueinander derart verdrehbar sind, daß ein Teil des jeweils durch eine Zahnlücke (5) in der vorletzten Zahnreihe gebildeten freien Querschnittes durch variierbares Abdecken mit mindestens einem der letzten Zahnreihe zugehörigen Zahn (10) veränderbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die, in Strömungsrichtung gesehen, letzte und vorletzte Zahnreihe die gleiche Teilung haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsvorrichtung (8) durch die, in Strömungsrichtung gesehen, letzte Zahnreihe und einem sich stromab anschließenden Ring (11) gebildet wird, wobei die Zahnreihe und der Ring (11) relativ zueinander rechtwinklig zur Strömungsrichtung derart verschiebbar sind, daß ein Teil des jeweils durch die Zahnlücken (5) in der letzten Zahnreihe gebildeten freien Querschnittes durch variierbares Abdecken mit mindestens einem Teil des Ringes (11) veränderbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rotationssymmetrische Grundkörper mehrere radial zueinander angeordnete konzentrische Zahnreihen enthält und zwei benachbarte, relativ zueinander bewegbare Behandlungswerkzeuge axial nebeneinander angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die, in Strömungsrichtung gesehen, letzte und vorletzte Zahnreihe zu zwei gegeneinander verdrehbaren konzentrischen Ringen gehören, wobei die radialen Außenflächen der Zähne in der vorletzten Zahnreihe zumindest auf einem Teil des Umfangs die radialen Innenflächen der Zähne in der letzten Zahnreihe berühren.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die, in Strömungsrichtung gesehen, letzte Zahnreihe und der Ring zu zwei gegeneinander axial verschiebbaren konzentrischen Ringen gehören, wobei die radialen Außenflächen der Zähne in der letzten Zahnreihe zumindest teilweise die radialen Innenflächen des Ringes berühren.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der rotationssymmetrische Grundkörper mehrere axial nebeneinander angeordnete konzentrische Ringe aufweist, die jeweils wenigstens eine Zahnreihe enthalten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnreihen benachbarter Ringe eines Grundkörpers axial zueinander versetzt angeordnet sind.