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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Garnitur zur Behandlung von wässrig suspendiertem Faserstoff in einem Behandlungsspalt, bestehend aus einem Grundkörper mit zum Spalt weisenden Behandlungselementen.
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Die Erfindung umfasst auch eine Garnitur zur Behandlung von wässrig suspendiertem Faserstoff in einem Behandlungsspalt, bestehend aus einem Grundkörper mit zum Spalt weisenden Behandlungselementen, hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Derartige Garnituren sollen zum mechanischen Behandeln von suspendiertem Faserstoffmaterial geeignet sein. Damit ist vor allem das Mahlen von Papierfasern, Dispergieren von Verunreinigungen und Fasern sowie das Entstippen, also das Auflösen von Faseragglomeraten gemeint. Garnituren werden z. B. in Mahlmaschinen – sogenannte Refiner – eingebaut. Dabei hat die Suspension in Refinern einen Feststoffgehalt von etwa 2–8%. Ähnliche Stoffdichten werden auch in Entstippern gefahren. Bei Maschinen für höhere Stoffdichten spricht man z. B. von Hochkonsistenzmühlen, Dispergern oder Knetern. Die darin stattfindende mechanische Bearbeitung kann das ganze Faserstoffmaterial erfassen, also auch die darin enthaltenen Störstoffe dispergieren.
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Solche 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. Andere Garnituren haben die Form von Zahnringen.
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Es ist bekannt, dass neben der Form solcher Stege, Nuten und Zähne auch das Material, aus dem sie bestehen, Auswirkungen auf die Bearbeitung des Faserstoffs hat.
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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.
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Ein beträchtlicher Teil der Betriebskosten, die bei der mechanischen Behandlung von Faserstoffen in der Zellstoff- und Papierindustrie anfallen, rührt von den Energiekosten her. Daher war es schon immer ein Bestreben, Garnituren und die verwendeten Maschinen so zu bauen und zu betreiben, dass – gemessen an dem gewünschten Erfolg – ein nicht zu hoher Energieeinsatz erforderlich ist.
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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. Um dabei den Herstellungsaufwand der Garnituren zu vermindern, wird beispielsweise in der
DE 10 2004 016 661 A1 vorgeschlagen, die Garnituren aus mehreren Elementen zusammenzusetzen und diese anschließend miteinander zu verschweißen oder zu verlöten.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es die Gestaltungsfreiheit bei derartigen Garnituren mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand zu vergrößern.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Behandlungselemente zumindest zum Teil schichtweise aus einem flüssigen oder festen Werkstoff aufgetragen und dabei einem physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess unterzogen werden. Durch den schichtweisen Auftrag können Werkstoff und Form der
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Behandlungselemente einfacher und umfassender an die speziellen Erfordernisse angepasst werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn jeweils ein Kern der Behandlungselemente einstückig mit dem Grundkörper verbunden ist und wenigstens ein äußerer Bereich, vorzugsweise der zum Behandlungsspalt weisende, äußere Teil der Behandlungselemente schichtweise aus einem flüssigen oder festen Werkstoff aufgetragen und dabei einem physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess unterzogen wird.
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Auf diese Weise können die Behandlungselemente mit einer Verschleißschicht versehen werden. Sollte sich hierbei die Farbe des Kerns von der des äußeren Teils der Behandlungselemente unterscheiden, so kann über den Farbwechsel auf das Erreichen der Verschleißgrenze geschlossen werden. Auch die Wiederaufbereitung von verschlissenen Garnituren ist über das Aufbringen der Verschleißschicht möglich. Der Kern der Behandlungselemente fungiert nicht nur als Verbindungselement zum Grundkörper sondern reduziert auch die Menge an erforderlichem und meist teurem, verschleißfestem Material.
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Sollen aber der Anordnung und Gestaltung der Behandlungselemente mehr Freiraum gegeben werden, so ist vorteilhaft, wenn die Behandlungselemente insgesamt schichtweise aus einem flüssigen oder festen Werkstoff aufgetragen und dabei einem physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess unterzogen werden. Dies ermöglicht auch den Einsatz von universell einsetzbaren Grundkörpern.
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Da der schichtweise aufgetragene Werkstoff meist teuer ist, kann so beim Grundkörper ein billigeres, anderes Material zum Einsatz kommen.
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Wegen der hohen Belastung in derartigen Maschinen zur Mahlung, Dispergierung oder Entstippung von Faserstoffen sollte der schichtweise aufgetragene Werkstoff pulverförmig sein und/oder ein oder mehrere Metalle oder Metallverbindungen umfassen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der schichtweise aufgetragene Werkstoff mittels Laser gesintert oder verschmolzen wird. Auch Keramikschichten lassen sich auf diese Weise herstellen.
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Darüber hinaus kann über die Korngröße des Pulvers die Oberflächenrauigkeit des Behandlungselementes beeinflusst werden.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht es, Materialien entsprechend den spezifischen Anforderungen auszuwählen, weshalb zumindest ein Teil der, vorzugsweise die gesamte Oberfläche der Behandlungselemente aus einem Material bestehen sollte, welches sich vom Material des Grundkörpers unterscheidet. So können die Behandlungselemente bei minimalem Einsatz teurer Materialen, wie Wolframkarbid sehr verschleißfest gestaltet werden.
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Wegen der im Hinblick auf den Grundkörper generell höheren Belastung der Behandlungselemente sollte wenigstens die Mehrzahl der, vorzugsweise alle Behandlungselemente, insbesondere gänzlich aus einem Material bestehen, welches sich vom Material des Grundkörpers unterscheidet.
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Durch Materialauswahl, insbesondere aber durch das schichtweise Auftragen ist es möglich, zumindest die zum Spalt weisende Oberfläche der Behandlungselemente profiliert auszubilden, was die Fibrilierung der Fasern verbessert.
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Im Allgemeinen besitzen Behandlungsmaschinen zur Faserstoffaufbereitung kreis- oder kreisringförmige Behandlungsflächen, die aus mehreren Garnituren zusammengesetzt werden. Dabei zeigen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens hinsichtlich Herstellbarkeit sowie Wirtschaftlichkeit insbesondere dann, wenn der Grundkörper die Form eines Kreissegments oder eines Kreisringsegments hat und das Produkt aus Segmentwinkel (in °) und dem Kreisdurchmesser (in cm) größer als 6000, vorzugsweise größer als 6500 ist. Der erfindungsgemäße Herstellungsprozess ermöglicht größere Garnituren und vermindert so deren Anzahl pro Behandlungsfläche, was die Homogenität der Behandlung verbessert. Dabei sollte der Kreisdurchmesser des Grundkörpers zwischen 35 und 150 cm liegen.
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Im Unterschied zum bisher üblichen Gießen der Garnituren, wird es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich die Dicke des Grundkörpers und damit auch deren Materialbedarf und Gewicht zu reduzieren. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Dicke des Grundkörpers geringer als die Höhe der Behandlungselemente ist und insbesondere weniger als 85%, vorzugsweise weniger als 75% der Höhe der Behandlungselemente beträgt. Bei der Betrachtung der Dicke des Grundkörpers bleiben örtlich begrenzte Verdickungen beispielsweise zur Befestigung im Gehäuse o.ä. unberücksichtigt.
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Durch den gezielten Einsatz sehr verschleißfester Materialien kann die vom Grundkörper ausgehende Höhe der Behandlungselemente bei gleicher Betriebszeit reduziert werden, was wiederum deren schichtweisen Auftrag vereinfacht. Hinzu kommt eine verminderte Leerlaufleistung der Maschine, wobei eine geringe Höhe der Behandlungselemente von Vorteil ist.
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Daher sollte die Höhe der Behandlungselemente zumindest teilweise, vorzugsweise gänzlich unter 5 mm, vorzugsweise unter 4 mm liegen.
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Zur Intensivierung der Behandlung erlaubt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren im Unterschied zum bisher üblichen Gießen sehr schmale Behandlungselemente und ebenso geringe Abstände zwischen benachbarten Behandlungselementen. Aus diesem Grund sollten die Behandlungselemente parallel zur Grundfläche eine längliche Querschnitts-Form und zumindest teilweise, vorzugsweise gänzlich eine Breite zwischen 0,1 und 3 mm, insbesondere zwischen 0,1 und 1 mm haben und/oder der Abstand zwischen benachbarten Behandlungselementen zumindest teilweise, vorzugsweise gänzlich zwischen 0,1 und 5 mm, insbesondere zwischen 0,1 und 2 mm liegen.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der Radius am Übergang zwischen Grundkörper und Behandlungselement kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 0,3 mm ist und die Behandlungselemente ohne Ausformschräge umgesetzt werden können. Dies führt zu einer größeren offenen Nutfläche, einer besseren Förderwirkung der Garnituren sowie einer optimalen Nutzung der Behandlungsfläche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt nunmehr auch Hinterschneidungen bei den Behandlungselementen. So kann beispielsweise dadurch, dass zumindest eine Seitenfläche der Behandlungselemente zum Spalt, insbesondere entgegen der Rotationsrichtung der Mahlfläche geneigt ist, gezielt eine Förderwirkung hinsichtlich des zu behandelnden Faserstoffs erzeugt werden.
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Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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In der beigefügten Zeichnung zeigt:
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1: einen schematischen Querschnitt durch eine Mahlanordnung;
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2: eine Draufsicht auf eine Garnitur 2, 3 der Mahlanordnung;
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3–6: Teilquerschnitte durch unterschiedliche Garnituren 2, 3 und
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7–8: Draufsichten auf zwei unterschiedliche Behandlungselemente 6.
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Im Gehäuse der Mahlanordnung wird gemäß 1 ein Mahlspalt 4 von einer feststehenden und mit dem Gehäuse gekoppelten Mahlfläche und einer um eine Rotationsachse 15 rotierenden Mahlfläche gebildet. Dabei verlaufen die beiden kreisringförmigen Mahlflächen parallel zueinander, wobei der Abstand zwischen diesen meist einstellbar ist.
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Die rotierende Mahlfläche wird hier von einer im Gehäuse rotierbar gelagerten Welle 16 in Rotationsrichtung bewegt. Angetrieben wird diese Welle 16 von einem ebenfalls im Gehäuse vorhandenen Antrieb.
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Die zu mahlende Fasersuspension 1 gelangt bei dem hier gezeigten Beispiel über einen Zulauf durch das Zentrum in den Mahlspalt 4 zwischen den beiden Mahlflächen. Allerdings ist auch eine Zuführung über Öffnungen in der Garnitur möglich.
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Die Fasersuspension 1 passiert die zusammenwirkenden Mahlflächen radial nach außen und verlässt den sich anschließenden Ringraum durch einen Ablauf. Nicht dargestellt sind die an sich bekannten Mittel, mit denen eine Kraft erzeugt wird, um die beiden Mahlflächen gegeneinander zu drücken.
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Beide Mahlflächen werden jeweils von mehreren kreissegment- oder kreisringsegment-förmigen Mahl-Garnituren 2, 3 gemäß 2 gebildet, die sich über jeweils ein Umfangsegment der entsprechenden Mahlfläche erstrecken.
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In Umfangsrichtung nebeneinander gereiht ergeben die Garnituren 2 die feststehende und die anderen Garnituren 3 die rotierende Mahlfläche.
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Die Garnituren 2, 3 werden, wie in 2 gezeigt, jeweils von einer Grundplatte 5 mit einer Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden, leistenförmigen Behandlungselementen 6 und dazwischenliegenden Nuten 9 gebildet.
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Der Querschnitt der Behandlungselemente 6, auch Messer genannt, ist, wie in den 3, 4 und 6 dargestellt, im Allgemeinen rechteckig, wobei es aber auch andere Formen gibt. So kann gemäß 5 über eine Neigung der etwa senkrecht zur Rotationsrichtung 17 der Mahlfläche verlaufenden Seitenfläche 18 der Behandlungselemente 6 eine Förderwirkung und damit auch eine Intensivierung der Faserbehandlung erreicht werden.
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Parallel zur Grundfläche 5 haben die Behandlungselemente 6 eine längliche Querschnitts-Form, wobei die zum Behandlungsspalt 4 weisende Seite 19 der Behandlungselemente 6 in der Regel parallel zur Außenfläche des Grundkörpers 5 verläuft.
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Um die Herstellungskosten der Garnituren 2, 3 zu senken, werden nur die Behandlungselemente 6 der Garnituren zumindest zum Teil schichtweise aus einem flüssigen oder festen Werkstoff aufgetragen und dabei einem physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess unterzogen. Dies bedeutet, dass die Materialien entsprechend den speziellen Beanspruchungen und Erfordernissen gewählt werden können. So kann insbesondere der Grundkörper 5 aus einem preiswerten Metall gegossen werden und für unterschiedlich gestaltete Garnituren 2, 3 die gleiche Form haben. Sogar eine Wiederverwendung des Grundkörpers 5 ist möglich. Da der Grundkörper 5 im Betrieb keinem erhöhten Verschleiß ausgesetzt ist, bestehen auch keine speziellen Anforderungen an seine Verschleißfestigkeit.
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Demgegenüber unterliegen die Behandlungselemente 6 einem erhöhten Verschleiß, weshalb zumindest ein Teil der Oberfläche der Behandlungselemente 6 aus einem verschleißfesten Material besteht, welches sich vom Material des Grundkörpers 5 unterscheidet.
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Wegen der extrem hohen Beanspruchung in Maschinen zur Behandlung von Faserstoff 1 eignet sich besonders der schichtweise Auftrag von pulverförmigen Werkstoff, welcher Keramik oder ein oder mehrere Metalle oder Metallverbindungen umfasst. Dieser schichtweise aufgetragene Werkstoff kann dann nach jeder Schicht mittels Laser gesintert oder verschmolzen werden.
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Bei 3 und 5 kann die Anordnung der Behandlungselemente 6 auf dem Grundkörper 5 nach Bedarf gewählt werden.
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Dies wird dadurch ermöglicht, dass alle Behandlungselemente 6 gänzlich aus einem Material bestehen, welches sich vom Material des Grundkörpers 5 unterscheidet. Daher können die Behandlungselemente 6 insgesamt schichtweise aus einem flüssigen oder festen Werkstoff aufgetragen und dabei einem physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess unterzogen werden.
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Im Unterschied hierzu besitzen die Behandlungselemente 6 bei 4 und 6 jeweils einen einstückig mit dem Grundkörper 5 verbundenen Kern 7. Damit wird zwar die Anordnung der Behandlungselemente 6 vorgegeben, aber andererseits über die Kerne 7 auch eine sehr starke Fixierung am Grundkörper 5 gewährleistet. Dementsprechend wird auch nur ein äußerer Bereich der Behandlungselemente 6 schichtweise aus einem flüssigen oder festen Werkstoff aufgetragen und dabei einem physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess unterzogen.
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Während bei 4 die komplette Oberfläche der Behandlungselemente 6 schichtweise hergestellt wird, erfolgt dies bei 6 nur auf der zum Behandlungsspalt 4 weisenden Seite 19. Als äußere Verschleißschicht eignet sich hierbei beispielsweise Wolframkarbid für den schichtweisen Aufbau, wobei meist eine Dicke dieser Verschleißschicht von 1 mm genügt.
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Da sich das schichtweise aufgetragene Material oft auch farblich vom Material des Grundkörpers 5 unterscheidet, kann ein vollständiger Abrieb des schichtweise aufgetragenen Materials auf der zum Spalt 4 weisenden Seite der Behandlungselemente 6 leicht erkannt werden. Dies gilt vor allem für die Behandlungselemente 6 mit Kern 7, welche besonders gut für eine Wiederaufbereitung verschlissener Behandlungselemente 6 geeignet sind.
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Um die Fibrillierung der Fasern zu verbessern kann zumindest die zum Spalt 4 weisende Seite 19 der Behandlungselemente 6 auch profiliert gestaltet werden. In 7 wird das Profil von zum Spalt 4 hin offenen Schlitzen und bei 8 von offenen Waben gebildet.
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Da nicht mehr die gesamte Garnitur 2, 3 gegossen wird, kann nunmehr auch die Dicke 11 des Grundkörpers 5 geringer als die Höhe 10 der Behandlungselemente 6 sein, was sich positiv auf das Gewicht und die Handhabbarkeit der Garnitur 2, 3 auswirkt. Dies wiederum erlaubt es ebenso den Segmentwinkel 8 der Garnitur 2, 3 größer als üblich zu wählen, so daß das Produkt aus Segmentwinkel 8 (in °) und dem Kreisdurchmesser (in cm) größer als 6000, vorzugsweise größer als 6500 ist. Hierbei liegt der Kreisdurchmesser des Grundkörpers 5 zwischen 35 und 150 cm.
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Die Höhe 10 der Behandlungselemente 6 liegt hier beispielhaft unter 5 mm, die Breite 12 der Behandlungselemente 6 zwischen 0,1 und 1 mm und der Abstand 13 zwischen benachbarten Behandlungselementen 6 zwischen 0,1 und 2 mm. Das neue Herstellungsverfahren ermöglicht außerdem am Übergang zwischen Grundkörper 5 und Behandlungselement 6 kleinere Radien 14 von weniger als 0,3 mm, was positiv für die Förderwirkung ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004016661 A1 [0008]
