-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff mit zwei, in einem Gehäuse angeordneten und vom Faserstoff radial durchströmten Mahlspalten, die jeweils von einem, um eine Rotationsachse rotierenden Behandlungswerkzeug und einem nicht-rotierenden Behandlungswerkzeug gebildet werden, wobei die Behandlungswerkzeuge jeweils auf einer Grundplatte befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben und koaxial zueinander angeordnet sind, die beiden rotierenden Behandlungswerkzeuge an einer gemeinsamen, von einer rotierbar gelagerten Welle angetriebenen Grundplatte befestigt und zwischen den beiden nicht-rotierenden Behandlungswerkzeugen angeordnet sind, die rotierende Grundplatte axial verschiebbar auf der Welle befestigt ist und die Breite der Mahlspalte über eine axiale Verschiebung wenigstens einer nicht-rotierenden Grundplatte veränderbar ist.
-
Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung.
-
Es ist seit langem bekannt, Zellstofffasern, d.h. Frischzellstoff und/oder Altpapierfasern zu mahlen, um bei der daraus hergestellten Faserstoffbahn die gewünschten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Festigkeit, Formation und Oberfläche erreichen zu können.
-
Bei den dabei in der Regel zum Einsatz kommenden Refinern werden die Mahlleisten Messer genannt und die Mahlflächen von Mahlgarnituren gebildet.
Die Refiner können als Scheibenrefiner oder Kegelrefiner ausgebildet sein.
-
Für das Erreichen der gewünschten Fasereigenschaften, insbesondere den Mahlgrad müssen die Mahlgarnituren dem zu behandelnden Faserstoff bestmöglich angepasst werden, auch um einen übermäßigen Verschleiß der Garnituren zu verhindern.
-
Um eine Beschädigung der Mahlgarnituren durch größere Fremdkörper zu verhindern, werden dem Refiner oft unempfindliche Dickstoffrefiner oder Sortierer vorgeschaltet, was relativ aufwendig ist.
-
Durch die relativ hohe Konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung bei derartigen Vorrichtungen möglich, obwohl sich die relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeuge nicht berühren, sondern sich vielmehr in einem geringen Abstand aneinander vorbeibewegen. Dabei treten ganz erhebliche Kräfte auf.
-
Bei den bei der Faserstoffaufbereitung zum Einsatz kommenden Refinern werden die Behandlungsflächen wegen des relativ schnellen Verschleißes von auswechselbaren, mit der entsprechenden Grundplatte verschraubten Garnituren gebildet.
-
Außerdem wird zur Effizienzsteigerung der Faserbehandlung eine optimale Nutzung der verfügbaren Behandlungsfläche angestrebt.
-
In allen Fällen vermindert sich bei einem zu großen Spalt die Effizienz der Behandlung. Bei einem zu kleinen Spalt wiederum besteht die Gefahr einer zu hohen, elektrischen Stromaufnahme und des Kontakts der Behandlungswerkzeuge.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher den Verschleiß und die Störanfälligkeit von Mahlanordnungen mit möglichst geringem Aufwand zu vermindern.
-
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Welle eine Messeinheit zur Erfassung der auf die Welle einwirkenden Axialkraft zugeordnet ist.
-
Auf diese Weise kann auf Störungen sofort reagiert werden, so dass Schäden insbesondere an der Lagerung der Welle oder den Behandlungswerkzeugen oft vermieden werden. Dies wiederum erlaubt es, die Lagerung der Welle nicht mehr auf extrem große Axialbelastungen auszulegen, was Raum und Kosten spart.
Über die Kenntnis der Axialkraft können aber auch Aussagen über die Strömungen zwischen den Behandlungswerkzeugen sowie die Behandlung der Fasern im Behandlungsspalt getroffen werden.
-
Die Lagerung der Welle sowie die axiale Verschiebbarkeit der Welle gegen ein Kraftelement lassen sich über eine erfindungsgemäße Messeinheit zur Erfassung der auf die Welle wirkenden Axialkraft sehr vorteilhaft miteinander verbinden.
Hierzu sollte diese Messeinheit ein auf der Welle angeordnetes Axiallager umfassen, welches von einem, sich am Gehäuse abstützenden Kraftelement gegen einen in Richtung der zu messenden Axialkraft weisenden Anschlag der Welle gedrückt wird, wobei ein Sensor die relative, axiale Lage des Axiallagers zum Gehäuse erfasst.
Übe die Vorspannung mittels Kraftelement werden außerdem die notwendige Mindestbelastung des Axiallagers gewährleistet und der Rundlauf des Lagers verbessert.
Zur Stabilisierung sollte das Axiallager dabei radial in einem mit dem Gehäuse gekoppelten Lagergehäuse geführt sein.
-
Die axiale Verstellung einer oder beider nicht-rotierender Grundplatten kann einfach und sicher mittels Spindelhubelement erfolgen. Die Konstruktion vereinfacht sich allerdings, wenn eine nicht-rotierenden Grundplatte mittels Spindelhubelement axial verstellbar und die andere nicht-rotierende Grundplatte am Gehäuse fixiert ist.
-
Des Weiteren vereinfacht sich der Aufbau im Fall, dass die Welle in ein, mit einem Antrieb gekoppeltes Getriebe hinein geführt ist.
Bei speziellen Ausführungen können Behandlungswerkzeug und Grundplatte auch einstückig ausgeführt sein.
-
Um Schaden beim Betrieb der Vorrichtung zu vermeiden, sollte beim Überschreiten einer vorgegebenen Axialkraft der Welle die axiale Verschiebung der nicht-rotierenden Grundplatte gestoppt oder sogar die Breite des Mahlspaltes durch eine entsprechende axiale Verschiebung der nicht-rotierenden Grundplatte vergrößert werden.
-
Unabhängig davon kann beim stetigen Anstieg der Axialkraft während des Betriebs bei der Steuerung der Vorrichtung auf einen Verschleiß der Verbindung zwischen rotierender Grundplatte und Welle geschlossen werden. Auf dieser Basis können dann die Betriebsparameter der Vorrichtung entsprechend angepasst und die Reparatur geplant werden.
-
In diesem Zusammenhang geben Veränderungen der Axialkraft während des Betriebs auch hilfreiche Informationen zum Verschleißzustand der Behandlungswerkzeuge.
Im Normalbetrieb sind die Axialkräfte auf die Welle sehr klein.
-
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
- 1: einen schematischen Querschnitt durch einen Refiner und
- 2: die Messeinheit 10 zur Bestimmung der Axialkraft F.
-
Im Gehäuse 1 der Mahlanordnung gemäß 1 befinden sich zwei radial vom Faserstoff durchströmte Mahlspalte 2,3, die jeweils von einem nicht-rotierenden und mit dem Gehäuse 1 gekoppelten Behandlungswerkzeug 4 und einem um eine Rotationsachse 8 rotierenden Behandlungswerkzeug 5 gebildet werden.
Dabei haben die Behandlungswerkzeuge 4,5 jeweils eine rotationssymmetrische Form, wobei die beiden kreisringförmigen Mahlflächen parallel und koaxial zueinander angeordnet sind.
Beide Behandlungswerkzeuge 4,5 eines Mahlspalts 2,3 werden jeweils von mehreren Mahlplatten gebildet, die sich über jeweils ein Umfangsegment der entsprechenden Mahlfläche erstrecken.
In Umfangsrichtung nebeneinander gereiht ergeben die Mahlplatten eine durchgehende Mahlfläche des Behandlungswerkzeugs 4,5.
-
Die Mahlplatten und damit auch die Mahlflächen werden in der Regel von einer Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden Mahlleisten und dazwischenliegenden Nuten gebildet.
-
Wegen der hohen Beanspruchung und des damit verbundenen Verschleißes sind die Behandlungswerkzeuge 4,5 jeweils auf einer Grundplatte 6,7 lösbar befestigt und können so leicht gewechselt werden.
-
Um nur eine Grundplatte 7 antreiben zu müssen, sind die beiden rotierenden Behandlungswerkzeuge 5 an einer gemeinsamen, von einer rotierbar gelagerten Welle 9 angetriebenen Grundplatte 7 befestigt. Dementsprechend befindet sich die rotierende Grundplatte 7 mit ihren Behandlungswerkzeugen 5 zwischen den beiden nicht-rotierenden Grundplatten 6 und ihren Behandlungswerkzeugen 4.
-
Die zu mahlende Fasersuspension gelangt bei dem hier gezeigten Beispiel über einen Zulauf 18 durch das Zentrum in einen der beiden Mahlspalte 2,3. Die Fasersuspension passiert die zusammenwirkenden Mahlflächen der Mahlspalte 2,3 radial nach außen und sammelt sich in dem sich anschließenden Ringraum 19. Während zumindest ein Teil der so behandelten Fasersuspension diesen Ringraum 19 durch einen Ablauf verlässt, kann unter Umständen der andere Teil der Fasersuspension durch die Nuten der nicht-rotierenden Mahlfläche durch einen Abschnitt ihrer Länge wieder zurückfließen.
-
Der Querschnitt der Mahlleisten, auch Messer genannt, ist im Allgemeinen rechteckig, wobei es aber auch andere Formen gibt. Die Oberseite dieser Mahlleisten, also die die Mahlkanten tragenden Flächen liegen in der Radialebene.
-
Die zwischen den Mahlleisten verlaufenden Nuten haben ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt und dienen als Strömungskanäle für die Fasersuspension. Die Nuttiefe beträgt meist zwischen 2 und 20 mm.
-
Im Unterschied zu dem hier gezeigten Beispiel können der Behandlungsspalte 2,3 nicht nur senkrecht sondern wie bei Kegel-Refinern auch geneigt zur Rotationsachse 8 verlaufen.
Angetrieben wird die Welle 9 von einem Antrieb über ein hier beispielhaft im Gehäuse 1 des Refiners vorhandenes Getriebe 17, in welches die Welle 9 hineinreicht.
-
Zur Einstellung der Gesamtbreite beider Mahlspalte 2,3 ist eine nicht-rotierenden Grundplatte 6 mittels Spindelhubelement 16 axial verstellbar und die andere nicht-rotierende Grundplatte 6 mit dem Gehäuse 1 verbunden.
Da die rotierende Grundplatte 7 axial verschiebbar auf der Welle 9 angeordnet ist, gleicht diese den Druck zwischen beiden Mahlspalten 2,3 aus, so dass sich eine Veränderung der Gesamtbreite beider Mahlspalte 2,3 auch auf die einzelne Breite beider Mahlspalte 2,3 auswirkt.
Ist die axiale Verschiebbarkeit der rotierenden Grundplatte 7 auf der Welle 9 allerdings infolge Verschleiß oder tordierter Welle 9 behindert oder gar nicht möglich, so kann die rotierende Grundplatte 7 bei einer Verstellung der Gesamtbreite beider Mahlspalte 2,3 den Druck zwischen den beiden Mahlspalten 2,3 nicht mehr ausgleichen.
Weil zur Verstellung der Gesamtbreite beider Mahlspalte 2,3 nur eine nicht-rotierende Grundplatte 6 axial verschoben wird, wirkt sich diese Verschiebung bei einer beschriebenen Störung auch nur auf den von dieser verschiebbaren Grundplatte 6 gebildeten Mahlspalt 2 aus. Im Ergebnis wird die Welle 9 mit einer entsprechenden axialen Kraft F belastet.
-
Um Schaden durch diese axiale Kraft F abzuwenden, ist die Welle 9 gegen ein Kraftelement 12 in Form eines Federelementes axial verschiebbar gelagert.
Auf diese Weise kann auf eine sonst übliche Überdimensionierung bei dem Axiallager 11 der Welle 9 verzichtet werden. Darüber hinaus verbessert das Kraftelement 12 den Rundlauf des Axiallagers 11.
-
Dabei wird die auf die Welle 9 einwirkende Axialkraft F mittels einer der Welle 9 zugeordneten Messeinheit 10 gemessen.
-
Gemäß 2 umfasst die Messeinheit 10 für die Axialkraft F ein auf der Welle 9 angeordnetes Axiallager 11, welches radial in einem mit dem Gehäuse 1 gekoppelten Lagergehäuse 15 fixiert ist.
Das Axiallager 11 wird dabei von dem, sich am Lagergehäuse 15 abstützenden Kraftelement 12 gegen einen in Richtung der zu messenden Axialkraft 7 weisenden Anschlag 13 der Welle 9 gedrückt wird, wobei ein Sensor 14 die relative, axiale Lage des Axiallagers 11 zum Lagergehäuse 15 und damit auch zum Gehäuse 1 des Refiners erfasst.
-
Als Sensor 14 können in dieser anspruchsvollen Umgebung insbesondere induktive Sensoren, Kraftmessdosen o.ä. eingesetzt werden.
-
Da das Kraftelement 12 und die Axialkraft F entgegengesetzt wirken und sich somit ein Ausgleich einstellt, kann über die axiale Lage des Axiallagers 11 und die Parameter des Kraftelements 12 auf die Axialkraft F geschlossen werden.
Im einfachen Fall einer Feder würde sich die Axialkraft F als Produkt von axialer Ortsverschiebung des Axiallagers 11 und der Federkonstante ergeben.
-
Um Schaden abzuwenden, kann so beim Überschreiten einer vorgegebenen Axialkraft F der Welle 9 die axiale Verschiebung der nicht-rotierenden Grundplatte 6 gestoppt oder bei einer sehr hohen Axialkraft F die Gesamtbreite der Mahlspalte 2,3 durch eine entsprechende axiale Verschiebung der nicht-rotierenden Grundplatte 6 vergrößert werden.
Außerdem kann im Falle eines stetigen Anstiegs der Axialkraft F während des Betriebs bei der Steuerung der Vorrichtung auf einen Verschleiß der Verbindung zwischen rotierender Grundplatte 7 und Welle 9 geschlossen werden.
-
Die Behandlungsintensität des Faserstoffs. d.h. hier die Mahlleistung wird im Wesentlichen von der spezifischen Antriebsleistung des Refiners bestimmt.
Daher wird die Breite des Behandlungsspaltes 6 so eingestellt, dass sich eine dem zu behandelnden Faserstoff sowie den gewünschten Parametern des Faserstoffs nach der Behandlung entsprechende optimale Axialkraft F ergibt.
