DE102020105875A1

DE102020105875A1 - Faserbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020105875A1
Application number: DE102020105875.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Nußbaumer
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2021-09-09
Also published as: EP4114572A1; WO2021175505A1; EP4114572B1; CN115315316A; FI4114572T3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff in einem Arbeitsraum (4) eines Behandlungsgehäuses (5), in welchem wenigstens ein rotierendes Behandlungswerkzeug (7) und ein nicht-rotierendes Behandlungswerkzeug (6) angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge (6,7) eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind und einen vom Faserstoff durchströmten Behandlungsspalt (8) begrenzen, das rotierende Behandlungswerkzeug (7) mit einer rotierenden Antriebswelle (1) verbunden ist, welche in einem Lager (2) eines außerhalb des Arbeitsraumes (4) angeordneten Lagergehäuses (3) gelagert ist und zwischen dem Arbeitsraum (4) und dem Lagergehäuse (3) über eine Dichtung (10) zum Behandlungsgehäuse (5) hin abgedichtet ist, welche zumindest einen Abdichtkanal (9) für ein Sperrfluid umfasst. Dabei soll die Kompaktheit bei ausreichender Kühlung dadurch gesteigert werden, dass das Lagergehäuse (3) wenigstens einen Kühlkanal (11) besitzt, der mit einem Abdichtkanal (9) in Verbindung steht und vom Sperrfluid durchströmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff in einem Arbeitsraum eines Behandlungsgehäuses, in welchem wenigstens ein rotierendes Behandlungswerkzeug und ein nicht-rotierendes Behandlungswerkzeug angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind und einen vom Faserstoff durchströmten Behandlungsspalt begrenzen, das rotierende Behandlungswerkzeug mit einer rotierenden Antriebswelle verbunden ist, welche in einem Lager eines außerhalb des Arbeitsraumes angeordneten Lagergehäuses gelagert und zwischen dem Arbeitsraum und dem Lagergehäuse über eine Dichtung zum Behandlungsgehäuse hin abgedichtet ist, welche zumindest einen Abdichtkanal für ein Sperrfluid umfasst.
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. Vorrichtungen der o. g. Art werden z. B. zur Qualitätsverbesserung von Zellstoff, TMP oder Faserstoff eingesetzt.
Bei den, bei der Faserstoffaufbereitung zum Einsatz kommenden Refinern, Dispergern und Entstippern werden die Behandlungsflächen wegen des relativ schnellen Verschleißes von auswechselbaren, mit einer entsprechenden Grundplatte verschraubten Garnituren gebildet.
Um zu verhindern, dass Faserstoff in den Bereich der Dichtung gelangt und diese zerstört, ist es üblich, dort zumindest einen Abdichtkanal für ein Sperrfluid vorzusehen. Das Sperrfluid weist gegenüber dem höchstens auftretenden Druck im Arbeitsraum einen Überdruck auf. Wegen des Überdrucks gelangt ein Teil des Sperrfluids in den Arbeitsraum und vermischt sich dort mit dem Faserstoff.
Das Lagergehäuse weist ein relativ großes Öl-Reservat für eine Ölsumpfschmierung des Lagers auf, was gleichzeitig aber auch eine ausreichende Lagerkühlung gewährleistet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es die Kompaktheit bei ausreichender Kühlung der Vorrichtung zu steigern.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Lagergehäuse wenigstens einen Kühlkanal besitzt, der mit einem Abdichtkanal in Verbindung steht und vom Sperrfluid durchströmt wird. Durch die gleichzeitige Nutzung des Sperrfluids als Kühlmittel für das Lager der Antriebswelle kann diese Lagereinheit kompakter gestaltet werden, ohne dass dies einen separaten Kühlkreislauf erforderlich macht.
Für eine möglichst umfassende Abdichtung des Arbeitsraumes sollte der Abdichtkanal ringförmig um die Antriebswelle verlaufen. Dabei eignet sich insbesondere Wasser als Sperrfluid, da eine Leckage in den Arbeitsraum oder die Umgebung unkritisch ist.
Konstruktiv einfach gestaltet sich die Realisierung der Lagerkühlung, wenn das Lagergehäuse mehrere, vorzugsweise parallel zur Antriebswelle verlaufende Kühlkanäle aufweist. Mit Vorzug können diese Kühlkanäle zur Schaffung eines Kühlkreislaufs über außerhalb des Lagergehäuses verlaufende Leitungen miteinander verbunden werden. Auch die Verbindung zwischen Abdichtkanal und Kühlkanal sollte über außerhalb des Behandlungs- und Lagergehäuses verlaufende Leitungen erfolgen.
Die Dichtung zwischen Antriebswelle und Behandlungsgehäuse kann wegen der rauen Umgebung mit Vorteil von einer Stopfbuchse gebildet werden. Diese Dichtungen bestehen im Wesentlichen aus der Stopfbuchspackung (der eigentlichen Dichtung) und einer Stopfbuchsbrille (einer flanschähnlichen Hülse), mit der die Stopfbuchspackung mittels Verstellmitteln, insbesondere Schrauben und/oder Federn axial verpresst wird. Durch die axiale Pressung entsteht auch eine radiale Pressung der Stopfbuchspackung auf der Welle. Dadurch wird der Dichtspalt auf ein den Betriebsbedingungen angepasstes Minimum eingestellt. Eine geringe Leckage ist nicht gänzlich auszuschließen.
Alternativ kann die Dichtung zwischen Antriebswelle und Behandlungsgehäuse auch von einer Gleitringdichtung gebildet werden. Im Gegensatz zur Stopfbuchspackung weisen Gleitringdichtungen einen Dichtspalt auf, der rechtwinklig zur Wellenachse steht. Hauptbestandteile sind zwei aufeinander gleitende Gleitringe, von denen der innere fest mit der Antriebswelle verbunden und der äußere im stationären Gehäuse befestigt ist. Sie benötigt gegenüber der Stopfbuchspackung einen kleineren Raum.
Im Interesse einer möglichst geringen Rollreibung verbunden mit möglichst wenig Reibungswärme sollte die Antriebswelle im Lagergehäuse in einem Wälzlager gelagert sein.
Wälzlager bestehen aus einem Innen- und einem Außenring und den dazwischen geführten Rollkörpern (Kugeln, Rollen usw.)
Zur Vereinfachung der Konstruktion sollte das Lagergehäuse separat ausgebildet sein. Dies erlaubt in Verbindung mit der Kühlung über das Sperrfluid eine kompakte Gestaltung dieser Lagereinheit und erleichtert die Montage und den Ersatz derselben.
Für eine hohe Lagestabilität sollte dabei das Lagergehäuse am Behandlungsgehäuse befestigt werden.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Vorrichtung als Refiner oder Disperger, insbesondere als Entstipper ausgebildet ist.
Entstipper eignen sich besonders, da deren Lager kleiner ausfallen.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:

1: einen Querschnitt durch einen Entstipper mit einer Lagereinheit und
2: einen Querschnitt durch die Lagereinheit.

Die Figuren zeigen eine Behandlungsvorrichtung in Form einer Entstippungsvorrichtung zum Auflösen von Stippen einer Faserstoffsuspension mit einem Behandlungsgehäuse 5.
Dieses Behandlungsgehäuse 5 umfasst einen geschlossenen Arbeitsraum 4, in welchem ein, über eine Antriebswelle 1 rotierendes Behandlungswerkzeug 7 und ein feststehendes Behandlungswerkzeug 6 angeordnet ist. Die scheibenförmigen Behandlungswerkzeuge 6,7 haben jeweils eine rotationssymmetrische Form, sind koaxial zueinander angeordnet und weisen jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen angeordnete Zähne 14 auf.
Zwischen diesen Zähnen 14 befinden sich Zahnlücken, die von der Faserstoffsuspension radial nach außen durchströmt werden. Darüber hinaus sind zwischen den Zahnreihen ringförmige Zwischenräume vorhanden, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe eines Behandlungswerkzeuges 6,7 in einen ringförmigen Zwischenraum des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges 7,6 hineinreicht.
Dabei wird die Faserstoffsuspension über einen Einlauf 15 in den Arbeitsraum 4 eingepumpt, radial zwischen den Behandlungswerkzeugen 6,7 hindurchgeführt und am Gehäuseumfang über einen Ablauf 16 abgeleitet. Der zwischen den Behandlungswerkzeugen 6,7 gebildete Behandlungsspalt 8 ist in der Regel zwischen 0,2 und 2 mm breit.
Durch die Relativbewegung zwischen dem rotierenden 7 und dem feststehenden 6 Behandlungswerkzeug bilden sich beim Übergang zwischen einer rotierenden und einer feststehenden Zahnreihe erhebliche Turbulenzen, die zu einer Entstippung führen. Dabei hat die Faserstoffsuspension eine Stoffdichte zwischen 2 und 6% otro. Die Entstippung erfolgt im Allgemeinen durch sehr intensive Stoffturbulenzen ohne Faserbeschädigung.
Das rotierende Behandlungswerkzeug 7 ist über die Antriebswelle 1 mit einem hier nicht dargestellten Antrieb gekoppelt. Die Antriebswelle 1 selbst wird in einer separaten Lagereinheit gelagert, welche in 2 detailliert dargestellt ist.
Die Lagereinheit besteht im Wesentlichen aus dem Lager 2 der Antriebswelle 1 in Form eines Wälzlagers und dem dieses einschließenden Lagergehäuse 3. Das Lagergehäuse 3 ist separat vom Behandlungsgehäuse 5 ausgebildet und weist im Inneren ein Ölreservat für die Schmierung des Wälzlagers auf. Durch die separate Gestaltung des Lagergehäuses 5 vereinfachen sich Aufbau und Montage bzw. Austausch desselben. Für die nötige Stabilität sorgt eine Befestigung des Lagergehäuses 3 am Behandlungsgehäuse 5 hier mittels Schrauben, wobei die Antriebswelle 1 zwischen dem Behandlungsgehäuse 5 und dem Lagergehäuse 2 eine ungestützte Frei-Strecke aufweisen kann.
Die Antriebswelle 1 ist zwischen dem Arbeitsraum 4 und dem Lagergehäuse 3 über eine Dichtung 10 zum Behandlungsgehäuse 5 hin abgedichtet. Diese Dichtung 10 zwischen Antriebswelle 1 und Behandlungsgehäuse 5 kann als Gleitringdichtung oder als Stopfbuchse ausgeführt sein.
Da bei dieser Dichtung 10 bereits eine geringe Leckage von Faserstoffsuspension aus dem Arbeitsraum 4 zu einer Zerstörung derselben führen kann, umfasst die Dichtung 10 auch einen Abdichtkanal 9 für ein Sperrfluid.
Der Abdichtkanal 9 verläuft ringförmig um die Antriebswelle 1, wobei das Sperrfluid von Wasser gebildet wird.
Um das Lagergehäuse 3 möglichst kompakt ausführen zu können, besitzt dieses, wie in 2 zu erkennen, mehrere, parallel zur Antriebswelle 1 verlaufende Kühlkanäle 11. Die Verbindung dieser Kühlkanäle 11 erfolgt über außerhalb des Lagergehäuses verlaufende Leitungen 12. Zur Begrenzung des Aufwandes fungiert das Sperrfluid des Abdichtkanals 9 gleichzeitig als Kühlfluid. Dementsprechend durchströmt das Sperrfluid, wie in 1 angedeutet, zuerst die Kühlkanäle 11 sowie die zwischen diesen verlaufenden Leitungen 12, bevor das Sperrfluid dann über eine weitere außerhalb des Behandlungs- 5 und Lagergehäuses 3 verlaufende Leitung 13 zum Abdichtkanal 9 gelangt. Anschließend kann das Sperrfluid aus dem Abdichtkanal 9 abgeführt und nach einer Abkühlung wieder zum Lagergehäuse 3 zurückgeführt werden.

Claims

Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff in einem Arbeitsraum (4) eines Behandlungsgehäuses (5), in welchem wenigstens ein rotierendes Behandlungswerkzeug (7) und ein nicht-rotierendes Behandlungswerkzeug (6) angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge (6,7) eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind und einen vom Faserstoff durchströmten Behandlungsspalt (8) begrenzen, das rotierende Behandlungswerkzeug (7) mit einer rotierenden Antriebswelle (1) verbunden ist, welche in einem Lager (2) eines außerhalb des Arbeitsraumes (4) angeordneten Lagergehäuses (3) gelagert ist und zwischen dem Arbeitsraum (4) und dem Lagergehäuse (3) über eine Dichtung (10) zum Behandlungsgehäuse (5) hin abgedichtet ist, welche zumindest einen Abdichtkanal (9) für ein Sperrfluid umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (3) wenigstens einen Kühlkanal (11) besitzt, der mit einem Abdichtkanal (9) in Verbindung steht und vom Sperrfluid durchströmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdichtkanal (9) ringförmig um die Antriebswelle (1) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (3) mehrere, vorzugsweise parallel zur Antriebswelle (1) verlaufende Kühlkanäle (11) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (11) über außerhalb des Lagergehäuses (3) verlaufende Leitungen (12) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Abdichtkanal (9) und Kühlkanal (11) über außerhalb des Behandlungs-(5) und Lagergehäuses (3) verlaufende Leitungen (13) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrfluid von Wasser gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (10) zwischen Antriebswelle (1) und Behandlungsgehäuse (5) von einer Stopfbuchse gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (10) zwischen Antriebswelle (1) und Behandlungsgehäuse (5) von einer Gleitringdichtung gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) im Lagergehäuse (3) in einem Wälzlager gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (3) separat ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (3) am Behandlungsgehäuse (5) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Refiner oder Disperger, insbesondere als Entstipper ausgebildet ist.