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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung einer Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse besitzt, in welchem zumindest ein erstes Behandlungswerkzeug und ein zweites Behandlungswerkzeug angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehen, jeweils zwei Behandlungswerkzeuge einen vom Faserstoff radial durchströmten Behandlungsspalt begrenzen, die Behandlungswerkzeuge jeweils ein zum Behandlungsspalt weisendes Behandlungsprofil besitzen und die axiale Lage wenigstens eines Behandlungswerkzeuges über eine Verstelleinrichtung einstellbar ist.
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Die Erfindung betrifft ebenso Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse besitzt, in welchem zumindest ein erstes Behandlungswerkzeug und ein zweites Behandlungswerkzeug angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehen, jeweils zwei Behandlungswerkzeuge einen vom Faserstoff radial durchströmten Behandlungsspalt begrenzen, die Behandlungswerkzeuge jeweils ein zum Behandlungsspalt weisendes Behandlungsprofil besitzen und die axiale Lage wenigstens eines Behandlungswerkzeuges über eine Verstelleinrichtung einstellbar ist.
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Durch die relativ hohe Konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung bei derartigen Vorrichtungen (Refiner, Disperger, Entstipper) 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, der aus Altpapier gewonnen wurde.
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Kommt es infolge Verschleiß zu einer Verminderung der Höhe des Behandlungsprofils der Behandlungswerkzeuge, so führt der hierdurch vergrößerte Behandlungsspalt zu einer Verminderung der Leerlauf- bzw. Pumpleistung. Bei gleichbleibender Gesamtleistung führt dies gleichzeitig zu einer Erhöhung der für die angestrebte Behandlungsintensität relevanten spezifischen Leistung der Vorrichtung und damit zu einer zu starken Behandlung, insbesondere Mahlung der Fasern.
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Bei einem zu kleinen Spalt wiederum besteht die Gefahr einer zu hohen, elektrischen Stromaufnahme und des Kontakts der Behandlungswerkzeuge.
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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, Porosität, Formation und Oberfläche erreichen zu können.
Bei den dabei zum Einsatz kommenden Refinern werden die Mahlflächen wegen des relativ schnellen Verschleißes von auswechselbaren, mit der entsprechenden Grundplatte verschraubten Mahlgarnituren gebildet.
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.
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Die Refiner können als Scheibenrefiner oder Kegelrefiner ausgebildet sein.
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Zur Erhöhung des Durchsatzes kommen zunehmend Doppelspaltanordnungen zum Einsatz. Wegen des dabei axial schwimmend gelagerten Rotors können keine verlässlichen Aussagen zur Spaltbreite und zum Verschleißzustand gemacht werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es die Steuerung bei diesen Vorrichtungen mit möglichst einfachen Mitteln zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Verstelleinrichtung einen Synchronmotor umfasst.
Im Unterschied zu den bisher üblichen Asynchronmotoren kann der Synchronmotor den eingestellten Betriebszustand halten, so dass kein Nachjustieren der axialen Verstellung des Behandlungswerkzeuges erforderlich ist.
Darüber hinaus sind Synchronmotoren als Stellantriebe sehr präzise, weshalb diese mit Vorteil als Teil eines Positions-Sensors für das axial verschiebbare Behandlungswerkzeug dienen können.
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Da die Position des axial verschiebbaren Behandlungswerkzeuges gleichzeitig auch Hinweise auf den Umfang des Verschleißes des Behandlungsprofils der Behandlungswerkzeuge gibt, kann der Synchronmotor auch als Teil einer Verschleiß-Messeinheit genutzt werden.
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Anwendung findet die Erfindung bevorzugt bei Vorrichtungen, bei denen im Gehäuse zwei Behandlungsspalte vorhanden sind und die beiden mittleren Behandlungswerkzeuge auf einer gemeinsamen, rotierenden Grundplatte befestigt sind, welche axial schwimmend gelagert ist. Insbesondere in diesem Fall kann der Synchronmotor als Teil einer Spaltbreiten-Messeinheit genutzt werden. Hierzu wird über die Position des axial verstellbaren Behandlungswerkzeuges auf die Gesamtbreite des Behandlungsspaltes bzw. beider Behandlungsspalte zusammen und somit auf den Betriebszustand der Behandlungsvorrichtung geschlossen.
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Allgemein ist dies prinzipiell neben der bevorzugten Mahlung auch bei der Entstippung oder Dispergierung möglich.
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Hinsichtlich des Verfahrens zur Steuerung der Vorrichtung ist wesentlich, dass die Axialkraft mit der die Behandlungswerkzeuge axial gegeneinander gedrückt werden über das Drehmoment des Synchronmotors gesteuert wird. Damit wird eine zu starke Belastung und somit eine zu hohe Energieaufnahme verhindert. Bei der Entlastung kann eine Limitierung des Drehmoments Schäden an der Verstelleinrichtung verhindern.
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Das spezifische Drehmoment des Synchronmotors ist im Wesentlichen unabhängig von der Drehzahl, was diesen Motor auch bei kleinen, axialen Verstellungen des Behandlungswerkzeuges besonders geeignet macht. Über das Drehmoment lässt sich die axiale Kraft mit der das verstellbare Behandlungswerkzeug in Richtung Behandlungsspalt gedrückt wird, relativ präzise einstellen. Damit kann ein verschleißkritischer Zustand (längerer Kontakt der Behandlungswerkzeuge oder zu geringes Faserstoffsuspensionspolster eines Behandlungsspaltes) vermieden werden.
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Beim Anlauf, insbesondere nach einer Inbetriebnahme oder einem Wechsel der Behandlungswerkzeuge ist das Schließen des Behandlungsspaltes von besonderer Bedeutung. Um dabei eine Beschädigung des Behandlungsprofils zu vermeiden, erfolgt die Annäherung üblicherweise in mehreren Geschwindigkeitsstufen. Das stufenweise Reduzieren erfordert jedoch relativ viel Zeit.
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Wegen seiner Präzision erlaubt der Synchronmotor das Schließen des Behandlungsspaltes über zumindest 80%, vorzugsweise über zumindest 90%, insbesondere wenigstens 95% des axialen Stellweges des Behandlungswerkzeuges mit konstanter Geschwindigkeit. Erst wenn die Leistungsaufnahme des Hauptantriebs für die Rotation der Behandlungswerkzeuge einen Grenzwert übersteigt, sollte die Schließgeschwindigkeit reduziert werden.
Alternativ oder ergänzend ist es dabei auch möglich, dass das Schließen des Behandlungsspaltes zumindest abschnittsweise mit sich kontinuierlich verminderter Geschwindigkeit erfolgt.
Dies spart erheblich viel Zeit beim Schließen des Behandlungsspaltes.
Um dabei eine Beschädigung der Behandlungswerkzeuge zu vermeiden, kann unabhängig von der Geschwindigkeitssteuerung das Drehmoment während des Schließens auf einen sicheren, geringeren Wert eingestellt werden.
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Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
- 1: einen Doppelscheiben-Refiner in geöffnetem Zustand;
- 2: eine Seitenansicht des geschlossenen Refiners und
- 3: einen schematischen Querschnitt durch den Refiner.
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Im Gehäuse der Anordnung zur Mahlung von Faserstoff befinden sich gemäß 3 zwei parallele, senkrecht zur Rotations-Achse 5 verlaufende Behandlungsspalte 11,12, die jeweils von einem nicht-rotierenden 1,4 und einem um die Achse 5 rotierenden, ebenen Behandlungswerkzeug 2,3 gebildet werden.
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Das jeweils zum Behandlungsspalt 11,12 weisende, kreisringförmige Behandlungsprofil 10 dieser Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4 wird von Mahlgarnituren gebildet, die auf der Profilseite eine Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden Mahlleisten besitzen, so dass dieses Profil von diesen Mahlleisten und den dazwischenliegenden Nuten gebildet wird.
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Die zu mahlende Fasersuspension gelangt hier über einen Zulauf durch das Zentrum der Vorrichtung in einen der beiden Behandlungsspalte 11,12 zwischen den Mahlgarnituren. Die Fasersuspension passiert dann die zusammenwirkenden Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4 radial nach außen und sammelt sich in dem sich anschließenden Ringraum.
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Während zumindest ein Teil der so behandelten Fasersuspension diesen Ringraum durch einen Ablauf verlässt, kann unter Umständen der andere Teil der Fasersuspension durch die Nuten der nicht-rotierenden Behandlungswerkzeuge 1,4 durch einen Abschnitt ihrer Länge wieder zurückfließen.
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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, die die jeweilige Mahlgarnitur in Richtung Gegengarnitur abschließen, liegen in der Radialebene.
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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.
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Bei der hier gezeigten Mahlanordnung rotiert das zum jeweils anderen Behandlungsspalt 11,12 benachbarte Behandlungswerkzeug 2,3 beider Behandlungsspalte 11,12 mit einer, durch die Mitte des Behandlungsprofils 10 gehenden Achse 5. Diese rotierenden Behandlungswerkzeuge 2,3 sind an einer gemeinsamen, axial auf der rotierenden Achse 5 verschiebbaren und mitrotierenden Grundplatte 14 lösbar befestigt. Angetrieben wird diese Achse 5, wie in 2 zu erkennen, von einem über ein Getriebe 15 gekoppelten Antrieb 16.
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Das Gehäuse der Vorrichtung wird insbesondere gemäß 1 von einem großen, auf einem Maschinenfundament 17 gelagerten, feststehendem Gehäuseteil 7 und einem kleineren, von diesem wegschwenkbaren Gehäuseteil 8 in Form eines Deckels gebildet. Diese beiden jeweils ein nicht-rotierendes Behandlungswerkzeug 1,4 tragenden Gehäuseteile 7,8 sind über ein, um eine Gelenkachse 13 drehbares, hier beispielhaft zweiteilig ausgeführtes Gelenk 9 miteinander gekoppelt. Während das nicht-rotierende Behandlungswerkzeug 4 fest mit dem feststehenden Gehäuseteil 7 verbunden ist, wird das andere nicht-rotierende Behandlungswerkzeug 1 über eine Verstelleinrichtung 6 zur Einstellung der Gesamtbreite beider Behandlungsspalte 11,12 axial entlang der Rotations-Achse 5 verschoben.
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Da die Grundplatte 14 schwimmend auf der Achse 5 gelagert ist, stellt sich ihre axiale Position im Zusammenspiel der in den beiden Behandlungsspalten 11,12 wirkenden, hydraulischen Kräfte ein.
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In Abhängigkeit vom Durchfluss sowie des Verschleißes beider Behandlungsspalte 11,12 kann es so vorkommen, dass die Breite der Behandlungsspalte 11,12 unterschiedlich ist, was sich entsprechend negativ auf die Qualität der Faserbehandlung und den Verschleiß auswirken kann.
Des Weiteren kann ein erhöhter Reibwert bei der axial schwimmenden Lagerung der rotierenden Grundplatte 14 (mit ihren Behandlungswerkzeugen 2,3) auf der Achse 5 dazu führen, dass sich der Rotor nicht zentriert.
Im Ergebnis kann es zu einem nicht ausreichend großen Faserstoffsuspensionspolster in einem Behandlungsspalt 11,12 oder gar zum Kontakt der Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4 kommen.
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Bei einem Kontakt der Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4 eines Behandlungsspaltes 11,12 kommt es über die Kontaktzeit zu einem exponentiellen Verschleiß des Behandlungsprofils 10 dieser Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4.
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Um einen erhöhten Verschleiß zu verhindern, werden die Schwingungen der Vorrichtung oft über wenigstens einen Sensor überwacht. Wird von der Steuerung der Vorrichtung über diese Schwingungsmessung ein kritischer Betriebszustand für die Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4 erkannt, so wird die axiale Lage des vom verschwenkbaren Gehäuseteil 8 getragenen nicht-rotierenden Behandlungswerkzeuges 1 von der Verstelleinrichtung 6 zur Verbreiterung der Behandlungsspaltes 11,12 entsprechend verstellt.
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Das Schließen der Behandlungsspalte 11,12 erfolgt, wie bereits ausgeführt, über das axiale Verschieben des nicht-rotierenden Behandlungswerkzeuges 1 mittels der Verstelleinrichtung 6, welche zur Gewährleistung einer verbesserten Präzision erfindungsgemäß einen Synchronmotor umfasst.
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Darüber hinaus besitzt die Verstelleinrichtung 6 einen Frequenzumrichter zur Steuerung des Synchronmotors, ein Getriebe zur Anpassung der Motordrehzahl an die erforderliche Drehzahl sowie ein mit dem Getriebe gekoppeltes Spindelhubelement, welches die Rotation in eine Axialbewegung zur Verstellung des nicht-rotierenden Behandlungswerkzeuges 1 umwandelt.
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Besonders kritisch ist das Schließen der Behandlungsspalte 11,12 während der Inbetriebnahme oder einem Wechsel der Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4, da dann erst eine optimale Position des verstellbaren Behandlungswerkzeuges 1 gesucht werden muss. In der optimalen Position des axial verstellbaren Behandlungswerkzeuges 1 wird ein ausreichend großen Faserstoffsuspensionspolster in den Behandlungsspalten angestrebt. Damit wird nicht nur ein Kontakt der Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4 sondern auch eine zu geringe oder zu intensive Behandlung des Faserstoffs verhindert.
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Weil der Synchronmotor äußert präzise arbeitet, eignet sich dieser besonders als Stellmotor. Über die bekannte Erfassung der Lageveränderung des Rotors des Synchronmotors kann so einfach auf die Lage des axial verschiebbaren Behandlungswerkzeuges 1 geschlossen werden. Der Synchronmotor ist so Teil eines Positions-Sensors für das axial verschiebbare Behandlungswerkzeug 1, was zusätzliche und relativ aufwendige Positions-Sensoren überflüssig macht und so auch die Erfassung des Verschleißes der Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4 sowie der Gesamtbreite beider Behandlungsspalte 11,12 erlaubt.
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Da das spezifische Drehmoment weitgehend unabhängig von der Drehzahl ist, kann mittels des Frequenzumrichters die Axialkraft mit der die Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4 axial gegeneinander gedrückt werden, relativ einfach über das Drehmoment des Synchronmotors gesteuert werden.
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Um einen Kontakt der Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4 beim Schließen des Behandlungsspaltes 11,12 zu vermeiden, erfolgt das Zusammenfahren der Behandlungswerkzeuge 1,2,3,4 bisher in mehreren Stufen in abnehmender Axialgeschwindigkeit.
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Die Präzision des Verstellweges beim Einsatz eines Synchronmotors erlaubt es nunmehr aber, dass das Schließen des Behandlungsspaltes 11,12 über zumindest 80%, vorzugsweise über zumindest 90%, insbesondere wenigstens 95% des Stellweges mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt. Im Ergebnis vermindert sich die für das Schließen der Behandlungsspalte 11,12 erforderliche Zeit erheblich.
Erst am Ende des Schließens, insbesondere wenn die Leistungsaufnahme des Antriebs 16 einen Grenzwert überschreitet, vermindert sich die Geschwindigkeit des axialen Verschiebens kontinuierlich.
Alternativ kann sich aber auch während des gesamten Schließens der Walzenspalte 11,12 die axiale Geschwindigkeit kontinuierlich vermindern.
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Anwendbar ist die Erfindung aber ebenso bei konischen Mahlflächen, wobei die Konusachse mit der Rotations-Achse 5 übereinstimmt sowie bei Vorrichtungen mit nur einem Behandlungsspalt.
