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Die Erfindung betrifft eine Garnitur zur Mahlung von wässrig suspendiertem Faserstoff in einem, von zwei relativ zueinander rotierenden und von Garnituren gebildeten Behandlungsflächen begrenzten Mahlspalt, bestehend aus einem Grundkörper mit zum Mahlspalt weisenden, länglichen Behandlungselementen und dazwischen verlaufenden Nuten, wobei im Grundkörper eine Vielzahl von Kanälen angeordnet sind.
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Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zur Mahlung von wässrig suspendiertem Faserstoff in einem, von zwei relativ zueinander rotierenden und von Garnituren gebildeten Behandlungsflächen begrenzten Mahlspalt.
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Derartige Garnituren sind seit langer Zeit bekannt und werden in Mahlmaschinen - sogenannten Refinern - eingebaut. Dabei hat die Suspension in Refinern einen Feststoffgehalt von etwa 2-8%.
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Solche Maschinen haben im Allgemeinen mindestens einen Rotor und mindestens einen Stator mit entweder scheibenförmigen oder kegelförmigen Behandlungsflächen, auf denen die Garnituren angebracht werden, so dass sich zwischen ihnen ein oder mehrere Mahlspalte ausbilden können. Die Garnituren weisen an den Behandlungsflächen Stege und Nuten auf, weshalb man auch von „Messer-Garnituren“ spricht.
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Die Garnituren sind einem hohen 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.
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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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Aus der
DE 10 2019 104 105 ist es wiederum bekannt, den Grundkörper mit parallel oder geringfügig zum Mahlspalt geneigten verlaufenden Kanälen auszustatten. Die radial verlaufenden Kanäle können mit unterschiedlichen Abständen zum Mahlspalt ausgebildet sein. Dadurch kann es bei Abnutzung der Mahlfläche zum Öffnen von Kanälen und damit zur Ausbildung von neuen Behandlungselementen kommen.
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Aus der
DE 10 2018 133 114 A1 ist eine Mahlanordnung bekannt. Bei dieser Mahlanordnung sind Rückströmkanäle für eine Rückführung von Fasersuspension vorgesehen. Diese Rückströmkanäle sind vorgesehen, damit zurückgeführte Fasersuspension mehrfach die Mahlfläche durchläuft. Dabei ist sichergestellt, dass die Rückführung nicht in den Behandlungsspalt, sondern in die Zuführung der Fasersuspension erfolgt. Diese Rückströmkanäle können mit einem Ventil zur Regulierung der Rückströmung versehen sein. Diese Rückströmkanäle sind in einer feststehenden Mahlfläche ausgebildet. Andernfalls müsste die Rückführung von Fasersuspension entgegen der durch die Rotation wirkende Zentrifugalkraft erfolgen. Bevorzugt sind Rückströmkanäle zwischen benachbarten Mahlsegmenten angeordnet, sofern die Mahlfläche aus einer Vielzahl an in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Mahlsegmenten besteht.
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Aus der
EP 3 398 682 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Mahlgarnituren für die Behandlung von Faserstoff bekannt. Die Garnitur besteht aus einem Grundkörper und aus zum Spalt weisenden Behandlungselementen. Bei der Herstellung wurden die Behandlungselemente schichtweise auf den Grundkörper aufgetragen. Die Behandlungselemente weisen ein Profil mit Stegen und Aussparungen auf. Seitliche Stege können in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung und in Abhängigkeit von einer rotierenden oder feststehenden Anordnung unterschiedlich stark ausgebildet sein.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Lebensdauer bei derartigen Garnituren bei möglichst effizienter Mahlung zu verlängern.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kanäle in wenigstens einer Position in radialer Richtung verschlossen sind.
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Prinzipiell gehören dabei auch die Behandlungselemente zum Grundkörper.
Im Hinblick auf die bisher überwiegende Gestaltung der Mahlvorrichtungen sollten die Behandlungselemente und/oder die Kanäle mit zumindest einer Richtungskomponente radial verlaufen.
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Über den Verschluss eines Kanales lassen sich Kurzschluss-Strömungen vermeiden. Als Kurzschluss-Strömung wird die Strömung der Suspension ohne passieren des Mahlspaltes verstanden. Infolge eines Verschleißes und dem damit verbundenen Materialabtrag werden Mahlspalte geöffneten und es sind noch Mahlspalte für ein Öffnen zum späteren Zeitpunkt verschlossen. Hierbei ist insbesondere das einströmseitige Kanalende verschlossen, so dass die Zuströmung in diese Kanäle dann über die Mahlfläche erfolgt. Sind die Kanäle ausströmseitig oder in einer radial dazwischenliegenden Position verschlossen, so können sich diese Kanäle mit Fasersuspension füllen, aber eine Durchströmen ist verhindert.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die an der radial innen liegenden Seite der Garnitur beginnende Kanäle dort durch eine Sperrwand verschlossen sind. Die Fasersuspension gelangt über den Mahlspalt in die Kanäle. Eine Sperrwand kann mehrteilig ausgeführt sein.
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Es kann vorgesehen sein, einzelne Kanäle durch einen Deckel zu verschließen. Aufgrund von Verschleiß kann vorgesehen sein, dass einzelne Deckel gelöst werden und dadurch einzelne Kanäle für ein Einströmen von Fasersuspension sukzessive freigegeben werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass Die Deckel auf der dem Mahlspalt zugewandten Seite befestigt sind. Wird aufgrund von Verschleiß diese Befestigung gelöst, so löst sich der Deckel und der Kanal wird für ein Einströmen über diese Seite freigegeben.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen den Deckel mehrteilig auszuführen. Dadurch werden die durch Lösen des Deckels in die Fasersuspension gelangende Bestandteile der Deckel kleiner in ihren Abmessungen. So hat sich insbesondere als Deckelteile Streifen oder Stangenelemente als geeignet herausgestellt. Dabei kann ein verschließen des Kanals durch eine sich vor den Teilen des Deckels ausbildende Fliesschicht gewährleistet werden. Dadurch können die durch Lösen der Deckelbestandteile in die Suspension gelangenden faserfremde Bestandteile reduziert werden.
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Um die Einströmung über den Mahlspalt zu erleichtern, kann es hilfreich sein, wenn auf der, dem Kanalverschluss einer Garnitur gegenüber liegenden Seite des Mahlspaltes eine radial über diesen Verschluss reichende Aussparung oder Nut vorhanden ist.
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Ergänzend kann eine Kurzschluss-Strömung der Faserstoffsuspension bei den noch geschlossenen Kanälen auch über deren Füllung mit einem porösen oder abrasionsempfindlichen Material erreicht werden.
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Kommt es infolge Verschleiß zum Öffnen dieser Kanäle so bewirkt die im Mahlspalt fließende Faserstoffsuspension einen Austrag des porösen Materials bzw. über die Abrasion einen Abtrag des abrasionsemfindlichen Materials aus den Kanälen.
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Der Verschluss eines Kanalendes kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn dieses Kanalende sich an den in oder entgegen der Rotationsrichtung liegenden Seiten eines Segmentes der Garnitur oder an der radial innenliegenden Seite der Garnitur oder im Bereich eines Befestigungsmittels der Garnitur befindet.
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Über eine vollständige Füllung der Kanäle mit einem porösen oder abrasionsempfindlichen Material kann die Stabilität bei den noch geschlossenen Kanälen gesteigert werden, was wegen der mitunter dünnen Wandung zwischen diesen und den erheblichen Drücken im Mahlspalt vorteilhaft sein kann.
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Unabhängig von der Gestaltung der Kanäle kommt es während des Betriebs infolge Verschleiß zum vollständigen Abtrag der Behandlungselemente. Dies führt gleichzeitig zum Öffnen der Kanäle, die sich mit dem Nutgrund in Rotationsrichtung teilweise überdecken. Das Abtragen der zum Mahlspalt weisenden Wand dieser Kanäle führt dazu, dass diese Kanäle nunmehr als Nut und die zwischen den geöffneten Kanälen liegende Fläche als Behandlungselement fungieren.Daher sollte die Breite der Kanäle im Wesentlichen der Breite der Nuten und/oder die Breite der Wandung zwischen in Rotationsrichtung benachbarten Kanälen im Wesentlichen der Breite der Behandlungselemente entsprechen. Des Weiteren sollten die Kanäle jeweils zumindest annähernd parallel zu wenigstens einem axial etwa darüber liegenden, länglichen Behandlungselement verlaufen.
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Bei einer bevorzugten Gestaltung verlaufen die Kanäle zum Mahlspalt zumindest annähernd parallel. Darüber hinaus sollten die Kanäle unterschiedliche Abstände zum Mahlspalt aufweisen und/oder im Grundkörper mehrere übereinander liegende Kanäle vorhanden sein.
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Um die Einsatzdauer des Garnitursegmentes zu steigern, sollten im Grundkörper mehrere übereinander liegende und zum Mahlspalt zumindest annähernd parallele Ebenen mit jeweils mehreren Kanälen vorhanden sein.Dabei sollten die Kanäle benachbarter Ebenen in Rotationsrichtung so versetzt zueinander verlaufen, dass sie sich in Rotationsrichtung teilweise überdecken.
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Bei einer anderen bevorzugten Gestaltung verlaufen die Kanäle im Grundkörper zum Mahlspalt zumindest abschnittsweise geneigt oder gekrümmt. Sind die Kanäle radial nach außen zum Mahlspalt hin geneigt oder gekrümmt, so öffnen sich die Kanäle bei Verschleiß radial außen zuerst. Für die Strömungsführung in bzw. aus dem Mahlspalt sowie die beim Verschleiß von den Kanälen gebildeten Nuten hat es sich als optimal erwiesen, wenn der Neigungswinkel der Kanäle zum Mahlspalt über ihre radiale Erstreckung hinweg betrachtet zwischen 3 und 30°, vorzugsweise zwischen 5 und 20° liegt.
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Durch die Neigung der Kanäle kann besser gewährleistet werden, dass auch mit zunehmendem Verschleiß eine ausreichend große offene Nutfläche sowie die erforderliche Schnittkantenlänge der Behandlungselemente vorhanden sind.
Darüber hinaus kann es hierbei vorteilhaft sein, wenn wenigstens einige der Kanäle in den Mahlspalt münden und somit Fasersuspension dem Mahlspalt zugeführt wird.
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Als Mündungsöffnungen werden hier generell die beiden Enden der Kanäle unabhängig von der Strömungsrichtung in den Kanälen angesehen. Als Mündungsöffnung gelten auch Enden der Kanäle die erst im Zuge des Verschleißes geöffnet werden.
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Bevorzugt sind die Kanäle in radialer Richtung zumindest abschnittsweise zum Mahlspalt hin gekrümmt oder geneigt, so dass über diese Kanäle Faserstoff gezielt in die Mahlfläche gefördert wird. Im anderen Fall der vom Mahlspalt weg gekrümmten oder geneigten Kanäle wird Faserstoff über diese Kanäle aus der Mahlfläche weggefördert.
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Entsprechend der über die Kanäle zu fördernden Menge an Faserstoff und/oder dem Umfang der Behandlung dieser Faserstoffmenge durch die Behandlungsflächen kann es vorteilhaft sein, dass die Mündungsöffnung mehrerer Kanäle im Mahlspalt den gleichen Abstand zur Rotationsachse und/oder unterschiedliche Abstände zur Rotationsachse der rotierenden Behandlungsfläche aufweisen.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, dass sich die Mehrheit, vorzugsweise alle zum Mahlspalt gekrümmt oder geneigt verlaufenden Kanäle nur über einen radialen Abschnitt des Mahlspaltes erstrecken. Je nach Richtung der Neigung bzw. Krümmung verlaufen dabei vorzugsweise zumindest einige der Kanäle vom radial äußeren oder inneren Ende der Behandlungsfläche oder des Garnitursegmentes radial zu einem inneren Abschnitt der Behandlungsfläche. Diese radial kurzen Kanäle ermöglichen zudem größere Neigungswinkel der Kanäle zum Mahlspalt.
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Darüber hinaus sollten im Grundkörper auch hier mehrere übereinander liegende Kanäle vorhanden sein, was die Einsatzdauer des Garnitursegmentes erheblich steigern kann.
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Unabhängig von deren Gestaltung und Ausrichtung sollten sich Kanäle untereinander oder mit dem Nutgrund in Rotationsrichtung betrachtet zumindest teilweise überdecken. Kommt es während des Betriebs infolge Verschleiß zum vollständigen Abtrag der Behandlungselemente so führt dies gleichzeitig zum Öffnen der Kanäle, die sich mit dem Nutgrund in Rotationsrichtung teilweise überdecken.
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Über die entsprechende Gestaltung der Kanäle kann gewährleistet werden, dass auch mit zunehmendem Verschleiß eine ausreichend große offene Nutfläche sowie die erforderliche Schnittkantenlänge der Behandlungselemente vorhanden sind.
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Idealerweise wird die Gestaltung und/oder Anordnung der Kanäle der Behandlungsfläche, der Garnitur oder einer Zone davon so gewählt, dass die offene Fläche der Nuten und/oder die Schnittkantenlänge während der gesamten Lebensdauer annähernd gleich bleibt, so dass auch das Pumpverhalten über die gesamte Lebensdauer etwa gleich bleibt.Um dies zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, wenn der Nutgrund benachbarter Nuten unterschiedlich tief liegt. Mit Vorteil sind die benachbarten Nuten dabei nicht nur im Ausgangszustand sondern auch während des Verschleißes unterschiedlich tief.
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Unabhängig davon sollten im Interesse einer homogenen Mahlung die Nuten zumindest überwiegend eine konstante Breite aufweisen und/oder die Breite der Behandlungselemente zumindest überwiegend gleichgroß sein.
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Für eine intensive Mahlung ist es vorteilhaft, wenn die Breite der Behandlungselemente zwischen 0,1 und 1,5 mm liegt und/oder die Höhe der Behandlungselemente kleiner als 5 mm ist.
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Zwecks Optimierung ihrer Anordnung sowie ihrer Wirkung verlaufen die länglichen Behandlungselemente sowie die Kanäle mit Vorteil zumindest abschnittsweise ungerade.
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Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn das radial innenliegende Ende der Kanäle zumindest auf einer in Umfangsrichtung liegenden Kanal-Seite eine sich radial nach innen kontinuierlich vergrößernde Mündungsöffnung besitzt. Über diese Mündungsgestaltung kann die Einströmung der Faserstoffsuspension in den jeweiligen Kanal unterstützt werden.
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Die meist kreis- oder kreisringförmigen Behandlungsflächen werden in der Regel jeweils aus mehreren Garnitursegmenten zusammengesetzt. Die Garnitur kann aber ebenso einstückig ausgeführt sein. Der Kreisdurchmesser des Grundkörpers sollte zwischen 35 und 150 cm liegen.
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Um bei jedem Verschleißzustand der Behandlungsfläche eine ausreichend große Zahl an Nuten und Behandlungselementen zur Verfügung zu haben, kann es vorteilhaft sein, die Kanäle benachbarter Garnitursegmente unterschiedlich anzuordnen und/oder auszubilden, so dass bei jedem Verschleißzustand eine ausreichend große Anzahl von Kanälen geöffnet ist. Außerdem kann so die gemittelte Anzahl sowie die aufsummierte Breite der Behandlungselemente konstant gehalten werden.
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Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung der Garnitur bzw. der Garnitursegmente ist wesentlich, dass die Behandlungselemente zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig und mit Vorteil auch der Grundkörper zumindest teilweise schichtweise aus einem oder mehreren flüssigen und/oder pastösen und/oder festen Werkstoffen aufgetragen und dabei einem physikalischen oder chemischen Härtungs- oder Schmelzprozess unterzogen werden. Von diesem Härtungs- oder Schmelzprozess ist auch das Sintern erfasst.
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Durch den schichtweisen Auftrag können Werkstoff und Form der Behandlungselemente sowie der Kanäle einfacher und umfassender an die speziellen Erfordernisse angepasst werden. Beachtet werden muss dabei, dass es in Abhängigkeit vom aufgetragenen Werkstoff und dem speziellen Härtungs- oder Schmelzprozess zu einer Schrumpfung von bis zu 30% kommen kann.
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Wegen der hohen Belastung in derartigen Maschinen zur Mahlung von Faserstoffen sollte der schichtweise aufgetragene Werkstoff pulverförmig sein und/oder ein oder mehrere Metalle oder Metallverbindungen umfassen.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn der schichtweise aufgetragene Werkstoff mittels Laser gesintert oder verschmolzen wird.
Auch Keramikschichten lassen sich auf diese Weise herstellen.
Darüber hinaus kann über die Korngröße des Pulvers die Oberflächenrauigkeit des Behandlungselementes beeinflusst werden.
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Zur Intensivierung der Behandlung erlaubt das Herstellungsverfahren im Unterschied zum bisher üblichen Gießen sehr schmale Behandlungselemente und ebenso geringe Abstände zwischen benachbarten Behandlungselementen.
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Alternativ kann vorgesehen sein vorgefertigte Kanalelemente zur Bildung einer Garnitur zusammenzufügen.
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Bei einer Vorrichtung zur Mahlung von wässrig suspendiertem Faserstoff mit einer Garnitur hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Kanäle mit dem rotatorisch antreibbaren Stützköper verbundenen Garnitur zum Mahlspalt hin geneigt ausgebildet sind. Durch die Neigung und durch die wirkende Zentrifugalkraft wird die Fasersuspension in den Mahlspalt befördert.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Kanäle in der mit dem axial verschiebbaren Stützköper verbundenen Garnitur parallel zum Mahlspalt verlaufen. Eine Kurzschlussströmung der Fasersuspension ist durch den einseitigen Verschluss der Kanäle verhindert.
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Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
In der beigefügten Zeichnung zeigt:
- 1: einen schematischen Querschnitt durch eine Mahlanordnung;
- 2: eine Draufsicht auf eine Garnitursegment 2 der Mahlanordnung;
- 3: einen Teilquerschnitt durch zwei benachbarte Garnitursegmente 2;
- 4: einen Teilquerschnitt durch ein anderes Garnitursegement 2;
- 5: eine Seitenansicht eines Garnitrsegmentes 2 mit geneigten Kanälen 8;
- 6: einen Teillängsschnitt durch eine Mahlvorrichtung;
- 7: eine Teilansicht eines Zulaufbereiches des Mahlspaltes 3 mit radial innen liegender Sperrwand;
- 8a und b: unterschiedlich gestaltete Mündungsöffnungen der Kanäle 8 und
- 9: eine Draufsicht des Befestigungsbereiches eines Garnitursegmentes 2 mit Sperrwand
- 10: Ausschnitt einer Garnitur mit Deckeln zum Verschließen von Kanälen
- 11: Ausschnitt einer Garnitur mit mehrteiligem Deckel zum Verschließen von Kanälen .
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Im Gehäuse der Mahlanordnung wird gemäß 1 ein Mahl-Spalt 3 von einer feststehenden und mit dem Gehäuse gekoppelten Mahlfläche und einer um eine Rotationsachse 10 rotierenden Mahlfläche gebildet.
Dabei verlaufen die beiden kreisringförmigen Mahlflächen (Behandlungsflächen) parallel zueinander, wobei der Abstand zwischen diesen meist einstellbar ist. Neben den hier gezeigten ebenen Behandlungsflächen sind auch kegelförmige oder zylindrische Behandlungsflächen möglich.
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Die rotierende Mahlfläche wird von einer im Gehäuse rotierbar gelagerten Welle in Rotationsrichtung 11 bewegt. Angetrieben wird diese Welle von einem beispielhaft ebenfalls im Gehäuse vorhandenen Antrieb.
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Die zu mahlende Fasersuspension 1 gelangt bei dem gezeigten Beispiel über einen Zulauf durch das Zentrum in den Mahl-Spalt 3 zwischen den beiden Mahlflächen. Allerdings ist auch eine Zuführung über Öffnungen in der Mahlfläche möglich.
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Die Fasersuspension 1 passiert die zusammenwirkenden Mahlflächen radial nach außen und verlässt den sich anschließenden Ringraum durch einen Ablauf.
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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 einer Garnitur 2 bestehend aus mehreren kreissegment- oder kreisringsegment-förmigen Mahl-Garnitursegmenten 2 gemäß 2 gebildet, die sich über jeweils ein Umfangsegment der entsprechenden Mahlfläche erstrecken und in Umfangsrichtung nebeneinander gereiht werden. Die Befestigung der Garnitursegmente 2 auf einer mit dem Gehäuse verbundenen bzw. einem mit der Antriebswelle gekoppeltem Stützkörper 16 erfolgt entsprechend 1 über Befestigungsmittel 15 hier in Form von Schrauben.
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Die Garnitursegmente 2 werden, wie in 2 gezeigt, jeweils von einem Grundkörper 4 in Form einer Grundplatte mit einer Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden, leistenförmigen Behandlungselementen 5 und dazwischenliegenden Nuten 6 gebildet.
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Parallel zur Grundplatte haben die Behandlungselemente 5 eine längliche Querschnitts-Form, wobei die zum Behandlungsspalt 3 weisende Oberseite der Behandlungselemente 5 in der Regel parallel zur Außenfläche des Grundkörpers 4 verläuft.
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Zwecks Optimierung ihrer Anordnung sowie ihrer Wirkung verlaufen die Behandlungselemente 5 häufig zumindest über einen radialen Abschnitt ungerade, d.h. gekrümmt, gewellt oder wie in 2 zu sehen geknickt.
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Um die Herstellungskosten der Garnitursegmente 2 zu senken, wird der Grundkörper 4 mit seinen Behandlungselementen 5 vollständig schichtweise aus einem flüssigen, pastösen 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.
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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 oder in einem ersten Schritt mit Bindemittel verklebt und später versintert (Binder Jetting-Verfahren) werden. Bei letzterem Verfahren kommt es zum Verdampfen des Bindemittels.
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Dabei kann die Anordnung der Behandlungselemente 5 auf dem Grundkörper 4 nach Bedarf gewählt werden. Der Kreisdurchmesser des Grundkörpers 4 liegt zwischen 35 und 150 cm.
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Alternativ können zur Bildung der Garnitur auch vorgefertigte Kanäle verwendet werden, die miteinander zur Bildung einer Garnitur verbunden werden. Insbesondere können vorgefertigte Blechkanäle verwendet werden. Dabei können die Blechkanäle schon mit Deckeln, wie insbesondere in 10 dargestellt, versehen sein.
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Wie in 3 gezeigt, sind im Grundkörper 4 eine Vielzahl von zumindest mit einer Richtungskomponente radial verlaufenden und zum Mahlspalt 3 jeweils unterschiedliche Abstände aufweisende Kanälen 8 angeordnet, die sich untereinander oder mit dem Nutgrund in Rotationsrichtung 11 betrachtet teilweise überdecken. Wesentlich erleichtert wird die Herstellung dieses Grundkörpers 4 durch den schichtweisen Auftrag.
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Kommt es infolge von Verschleiß während der Mahlbehandlung zu einem Abtrag der Behandlungselemente 5, so führt dies wegen der Überdeckung mit dem Nutgrund zum Öffnen der, dem Mahlspalt 3 am nächsten liegenden Kanäle 8. Dies wiederum hat zur Folge, dass die geöffneten Kanäle 8 nunmehr als Nut 6 und die Wandung 9 zwischen den geöffneten Kanälen 8 als Behandlungselement 5 fungieren. Wird auch die Wandung 9 zwischen diesen zuerst geöffneten Kanälen 8 abgetragen, so werden wegen der gegenseitigen, teilweisen Überdeckung weitere Kanäle 8 geöffnet, deren Wandung 8 die Funktion der Behandlungselemente 5 übernimmt.
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Im Interesse einer sicheren, homogenen und effizienten Mahlung weisen die Nuten 6 zumindest überwiegend eine konstante Breite auf. Auch die Breite der Behandlungselemente 5 bleibt in radialer Richtung 7 zumindest überwiegend gleichgroß.
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Um dies auch dann zu gewährleisten, wenn die Kanäle 8 bzw. deren Wandung 9 deren Funktion übernehmen, entspricht die Breite der Kanäle 8 im Wesentlichen der Breite der Nuten 6 und die Breite der Wandung 9 zwischen in Rotationsrichtung 11 benachbarten Kanälen 8 im Wesentlichen der Breite der Behandlungselemente 5.
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Zur Sicherstellung einer möglichst hohen und möglichst gleichbleibenden Anzahl an geöffneten Kanälen 8 während des Verschleißes des Grundkörpers 4 sind im Grundkörper 4 mehrere übereinander liegende Kanäle 8 vorhanden.
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Dabei sind gemäß 3 und 4 die in Rotationsrichtung 11 benachbarten Kanäle 8 derart versetzt zueinander angeordnet, dass sich die benachbarten Kanäle 8 in Rotationsrichtung 11 teilweise überdecken, so dass beim vollständigen Abtrag einer Wandung 9 der benachbarte, axial darunter liegende Kanal 8 geöffnet wird.
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Die Höhe der Behandlungselemente 5 liegt hier beispielhaft unter 3 mm und die Breite der Behandlungselemente 5 zwischen 0,1 und 1 mm.
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Um bei jedem Verschleißzustand eine möglichst gleichgroße offene Nutfläche sowie eine möglichst gleichgroße Schnittkantenlänge der Behandlungselemente 5 gewährleisten zu können, kann es hilfreich sein, wie in 3 zu sehen, die Kanäle 8 benachbarter Garnitursegmente 2 unterschiedlich anzuordnen und unterschiedlich auszubilden.
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Ergänzend oder alternativ können sich aber auch die Querschnitte der Kanäle 8 benachbarter Garnitursegmente 2 unterscheiden. Während die Kanäle 8 des einen Garnitursegmentes 2 kreisrund sind, haben die Kanäle 8 des benachbarten Garnitursegmentes 2 hier beispielhaft einen elliptischen Querschnitt.
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Im Unterschied hierzu zeigen die 4,5, 6 und 7 axial versetzte Kanäle 8 mit rechteckigem Querschnitt. Auch hier ist das Ziel bei jedem Verschleißzustand eine gleichhohe offene Nutfläche und Schnittkantenlänge zu gewährleisten. Wesentlich ist hierbei, dass die benachbarten Nuten 6 im Ausgangszustand sowie während des Verschleißes unterschiedlich tief sind.
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Außerdem ist es natürlich auch möglich, dass die Garnituren bzw. Garnitursegmente 2 selbst unterschiedliche gestaltete Zonen aufweisen, wobei die Kanäle 8 dieser Zonen unterschiedlich angeordnet und/oder unterschiedlich ausgebildet sind.
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Darüber hinaus zeigt 2 Zuführkanäle 12, die radial nach außen in die Mahlfläche hineinreichen und wegen des Fehlens von Behandlungselementen 5 die Zufuhr von Fasersuspension 1 in den Mahlspalt 3 hinein unterstützen.
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Zur Unterstützung der Zufuhr von Faserstoffsuspension 1 in die Kanäle 8 besitzen diese, insbesondere wenn deren radial innenliegendes Ende im radial innenliegenden Einlaufbereich der Mahlfläche liegt, auf einer (8b) oder auf beiden (8a) in Umfangsrichtung liegenden Kanalseiten eine sich radial nach innen kontinuierlich vergrößernde Mündungsöffnung. Vergrößert sich die Mündungsöffnung nur auf einer in Umfangsrichtung liegenden Kanalseite, sollte diese Seite in Strömungsrichtung der Faserstoffsuspension 1 weisen. Bei rotierenden Mahlfläche ist dies, wie in 8b dargestellt, die in Rotationsrichtung 11 weisende Seite. Bei einer nicht-rotierenden Mahlfläche weist diese Seite entgegen der Rotationsrichtung 11 der gegenüberliegenden, rotierenden Mahlfläche.
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Um auch mit zunehmendem Verschleiß eine Gleichbehandlung des Faserstoffs 1 gewährleisten zu können, sollten die Kanäle 8 jeweils zumindest annähernd parallel zu einem axial etwa darüber liegenden, länglichen Behandlungselement 5 verlaufen.
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Wie in 3 gezeigt, sind im Grundkörper 4 eine Vielzahl von zumindest mit einer Richtungskomponente radial und zum Mahlspalt 3 parallel verlaufenden und zum Mahlspalt 3 jeweils unterschiedliche Abstände aufweisende Kanälen 8 angeordnet, die sich untereinander oder mit dem Nutgrund in Rotationsrichtung 11 betrachtet teilweise überdecken.
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Zur Sicherstellung einer möglichst hohen und möglichst gleichbleibenden Anzahl an geöffneten Kanälen 8 während des Verschleißes des Grundkörpers 4 sind hier im Grundkörper 4 mehrere übereinander liegende und zum Mahlspalt 3 parallele Ebenen 13 mit jeweils mehreren Kanälen 8 vorhanden. Die in 3 dargestellten Ebenen 13 laufen durch die in axialer Richtung liegende Mitte der Kanäle 8. Dabei sind die Kanäle 8 benachbarter Ebenen 13 in Rotationsrichtung 11 versetzt zueinander angeordnet, 4. Darüber hinaus überdecken sich die Kanäle 8 benachbarter Ebenen 13 in Rotationsrichtung 11 teilweise, so dass beim vollständigen Abtrag einer Wandung 9 der benachbarte, axial darunter liegende Kanal 8 geöffnet wird.
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So kann, wie dort gezeigt, zumindest ein Teil der Ebenen 13 zweier benachbarter Garnitursegmente 2 unterschiedlich weit vom Mahlspalt 3 entfernt sein.
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Um den Durchfluss radial nach außen in den Mahlspalt 3 hinein oder aus dem Mahlspalt 3 heraus zu unterstützen, verlaufen die Kanäle 8 bei der Ausführung gemäß 5 im Grundkörper 4 zum Mahlspalt 3 geneigt, wobei wenigstens einige dieser Kanäle 8 zumindest nach ihrer Öffnung infolge Verschleiß in den Mahlspalt 3 münden.
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Je nach Bedarf kann die Mündungsöffnung mehrerer Kanäle 8 im Mahlspalt 3 den gleichen Abstand oder aber auch unterschiedliche Abstände zur Rotationsachse 10 der rotierenden Behandlungsfläche dieses Mahlspaltes 3 aufweisen.
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Bei den hier gezeigten Ausführungen liegt der Neigungswinkel der Kanäle 8 zum Mahlspalt 3 über ihre radiale Erstreckung zwischen 5 und 20°.
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Insbesondere bei einem größeren Neigungswinkel erstrecken sich die zum Mahlspalt 3 gekrümmt oder geneigt verlaufenden Kanäle 8 nur über einen radialen Abschnitt des Mahlspaltes 3. Bei einer geringen Neigung von 5°, wie in 5 zu sehen, sind die Kanäle 8 entsprechend länger.
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Die 6 und 7 zeigen eine Mahlvorrichtung zur Mahlung von wässrig suspendiertem Faserstoff 1 in einem, von zwei relativ zueinander rotierenden und von Garnituren bzw. Garnitursegmenten 2 gebildeten Behandlungsflächen begrenzten Mahlspalt 3.
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Bei 6 sind bei beiden Behandlungsflächen Kanäle 8 im Grundkörper 4 vorhanden. Allerdings verlaufen diese bei der bevorzugt nicht-rotierenden Behandlungsfläche parallel zum Mahlspalt 3. Bei der rotierenden Behandlungsfläche sind die Kanäle 8 zum Mahlspalt 3 hin geneigt und münden in den Mahlspalt 3. Damit kann die Zufuhr von Faserstoff in den Mahlspalt 3 unterstützt werden.
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Im Unterschied hierzu zeigt 7 eine Ausführung, bei der bei beiden Behandlungsflächen die Kanäle 8 im Grundkörper 4 parallel zum Mahlspalt 3 verlaufen.
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Unabhängig von der Gestaltung und Anordnung der Kanäle 8 kann eine Kurzschluss-Strömung der Faserstoffsuspension 1 verhindert werden, indem die Kanäle 8 an wenigstens einem Ende oder an einer dazwischen liegenden Position in radialer Richtung verschlossen sind. Hierzu zeigt 7 eine Ausführung bei der die, an der radial innenliegenden Seite der Garnitur bzw. des Garnitursegmentes 2 beginnenden Kanäle 8 beider gegenüberliegender Behandlungsflächen jeweils über eine Sperrwand 14 verschlossen sind. Um hierbei die Einströmung der Faserstoffsuspension 1 in den Mahlspalt 3 zu erleichtern, beginnen die Behandlungsflächen in radialer Richtung 7 versetzt zueinander. Dementsprechend kann der Faserstoff 1 über die Sperrwand 14 der zuerst beginnenden Behandlungsfläche in den Mahlspalt 3 und die Nuten 6 dieser Behandlungsfläche strömen. Um auch einen Gleichmäßigen Verschleiß der Garnituren bei einer versetzten radialen Anordnung zu gewährleisten können bei der weiter radial außen beginnenden Garnitur im radial inneren Bereich einzelne Elemente für einen Verschleißabtrag vorgesehen sein.
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Auch die, an den in oder entgegen der Rotationsrichtung 11 liegenden Seiten des Garnitursegmentes 2 beginnenden Kanäle 8 können mit einer Sperrwand 14 verschlossen werden.
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Wie in 2 zu erkennen, weisen die Garnituren bzw. Garnitursegmente 2 üblicherweise im Bereich der Befestigungsmittel 15 Aussparungen auf. Um auch hier Kurzschluss-Strömungen zu verhindern, sind entsprechend 9 die im Bereich eines Befestigungsmittels 15 des Garnitursegementes 2 beginnenden, radial nach außen laufenden Kanäle 8 ebenfalls mittels einer Sperrwand 14 verschlossen.
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Ergänzend oder alternativ kann eine Kurzschluss-Strömung aber auch dadurch verhindert werden, indem die Kanäle 8 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig mit einem porösen oder abrasionsempfindlichen Material gefüllt werden. Die Unterbringung dieses Materials ist insbesondere bei der Herstellung des Grundkörpers 4 mittels schichtweisem Auftrag relativ einfach. Darüber hinaus wird durch das poröse Material die Stabilität der Kanäle erhöht.
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In 10 sind Deckel 17 zum Verschließen jeweils eines Kanals 8 vorgesehen, die auf der dem Mahlspalt 3 zugewandten Seite hauptsächlich befestigt sind. Wird diese Befestigungsstelle des Deckels durch Verschleiß beseitigt, so öffnet sich der Kanal 8 und der Deckel 17 wird Teil der Fasersuspension.
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Bei der Darstellung gemäß 11 ist der Deckel 17 mehrteilig mit einer Mehrzahl an Stäben 18 ausgebildet. Diese Stäbe 18 sind mit einem Abstand zueinander angeordnet, wobei sich durch die Fasern der Fasersuspension im Betrieb eine Fließschicht vor den Stäben 18 ausbilden wird. Auch die Stäbe 18 sind an der dem Mahlspalt 3 zugewandten Seite hauptsächlich befestigt, so dass bei Lösen dieser Verbindungsstelle 19 der jeweilige Kanal 8 geöffnet wird. Durch die Stäbe 18 als Teil des Deckels 17 gelangt in Bezug auf die Abmessung und auf deren Anteil deutlich weniger faserfremdes Material in die Suspension. Auch sind die Stäbe weniger störend in Bezug auf mögliche Beschädigungen der Behandlungsvorrichtungen aufgrund der deutlich kleineren Abmessungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Faserstoff
- 2
- Garnitur
- 3
- Mahlspalt
- 4
- Grundkörper
- 5
- Behandlungselemente
- 6
- Nuten
- 7
- Radiale Richtung
- 8
- Kanäle
- 9
- Wandung
- 10
- Rotationsachse
- 11
- Rotationsrichtung
- 12
- Zuführkanäle
- 13
- Ebenen
- 14
- Sperrwand
- 15
- Befestigungsmittel
- 16
- Stützkörper
- 17
- Deckel
- 18
- Deckelteil, Stäbe
- 19
- Verbindungsstelle, Befestigung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004016661 A1 [0008]
- DE 102019104105 [0009]
- DE 102018133114 A1 [0010]
- EP 3398682 A1 [0011]
