EP2683870B1 - Disperger - Google Patents

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EP2683870B1
EP2683870B1 EP12708125.5A EP12708125A EP2683870B1 EP 2683870 B1 EP2683870 B1 EP 2683870B1 EP 12708125 A EP12708125 A EP 12708125A EP 2683870 B1 EP2683870 B1 EP 2683870B1
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EP
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teeth
tooth
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treatment tool
treatment
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Bernd Kraft
Gerd Gottschalk
Oliver Lüdtke
Roland Rauch
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/004—Methods of beating or refining including disperging or deflaking
    • D21D1/006—Disc mills
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/004—Methods of beating or refining including disperging or deflaking
    • D21D1/006—Disc mills
    • D21D1/008—Discs

Definitions

  • the invention relates to a device for the mechanical treatment of high-consistency fibrous material with a housing, in which a first treatment tool and a second treatment tool is arranged, wherein the treatment tools each have a rotationally symmetrical shape, are arranged coaxially to each other, each in a plurality of annular, concentric to its center Having serially arranged teeth between which there are tooth gaps, which are flowed through radially by the fibrous material and between the rows of teeth there are annular gaps, which are arranged so that at least one row of teeth of a treatment tool extends into an annular space of the other, complementary treatment tool, such as for example DE 195 41 892 C1 known.
  • the object of the invention is therefore to improve the efficiency of the treatment with the lowest possible energy consumption.
  • the tooth spaces are largely flat and formed approximately at the level of the annular spaces between the rows of teeth.
  • the elevations and the teeth have a cross section in the radial direction, which is formed in a truncated pyramid. Accordingly, the teeth and protrusions have an outgoing from the respective annular space reason that leads over the radial edge to the head.
  • the flank angle i. the angle between the flanks of the teeth and the elevations with respect to the radials only differ by a maximum of 20 °, preferably be the same.
  • the tooth gaps a must ensure certain cross-sectional area for the flow of the pulp. If this cross-sectional area is too small, there is a risk of clogging and an increased energy requirement. Therefore, the distance between the edge of a tooth and the edge of the adjacent elevation in the radial direction should be between 1 and 5 mm, preferably between 2 and 3 mm. In addition, it is beneficial for the protection of the heads when the head of the teeth and the elevations is flat.
  • the tooth head should have a height between 10 and 40, preferably between 20 and 25 mm above the tooth base. Furthermore, it is advantageous if the width of the teeth and the elevations in the circumferential direction is approximately the same and is preferably between 1 and 10 mm, in particular between 2 and 5 mm.
  • the efficiency of the treatment can be further increased if teeth and / or elevations, preferably have radially extending grooves.
  • radially extending grooves are understood that extend at least with a directional component perpendicular to the circumferential direction of the treatment tool.
  • the pulp suspension flows through the gap between the treatment tools usually from the inside out. While the treatment tools move relative to each other, the radially extending grooves form additional working edges, which improves the dispersion, in particular the dirt dot comminution, the ink separation and the sticky comminution. In this way, the energy consumption and wear can be significantly reduced.
  • the groove extends over the entire tooth or the entire elevation or only over a part of the tooth or the elevation.
  • both treatment tools are formed by oppositely driven rotors or a treatment tool by a driven rotor and the second treatment tool is formed by a stationary stator.
  • the device is particularly suitable for dispersing the pulp, the high number of edges, in particular in the tooth spaces, significantly increasing the efficiency of the treatment.
  • the high-consistency paper pulp 1 is according to FIG. 1 directly in the central area of the Dispergergarnitur, which is formed by the two treatment tools 3,4, pressed. While a treatment tool 3 is stationary and thus designed as a stator, the other treatment tool 4 is rotatably mounted in the housing 2 of the disperser.
  • the Dispergergarnitur with the stator and the rotor is thus sent radially inward known dispersion is caused by the fact that teeth 6 with relatively high Speed are moved relatively close to each other and the fibrous material 1 therebetween is subjected to strong shear forces.
  • the pulp 1 can be previously heated by superheated steam. After dispersion, the dispersed pulp 1 falls down through the outlet 15.
  • the gap between them also changes, whereby the performance of the disperser can be controlled in a manner known per se.
  • the treatment tools 3,4 each have a rotationally symmetrical shape.
  • the coaxially arranged treatment tools 3,4 each have a plurality of annular, concentric to their center rows 5 arranged teeth 6, between which there are tooth gaps 7, which are flowed through by the pulp 1 radially outward. Between the rows of teeth 5 annular spaces 8 are provided, which are arranged so that at least one row of teeth 5 of a treatment tool 3,4 extends into an annular space 8 of the other, complementary treatment tool 4.3.
  • the flow through the tooth gaps 7 is hindered as far as it is conducive to the treatment of the pulp 1.
  • the angle 17 between the flanks 12 of the teeth 6 and the angle 18 between the flanks 19 of the elevations 9 is the same size.
  • the distance 20 between the edge 12 of a tooth 6 and the edge 19 of adjacent elevation 9 in the radial direction 14 between 2 and 3 mm.
  • the heads 13,21 of the teeth 6 and the elevations 9 are flat.
  • the height of the head 21 of the elevations 9 results as a function of the distance 20 between the flanks, the flank angle 18 and the minimum extent of the head 21 in the radial direction fourteenth ,
  • the width of the teeth 6 and the elevations 9 in the circumferential direction 16 is approximately equal and is between 2 and 5 mm.
  • grooves 10 preferably having a directional component in the radial direction 14 have. These grooves 10 may extend over the entire tooth 6 or the entire elevation 9 or only a part thereof. In this case, the partial extent, for example, exclusively via the head 13,21 or exclusively via a flank 12,19 done.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff mit einem Gehäuse, in welchem ein erstes Behandlungswerkzeug und ein zweites Behandlungswerkzeug angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge jeweils eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen angeordnete Zähne aufweisen, zwischen denen sich Zahnlücken befinden, die von dem Faserstoff radial durchströmt werden und zwischen den Zahnreihen ringförmige Zwischenräume vorhanden sind, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe eines Behandlungswerkzeuges in einen ringförmigen Zwischenraum des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges hineinreicht, wie z.B. aus DE 195 41 892 C1 bekannt.
  • Durch die hohe Konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung bei derartigen Vorrichtungen (Entstipper, Disperger, Refiner) möglich, obwohl sich die relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeuge nicht berühren, sondern sich vielmehr in einem Abstand von ca. 1mm oder mehr aneinander vorbeibewegen. Dabei treten an den Zähnen ganz erhebliche Kräfte auf.
    Vorrichtungen der o. g. Art werden z. B. zur Qualitätsverbesserung von Faserstoff eingesetzt, der aus Altpapier gewonnen wurde.
    Es ist bekannt, dass Papierfaserstoff durch Dispergieren homogenisiert und dadurch wesentlich verbessert werden kann. Dabei wird in vielen Fällen ein Faserstoff verwendet, der einen Trockengehalt zwischen 15 und 35% aufweist und auf eine Temperatur gebracht worden ist, die weit über der Umgebungstemperatur liegt. Sinnvoll ist es, die Aufheizung dann vorzunehmen, wenn der Faserstoff bereits seine zur Dispergierung erforderliche Konsistenz hat.
    Dabei kann jedoch oft das Ergebnis der Behandlung, insbesondere beim Dispergieren noch nicht befriedigen. Außerdem verschleißen die Behandlungswerkzeuge relativ schnell.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Effizienz der Behandlung bei möglichst geringem Energiebedarf zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Üblicherweise sind die Zahnlücken weitestgehend eben und etwa auf Höhe der ringförmigen Zwischenräume zwischen den Zahnreihen ausgebildet.
  • Durch die Erhebungen kann der Faserstoff nicht mehr radial ungehindert durch die Zahnlücken gelangen, was die Effizienz der Behandlung erheblich steigert. Daher ist es notwendig, dass alle Zahnlücken Erhebungen aufweisen, die über den Zahngrund hinausreichen.
  • Für die Behandlung aber auch die Verschleißfestigkeit ist es notwendig, dass die Erhebungen und die Zähne einen Querschnitt in radialer Richtung aufweisen, der pyramidenstumpfförmig ausgebildet ist.
    Dementsprechend haben die Zähne und Erhebungen einen von dem jeweiligen ringförmigen Zwischenraum ausgehenden Grund, der über die radial verlaufende Flanke zum Kopf führt.
  • Um die optimierte Querschnittsform der Zähne möglichst vollständig auf die Erhebungen zu übertragen, sollte der Flankenwinkel, d.h. der Winkel zwischen den Flanken der Zähne und der Erhebungen bezüglich der Radialen nur um maximal 20 ° differieren, vorzugsweise gleich sein.
  • Bei Versuchen hat sich des Weiteren herausgestellt, dass die Zahnlücken eine bestimmte Querschnittsfläche für die Durchströmung des Faserstoffes gewährleisten müssen. Ist diese Querschnittsfläche zu klein, so drohen ein Verstopfen und ein erhöhter Energiebedarf.
    Daher sollte der Abstand zwischen der Flanke eines Zahnes und der Flanke der benachbarten Erhebung in radialer Richtung zwischen 1 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 3 mm liegen.
    Außerdem ist es zur Schonung der Köpfe von Vorteil, wenn der Kopf der Zähne und der Erhebungen eben ist.
  • Wegen der Hebelwirkung greift zusätzlich zu den Scherkräften am Zahnfuß ein hohes Moment an, das mit zunehmender Höhe stark zunimmt. Daher sollte der Zahnkopf eine Höhe zwischen 10 und 40, vorzugsweise zwischen 20 und 25 mm über dem Zahngrund aufweisen.
    Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Breite der Zähne und der Erhebungen in Umfangsrichtung etwa gleich ist und vorzugsweise zwischen 1 und 10 mm, insbesondere zwischen 2 und 5 mm liegt.
  • Die Effizienz der Behandlung kann noch weiter gesteigert werden, wenn Zähne und/oder Erhebungen, vorzugsweise radial verlaufende Nuten besitzen.
  • Als radial verlaufend werden dabei Nuten verstanden, die zumindest mit einer Richtungskomponente senkrecht zur Umfangsrichtung des Behandlungswerkzeuges verlaufen.
    Die Faserstoffsuspension durchströmt den Spalt zwischen den Behandlungswerkzeugen in der Regel von innen nach außen. Während sich die Behandlungswerkzeuge relativ zueinander bewegen, bilden die radial verlaufenden Nuten zusätzliche Arbeitskanten, was bei der Dispergierung, insbesondere die Schmutzpunktzerkleinerung, die Druckfarbenablösung sowie die Stickyzerkleinerung verbessert.
    Auf diese Weise lassen sich der Energiebedarf sowie der Verschleiß erheblich reduzieren.
  • Je nach Art und Beschaffenheit der Vorrichtung und/oder des Faserstoffs kann es hierzu vorteilhaft sein, wenn sich die Nut über den gesamten Zahn bzw. die gesamte Erhebung oder aber nur über einen Teil des Zahnes bzw. der Erhebung erstreckt.
  • Aus gleichem Grund kann es ebenso von Vorteil sein, wenn beide Behandlungswerkzeuge von gegensinnig angetriebenen Rotoren gebildet werden oder ein Behandlungswerkzeug von einem antreibbaren Rotor und das zweite Behandlungswerkzeug von einem feststehenden Stator gebildet wird.
  • Besonders eignet sich die Vorrichtung zum Dispergieren des Faserstoffs, wobei die hohe Anzahl an Kanten, insbesondere in den Zahnlücken, die Effizienz der Behandlung erheblich steigert.
  • Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
    • Figur 1: einen schematischen Querschnitt durch einen Disperger;
    • Figur 2: einen Teilquerschnitt durch ein Behandlungswerkzeug 3,4 in radialer Richtung 14 und
    • Figur 3: einen Teilquerschnitt durch ein Behandlungswerkzeug 3,4 in Umfangsrichtung 16.
  • Der hochkonsistente Papierfaserstoff 1 wird gemäß Figur 1 direkt in den zentralen Bereich der Dispergergarnitur, welche von den beiden Behandlungswerkzeugen 3,4 gebildet wird, gedrückt.
    Während ein Behandlungswerkzeug 3 feststehend und damit als Stator ausgebildet ist, ist das andere Behandlungswerkzeug 4 rotierbar im Gehäuse 2 des Dispergers gelagert.
  • Die Dispergergarnitur mit dem Stator und dem Rotor wird also radial innen geschickt Bekanntlich wird Dispergierung dadurch bewirkt, dass Zähne 6 mit relativ hoher Geschwindigkeit relativ dicht aneinander vorbeibewegt werden und der sich dazwischen befindliche Faserstoff 1 starken Scherkräften unterworfen wird.
    Hierzu kann der Faserstoff 1 über Heißdampf vorher aufgeheizt werden. Nach der Dispergierung fällt der dispergierte Faserstoff 1 nach unten durch den Auslass 15 heraus.
    Wenn die axiale Position von Stator und Rotor relativ zueinander geändert wird, ändert sich dadurch auch der Spalt zwischen ihnen, wodurch sich in an sich bekannter Weise die Leistung des Dispergers steuern lässt.
  • Die Behandlungswerkzeuge 3,4 haben jeweils eine rotationssymmetrische Form. Dabei weisen die koaxial zueinander angeordneten Behandlungswerkzeuge 3,4 jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen 5 angeordnete Zähne 6 auf, zwischen denen sich Zahnlücken 7 befinden, die von dem Faserstoff 1 radial nach außen durchströmt werden.
    Zwischen den Zahnreihen 5 sind ringförmige Zwischenräume 8 vorhanden, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe 5 eines Behandlungswerkzeuges 3,4 in einen ringförmigen Zwischenraum 8 des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges 4,3 hineinreicht.
  • Entsprechend der Erfindung weisen alle Zahnlücken 7 Erhebungen 9 auf, die über den Zahngrund 11 der Zähne 6 hinausreichen. Dabei haben die Erhebungen 9 und die Zähne 6, wie in Figur 2 zu sehen, einen ähnlichen, etwa pyramidenstumpfförmigen Querschnitt in radialer Richtung 14. Damit wird die Durchströmung der Zahnlücken 7 soweit behindert, wie es für die Behandlung des Faserstoffes 1 förderlich ist.
    Hierzu ist auch der Winkel 17 zwischen den Flanken 12 der Zähne 6 und der Winkel 18 zwischen den Flanken 19 der Erhebungen 9 gleichgroß.
    Um einerseits eine ausreichende Durchströmung bei geringer Gefahr einer Verstopfung und andererseits eine möglichst effiziente Behandlung zu erhalten, liegt der Abstand 20 zwischen der Flanke 12 eines Zahnes 6 und der Flanke 19 der benachbarten Erhebung 9 in radialer Richtung 14 zwischen 2 und 3 mm.
    Zur Minimierung des Verschleißes sind die Köpfe 13,21 der Zähne 6 und der Erhebungen 9 eben. Dabei hat der Zahnkopf 13 eine Höhe zwischen 20 und 25 mm über dem Zahngrund 11. Die Höhe des Kopfes 21 der Erhebungen 9 ergibt sich in Abhängigkeit vom Abstand 20 zwischen den Flanken, dem Flankenwinkel 18 und der minimalen Ausdehnung des Kopfes 21 in radialer Richtung 14.
  • Die Breite der Zähne 6 und der Erhebungen 9 in Umfangsrichtung 16 ist etwa gleich und liegt zwischen 2 und 5 mm.
  • Um die Durchströmung des Spaltes zu verbessern und zusätzliche Arbeitskanten für eine effiziente Behandlung des Faserstoffs 1 zu bilden, können die Zähne 6 und/oder die Erhebungen 9, wie in Figur 3 dargestellt, Nuten 10 vorzugsweise mit einer Richtungskomponente in radialer Richtung 14 besitzen.
    Diese Nuten10 können sich über den gesamten Zahn 6 bzw. die gesamte Erhebung 9 oder nur einen Teil davon erstrecken. Dabei kann die teilweise Erstreckung beispielsweise ausschließlich über den Kopf 13,21 oder ausschließlich über eine Flanke 12,19 erfolgen.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur mechanischen Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff (1) mit einem Gehäuse (2), in welchem ein erstes Behandlungswerkzeug (3) und ein zweites Behandlungswerkzeug (4) angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge (3,4) jeweils eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, jeweils in mehreren ringförmigen, zu ihrer Mitte konzentrischen Reihen (5) angeordnete Zähne (6) aufweisen7 zwischen denen sich Zahnlücken (7) befinden, die von dem Faserstoff (1) radial durchströmt werden und zwischen den Zahnreihen (5) ringförmige Zwischenräume (8) vorhanden sind, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe (5) eines Behandlungswerkzeuges (3,4) in einen ringförmigen Zwischenraum (8) des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges (4,3) hineinreicht, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zahnlücken (7) Erhebungen (9) aufweisen, die über den Zahngrund (11) hinausreichen, wobei die Erhebungen (9) und die Zähne (6) in radialer Richtung einen pyramidenstumpfförmigen Querschnitt aufweisen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel (17,18) der Zähne (6) und der Erhebungen (9) nur um maximal 20 ° differiert, vorzugsweise gleich ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (20) zwischen der Flanke (12) eines Zahnes (6) und der Flanke (19) der benachbarten Erhebung (9) in radialer Richtung (14) zwischen 1 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 3 mm liegt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (13,21) der Zähne (6) und der Erhebungen (9) eben ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkopf (13) eine Höhe zwischen 10 und 40, vorzugsweise zwischen 20 und 25 mm über dem Zahngrund (11) aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Zähne (6) und der Erhebungen (9) in Umfangsrichtung (16) etwa gleich ist und vorzugsweise zwischen 1 und 10 mm, insbesondere zwischen 2 und 5 mm liegt.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zähne (6) und/oder Erhebungen (9), vorzugsweise radial verlaufende Nuten (10) besitzen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (10) über den gesamten Zahn (6) bzw. die gesamte Erhebung (9) erstreckt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (10) nur über einen Teil des Zahnes (6) bzw. der Erhebung (9) erstreckt.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Disperger zum Dispergieren des Faserstoffs (1) ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Behandlungswerkzeuge (3,4) von gegensinnig angetriebenen Rotoren gebildet werden.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behandlungswerkzeug (4) von einem antreibbaren Rotor und das andere Behändlungswerkzeug (3) von einem feststehenden Stator gebildet wird.
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