EP4217535A1 - Mahlgarnitursegment - Google Patents

Mahlgarnitursegment

Info

Publication number
EP4217535A1
EP4217535A1 EP21735649.2A EP21735649A EP4217535A1 EP 4217535 A1 EP4217535 A1 EP 4217535A1 EP 21735649 A EP21735649 A EP 21735649A EP 4217535 A1 EP4217535 A1 EP 4217535A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channels
grinding
fitting
grinding gap
gap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21735649.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcel Schmid
Martin Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP4217535A1 publication Critical patent/EP4217535A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C7/00—Crushing or disintegrating by disc mills
    • B02C7/11—Details
    • B02C7/12—Shape or construction of discs
    • 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
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D21D1/30—Disc mills
    • D21D1/306—Discs

Definitions

  • the invention relates to a clothing for beating aqueous suspended fibrous material in a grinding gap delimited by two treatment surfaces formed by clothings that rotate relative to one another, consisting of a base body with elongated treatment elements pointing towards the grinding gap and grooves running in between, with a large number of channels in the base body are arranged.
  • the invention also includes a device for beating aqueous suspended fibrous material in a beating gap delimited by two treatment surfaces which rotate relative to one another and are formed by clothings.
  • Such machines generally have at least one rotor and at least one stator with either disc-shaped or cone-shaped treatment surfaces on which the clothings are placed so that grinding gaps can form between them.
  • the sets have webs and grooves on the treatment surfaces, which is why one also speaks of "knife sets".
  • the sets are exposed to a high level of wear and tear and must therefore be replaced at certain intervals. Wear can also lead to a change in the machining effect during the service life.
  • DE 10 2004 016 661 A1 proposes assembling the fittings from a plurality of elements and then welding or soldering them to one another.
  • the object of the invention is to extend the service life of such clothings while grinding as efficiently as possible.
  • the object is achieved in that the channels in the base body run inclined or curved towards the grinding gap, at least in sections, and at least some of the channels open into the grinding gap.
  • the treatment elements also belong to the base body.
  • the treatment elements and/or the channels should run radially with at least one directional component.
  • the two ends of the channels are generally considered to be the orifice openings, regardless of the direction of flow in the channels. Ends of the channels which are only opened in the course of wear are also regarded as openings.
  • the channels are preferably curved or inclined in the radial direction, at least in sections, towards the refining gap, so that pulp is conveyed in a targeted manner into the refining surface via these channels.
  • pulp is conveyed away from the refining surface via these channels.
  • the outlet openings of several channels in the refining gap can be at the same distance from the axis of rotation and/or at different distances from the axis of rotation of the rotating treatment surface .
  • the angle of inclination of the channels to the milling gap is between 3 and 30°, preferably between 5 and 20°, viewed over their radial extent lies.
  • the majority, preferably all of the channels that are curved or inclined in relation to the grinding gap only extend over a radial section of the grinding gap.
  • at least some of the channels preferably run radially from the radially outer or inner end of the treatment area or the set to an inner section of the treatment area.
  • These radially short channels also allow larger angles of inclination of the channels to the grinding gap.
  • the radially inner end of the channels has, at least on one side lying in the circumferential direction, an orifice opening that is continuously enlarged radially inward.
  • the inflow of the fibrous stock suspension into the respective channel can be supported via this opening design.
  • the channels should be at different distances from the grinding gap and/or there should be several channels one above the other in the base body, which can significantly increase the service life of the set.
  • channels should at least partially overlap one another or with the bottom of the groove viewed in the direction of rotation. If the treatment elements are completely removed during operation as a result of wear, this simultaneously leads to the opening of the channels, which partially overlap with the groove base in the direction of rotation. The removal of the wall of these channels facing the grinding gap means that these channels now function as a groove and the surface lying between the opened channels as a treatment element.
  • the width of the channels should essentially correspond to the width of the grooves and/or the width of the wall between adjacent channels in the direction of rotation should essentially correspond to the width of the treatment elements.
  • the channels are inclined or curved radially outwards, for example towards the milling gap, then the channels first open radially outwards in the event of wear.
  • the design and/or arrangement of the channels of the treatment surface, the set or a zone thereof is selected in such a way that the open surface of the grooves and/or the length of the cutting edge remains approximately the same over the entire service life, so that the pumping behavior also remains constant over the entire service life stays about the same.
  • the groove bottoms of adjacent grooves are at different depths.
  • the adjacent grooves have different depths not only in the initial state but also during wear.
  • the grooves should at least predominantly have a constant width and/or the width of the treatment elements should at least predominantly be of the same size.
  • the width of the treatment elements is between 0.1 and 1.5 mm and/or the height of the treatment elements is less than 5 mm.
  • the elongate treatment elements and the channels advantageously run unevenly, at least in sections.
  • the mostly circular or circular ring-shaped treatment areas are usually composed of several clothing segments. However, the set can also be made in one piece.
  • the circular diameter of the base body should be between 35 and 150 cm.
  • the average number and the total width of the treatment elements can be kept constant.
  • the channels in the base body for the grinding gap are at least partially inclined or curved in both treatment areas and at least some of the channels open into the grinding gap.
  • the channels in the base body are inclined or curved towards the grinding gap at least in sections for only one treatment area and at least some of the channels open into the grinding gap.
  • the construction is particularly simple if the base body of the opposite, non-rotating treatment surface has no channels. Does the main body of the opposite, non-rotating treatment surface have channels which are at least approximately parallel to the grinding surface run, the pulp can be fed back radially inwards via these channels.
  • the treatment elements are applied at least partially, preferably completely and advantageously also the base body at least partially in layers from one or more liquid and/or pasty and/or solid materials and a physical or subjected to chemical hardening or melting process. Sintering is also included in this hardening or melting process.
  • the material and shape of the treatment elements and the channels can be more easily and comprehensively adapted to the special requirements.
  • shrinkage of up to 30% can occur depending on the material applied and the special hardening or melting process.
  • the material applied in layers should be in powder form and/or comprise one or more metals or metal compounds.
  • the material applied in layers is sintered or fused by means of a laser.
  • Ceramic layers can also be produced in this way.
  • the surface roughness of the treatment element can be influenced via the grain size of the powder.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a grinding arrangement
  • FIG. 2 a plan view of a clothing segment 2 of the grinding arrangement
  • FIG. 3 a partial cross section through two adjacent clothing segments 2;
  • FIG. 4 a partial cross section through another clothing segment 2;
  • FIGS. 5a-c partial longitudinal sections through various grinding devices
  • Figures 6a and b differently designed outlet openings of the channels 8 and Figure 7: a side view according to Figure 4.
  • a grinding gap 3 is formed in the housing of the grinding arrangement by a stationary grinding surface coupled to the housing and a grinding surface rotating about an axis of rotation 10 .
  • the two annular grinding surfaces run parallel to one another, with the distance between them usually being adjustable.
  • conical or cylindrical treatment surfaces are also possible.
  • the rotating grinding surface is moved in the direction of rotation by a shaft that is rotatably mounted in the housing.
  • This shaft is driven by a drive that is also present in the housing, for example.
  • the fiber suspension 1 to be ground reaches the grinding gap 3 between the two grinding surfaces via an inlet through the center.
  • feeding through openings in the grinding surface is also possible.
  • the fiber suspension 1 passes the interacting beating surfaces radially outwards and leaves the adjoining annular space through an outlet.
  • Both grinding surfaces are each formed by a set 2 consisting of a plurality of grinding set segments 2 in the form of segments of a circle or ring segment, as shown in FIG.
  • the clothing segments 2 are each formed by a base body 4 in the form of a base plate with a multiplicity of essentially radially running, strip-shaped treatment elements 5 and grooves 6 in between.
  • the treatment elements 5 have an elongated cross-sectional shape parallel to the base plate, with the upper side of the treatment elements 5 pointing towards the treatment gap 3 generally running parallel to the outer surface of the base body 4 .
  • the treatment elements 5 In order to optimize their arrangement and their effect, the treatment elements 5 often run unevenly, i.e. curved, wavy or kinked, as can be seen in FIG. 2, at least over a radial section.
  • the base body 4 with its treatment elements 5 is applied completely in layers from a liquid, pasty or solid material and is thereby subjected to a physical or chemical hardening or melting process.
  • the layered application of powdered material which comprises ceramics or one or more metals or metal compounds, is particularly suitable.
  • This material which is applied in layers, can then be laser-sintered or fused after each layer or bonded with a binder in a first step and later sintered (binder jetting process). In the latter process, the binder evaporates.
  • the arrangement of the treatment elements 5 on the base body 4 can be selected as required.
  • the circular diameter of the base body 4 is between 35 and 150 cm.
  • this base body 4 is made much easier by applying it in layers.
  • the grooves 6 have at least predominantly a constant width.
  • the width of the treatment elements 5 also remains at least largely the same in the radial direction 7 .
  • the width of the channels 8 essentially corresponds to the width of the grooves 6 and the width of the wall 9 between adjacent channels 8 in the direction of rotation 11 essentially corresponds to the width of the treatment elements 5.
  • the number of open channels 8 is as high as possible and remains as constant as possible during wear of the base body 4 .
  • the adjacent channels 8 in the direction of rotation 11 are offset from one another in such a way that the adjacent channels 8 partially overlap in the direction of rotation 11, so that when a wall 9 is completely removed, the adjacent channel 8 located axially below is opened.
  • the height of the treatment elements 5 is below 3 mm, for example, and the width of the treatment elements 5 is between 0.1 and 1 mm.
  • the cross sections of the channels 8 of adjacent clothing segments 2 can also differ. While the channels 8 of a clothing segment 2 are circular, the channels 8 of the adjacent clothing segment 2 have an elliptical cross-section here, for example.
  • the clothing or clothing segments 2 themselves to have differently designed zones, with the channels 8 of these zones being arranged and/or designed differently.
  • FIG. 2 shows feed channels 12 which reach radially outwards into the beating surface and support the feed of fiber suspension 1 into the beating gap 3 due to the lack of treatment elements 5 .
  • this side should point in the flow direction of the fibrous stock suspension 1 .
  • this side points counter to the direction of rotation 11 of the opposite, rotating grinding surface.
  • FIGS. 4 and 7 show axially offset channels 8 with a rectangular cross section.
  • the goal is to ensure the same open groove area and cutting edge length in every state of wear.
  • the adjacent grooves 6 have different depths in the initial state and during wear.
  • the channels 8 of the clothing segments 2 according to the invention in the base body 4 run here continuously inclined to the grinding gap 3, with at least some of these channels 8 at least after their opening due to wear flow into the milling gap 3.
  • the opening of several channels 8 in the grinding gap 3 can have the same distance or else different distances from the axis of rotation 10 of the rotating treatment surface of this grinding gap 3 .
  • the angle of inclination of the channels 8 to the grinding gap 3 is between 5 and 20° over their radial extent.
  • the channels 8 that are curved or inclined towards the grinding gap 3 only extend over a radial section of the grinding gap 3.
  • Figures 5 ac show a grinding device for grinding aqueous suspended fibrous material 1 in a grinding gap 3 delimited by two treatment surfaces which rotate relative to one another and are formed by clothing segments 2.
  • channels 8 are present in the base body 4 for both treatment areas. However, these run parallel to the refining gap 3 in the non-rotating treatment surface. At least part of the already treated fibrous suspension 1 can be guided radially inward again via these parallel channels 8 and pass through the refining gap 3 again. In the case of the opposite, rotating treatment surface, the channels 8 are inclined towards the refining gap 3 and open into the refining gap 3. The supply of fibrous material into the refining gap 3 can thus be supported.
  • FIG. 5b shows an embodiment in which the channels 8 in the base body 4 run inclined towards the grinding gap 3 and open into the grinding gap 3 in both treatment surfaces.
  • the angle of inclination and the width of the channels 8 are of different sizes.
  • the grinding device according to FIG. 5c has only one, preferably rotating, treatment surface, in which the channels 8 in the base body 4 are inclined toward the grinding gap 3 and open into it.
  • the base body 4 of the opposite, non-rotating treatment surface has no channels 8.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Garnitur (2) zur Mahlung von wässrig suspendiertem Faserstoff (1) in einem, von zwei relativ zueinander rotierenden und von Garnituren (2) gebildeten Behandlungsflächen begrenzten Mahlspalt (3), bestehend aus einem Grundkörper (4) mit zum Mahlspalt (3) weisenden, länglichen Behandlungselementen (5) und dazwischen verlaufenden Nuten (6), wobei im Grundkörper (4) eine Vielzahl von Kanälen (8) angeordnet sind. Dabei soll die Lebensdauer der Garnitursegmente dadurch verlängert werden, dass die Kanäle (8) im Grundkörper (4) zum Mahlspalt (3) zumindest abschnittsweise geneigt oder gekrümmt verlaufen und wenigstens einige der Kanäle (8) in den Mahlspalt (3) münden.

Description

Mahlgarnitursegment
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.
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.
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%.
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 Mahlspalte ausbilden können. Die Garnituren weisen an den Behandlungsflächen Stege und Nuten auf, weshalb man auch von "Messer-Garnituren" spricht.
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.
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. 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.
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.
Aus der DE 10 2019 104 105 ist es wiederum bekannt, den Grundkörper mit parallel zum Mahlspalt verlaufenden Kanälen auszustatten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es die Lebensdauer bei derartigen Garnituren bei möglichst effizienter Mahlung zu verlängern.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kanäle im Grundkörper zum Mahlspalt zumindest abschnittsweise geneigt oder gekrümmt verlaufen und wenigstens einige der Kanäle in den Mahlspalt münden.
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.
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.
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. 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.
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.
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 der Garnitur radial zu einem inneren Abschnitt der Behandlungsfläche.
Diese radial kurzen Kanäle ermöglichen zudem größere Neigungswinkel der Kanäle zum Mahlspalt.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn das radial innenliegende Ende der Kanäle zumindest auf einer in Umfangsrichtung liegenden Seite eine sich radial nach innen kontinuierlich vergrößernde Mündungsöffnung besitzt. Über diese Mündungsgestaltung kann die Einströmung der Faserstoffsuspension in den jeweiligen Kanal unterstützt werden.
Darüber hinaus sollten die Kanäle unterschiedliche Abstände zum Mahlspalt aufweisen und/oder im Grundkörper mehrere übereinander liegende Kanäle vorhanden sein, was die Einsatzdauer der Garnitur erheblich steigern kann.
Unabhängig davon 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. 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 sollten 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.
Sind die Kanäle radial nach außen beispielsweise zum Mahlspalt hin geneigt oder gekrümmt, so öffnen sich die Kanäle bei Verschleiß radial außen zuerst.
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.
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.
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.
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. Zwecks Optimierung ihrer Anordnung sowie ihrer Wirkung verlaufen die länglichen Behandlungselemente sowie die Kanäle mit Vorteil zumindest abschnittsweise ungerade.
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.
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.
Je nach der Beschaffenheit des Faserstoffs und den Anforderungen an dessen Behandlung, kann es vorteilhaft sein, wenn bei beiden Behandlungsflächen die Kanäle im Grundkörper zum Mahlspalt zumindest abschnittsweise geneigt oder gekrümmt verlaufen und wenigstens einige der Kanäle in den Mahlspalt münden.
Oft genügt es aber bereits, wenn nur bei einer Behandlungsfläche die Kanäle im Grundkörper zum Mahlspalt zumindest abschnittsweise geneigt oder gekrümmt verlaufen und wenigstens einige der Kanäle in den Mahlspalt münden.
In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn nur die Behandlungsfläche mit den zum Mahlspalt geneigten oder gekrümmten Kanälen rotiert.
Besonders einfach gestaltet sich dabei die Konstruktion, wenn der Grundkörper der gegenüberliegenden, nicht-rotierenden Behandlungsfläche keine Kanäle besitzt. Weist der Grundkörper der gegenüberliegenden, nicht-rotierenden Behandlungsfläche Kanäle auf, die wenigstens annähernd parallel zur Mahlfläche verlaufen, so kann über diese Kanäle der Faserstoff radial nach innen zurückgeführt werden.
Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Garnituren bzw. 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 Härtungsoder Schmelzprozess unterzogen werden. Von diesem Härtungs- oder Schmelzprozess ist auch das Sintern erfasst.
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.
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.
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.
Zur Intensivierung der Behandlung erlaubt das Herstellungsverfahren im Unterschied zum bisher üblichen Gießen sehr schmale Behandlungselemente und ebenso geringe Abstände zwischen benachbarten Behandlungselementen. Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
In der beigefügten Zeichnung zeigt:
Figur 1 : einen schematischen Querschnitt durch eine Mahlanordnung;
Figur 2: eine Draufsicht auf eine Garnitursegment 2 der Mahlanordnung;
Figur 3: einen Teilquerschnitt durch zwei benachbarte Garnitursegmente 2;
Figur 4: einen Teilquerschnitt durch ein anderes Garnitursegement 2;
Figuren 5a-c: Teillängsschnitte durch verschiedene Mahlvorrichtungen;
Figuren 6a und b: unterschiedlich gestaltete Mündungsöffnungen der Kanäle 8 und Figur 7: eine Seitenansicht gemäß Figur 4.
Im Gehäuse der Mahlanordnung wird gemäß Figur 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 zylindirsche Behandlungsflächen möglich.
Die rotierende Mahlfläche wird von einer im Gehäuse rotierbar gelagerten Welle in Rotationsrichtung bewegt. Angetrieben wird diese Welle von einem beispielhaft ebenfalls im Gehäuse vorhandenen Antrieb.
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.
Die Fasersuspension 1 passiert die zusammenwirkenden Mahlflächen radial nach außen und verlässt den sich anschließenden Ringraum durch einen Ablauf.
Nicht dargestellt sind die an sich bekannten Mittel, mit denen eine Kraft erzeugt wird, um die beiden Mahlflächen gegeneinander zu drücken. Beide Mahlflächen werden jeweils von einer Garnitur 2 bestehend aus mehreren Kreissegment- oder kreisringsegment-förmigen Mahl-Garnitursegmenten 2 gemäß Figur 2 gebildet, die sich über jeweils ein Umfangsegment der entsprechenden Mahlfläche erstrecken und in Umfangsrichtung nebeneinander gereiht werden.
Die Garnitursegmente 2 werden, wie in Figur 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.
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.
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 Figur 2 zu sehen geknickt.
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.
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. 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.
Wie in Figur 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.
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.
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.
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. 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.
Dabei sind gemäß Figur 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.
Die Höhe der Behandlungselemente 5 liegt hier beispielhaft unter 3 mm und die Breite der Behandlungselemente 5 zwischen 0,1 und 1 mm.
Um bei jedem Verschleißzustand eine möglichst gleichhohe offene Nutfläche sowie eine möglichst gleichgroße Schnittkantenlänge der Behandlungselemente 5 gewährleisten zu können, kann es hilfreich sein, wie in Figur 3 zu sehen, die Kanäle 8 benachbarter Garnitursegmente 2 unterschiedlich anzuordnen und unterschiedlich auszubilden.
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.
Außerdem ist es natürlich auch möglich, dass die Garnitur bzw. Garnitursegmente 2 selbst unterschiedliche gestaltete Zonen aufweisen, wobei die Kanäle 8 dieser Zonen unterschiedlich angeordnet und/oder unterschiedlich ausgebildet sind.
Darüber hinaus zeigt Figur 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.
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 (Figur 6b) oder auf beiden (6a) in Umfangsrichtung liegenden Seiten eine sich radial nach innen kontinuierlich vergrößernde Mündungsöffnung.
Vergrößert sich die Mündungsöffnung nur auf einer in Umfangsrichtung liegenden Seite, sollte diese Seite in Strömungsrichtung der Faserstoffsuspension 1 weisen. Bei rotierenden Mahlfläche ist dies, wie in Figur 6b dargestellt, die in Rotationsrichtung 11 weisende Seite. Bei einer nicht-rotierenden Mahlfläche weist diese Seite entgegen der Rotationsrichtung 11 der gegenüberliegenden, rotierenden Mahlfläche.
Im Unterschied hierzu zeigen die Figuren 4 und 7 axial versetzte Kanäle 8 mit rechteckigem Querschnitt. Auch hier ist das Ziel bei jedem Verschleißzustand eine gleichgroße offene Nutfläche und Schnittkantenlänge zu gewährleisten.
Wesentlich ist hierbei, dass die benachbarten Nuten 6 im Ausgangszustand sowie während des Verschleißes unterschiedlich tief sind.
Um den Durchfluss radial nach außen in den Mahlspalt 3 hinein oder aus dem Mahlspalt 3 heraus zu unterstützen, verlaufen die Kanäle 8 der erfindungsgemäßen Garnitursegmente 2 im Grundkörper 4 hier durchgehend zum Mahlspalt 3 geneigt, wobei wenigstens einige dieser Kanäle 8 zumindest nach ihrer Öffnung infolge Verschleiß in den Mahlspalt 3 münden.
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.
Bei den hier gezeigten Ausführungen liegt der Neigungswinkel der Kanäle 8 zum Mahlspalt 3 über ihre radiale Erstreckung zwischen 5 und 20°.
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 Figur 7 zu sehen, sind die Kanäle 8 entsprechend länger. Die Figuren 5 a-c zeigen eine Mahlvorrichtung zur Mahlung von wässrig suspendiertem Faserstoff 1 in einem, von zwei relativ zueinander rotierenden und von Garnitursegmenten 2 gebildeten Behandlungsflächen begrenzten Mahlspalt 3.
Bei Figur 5a sind bei beiden Behandlungsflächen Kanäle 8 im Grundkörper 4 vorhanden. Allerdings verlaufen diese bei der nicht-rotierenden Behandlungsfläche parallel zum Mahlspalt 3. Über diese parallelen Kanäle 8 kann zumindest ein Teil der bereits behandelten Faserstoffsuspension 1 wieder radial nach innen geführt werden und nochmals den Mahlspalt 3 durchlaufen. Bei der gegenüberliegenden, 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.
Im Unterschied hierzu zeigt Figur 5b eine Ausführung, bei der bei beiden Behandlungsflächen die Kanäle 8 im Grundkörper 4 zum Mahlspalt 3 geneigt verlaufen und in den Mahlspalt 3 münden. Allerdings sind hier die Neigungswinkel sowie die Breite der Kanäle 8 verschieden groß.
Während eine Neigung zum Mahlspalt 3 hin die Zufuhr von Faserstoff 1 unterstützt, fördert die Neigung vom Mahlspalt 3 weg die Abfuhr aus dem Mahlspalt 3.
Die Mahlvorrichtung gemäß Figur 5 c besitzt nur eine, vorzugsweise rotierende Behandlungsfläche, bei der die Kanäle 8 im Grundkörper 4 zum Mahlspalt 3 geneigt sind und in diesen münden.
Der Grundkörper 4 der gegenüberliegenden, nicht-rotierenden Behandlungsfläche hat keine Kanäle 8.

Claims

Patentansprüche
1. Garnitur (2) zur Mahlung von wässrig suspendiertem Faserstoff (1) in einem, von zwei relativ zueinander rotierenden und von Garnituren (2) gebildeten Behandlungsflächen begrenzten Mahlspalt (3), bestehend aus einem Grundkörper (4) mit zum Mahlspalt (3) weisenden, länglichen Behandlungselementen (5) und dazwischen verlaufenden Nuten (6), wobei im Grundkörper (4) eine Vielzahl von Kanälen (8) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (8) im Grundkörper (4) zum Mahlspalt (3) zumindest abschnittsweise geneigt oder gekrümmt verlaufen und wenigstens einige der Kanäle (8) in den Mahlspalt (3) münden.
2. Garnitur (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungselemente (5) und/oder die Kanäle (8) mit zumindest einer Richtungskomponente radial verlaufen.
3. Garnitur (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (8) unterschiedliche Abstände zum Mahlspalt (3) aufweisen.
4. Garnitur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kanäle (8) untereinander oder mit dem Nutgrund in Rotationsrichtung (11 ) zumindest teilweise überdecken.
5. Garnitur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsöffnung mehrerer Kanäle (8) im Mahlspalt (3) den gleichen Abstand zur Rotationsachse (10) aufweist.
6. Garnitur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsöffnung mehrerer Kanäle (8) im Mahlspalt (3) unterschiedliche Abstände zur Rotationsachse (10) aufweist.
7. Garnitur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Kanäle (8) zum Mahlspalt (3) über ihre radiale Erstreckung zwischen 3 und 30°, vorzugsweise zwischen 5 und 20° liegt.
8. Garnitur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (8) in radialer Richtung (7) zum Mahlspalt (3) hin zumindest abschnittsweise geneigt oder gekrümmt verlaufen.
9. Garnitur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mehrheit, vorzugsweise alle zum Mahlspalt (3) gekrümmt oder geneigt verlaufenden Kanäle (8) nur über einen radialen Abschnitt des Mahlspaltes (3) erstrecken.
10. Garnitur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innenliegende Ende der Kanäle (8) zumindest auf einer in Umfangsrichtung liegenden Seite eine sich radial nach innen kontinuierlich vergrößernde Mündungsöffnung besitzt.
11. Garnitur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (4) mehrere übereinander liegende Kanäle (8) vorhanden sind.
12. Garnitur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Kanäle (8) im Wesentlichen der Breite der Nuten (6) entspricht.
13. Garnitur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Wandung (9) zwischen in Rotationsrichtung (11 ) benachbarten Kanälen (8) im Wesentlichen der Breite der Behandlungselemente (5) entspricht. - 15 - . Garnitur (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (8) so gestaltet und/oder angeordnet sind, dass die offene Fläche und/oder die Schnittkantenlänge während des Verschleißes über die gesamte Lebensdauer annähernd konstant ist. . Vorrichtung zur Mahlung von wässrig suspendiertem Faserstoff (1 ) in einem, von zwei relativ zueinander rotierenden und von Garnituren (2) gebildeten Behandlungsflächen begrenzten Mahlspalt (3), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei beiden Behandlungsflächen die Kanäle (8) im Grundkörper (4) zum Mahlspalt (3) zumindest abschnittsweise geneigt oder gekrümmt verlaufen und wenigstens einige der Kanäle (8) in den Mahlspalt (3) münden. . Vorrichtung zur Mahlung von wässrig suspendiertem Faserstoff (1 ) in einem, von zwei relativ zueinander rotierenden und von Garnituren (2) gebildeten Behandlungsflächen begrenzten Mahlspalt (3), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nur bei einer Behandlungsflächen die Kanäle (8) im Grundkörper (4) zum Mahlspalt (3) zumindest abschnittsweise geneigt oder gekrümmt verlaufen und wenigstens einige der Kanäle (8) in den Mahlspalt (3) münden. . Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Behandlungsfläche mit den zum Mahlspalt (3) geneigten oder gekrümmten Kanälen (8) rotiert. . Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) der nicht-rotierenden Behandlungsfläche keine Kanäle (8) besitzt. . Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) der nicht-rotierenden Behandlungsfläche Kanäle (8) besitzt, die wenigstens annähernd parallel zur Mahlfläche (3) verlaufen.
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