Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Seit langem ist bekannt, dass Zellstofffasern, d. h. Frischzellstoff- oder Altpapierfasern, gemahlen werden, damit das später daraus hergestellte Papier die gewünschten Eigenschaften, insbesondere Festigkeiten, Formation und Oberfläche, aufweist. Mahlverfahren der hier betrachteten Art benutzen Mahlwerkzeuge, die oft mit als Messer bezeichneten Leisten versehen sind und sich in der Regel mit dem Rotor oder Stator der Mahlvorrichtung verschrauben lassen. Bei den Mahlwerkzeugen spricht man meist von Garnituren. Die entsprechenden Maschinen werden Mahlrefiner genannt. Das Verfahren kann typischerweise in Scheibenrefinern und Kegelrefinern durchgeführt werden.

Refinergarnituren zur Mahlung von Zellstofffasern mit Mahlleisten und dazwischen liegende Nuten sind z.B. aus der DE 20 2005 007 551 U1 bekannt.

In der DE 37 00 613 A1 werden Scheibenrefiner zum Behandeln einer Faserstoffsuspension zur Papierherstellung beschrieben, bei denen Rotor- und Statorgarnitur mit axial ausgerichteten Öffnungen versehen sind. Dadurch wird die zu mahlende Suspension in viele axiale Teilströme aufgeteilt, gemahlen und aus dem Refiner abgeführt. Ein ähnliches Prinzip wird wird auch beim Verfahren der DE 10 2004 039 986 A1 angewendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Zellstoffmahlung zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Mahlung ökonomisch und besonders gleichmäßig durchzuführen, d.h. dass die gewünschten mahltechnologischen Veränderungen bei allen Fasern möglichst gleich sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Anspruch 10 und nachfolgende Unteransprüche beschreiben für das Verfahren besonders geeignete Mahlgarnituren.

Es ist zwar bereits eine größere Anzahl von verschiedenen Mahlgarnituren entwickelt worden, die sich im Wesentlichen durch Messerbreite, Messeranzahl und den Winkel der Messerkanten zum Radius unterscheiden, das erfindungsgemäße Verfahren trägt aber zu eine wesentlichen Verbesserung bei, da es die Möglichkeit bietet, die Suspensionsströmung so zu führen, dass eine zusätzliche Einflussmöglichkeit auf die Mahlwirkung des Refiners geschaffen wird. Insbesondere werden die Rückströmungen innerhalb der statorseitigen Garnitur bzw. Garnituren verstärkt. Dabei können auf der Rotorseite auch an sich bereits bekannte Garnituren verwendet werden. Die Wirkung lässt sich wie folgt erkären:

Bei einer üblichen Messergarnitur sind die Nuten sind als Strömungskanäle für die Suspension anzusehen. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass in Folge der Rotationsbewegung des Rotors und der durch ihn mitgeschleppten Faserstoffsuspension ein starker Druckaufbau von den radial innen liegenden nach den radial außen liegenden Bereichen erfolgt. Ähnliche Vorgänge treten auch in Kreiselpumpen auf, natürlich in weit stärkerer Form. Auf Grund dieser Druckdifferenz findet in den nicht rotierenden erfindungsgemäß vorgesehenen Hohlräumen des Stators eine Rückströmung der Suspension von radial außen nach radial innen statt. Diese Rückströmung kann durch die Wahl bzw. Veränderung der Querschnitte und strömungsführenden Flächen beeinflusst werden. Auf dem Weg, den die zurückströmende Suspension innerhalb der Hohlräume zurücklegt, kann ein Übergang durch die Öffnungen die sich zwischen den Mahlkanten der statorseitigen Mahlgarnitur befinden, zu deren Mahlkanten und zur Gegengarnitur erfolgen. Da diese Rückströmungen zu einer Wiederholung der Mahlvorgänge führen, wird die Mahlung gleichmäßiger, was technologisch und energetisch von besonderem Vorteil ist. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen kann dieser Übergang verstärkt werden.

Die Erfindung wird erläutert an Hand von schematischen Zeichnungen. Dabei zeigen:

Figur 1 : das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens

Figur 2: die Durchführung des Verfahrens am Beispiel eines Scheibenrefiners;

Figur 3: Beispiel einer erfindungsgemäßen Mahlgarnitur (Sektor) in Blickrichtung auf die Rückseite

Figur 4-9: Details zu verschiedenen Ausgestaltungen von Statorgarnituren;

Figur 10: einen Sektor einer verwendbaren rotorseitigen Mahlgarnitur in Draufsicht;

Figur 11 : weitere Formen für die Öffnungen in der Statorgarnitur Figur 12: die Durchführung des Verfahrens mit einem Kegelrefiner.

Figur 1 zeigt an Hand einer schematischen Skizze die Suspensionströmungen, die sich bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Doppelscheibenrefiner mit einem Rotor 9 und zwei Statoren 8 und 8 ^' einstellen. Die zu mahlende Suspension S wird im zentralen Bereich des Doppelscheibenrefiners zugeführt, gelangt zwischen den Rotor 9 und die Statoren 8 und 8 ^' und wird nach außen geführt, wobei sie gemahlen wird. Infolge der Rotorbewegung erfolgt dabei ein starker Druckaufbau auf dem Weg von der Zulaufseite 5 zur Ablaufseite 6, also von radial innen nach radial außen. Das führt dazu, dass ein Teilstrom S ^' der Suspension von radial außen nach radial innen zurückströmt. Da die Statoren 8 und 8 ^' mit Öffnungen in axialer Richtung versehen sind, gelangt die zurückgeströmte Suspension erneut in die Mahlzone. Der gemahlene Anteil S ^" fließt aus dem Ringraum 17 durch einen Stutzen ab.

Bei allen Figuren sind die Pfeile für die Suspensionsströme mit Hohlspitzen gezeichnet. In Fig. 2 ist ein für das Verfahren geeigneter Scheibenrefiner schematisch im Schnitt dargestellt ist. Auf einem Stator 8 ist eine Mahlgarnitur 1 und auf einem Rotor 9 eine Mahlgarnitur 2 lösbar mit Hilfe von Schrauben 12 befestigt. Bei den rotorseitigen Mahlgarnituren 1 handelt es sich um Messergarnituren, welche mit Mahlleisten 7 versehen sind. Die zu mahlende Suspension S gelangt bei dem hier gezeigten Beispiel durch das Zentrum des Stators 8 an die Zulaufseite 5 der Mahlgarnituren 1 und 2. Bei dieser Darstellung ist der Abstand, den die Mahlgarnituren 1 und 2 voneinander haben, übertrieben dargestellt. Im Betrieb beträgt er nur Bruchteile von Millimetern. Die Suspension S passiert die zusammenwirkenden Mahlgarnituren 1 und 2, tritt an der Ablaufseite wieder aus, sammelt sich im Ringraum 17 und ein gemahlener Anteil S ^" verlässt den Ringraum 17 über einen entsprechenden Stutzen. Ein Teilstrom S ^' der Suspension fließt durch einen an der Rückseite 11 der statorseitigen Mahlgarnitur 1 gelegenen Hohlraum 14 und dann durch Öffnungen 15, die sich zwischen den Mahlkanten 3 der statorseitigen Mahlgarnituren 1 befinden, an die Mahlkanten 3 dieser Mahlgamitur 1. Als Mahlkanten sind solche Flächen anzusehen, die im Zusammenwirken mit Mahlkanten einer Gegengarnitur (in der Regel Rotor- mit Statorgarnitur) die Mahlarbeit auf die Fasern übertragen. Die rotorseitigen Mahlgarnituren 2 sind mit Mahlleisten 7 versehen, die deren Mahlkanten bilden. An der Rückseite der Rotorgarnituren wird keine Rückströmung der Suspension erzeugt. Der Rotor 9 wird durch eine Welle 13 angetrieben. Nicht dargestellt sind die an sich bekannten Mittel, mit denen eine Kraft erzeugt wird, um die beiden Mahlgarnituren gegeneinander zu drücken.

Fig. 3 zeigt eine für das Verfahren geeignete Mahlgarnitur 1 in Blickrichtung auf die Rückseite 11 (s. Fig. 2). Zur Stützung der die Öffnungen 15 aufweisenden Mahlplatte 12 dient der Träger 10, der mit der Mahlplatte 12 z. B. verschweißt, verlötet oder lösbar verbunden sein kann. Er kann auch zusammen mit der Mahlplatte 12 ein einziges Teil bilden, wie es z. B. die Fig. 5 zeigt. Der Träger 10 ist an seiner radial außen liegenden Seite geöffnet, wobei hier die Stützelemente speichenartig geformt sind und radial innen einen geschlossenen Ring aufweisen. Dazwischen liegen die Hohlräume 14. Die Konstruktion wird durch die geschnittene Seitenansicht in Fig. 4 weiter verdeutlicht, wobei dort Mahlplatte 12 und Träger 10 aus verschiedenen Bauteilen bestehen. Die Mahlkanten 3 werden durch die Ränder der Öffnungen 15 gebildet.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem die Mahlkanten 3 ^' durch von einer mit Öffnungen 15 versehenen Mahlplatte 12 ^' hervorstehende Mahlleisten (7) gebildet werden. Das kann Vorteile bieten, wenn sehr viele Mahlkanten 3 ^' gewünscht werden. Außerdem lassen sich hervorstehende Mahlleisten (7) eventuell besser gegen Verschleiß schützen. Es ist zweckmäßig, dann die zwischen den Mahlleisten liegenden Nuten radial außen zu verschließen.

Die Mahlplatte 12 ^" der Fig. 7 enthält nicht die zur Ablaufseite 6 hin offenen Hohlräume 14. Stattdessen sind diese Hohlräume 14 in den Stator 8 eingearbeitet. Die Mahlplatte 12 ^" stellt somit die Mahlgarnitur 1 dar, die mit dem Stator 8 verschraubt werden kann.

Mit Vorteil können Maßnahmen getroffen werden, um die Strömung des Teilstromes S ^' zu pflegen, insbesondere um störende Wirbel und Staupunkte zu vermeiden. Dazu sind insbesondere zusätzliche hydraulische Leitelemente und Leitflächen vorzusehen, die auf Grund ihrer Form eine möglichst stetige und verlustfreie Hinführung der Suspension von der Ablaufseite 6 an die Mahlkanten 3 oder 3 ^' ermöglichen. Hierzu sind in Fig. 8 und Fig. 9 mehrere Möglichkeiten gezeigt, die einzeln oder in Kombination miteinander angewendet werden können. So ist hier die radiale Außenseite der Mahlplatte 12 ^{' "} mit einem abgerundeten vorstehenden Umlenkelement 18 versehen, das wie die Detailansicht in Fig. 9 zeigt, auch eine unsymmetrische Form haben kann. Weiterhin können die Hohlräume 14 mit Leitelementen 19, 20 und 21 versehen sein, die so gerichtet sind, dass die in den Hohlräumen 14 strömende Flüssigkeit zu den Öffnungen 15 umgelenkt wird. Die Übergänge der Hohlräumen 14 zu den Öffnungen 15 können mit Hilfe von Leitflächen 22, 23 und 24 so abgerundet sein, dass die Strömung abrissfrei umgelenkt wird. Die Darstellung in der Fig. 8 zeigt einige Beispiele, wobei nicht die Schrägstellung (Abweichung gegenüber dem Radius) der Öffnungen 15 und ihrer Ränder erkennbar ist. Zu berücksichtigen ist auch dass eine Verschleißzone 25 and den oberen Bereichen der Mahlkanten 3 vorhanden ist, in der eventuell die Strömungspflegenden Maßnahmen nicht sinnvoll sind.

Fig. 10 zeigt den Sektor einer an sich bekannten Mahlgarnitur 2, die bei der Durchführung des Verfahrens rotorseitig eingesetzt werden kann. Sie enthält eine

Vielzahl von Mahlleisten 7, zwischen denen sich Nuten 26 für den Transport der

Suspension S von der Zulaufseite 5 zur Ablaufseite 6 befinden. Dabei werden die

Mahlleisten 7 oft in Gruppen zusammengefasst, in denen sie zueinander parallel angeordnet sind. Das ermöglicht bei günstiger Herstellung eine große Anzahl von Mahlleisten, die in einem wählbaren Schnittwinkel zum Radius stehen.

Die Form der zwischen den Mahlkanten liegenden Öffnungen 15 kann wie in Fig.3 gezeigt schlitzförmig sein, schräg zum Radius oder genau in radialer Richtung. Fig. 11 zeigt Beispiele für weitere Formen wie Rundlöcher oder Polygone/Vierecke. Durch Variationen wie Anordnung und Größe der Öffnungen 15 ergeben sich Möglichkeiten, auf die Verteilung der rückströmenden Suspension Einfluss zu nehmen. So können z. B. radial weiter innen liegende Öffnungen größer sein, um den dort geringeren Druck der Rückströmung auszugleichen.

Durch die vorliegende Erfindung kann nicht nur die Mahlung mit Scheiben- bzw. Doppelscheibenrefinern verbessert werden, sondern auch mit Kegelrefinern, wobei der Effekt bei steilem Konuswinkel größer ist als bei einem flachen. Hierzu zeigt Fig. 12 in schematischer Weise die Anwendung bei einem Kegelrefiner, bei dem also der Rotor 9 kegelstumpfförmig ist und an seinem Umfang die Mahlgarnitur trägt. Die damit zusammenwirkende Mahlgarnitur befindet sich an der Peripherie des Rotors und ist mit dem kegelstumpfförmigen Stator 8 verbunden. Die Suspension S wird in axialer Richtung zwischen den Garnituren von der Zulaufseite 5 zu der Ablaufseite 6 geführt. Je steiler der Kegel ist, desto größer ist der dabei erzeugte Druckaufbau. Man erkennt deutlich, dass hier die Mahlgarnituren des Stators 8 mit Hohlräumen 14 und Öffnungen 15 versehen sind, um einen Teilstrom S ^' von der Ablaufseite 6 zurückzuführen. Die Darstellung in Fig. 12 ist sehr stark vereinfacht, reicht aber aus, um das Prinzip der Erfindung an diesem Beispiel zu erläutern.

Das Verfahren kann auch so ausgestaltet werden, dass zusätzlich zu den, insbesondere in Kombination mit den in den Ansprüchen beschriebenen

Maßnahmen der Strömungsquerschnitt in den Nuten 26 der rotorseitigen

Mahlgarnitur 2 durch unterschiedliche Nutbreite und/oder unterschiedliche

Nuttiefe verändert wird. Dann nimmt also die Nutbreite und/oder Nuttiefe von innen nach außen zu oder ab. Dadurch lässt sich insbesondere der Druckaufbau durch den Rotor 9 und damit auch die Rückströmung im Stator 8 beeinflussen, und damit der Übertritt der zurückströmenden Suspension in die Mahlzone fördern.