HOCHKONSISTEM FASERSTOFF

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Behandlung von hochkonsistentem Faserstoff mit einem Gehäuse, in welchem ein erstes Behandlungswerkzeug und ein zweites Behandlungswerkzeug angeordnet ist, wobei die Behandlungswerkzeuge jeweils auf einer Grundplatte befestigt sind, eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehen und einen vom Faserstoff radial durchströmten Behandlungsspalt begrenzen, dessen Spaltbreite über eine axiale Verschiebung wenigstens einer Grundplatte eines Behandlungswerkzeuges veränderbar ist.

Durch die hohe Konsistenz, die der Faserstoff bei der Behandlung hat, ist eine intensive mechanische Bearbeitung bei derartigen Vorrichtungen (Disperger, Refiner) möglich, obwohl sich die relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeuge nicht berühren, sondern sich vielmehr in einem sehr geringen Abstand aneinander vorbeibewegen. Dabei treten ganz erhebliche Kräfte auf.

Vorrichtungen der o. g. Art werden z. B. zur Qualitätsverbesserung von Zellstoff, TMP oder Faserstoff eingesetzt, der aus Altpapier gewonnen wurde.

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.

Es ist ebenso seit langem bekannt, Zellstofffasern, d.h. Frischzellstoff und/oder Altpapierfasern zu mahlen, um bei der daraus hergestellten Faserstoffbahn die gewünschten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Festigkeit, Porosität, Formation und Oberfläche erreichen zu können. Bei den dabei zum Einsatz kommenden Refinern werden die Mahlflächen wegen des relativ schnellen Verschleißes von auswechselbaren, mit der entsprechenden Grundplatte verschraubten Mahlgarnituren gebildet.

Für das Erreichen der gewünschten Fasereigenschaften, insbesondere den Mahlgrad müssen die Mahlgarnituren dem zu behandelnden Faserstoff bestmöglich angepasst werden, auch um einen übermäßigen Verschleiß der Garnituren zu verhindern.

Außerdem wird zur Effizienzsteigerung der Faserbehandlung eine optimale Nutzung der verfügbaren Mahlfläche angestrebt.

In allen Fällen vermindert sich bei einem zu großen Spalt die Effizienz der Behandlung. Bei einem zu kleinen Spalt wiederum besteht die Gefahr einer zu hohen, elektrischen Stromaufnahme und des Kontakts der Behandlungswerkzeuge.

Daher wurden Sensoren zur Messung der aktuellen Spaltbreite entwickelt, die allerdings sehr teuer sind.

Die Aufgabe der Erfindung ist es mit möglichst einfachen Mitteln einen sicheren und effizienten Betrieb dieser Vorrichtungen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Bestimmung des Mindestabstandes zwischen den Grundplatten die Schwingungen der Vorrichtung, insbesondere an wenigstens einem Element derselben erfasst werden und der Abstand zwischen den sich relativ zueinander drehenden Grundplatten dabei soweit verringert wird, bis die Frequenz und/oder die Amplitude und/oder die Änderung der Frequenz und/oder die Änderung der Amplitude der Schwingungen einen Grenzwert überschreitet und der Abstand bei Grenzwertüberschreitung als Mindestabstand festgelegt wird.

Üblicherweise stellt man bei neuen Behandlungswerkzeugen bzw. neuen Mahlgarnituren den Nullpunkt, bei dem die Behandlungswerkzeuge in Kontakt miteinander treten, im Stillstand der Vorrichtung ein. Ausgehend von diesem Nullpunkt wird dann mit einem gewissen Sicherheitsabstand ein Mindestabstand zwischen den gegenüberliegenden Grundplatten der Behandlungswerkzeuge definiert. Mit zunehmendem Verschleiß der zum Spalt gerichteten Behandlungsfläche der Behandlungswerkzeuge vergrößert sich jedoch der Spalt zwischen den Behandlungswerkzeugen. Damit einhergehen eine Verringerung der eingebrachten Antriebsleistung und eine verminderte Effizienz der Faserstoffbehandlung.

Infolgedessen macht sich eine erneute Bestimmung des Nullpunkts bei Stillstand notwendig, was mit entsprechendem Aufwand verbunden ist und ein gewisses Know- How voraussetzt.

Im Gegensatz hierzu erlaubt die erfinderische Lösung eine sichere und einfache Bestimmung des Mindestabstandes zwischen den Grundplatten bei relativer Rotation der Behandlungswerkzeuge zueinander.

Dabei kann die Drehzahl während der Bestimmung des Mindestabstandes zwischen den Grundplatten oft sogar im Bereich der Betriebs-Drehzahl liegen.

Allerdings kann es zur Vermeidung von Beschädigungen mitunter vorteilhaft sein, wenn die Drehzahl während der Bestimmung des Mindestabstandes zwischen den Grundplatten unter der Betriebs-Drehzahl, vorzugsweise unter 1.000 Umdrehungen pro Minute liegt.

Mit kleiner werdendem Abstand nähern sich dabei die gegenüberliegenden Behandlungswerkzeuge an, was das Schwingungsverhalten der Behandlungsvorrichtung beeinflusst.

Spätestens bei einem Kontakt der Behandlungswerkzeuge ohne Presskraft verändern sich die Schwingungen so stark, dass dies zur Bestimmung des Mindestabstandes genutzt werden kann.

Als besonders sicher hat es sich dabei erwiesen, wenn der Abstand zwischen den sich relativ zueinander drehenden Grundplatten soweit verringert wird, bis die Änderung der Frequenz der Schwingungen einen Grenzwert überschreitet und der Abstand bei Grenzwertüberschreitung als Mindestabstand festgelegt wird. Der Abstand zwischen den Grundplatten kann generell kontinuierlich oder in Stufen, vorzugsweise in kleiner werdenden Stufen vermindert werden. Dies kann zwar manuell, sollte vorzugsweise aber gesteuert erfolgen.

Um einer Beschädigung der Behandlungswerkzeuge vorzubeugen, sollte der Abstand zwischen den Grundplatten während des Betriebs allerdings um einen vorgegebenen Wert, welcher mit Vorteil zwischen 0,1 und 0,4 mm liegt, über dem Mindestabstand als Sicherheitsabstand eingestellt werden.

Die Bestimmung des Mindestabstandes zwischen den Grundplatten sollte immer während der Inbetriebnahme der Vorrichtung und/oder nach einem Wechsel eines Behandlungswerkzeugs erfolgen.

Da sich der Abstand zwischen den Behandlungswerkzeugen infolge Verschleiß während des Betriebs vergrößert, sollte die Bestimmung des Mindestabstandes zwischen den Grundplatten aber auch während des Betriebs, vorzugsweise in bestimmten Zeitintervallen, insbesondere periodisch erfolgen.

Um die Bestimmung des Mindestabstandes zwischen den Grundplatten möglichst sicher zu gestalten, sollte der Behandlungsspalt während der Bestimmung des Mindestabstandes vom Faserstoff durchströmt werden, wobei bei der Bestimmung des Mindestabstandes zwischen den Grundplatten mit Vorteil ein oder mehrere Parameter des Faserstoffs, vorzugsweise alle wesentlichen in einem vorgegebenen Betriebsbereich liegen.

Als wesentliche Parameter des Faserstoffs erscheinen hierbei insbesondere die durch den Behandlungsspalt strömende Menge an Faserstoff, die elektrische Leistungsaufnahme der Behandlungs-Vorrichtung, die Temperatur sowie die Stoffdichte des Faserstoffs. Alternativ kann die Bestimmung des Mindestabstandes insbesondere bei Inbetriebnahme oder nach einem Wechsel eines Behandlungswerkzeuges zur Vereinfachung auch dann erfolgen, wenn kein Faserstoff durch den Behandlungsspalt strömt.

Unabhängig von der speziellen Ausführung ermöglicht die Erfindung auch ein Verfahren zur Erfassung der Behandlungsspaltbreite während des Betriebs einer Vorrichtung zur Behandlung von hochkonsistentem

Faserstoff. Flierzu wird nach der Bestimmung des Mindestabstandes die axiale Abstandsänderung zwischen den Grundplatten ausgehend vom Mindestabstand gemessen und als Bezugsbasis für die aktuelle Behandlungsspaltbreite verwendet Die Anzeige der Behandlungsspaltbreite ist insbesondere bei Dispergern von Bedeutung und gelang wegen der geringen Spaltbreiten bisher nur unzureichend. Die axiale Abstandsänderung zwischen den Grundplatten kann über Wegaufnehmer, insbesondere induktive Wegaufnehmer gemessen werden. Im Interesse eines einfachen Aufbaus der Vorrichtung sollte ein

Behandlungswerkzeug rotieren und das andere nicht, wobei nur ein

Behandlungswerkzeug axial verschiebbar gelagert ist. Bei speziellen Ausführungen können Behandlungswerkzeug und Grundplatte auch einstückig ausgeführt sein. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Disperger, einem Entstipper oder einem Refiner.

Bei dem Faserstoff kann es sich insbesondere auch um TMP, Hochausbeute- Zellstoff, MDF-Faserstoff, Hackschnitzel aus Holz o.ä. Stoffe handeln.

Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

In der beigefügten Zeichnung zeigt:

Figur 1 : einen schematischen Querschnitt durch einen Disperger;

Figur 2: durch einen Refiner und

Figur 3: die Veränderung der Abstände s der Grundplatten der Behandlungswerkzeuge über der Schwingungsfrequenz f. Der hochkonsistente Papierfaserstoff 1 wird gemäß Figur 1 direkt in den zentralen Bereich der Disperger-Garnitur, welche von den beiden Behandlungswerkzeugen 3,4 gebildet wird, gedrückt.

Während ein Behandlungswerkzeug 3 feststehend, d.h. nicht rotiert und damit als Stator ausgebildet ist, ist das andere Behandlungswerkzeug 4 rotierbar im Gehäuse 2 des Dispergers gelagert.

Die Disperger-Garnitur mit dem Stator und dem Rotor wird radial innen beschickt Bekanntlich wird Dispergierung dadurch bewirkt, dass Zähne 9 mit relativ hoher Geschwindigkeit relativ dicht aneinander vorbeibewegt werden und der sich dazwischen befindende Faserstoff 1 starken Scherkräften unterworfen wird.

Flierzu kann der Faserstoff 1 über Heißdampf vorher aufgeheizt werden. Nach der Dispergierung fällt der dispergierte Faserstoff 1 nach unten durch den Auslass 11 heraus.

Wenn die axiale Position von Stator-Grundplatte 7 und Rotor-Grundplatte 8 relativ zueinander geändert wird, so ändert sich dadurch auch der Spalt 6 zwischen den Behandlungswerkzeugen 3,4, 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 angeordnete Zähne 9 auf, zwischen denen sich Zahnlücken befinden, die von dem Faserstoff 1 radial nach außen durchströmt werden.

Zwischen den Zahnreihen sind ringförmige Zwischenräume vorhanden, die so angeordnet sind, dass zumindest eine Zahnreihe eines Behandlungswerkzeuges 3,4 in einen ringförmigen Zwischenraum des anderen, komplementären Behandlungswerkzeuges 4,3 hineinreicht. lm Unterschied hierzu zeigt Figur 2 eine Mahlanordnung mit einem Mahl-Spalt 6, der von einem feststehenden d.h. nicht rotierenden und mit dem Gehäuse 2 gekoppelten 3 und einem um eine Rotationsachse 5 rotierenden Behandlungswerkzeug 4 gebildet wird.

Dabei verlaufen die beiden kreisringförmigen Mahlflächen parallel zueinander, wobei der Spalt-Abstand zwischen diesen über eine axiale Verschiebung, meist des nicht rotierenden Behandlungswerkzeuges 3 einstellbar ist.

Die rotierende Mahlfläche wird hier von einer im Gehäuse 2 rotierbar gelagerten Welle in Rotationsrichtung bewegt. Angetrieben wird diese Welle von einem ebenfalls im Gehäuse 2 vorhandenen Antrieb.

Die zu mahlende Fasersuspension 1 gelangt bei dem gezeigten Beispiel über einen Zulauf durch das Zentrum in den Mahl-Spalt 6 zwischen den Mahlflächen der beiden Behandlungswerkzeuge 3,4.

Die Fasersuspension 1 passiert die zusammenwirkenden Mahlflächen radial nach außen und verlässt den sich anschließenden Ringraum durch einen Ablauf.

Beide Mahlflächen werden jeweils von mehreren Mahlplatten gebildet, die sich über jeweils ein Umfangsegment der entsprechenden Mahlfläche erstrecken.

In Umfangsrichtung nebeneinander gereiht ergeben die Mahlplatten eine durchgehende Mahlfläche.

Die Mahlplatten und damit auch die Mahlflächen werden in der Regel von einer Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden Mahlleisten 10 und dazwischenliegenden Nuten gebildet.

Nicht dargestellt sind die an sich bekannten Mittel, mit denen das nicht-rotierende Behandlungswerkzeug 3 axial verschoben und das Maß dieser Axialverschiebung gemessen wird. Das rotierende Behandlungswerkzeug 4 verändert seine axiale Lage nicht. Gemeinsam ist beiden Ausführungen, dass die Behandlungswerkzeuge 3,4 auf entsprechenden Grundplatten 7,8 befestigt sind. Im Unterschied zu den hier gezeigten Beispielen kann der Behandlungsspalt 6 nicht nur senkrecht sondern wie bspw. bei Kegel-Refinern auch geneigt zur Rotationsachse 5 verlaufen.

Bei Inbetriebnahme der Behandlungsvorrichtung und/oder nach einem Wechsel eines Behandlungswerkzeugs 3,4 und/oder während des Betriebs der Behandlungsvorrichtung erfolgt die Bestimmung des Mindestabstandes SM zwischen den Grundplatten 7,8 bei Rotation des entsprechenden Behandlungswerkzeugs 4. Die Drehzahl liegt während der Bestimmung des Mindestabstandes SM im Bereich der Betriebs-Drehzahl oder mit Vorteil unter der Betriebs-Drehzahl, vorzugsweise unter 1.000 Umdrehungen pro Minute.

Über die Bestimmung des Mindestabstandes SM kann eine Beschädigung oder ein zu großer Verschleiß der Behandlungswerkzeuge 3,4 während des Betriebs verhindert werden.

Darüber hinaus kann über die Bestimmung des Mindestabstandes SM während des Betriebs einem infolge Verschleiß zu groß werdendem Behandlungsspalt 6 zwischen den Behandlungswerkzeugen 3,4 entgegengewirkt werden. Hierzu sollte die Bestimmung des Mindestabstandes SM zwischen den Grundplatten 7,8 in

bestimmten Zeitintervallen, vorzugsweise periodisch erfolgen, wobei zu berücksichtigen ist, dass der durchschnittliche Verschleiß durchaus 0,1 mm pro Tag betragen kann.

Da dieser Prozess während der Rotation erfolgt, werden die Stillstandszeiten der Behandlungsvorrichtung minimiert.

Um einen zu starken Verschleiß der Behandlungswerkzeuge 3,4 zu verhindern, kann es von Vorteil sein, den Abstand s zwischen den Grundplatten 7,8 während des Betriebs um einen vorgegebenen Wert über dem Mindestabstand SM als Sicherheitsabstand ss einzustellen. ln den beiden Ausführungsbeispielen werden zur Bestimmung des Mindestabstandes SM zwischen den Grundplatten 7,8 die Schwingungen über einen oder mehrere am Gehäuse 2 angeordnete Sensoren erfasst.

Gleichzeitig wird der Abstand s zwischen den sich relativ zueinander drehenden Grundplatten 7,8 dabei beginnend mit einem relativgroßen Abstand kontinuierlich soweit verringert, bis die Änderung der Frequenz Af einen Grenzwert überschreitet. Der Abstand s bei dieser Grenzwertüberschreitung wird sodann als Mindestabstand SM festgelegt.

Für beide Anwendungsfälle veranschaulicht Figur 3 den Verlauf der Schwingungsfrequenz f während der Verminderung des Abstandes s zwischen den Grundplatten 7,8.

Mit Vorteil wird die Messung dabei unter Abwesenheit von Faserstoff 1 durchgeführt.