-
Vorrichtung zur Bearbeitung einer in Partikel-oder Suspensionsform
befindlichen Materialmasse Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bearbeitung
einer in Partikel- oder Suspensionsform befindlichen Materialmasse.
-
Die gemäß der Erfindung vorgenommene Bearbeitung einer Masse hat
in erster Linie den Charakter einer Mischbehandlung, kann sich aber unter gewissen
Arbeitsbedingungen auch als Zerteilung, Zerkleinerung, Mahlen, Entwässerung, Komprimierung
u. dgl. auswirken, wobei jede dieser Behandlungsformen für sich oder in Kombination
mit anderen gleichzeitig den Charakter eines Materiahransportes oder einer Materialabfüllung
haben kann und wobei auch chemische Prozesse unter den bei der Behandlung erbotenen,
für die fragliche Reaktion günstigen Bedingungen vonstatten gehen können.
-
Bei der Bearbeitung von Rohwaren und Halbstoffen auf verschiedenen
Industriegebieten, z. B. in der Zellulose- und Papierindustrie, aber auch in der
chemischen, keramischen und metallurgischen Industrie, in Mühlen u. dgl. werden
die bearbeiteten Stoffe in der Regel nacheinander einer Mehrzahl von verschiedenen
Behandlungen oben angegebener Art unterworfen. Für gewisse Zwecke kann es bedeutungsvoll
sein, gleichzeitig eine Mischung und einen Transport des Materials vorzunehmen,
während es für andere Zwecke notwendig sein kann, beispielsweise gleichzeitig zu
mahlen, zu komprimieren und zu mischen. Bei Fasermaterial, z. B. Papiermasse, kann
es erforderlich sein, in der Weise zu mahlen, daß gleichzeitig eine Defibrierung
erzielt wird. Verwandte technische Probleme treten auf, wenn es sich darum handelt,
nicht gleichförmiges Material zu pulverizieren, oder wenn das Behandlungsgut aus
Stoffen verschiedener Konsistenz besteht, z. B. in fester, breiiger oder flüssiger
Form. Es kann sich außerdem darum handeln, bei gemeinsamer Zerkleinerung und/oder
Mischung einer Anzahl von Stoffen eine chemische Reaktion, beispielsweise zwischen
den Bestandteilen zu ermöglichen. Im Anschluß an eine an dem Material vorgenommene
Behandlung kann außerdem das Problem auftreten, das fertigbehandelte Material durch
eine formgebende Öffnung zu drücken oder das Gut in Verpackungen zum Transport oder
Verkauf abzufüllen. Die technische Lösung dieser Probleme hat bisher häufig Schwierigkeiten
dadurch erboten, daß es in der Regel notwendig war, mehrere Arbeitsvorgänge und
entsprechende Vorrichtungen nacheinander anzuwenden.
-
In der Zellulose- und Papierindustrie verwendet man zur defibrierenden
und homogenisierenden Bearbeitung von Fasermaterial im allgemeinen Kollermühlen,
Holländer, Jordanmühlen usw., die alle ihre
besonderen günstigen und ungünstigen
Eigenschaften haben.
-
Gemeinsam für die Arbeitsweise dieser typischen Papiermasseapparate
ist, daß die Mahl- oder Defibrierwirkung dadurch erhalten wird, daß die Masseteilchen
der Einwirkung zusammenwirkender Mahlorgane ausgesetzt werden, deren eingestellter
Abstand voneinander für den Mahlgrad entscheidend ist. Im Zusammenhang mit dem Mahlen
von Masse bzw.
-
Defibrierung von Fasergut ist es in hohem Grade wünschenswert, daß
ein hoher Mahlgrad, d. h. eine weitgehende Aufteilung des Gutes in einzelne Fasern
nicht mit einer nennenswerten Verkürzung der Faserlänge erkauft werden soll. In
dieser Hinsicht sind jedoch alle die obengenannten Apparate nicht völlig zufriedenstellend,
da besonders intensives Mahlen in der Regel eine durchschnittlich bedeutende Verkürzung
der Faserlänge mit sich führt, soweit nicht aus ökonomischen Gesichtspunkten untragbare,
besonders milde, aber statt dessen langwierige Behandlungsbedingungen eingehalten
werden. Auch abgesehen von diesem für Mahlarbeit speziellen Problem stellt die industrielle
Herstellung von Waren aus Zellulose, Papier usw. große Anforderungen an die Mischung,
Kompression und im übrigen korrekte Behandlung der Rohware sowie in bezug auf die
Kontinuität der Arbeitsmethoden. Die Bedeutung dieser Faktoren steigt immer mehr
bei erhöhtem Übergang zur Automatisierung, wo auch das Transportproblem
an
Bedeutung gewinnt. Zur Beleuchtung der auftauchenden Probleme wurde hier beispiels
weise auf die Behandlung von Fasermaterial verwiesen, da es hier nicht nur die Zerkleineung
der Rohware bis zu einem gewissen Feinheitsgrad gilt, sondern auch eine Durchführung
dieser Zerkleinerung in der Weise, daß die fertigbehandelte Faser durchschnittlich
die im Hinblick auf die gewünschten Eigenschaften des Endproduktes erforderliche
Form und Beschaffenheit (Faserlänge) aufweist.
-
Ähnliche Probleme, wie die oben im Zusammenhang mit der Papierindustrie
beschriebenen, können natürlich auch auf anderen industriellen Gebieten auftauchen.
Das für alle Anwendungsfälle der Erfindung Gemeinsame liegt darin, daß es sich um
eine kontinuierliche oder satzweise Bearbeitung einer in Partikel- oder Suspensionsform
befindlichen Materialmasse handelt zum Zweck der Erzielung einer homogenen Mischung,
wobei gleichzeitig mit dem Mischen eine Transportwirkung und/oder eine auf die Partikelstruktur
oder den Suspensionszustand einwirkende Bearbeitung erzielt wird.
-
Im Vergleich mit bekannten Vorrichtungen der vorstehend genannten
Art zeichnet sich die Bearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung durch geringen
Raum- und Kraftbedarf und gründliche, leicht regelbare und - bei der Behandlung
von Fasergut -taserschonende Behandlung aus.
-
Das Arbeitsprinzip der Vorrichtung, dem diese Vorteile zu danken
sind, besteht darin, daß das Behandlungsgut im Kreislauf wiederholt durch eine Bearbeitungszone
zwischen mit Spiel ineinander eingreifenden Bearbeitungsorganen hindurchgeht.
-
Es sind zahlreiche Vorrichtungen vorbekannt, bei denen schraubenförmige,
auf Drehung gekuppelte Bearbeitungsorgane mit Spiel ineinander eingreifen, wobei
das Behandlungsgut in den Schraubengängen eingeschlossen ist und in der Eingriffszone
der Schrauben zwischen einander gegenüberliegenden Schraubenflächen bearbeitet wird.
Es ist weiterhin eine Vorrichtung bekannt, bei der die auf Drehung gekuppelten Bearbeitungswerkzeuge
aus mit Spiel ineinander eingreifenden Bandwendeln im wesentlichen radial gerichteten
Wendelflächen bestehen, ohne daß jedoch die Wendelflächen zur komprimierenden Behandlung
von im Bereich der Bandwendeln befindlichem Material zusammenwirken.
-
Eine Vorrichtung nach der Erfindung zur Bearbeitung einer in Partikel-
oder Suspensionsform befindlichen Materialmasse stimmt insoweit mit vorbekannten
Bearbeitungsvorrichtungen überein, als bei ihr in einem mit Ein- und Auslaßöffnungen
versehenen Gehäuse wenigstens zwei auf Drehung gekuppelte, mit Spiel ineinander
eingreifende Bandwendeln angeordnet sind, deren Wendelflächen im wesentlichen radial
gerichtet sind und zur komprimierenden Behandlung von im Bereich der Bandwendeln
befindlichem Material zusammenwirken. Eine derartige Vorrichtung wird erffildungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß die Bandwendeln abschnittweise derart ausgebildet sind,
daß zwischen Bandwendeln und Antriebswelle ein freier Ringraum verbleibt. Erst dieser
freie Ringraum ermöglicht die eigentümlich intensive und doch schonende Bearbeitungsweise,
bei der durch die innige Zusammenarbeit der Wendelflächen in der Eingriffszone das
dort eingeschlossene Material kräftig komprimiert und, soweit es sich um Zellulose
handelt, im Sinne einer Defibrierung beein-
flußt wird. Die Bearbeitung vollzieht
sich jedoch immer nur in kurzen Stößen und mit der Möglichkeit eines Ausweichens
des Materials in die freie Mittelzone. Hierdurch ist es gewissermaßen möglich, die
maximale Einwirkung auf das Material zu begrenzen, um dadurch mit Sicherheit die
Schäden zu vermeiden, die beim Durchführen von beispielsweise Fasermaterial durch
eine sich immer mehr verengende Förderstrecke auftreten würden. Die vorliegende
Vorrichtung ermöglicht also das Ausüben kurzer kräftiger Druckbeanspruchungen in
rascher Folge, während sich das Material einem übermäßigen Druck durch Ausweichen
entziehen kann, um nach einem Zurückströmen zum Inneren der Wendel wieder in den
Bearbeitungsprozeß einbezogen zu werden. Hierbei treten im Gegensatz zu einer echten
Zerfaserungsvorrichtung keine schlagenden oder reißenden Wirkungen der rotierenden
Teile auf das Material auf, vielmehr erfolgt die Bearbeitung ausschließlich durch
das Komprimieren zwischen gegenüberliegenden Flächen.
-
Diese Arbeitsweise bedeutet in bezug auf Fasermaterial weiterhin,
daß die Zerkleinerung oder Defibrierung in großem Umfang durch hydraulische Druckwirkung
herbeigeführt wird, indem die Überführung des Druckes auf Flüssigkeit, die in den
Stoffteilchen bzw. deren Kapillaren eingeschlossen sind, eine Zerreißung der Teilchen
entlang den natürlichen Teilungslinien der Faserbündel verursacht.
-
Zweckmäßigerweise entspricht die radiale Überdeckung der beiden Bandwendeln
etwa der Breite der Wendelflächen. Die Steigung der Bandwendeln kann gleichförmig
oder ungleichförmig in der Längsrichtung der Achsen sein je nach der gewünschten
Bearbeitungsweise.
-
Wenn eine überwiegend gleitende Bewegung des Materials durch die
Bearbeitungsstrecke erwünscht ist, z. B. zur schonenden Behandlung von Fasermaterial,
hat von zwei ineinander eingreifenden Bandwendeln die eine Linksgewinde und die
andere Rechtsgewinde, wobei die Bandwendeln zur synchronen Drehung in entgegengesetzten
Richtungen gekuppelt und angetrieben sind.
-
Wenn dagegen zur Erzielung einer kräftigen Zerkleinerung eine rollende
Bewegung des Materials durch die Bearbeitungsstrecke erwünscht ist, sind die Bandwendeln
in der gleichen Richtung gewunden und auf gleichsinnige Drehung gekuppelt.
-
Die Bandwendeln können auf Antriebswellen sitzen, die in an sich
bekannter Weise auch noch andere Bearbeitungsorgane tragen, z. B. Propeller zum
Aussortieren unerwünschter Bestandteile und/oder zum Transport des Materials zu
den Bandwendeln und/oder Messer zum Zerkleinern fester Bestandteile und/oder Transportschrauben
zum Abführen des behandelten Materials.
-
Zahlreiche Abwandlungen der Form und Anordnung der Bandwendeln sind
denkbar. Es ist auch möglich, Betriebsfaktoren, wie Umlaufgeschwindigkeit der Bandwendeln
Durchlaufgeschwindigkeit des Materials, in weitem Umfang zu variieren.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
-
F i g. 1 und 2 sind Vertikal- bzw. Horizontalschnitte einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und Fig. 3, 4 und 5 sind Schnitte in RichtungA-A,
B-n bzw. C-C in Fig. 1;
Fig.6 veranschaulicht im Horizontalschnitt
besondere Ausführungsformen der Bearbeitungsorgane sowie deren gegenseitigen Eingriff;
Fig.7 und 8 veranschaulichen besondere Ausführungsformen der Oberflächen der Bearbeitungsorgane;
F i g. 9 veranschaulicht die relative Bewegung der Bearbeitungsorgane während des
Arbeitsverfahrens; Fig. 10 und 11 zeigen die Anordnung von Rillen auf den Bearbeitungsorganen.
-
Die in den F i g. 1 bis 5 gezeigte Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse
1, in das das behandelte Material durch einen Einlaß 2 eingeführt wird. Nach beendigter
Bearbeitung wird das Material durch den Auslaß 3 am entgegengesetzten Ende der Vorrichtung
abgeführt. Zwei parallele Wellen 4 erstrecken sich in der Längsrichtung des Gehäuses
zwischen dem Einlaß und dem Auslaß. Die Wellen sind zur gemeinsamen Drehung in gegenseitig
entgegengesetzter Richtung in an sich bekannter Weise gelagert und gekuppelt. Die
Wellen 4 tragen Bearbeitungsorgane 5, die die Form von je eine der Achsen verlaufenden
und mit ihrer Breitendimension im wesentlichen radial gerichteten flachen Bändern
haben, die sich in Schrauben- oder Spiralwindung um die Achsen erstrecken. Die eine
der Bandwendeln hat Linksgewinde und die andere Rechtsgewinde. Die Steigung der
bei entgegengesetzter Drehung gegenseitig in ihre Rotationskörper hineinragenden
Bandwendeln ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 zum Auslaß hin abnehmend,
kann aber in anderen Fällen natürlich gleichmäßig oder in - anderer Weise veränderlich
sein, wenn dies im Hinblick auf das gewünschte Arbeitsresultat zweckmäßig erscheint.
Die Steigung der beiden Bandwendeln 5 ist außerdem eine solche, daß ein gewisser
Mindestabstand überall zwischen den gegenseitig in ihre Rotationskörper hineinragenden
Partien der Bandwendeln vorliegt.
-
Die Wellen 4 tragen außerdem innerhalb des Gehäuses eine Anzahl propellerartiger
Elemente 6, mit deren Hilfe gegebenenfalls in dem Behandlungsgut vorhandene unerwünschte
Bestandteile in den Sammelraum 7 im unteren Teil des Gehäuses abgeführt werden,
um aus dem Raum 7 mit Hilfe der Luke 8 entfernt zu werden. Da die Elemente 6 als
Propeller ausgeführt sind, wirken sie gleichzeitig bei der Zuführung des Behandlungsgutes
auf die Bearbeitungsorgane hin mit.
-
Auf der dem Auslaß zugewandten Seite ist jede Welle 4 auch mit einer
fest mit der Welle verbundenen Schraube 9 versehen, die an der Bewegung der Bearbeitungsorgane
teilnimmt. Die beiden Schrauben 9 auf den Wellen 4 sind gleichfalls in gegenseitigem
Eingriff in der gleichen Weise wie die Bandwendeln. Mit Hilfe der Schrauben 9 wird
das behandelte Material durch den Auslaß 3 aus der Vorrichtung entfernt.
-
Schließlich tragen die Wellen 4 am Auslaßende Messer 10, die zum
Zerschneiden fester Bestandteile in dem bearbeiteten Gut dienen.
-
Die Elemente 6, Schrauben 9 und Messer 10 bilden keine notwendigen
Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und kommen nur bei solchen Ausführungsformen
vor, bei denen im Hinblick auf das gewünschte Bearbeitungsresultat eine Abscheidewirkung,
eine einseitig gerichtete Transportwirkung und/oder schneidende Mahlwirkung erwünscht
ist.
-
Dagegen bilden die Bandwendeln 5 die für den Er-
findungsgegenstand
kennzeichnenden und unumgänglich nötigen Bearbeitungsorgane Gemäß F i g. 1 bis 5
liegen die Außenkanten der Bandwendeln nahe, aber nicht unmittelbar an den Gehäusewänden.
Die Innenkanten der Bandwendeln sind nicht in Berührung mit der zugehörigen Welle
4, sondern verlaufen im Abstand um die Welle, wodurch im Inneren jeder Bandwendel
um die Achse ein im wesentlichen freier durchgehender Raum gebildet wird. Die Bandwendeln
sind mit den Wellen 4 fest verbunden oder auf den Wellen gelagert, aber die in der
Zeichnung nicht gezeigten Befestigungs- oder Lagerorgane bedeuten keine wesentliche
Einschränkung des durchgehenden freien Raumes innerhalb der Innenkanten der Bandwendeln
um die betreffenden Wellen herum.
-
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet in folgender Weise: Das durch
den Einlaß 2 zugeführte Gut wird durch die Elemente 6 auf die Bandwendeln 5 zu vorgeschoben.
Am Einlaßende wirkt jede der Bandwendeln wie ein gewöhnlicher Spiraltransporteur
mit typischem Füllgrad. und Transportvermögen. In der beschriebenen Ausführungsform,
bei der eine rechtsgängige und eine linksgängige Wendel gegeneinander rotieren,
wird das Behandlungsgut zwischen den beiden Bandwendeln in deren Eingriffsbereich
aufgefangen, und der Böschungswinkel des Gutes wird hierbei nach innen auf das Zentrum
der Wendel hin gerichtet. Ein Austreten nach außen wird durch das die Wendel umschließende
Gehäuse verhindert. Der Füllgrad wird also erhöht. Dies wird bei jeder Umdrehung
wiederholt, wie die Wendel rotieren und gleichzeitig das Mahlgut gegen den Auslaß
führen.
-
Die verminderte Steigung der Wendel drängt hierbei das Gut mehr und
mehr zusammen, und es entsteht daher eine Verdichtung, die zunächst den Füllgrad
erhöht und zum Schluß den Raum zwischen den Gängen in beiden Wendeln ganz mit Mahlgut
füllt.
-
Beim Eingriff der Bandwendeln ineinander wird jetzt eine dem Eingriffsvolumen
der Bänder entsprechende Gutmenge gegen das Zentrum jeder Wendel verdrängt, wodurch
der Füllgrad und ebenso der Druck und die dadurch bedingte Reibung zwischen den
rotierenden Oberflächen und dem Mahlgut vergrößert wird.
-
Durch geeignete Ausgestaltung der Bandwendeln erhält man den bestmöglichen
Wirkungsgrad für verschiedene Stoffe und im Hinblick auf verschiedene Bearbeitungszwecke.
Wichtige Faktoren in dieser Hinsicht sind die Breite, Dicke, Steigung, das Profil
und der kleinste gegenseitige Abstand der Bandwendeln, das Verhältnis zwischen der
von den Bändem bestrichenen Zone und der Rückströme innerhalb jedes Bandes usw.
Statt dieser konstruktiven Modifikationen kann man sich zur Änderung des Arbeitsergebnisses
auch der Regelung von Betriebsfaktoren bedienen, wobei man beispielsweise die Drehgeschwindigkeit
der Bandwendeln ändern oder durch Verengung des Auslasses mit Hilfe von hier nicht
gezeigten Vorrichtungen eine Aufstauung und Komprimierung des Gutes in der Vorrichtung
erzielen kann.
-
Als Beispiel für Modifikationen in der K4nstruktion der Bandspiralen
zeigt F i g. 6 eine Vorrichtung mit zwei mit gleichartiger Gewinderichtung ausgebildeten
Bandwendeln, die in diesem Fall natürlich.,auf in der gleichen Richtung rotierenden
Wellen ange.-bracht sind. Jede der Bandwendeln weist vom Einpaß ende (in der Figur
links) zum Auslaßende abneh
mende Steigung auf, dagegen in der gleichen
Richtung zunehmende radiale Bandbreite. Da der Außendurchmesser der Bandwendeln
gleichmäßig ist, bedeutet die erhöhte Bandbreite eine Verengung der freien inneren
Durchflußfläche, wodurch ohne weitere Maßnahmen ein fortschreitender Materialkreislauf
erzielt wird, und zwar durch die gegen den Auslaß immer mehr zunehmende Kompression
und die Verengung des inneren Hohlraumes um die Welle. Die Bewegungsrichtung des
Materials wird durch die Pfeile in F i g. 6 angedeutet.
-
Die Bandwendeln sind in der Ausführungsform gemäß F i g. 6 auch modifiziert
bezüglich ihrer Querschnittform, die sich von rechteckiger Form am Einlaß in gleichmäßigem
Übergang gegen den Auslaß hin in nach außen zugespitzte Trapez- oder Keilform ändert.
-
Bei der Verwendung einer Vorrichtung gemäß F i g. 1 und 2 bzw. 6
als Mühle für Papiermasse ist der kleinste Abstand zwischen den Bandwendeln im Eingriffsbereich
mit der kleinsten Wendelsteigung bedeutend größer als die durchschnittliche Teilchengröße
in dem Material abgesehen von möglicherweise vorhandenen Asten u. dgl., die ausnahmsweise
größeren Durchmesser haben können und die infolgedessen einer schneidenden Einwirkung
zwischen zusammenwirkenden Bandwendelflächen unterworfen sein können. Bezüglich
der Hauptmasse des Fasermaterials, die bei der Einführung in den Apparat aus Spanteilchen
oder Faserbündeln sowie einer Menge bereits vereinzelter Fasern besteht, liegt die
Bearbeitungswirkung durch die Bänder nicht in erster Linie in der direkten Reibungswirkung,
sondern hauptsächlich in einer indirekten, hydraulisch pulsierenden Wirkung, die
in der Eingriffszone zwischen den Bandwendeln auftritt und die durch eine Mischung
von mechanischem Verdichtungsdruck und hydraulischem Druck auf im Material eingeschlossene
oder kapillar festgehaltene Flüssigkeit zu einer wirkungsvollen Defibrierung der
Teilchen führt. Die Vorrichtung zeigt sich hierbei insofern allen für den gleichen
Zweck vorbekannten Vorrichtungen weit überlegen, als die eigentliche Defibrierung
auf einen gewissen Schlußwert nur einen Bruchteil des bisher erforderlichen Kraftverbrauchs
bedingt, wobei sich das Endprodukt durch eine bisher unerreichbare durchschnittliche
Faserlänge auszeichnet. Die tZberlegenheit des erfindungsgemäßen Verfahrens in bezug
auf die Faserlänge kann ohne weiteres dadurch erklärt werden, daß eine schneidende
oder brechende Mahl-
wirkung zwischen zusammenwirkenden Mahlorganen nicht vorkommt
und folglich auch keine Zerreißung oder Brechung der Fasern in der Längsrichtung.
Es ist, mit anderen Worten, möglich, das Mahlen nach Bedarf beliebig weit zu treiben
ohne Gefahr, gleichzeitig mit maximaler Defibrierung eine bedeutende Herabsetzung
der Faserlänge in Kauf nehmen zu müssen.
-
Bezüglich der Arbeitsbedingungen bei einem Mahlvorgang mit Hilfe
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann hervorgehoben werden, daß man satzweise
oder kontinuierlich arbeiten kann. Es ist z. B. möglich, durch kräftige Verengung
des Auslasses einen solchen Grad von innerem Kreislauf und gleichzeitig einer derartige
automatische Begrenzung der Neuzufuhr von Gut zwischen die Bandwendeln zu erzielen,
daß das Verfahren kontinuierlich bezüglich einer Durchlaufmenge durchgeführt wird,
die der aus dem verengten Auslaß abgehenden Menge entspricht. Es ist natürlich auch
möglich, insoweit satzweise zu arbeiten, als die vom Auslaß abgehende Materialmenge
unmittelbar wieder dem Einlaß zugeführt wird und der Mahlprozeß so lange mit der
gleichen umlaufenden Gutmenge durchgeführt wird, bis das gewünschte Mahlergehnis
erreicht ist. Es ist schließlich auch möglich, einen Gutkreislauf vom Auslaß zum
Einlaß mit teilweiser Abfuhr von Fertigprodukt und Zufuhr einer entsprechenden Menge
Rohware zu kombinieren.
-
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Mühle oder Defibrator
in der Zellulose- und Papierindustrie verwendet man zweckmäßigerweise Drehzahlen
für die Bandspiralen in der Größenordnung von 100 bis 1000 Umdrehungen pro Miute.
Ein gutes Arbeitsergebnis mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Maschine wurde
bei 400 Umdrehungen pro Minute erzielt. Für andere Zwecke, z. B. zum Entwässern,
wo bei der Bearbeitung eine bedeutende Konzentration von festen Stoffen in der Maschine
eintritt, ist der Drehzahlbereich niedriger, vorzugsweise unter 150 Umdrehungen
pro Minute, und Drehzahlen bis zu 10 Umdrehungen pro Minute wurden bei praktischen
Versuchen mit Erfolg angewandt.
-
Einen Begriff von den ungewöhnlich günstigen Arbeitsergebnissen beim
Mahlen von Papiermasse mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erhält man
aus nachstehender Tabelle, die die Abhängigkeit verschiedener Eigenschaften eines
mit der Masse hergestellten Papiers von der Behandlungszeit in dem Apparat veranschaulicht.
| Mahldauer |
| 0 1 5 Minuten t 10 Minuten t 15 Minuten 20 Minuten |
| D Schopper-Riegler ........... 13 15 16 19,8 24,3 |
| Abreißlänge. .... 1700 3900 4400 4600 4700 |
| Dehnung .................... 1,2 3,4 3,7 4,2 3,8 |
| Reißfestigkeit . . . . . . . . . . . . . 92 103 103 99 93 |
| Sprengfestigkeit . ............ 8 34 37 42 41 |
| Trockengehalt ............... 8,7 13,1 12,7 12,7 13,6 |
Der im Vergleich mit anderen Mühlen außerordentlich geringe Energieverbrauch bei
der in der obigen Tabelle angegebenen Mahlbehandlung geht aus folgender Zusammenstellung
hervor, die trotz
verhältnismäßig hoher Leerlaufverluste günstige Werte für den totalen
Kraftverbrauch und außerordentlich niedrigen Nettokraftverbrauch ausweist.
| Mahldauer |
| 5 Minuten I 10 Minuten 1 15 Minuten 1 20 Minuten |
| Gesamter Energieverbrauch, kwh/t Papier .. 105 210 315 420 |
| Leerlaufverlust, kwh/t Papier . . . 45 90 135 180 |
| Nettoenergieverbrauch, kwh/t Papier . 60 120 180 240 |
Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt wird, kann zur Erhöhung der Reibung sowie in solchen
Fällen, wo das Material nicht durch eine energische Bearbeitung beschädigt wird,
die Bandoberfläche auf den Bandwendeln mit Profilen versehen sein, beispielsweise
in Wellenform (Fig. 7) oder sägezahnartig (F i g. 8) oder in anderer Form. Die Profilrinnen
in den Bändern können sich entweder konzentrisch um die Bandflächen herum oder radial
quer über die Bandflächen erstrecken, wie dies in Fig. 10 und 11 angedeutet ist.
Die Rillen können sich natürlich auch in anderen Richtungen erstrecken und unregelmäßigen
Verlauf haben. Verschiedene Kombinationen von verschiedenen Profilformen und Verlaufsrichtungen
sind denkbar. Natürlich können derartige Profile auf den Bandflächen mit dem in
Zusammenhang mit F i g. 6 beschriebenen Ausbildungen der Bandwendeln kombiniert
werden. Es kann in gewissen Fällen auch ausreichen, die Bandoberflächen mit größeren
oder kleineren Vertiefungen oder Erhöhungen zu versehen oder schleifendes Material,
wie Diamant, Karborundum od. dgl., auf den Oberflächen anzubringen.
-
Je nach dem Verwendungszweck können die Bandwendeln aus verschiedenem
Material bestehen, z. B. rostfreiem Stahl, Bronze oder anderem säure oder alkalibeständigem
Material.
-
In F i g. 9 wird die Wirkungsweise der Spiralbänder in dem Eingriffsgebiet
während des Arbeitsverlaufes veranschaulicht. Der Schnitt A-A zeigt, wie sich die
Bandoberflächen einander zum gegenseitigen Eingriff nähern Der SchnittB-B zeigt
die Stelle der Bandwendeln, wo der gegenseitige Eingriff momentan maximal ist. An
der Stelle des Schnittes C-C hat der Eingriff der betreffenden Bandpartien wieder
aufgehört. Die für die Behandlung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kennzeichnende
pulsierende Wirkungsweise tritt in dem Bandeingriffsgebiet auf, dessen -Erstreckung
deutlich aus den F i g. 10 und 11 hervorgeht, wobei der stärkste Druckimpuls - natürlich
im Bereich des Schnittes B-B auftritt. Material, das zwischen den Bandwendeln in
deren DreXungsrichtung mitgenommen wird, wird beim Durchgang durch die Eingriffszone
in dieser einem augenblicklich kräftig steigenden und fallenden Druckimpuls unterworfen.
Die allgemeine Konstruktion der Vorrichtung und die) angewandten Arbeitsbedingungen
mit verhältnismäßig schneller Umdrehung der Bandwendeln und mit einem Kreislaufstrom
des Materials durch den freien Raum um die Achsen, hat zum Ergebuis, daß jede Teilmenge
des Materials in schneller Folge wiederholt dieser Druckimpuiswirkung ausgesetzt
wird, wobei die Wirkung bei suspendierten oder feuchtigkeitshaltigen Stoffen hydraulischen
Charakter hat.
-
Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens werden verschiedene
Stoffe, die miteinander gemischt werden sollen, gleichzeitig oder nacheinander in
den Einlaß eingeführt.
-
Wenn die Vorrichtung nur als Mischer dienen soll, braucht die Steigung
der Bandwendeln nicht zum Auslaß hin abzunehmen, und wenn keine Aufstauung durch
Verengung des Auslasses vorgenommen wird, erfolgt keinerlei allgemeine Verdichtung
des Materials, abgesehen von der pulsierenden Drucksteigerung im, Eingriffsbereich
der Bandwendeln. Diese sich im Material fortpflanzenden Druckimpulse verursachen
jedoch bereits eine gründliche Durchmischung des Materials, wobei die Behandlungsdauer
und damit der schließliche Mischungsgrad durch geeignete Einstellung der Faktoren
geregelt wird, die für dën Verbleib des Materials in der Vorrichtung maßgebend sind,
d. h. der Verengungsgrad des Auslasses und die Größe des freien Raumes innerhalb
der Wendel im Verhältnis zu dem Arbeitsraum in den durch die Bandwendeln gebildeten
Rotationskörpern.
-
Wenn die Vorrichtung eine zèrkleinernde oder verdichtende Arbeit
ausführen soll,haben die Wendeln dagegen zweckmäßigerweise variable Steigung (zu-
oder abnehmend oder eine Kombination von Abschnitten mit zunehmender und abnehmender
oder gleichbleibender Steigung). Bei einer Ausfüh rungsform gemäß F i g. 1 und 2
bzw. 6 mit zu dem Auslaß hin abnehmender Steigung tritt infolge des großen Abstandes
zwischen den Wendelwindungen in der Nähe des Einlasses zunächst eine kräftige Transportwirkung
auf den Auslaß hin auf. Mit abnehmendem Abstand zwischen den Windungen erfolgt eine
immer kräftigere Verdichtung des Gutes.
-
Im Eingriffsbereich der Bandwendeln wird eine dem Querschnitt der
Wendelbänder und den Abständen zwischen den Bändern im Eingriffsbereich entsprechende
Menge des Gutes in den Hohlraum im Inneren jeder Wendel verdrä;gt. Hierdurch wird
der Druck in dem Gut im Vergleich mit.,dem am Einlaß. ende herrschenden vergrößert'
und die in den Bandwendeln aufgenommene Naehschubmenge auf die Menge begrenzt, die
tatsàchlich durch den Auslaß abgeht. Auf den Auslaß hin, wird das Gut zu einer mehr
oder weniger homogenen Masse zusammengedrückt, die.unter verhältnismäJ:Sig hohem
Druck aus dem Apparat abgeht. -Bei Verwendung der Bandquerschnittform gemäß Fig.
6 erhält man in der Nähe des' Auslasses eine Art Keilwirkung zwischen den zusammenwirkenden
Bandzonen, wodurch -eiiie'' weiteire, grhohung des Mahldruckes bzw. der Reibung"'sarheit
erzielt wird.
-
Beim Mahlen von feuchtem faserigem Material erhält man dabei eine
ArbeitswilWg, die eine gewisse Ahnlichkeit mit der Arbeitsweise', einer Kollermühle
aufweist, wo man gleichfall~eule hydraulische Wirkung erzielt, durch die kapillär
eingeschlosseFtes Wasser unter Sprengung derMKapil,laren ausgepreßt wird. Wie schon
früher hXervòrgehoben, ist jedoch der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bedeutend größer als, der einer Kollermühle.
-
Der Hauptgrund hierfür dürf- in der leichteren BB
weglichkeit
des Gutes in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu suchen sein, in der bei der schnellen
Drehung der Bandwendeln und der dadurch erzeugten Transport-, Verdichtungs- und
Rückflußwirkung jede Teilmenge des Materials mit gegenüber der Kollermühle vervielfachter
Frequenz der Bearbeitung durch die ineinander eingreifenden Bandspiralzonen unterworfen
wird. Die Kollermühle gibt dagegen nicht einmal Sicherheit dafür, daß in ihrer Mittelzone
eingebrachtes Gut überhaupt irgendeinmal in Bearbeitungslage zwischen zwei Steinen
gelangt.
-
Gewisse konstruktive und betriebsmäßige Modifikationen bei der Verwendung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden schon früher erwähnt.
-
Weitere Modifikationen sind denkbar. So ist es möglich, die Eingriffsverhältnisse
der Bandwendeln gemäß Fig. 6 dadurch zu verändern, daß die beiden Wellen gegen-
oder voneinander verschoben werden, wie durch die Pfeile in der Figur rechts angedeutet.
-
Bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 1 bis 5 rotieren die Wellen
der Bandwendeln in einander entgegengesetzten Richtungen, wobei sich die ineinander
eingreifenden Bandzonen im Eingriffsbereich im wesentlichen in der gleichen Richtung
bewegen.
-
Die dabei erzielte Bearbeitungswirkung ist überwiegend gleitend und
im wesentlichen gleichförmig bezüglich der ganzen Gutmenge, die sich auf einmal
zwischen den in gegenseitigem Eingriff befindlichen Bandzonen befindet. Die Behandlung
ist hierbei besonders schonend, ohne daß die eigentümliche Wirkung der Druckimpulse
verlorengeht. Drehen sich dagegen gemäß Fig. 6 die Wellen in der gleichen Richtung,
bewegen sich die ineinander eingreifenden Bandzonen in entgegengesetzten Richtungen
im Verhältnis zu den dazwischen eingeschlossenen Gutmengen, und die Einwirkung auf
das Gut ist überwiegend rollend oder knetend, wobei eine kräftigere Zerkleinerung
oder Zerquetschung des Gutes erfolgt.
-
Die Achsen der Bandwendeln brauchen nicht miteinander parallel zu
sein, und die Rotationskörper der Bandwendeln brauchen auch nicht zylindrisch zu
sein, sondern können die Form von Kegeln bzw.
-
Kegelstümpfen haben.
-
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist nicht nur zur Behandlung
von feuchtem Fasergut verwendbar, sondern auch zur Behandlung verschiedener anderer
Stoffe in feuchtem oder trockenem Zustand, vor allem zum Mischen, Zerkleinern, Zerquetschen
und Transport des Materials.
-
Die Vorrichtung eignet sich nicht nur zur mechanischen Bearbeitung
von Gut, sondern auch zur Durchführung von Prozessen, bei denen chemische Reaktionen
vorkommen. Wenn es sich um chemische Reaktionen handelt, kann man die Komponenten
gleichzeitig oder nacheinander in die Vorrichtung einführen, um sie zu mischen und
bei Bedarf zu zerkleinern, während gleichzeitig die chemische Reaktion vor sich
geht oder ähnliche Behandlungen, wie Färben oder Bleichen, vorgenommen werden. Man
erhält auf diese Weise fertiggemischte Reaktionsprodukte, die aus der Vorrichtung
unmittelbar in Behälter oder Verpackungen abgefüllt werden können.
-
Erfindungsgemäß erhält man somit eine vielseitig verwendbare Vorrichtung,
die in einfachster Weise dem behandelten Gut und der jeweiligen Behandlungsweise
angepaßt werden kann. In dem Apparat können die verschiedensten Behandlungen wahlweise
oder
gleichzeitig ausgeführt werden, wobei in vielen Fällen ein Rohprodukt in einem einzigen
Arbeitsgang in ein Halbfabrikat oder Endprodukt übergeführt werden kann, gegebenenfalls
sogar in gewiinschter Formgebung und unter Abfüllen in Behälter und Verpackungen.
Die Maschine kann kontinuierlich, im Kreislauf oder satzweise arbeiten.