Verfahren zur Herstellung von Garnituren für das mechanische Bearbeiten insbesondere Mahlen von wasserhaltigem Papierstoff

Abstract

 Das Verfahren ist insbesondere zur Herstellung von Mahlgarnituren bestimmt, die bei der Papierstoffaufbereitung verwendet werden. Die Garnituren werden aus einer Vielzahl von Bearbeitungselementen (5) gebildet, die z.B. in einer Maske (3) durch Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen befestigt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Garnituren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Derart hergestellte Garnituren dienen vor allem dem Mahlen von Papierfasern. Sie werden dann in Mahlmaschinen (Refinern) verwendet. Solche Maschinen haben mindestens einen Rotor und mindestens einen Stator mit entweder scheibenförmigen oder kegelförmigen Flächen, auf denen die Garnituren angebracht werden, so dass sich zwischen ihnen Mahlspalte ausbilden können. Viele Garnituren weisen an den Arbeitsflächen Stege und Nuten auf, weshalb man auch von "MesserGarnituren" spricht. Es ist bekannt, dass neben der Form der Stege, Nuten und Zähne auch das Material, aus dem sie bestehen, Auswirkungen auf die Bearbeitung des Faserstoffs hat.

[0003] Bei der mechanischen Bearbeitung mit Hilfe solcher Garnituren liegen die Papierfasern in einer pumpfähigen Suspension, also mit einem Feststoffgehalt von etwa 2 - 8 % vor oder als zäher Stoff mit einem darüber liegenden Feststoffgehalt.

[0004] Die Garnituren sind einem Verschleiß ausgesetzt und müssen daher in bestimmten Intervallen ersetzt werden. Der Verschleiß kann aber auch schon vorher dazu führen, dass sich die Bearbeitungswirkung ändert. Form, insbesondere Kantenform, und Oberfläche der Garnituren haben nämlich einen überragenden Einfluss auf den Bearbeitungseffekt. Diese Veränderungen haben den Nachteil, dass von einem bestimmten Zeitpunkt an mit derselben Maschine nicht mehr optimal gearbeitet werden kann.

[0005] 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. Dabei hat es sich gezeigt, dass Materialien, die für die Bearbeitungselemente besonders geeignet sind, Eigenschaften haben, die bei ihrer Verwendung für den Grundkörper der Garnitur sehr problematisch sein können. Insbesondere betrifft das Materialien, die sehr hart und spröde sind und daher nicht die für den Grundkörper notwendige Zähigkeit aufweisen. Ferner sind solche Materialien relativ teuer und aufwändig in der Herstellung und lassen sich im Vergleich zu normalen metallischen Werkstoffen nur mit großem Aufwand bearbeiten.

[0006] Der Grundkörper eines Bearbeitungswerkzeuges stellt die Verbindung der Bearbeitungselemente zu den übrigen Bauteilen, z.B. denen einer Mahlmaschine, her. Wegen der hohen Kräfte, die in einer solchen Mahlmaschine auftreten, werden an den Grundkörper hohe Festigkeitsanforderungen gestellt. Es muss auch möglich sein, ihn sicher in der Mahlmaschine zu befestigen, wozu z.B. hochverspannte Schrauben erforderlich sind. Wegen dieser Anforderungen ist ein besonders festes und zähes Material erforderlich.

[0007] Aus der DE 196 03 548 A1 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Garnituren bekannt, bei dem diese aus getrennt hergestellten Teilen zusammengefügt werden. Gemäß dieser Publikation kann dazu ein Hochtemperaturlötverfahren unter Vakuum verwendet werden. Diese an sich gut geeigneten Verfahren sind jedoch aufwändig in der Durchführung und führen zu nicht immer ausreichenden Festigkeiten.

[0008] In der US 5,954,283 werden Mahlgarnituren gezeigt, die aus einer Vielzahl von Einzelteilen, das sind alternierend angeordnete Abstandshalter und Messerleisten zusammen gesetzt und dann z.B. verlötet oder hochtemperatur-diffussions-verschweißt werden.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Verfahren zur Herstellung von Garnituren so zu gestalten, dass die Herstellung wesentlich vereinfacht wird und dennoch besonders geeignete harte Materialien für hoch beanspruchte Bearbeitungselemente verwendet werden können.

[0010] Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

[0011] Das an sich bekannte Laserschweißverfahren entwickelt im Zusammenhang mit der gestellten Aufgabe besondere Vorteile. Zunächst einmal liefert dieses Verfahren besonders feste Verbindungen, was bei Garnituren der hier betrachteten Art erforderlich ist. Wegen der Möglichkeit, mehrere Millimeter tief in das Werkstück einzudringen, spricht man auch vom "Tiefschweißen". Das "Tiefschweißen" ist gerade dann von besonderem Vorteil, wenn zwischen den Bearbeitungselementen Abstand haltende Mittel vorgesehen sind, da sich an deren Kontaktstellen mit den Bearbeitungselementen Flächen befinden, die gut zum Verschweißen geeignet sind. Die eigentliche Durchführung des Schweißens hat ökonomische Vorteile, da an die zu verbindenden Flächen nicht die hohen Anforderungen gestellt werden müssen, wie es z.B. beim Hochtemperaturlöten oder Diffusionsschweißen der Fall wäre. Insbesondere die Passform, also die Toleranzen der Kontaktpartner, kann relativ großzügig bemessen werden, und besondere Maßnahmen zur Reinigung der Oberflächen sind nicht erforderlich. Laserschweißvorrichtungen arbeiten bekanntlich sehr präzise und gestatten eine weitgehende Automatisierung des Schweißvorganges. Da in den meisten Fällen wegen der parallel stehenden Messer eine Mehrzahl von Schweißnähten parallel auf dem Werkstück gezogen werden, ist dieser Arbeitsgang relativ kostengünstig, schon deshalb, weil mehrere parallele Nähte gleichzeitig erzeugt werden können.

[0012] Es gibt auch die Möglichkeit, Mahlgarnituren dieser Art aus Einzelelementen mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Schweißverfahrens zusammen zu fügen. Solche Verfahren liefern hohe Festigkeiten, sind aber oft aufwändiger als Laserschweißen.

[0013] Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1

eine erfindungsgemäß hergestellte Messergarnitur in perspektivischer Ansicht;

Fig. 2

Teil einer Mahlgarnitur während des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3

Mahlgarnitur im Schnitt mit speziellem Grundkörper;

Fig. 4

90°-Segment einer Mahlgarnitur für Scheibenrefiner.

[0014] In Fig. 1 ist eine bereits verschweißte Garnitur perspektivisch und teils geschnitten dargestellt, bei der eine Maske 3 zum Abstand halten dient. Die Dicke c der Maske 3 ist in der Regel zwischen zwei und zehn Millimetern groß, sofern der Grundkörper 1 als massive Platte ausgebildet ist. Dabei sind hier sowohl Bearbeitungselemente 5 mit der Maske 3 als auch Maske 3 mit dem Grundkörper 1 durch Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen verbunden. Die Schweißnähte 9 zwischen dem Bearbeitungselement 5 und der Maske 3 verlaufen insbesondere an den Kontaktflächen dieser beiden Bauteile. Am rechts dargestellten Bearbeitungselement 5 ist ein Spalt 8 angedeutet, der vor dem Schweißen zwischen dem Bearbeitungselement 5 und der Maske 3 verbleiben kann. Dieser Spalt 8 ist nicht maßstäblich gezeichnet. Entscheidend und von Vorteil ist, dass an dieser Stelle keine sehr enge Passung gewählt werden muss, was die Herstellungskosten wesentlich erhöhen würde. Die Maske 3 ist hier durch Laserschweißen mit dem Grundkörper 1 verbunden, was durch Schweißnähte 9' angedeutet ist.

[0015] Die Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäß hergestellte Garnitur, bei der wiederum eine Maske 3 verwendet wird, die mit einer größeren Anzahl von durchgehenden Öffnungen 4 versehen ist. Die Bearbeitungselemente 5 sind leistenförmig und können z.B. aus gewalzten Profilen hergestellt sein. Sie haben eine über die Höhe konstante Grundfläche 6. Die Öffnungen 4 der Maske 3 und die Form der Grundfläche 6 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich das Bearbeitungselement leicht in die Öffnung 4 einsetzen lässt, was hier in der ganz links gezeichneten Öffnung 4 bereits erfolgt ist. Danach erfolgt das Schweißen. Die Maske 3 kann mit dem Grundkörper 1 im selben Arbeitsgang durch Laser verschweißt werden oder auch konventionell. Es bilden sich die Schweißnähte 11.

[0016] In Fig. 3 ist der Aufbau einer speziellen Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten Garnitur im Schnitt dargestellt. Man erkennt, dass der Grundkörper 1' bei dem hier gezeigten Beispiel aus drei aufeinander gelegten Blechlamellen 12, 12', 12" besteht, die jeweils die gleiche Dicke (z.B. 6 mm) haben können. Die oben gezeichnete Blechlamelle 12 ist mit einer Unterplatte 13 und diese wiederum mit der Maske 3 verbunden, die - wie bereits beschrieben - mit Bearbeitungselementen 5 versehen wurde. Dadurch ist der Grundkörper 1' nicht massiv gestaltet, sondern als Stützrahmen aufgebaut mit tragenden Bereichen, in denen sich auch die Schraubenlöcher 10 befinden. Zwischen den tragenden Bereichen werden in den Blechlamellen 12, 12', 12" Hohlräume 14 frei gelassen, was Gewicht und Materialkosten einspart. Die Unterplatte 13 ist den Festigkeitsanforderungen entsprechend dimensioniert (eventuell auch gleich dick wie die Blechlamellen 12, 12', 12") und kann die von der Mahlung herrührenden Druckkräfte über den Hohlräumen 14 aufnehmen. Die Blechlamellen 12, 12', 12" können im selben Arbeitsgang miteinander und mit der Unterplatte 13 verschweißt werden. Die Festigkeitsanforderung an diese Verbindungen sind geringer als die zwischen Bearbeitungselementen 5 und Maske 3. Der schichtenweise Aufbau des Grundkörpers 1' hat insbesondere den Vorteil, dass sich seine Herstellung verbilligen lässt und dass er leichter wird. Die Außenkontur, die Hohlräume 14 und die Schraubenlöcher 10 lassen sich günstig durch Laserschneiden erzeugen.

[0017] Die gezeigten Garnituren können z.B. als Mahlsegmente - siehe Fig. 4 - für einen Scheibenrefiner verstanden werden, die bekanntlich eine Vielzahl von leistenförmigen Bearbeitungselementen 5 und dazwischen liegenden Nuten 2 enthalten. Solche Garnituren werden auch Messergarnituren genannt. Sie sind mit Schraubenlöchern 10 versehen und werden auf den Rotor oder den Stator eines Scheibenrefiners aufgeschraubt. Vier solcher Kreisringsegmente können zu einem kompletten Ring zusammengesetzt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Garnituren (2) für das mechanische Bearbeiten, insbesondere Mahlen von wasserhaltigem Papierfaserstoff, die sich zusammensetzen aus

- mindestens einem Grundkörper (1, 1') und

- mindestens einer Bearbeitungseinheit, welche eine Vielzahl von durch Bearbeitungselemente (5) gebildete Vorsprünge aufweist, die bei der betriebsgemäßen Benutzung der Garnitur (2) vom Faserstoff berührt werden sowie Abstand haltende Mittel zwischen den Bearbeitungselementen (5),

wobei Grundkörper (1, 1'), Bearbeitungselemente (5) und Abstand haltende Mittel getrennt hergestellt werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass Bearbeitungselemente (5) und Abstand haltende Mittel durch Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass Grundkörper (1, 1') und Bearbeitungseinheit durch Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen miteinander verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abstand haltenden Mittel durch eine Maske (3) gebildet werden, die mit Öffnungen (4) versehen ist, deren Form der der Grundfläche (6) der Bearbeitungselemente (5) im Wesentlichen entspricht,
dass die Bearbeitungselemente (5) in die Öffnungen (4) der Maske (3) eingesetzt werden und
dass Bearbeitungselemente (5) und Maske (3) durch Laserschweißen oder Elektronenstrahlschweißen miteinander verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Öffnungen (4) die Maske (3) vollständig durchdringen.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schweißnähte in die sich zwischen Bearbeitungselementen (5) und Maske (3) bildenden Spalten (8) gelegt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass im selben Arbeitsgang auch die Maske (3) mit dem Grundkörper (1, 1') verschweißt wird.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schweißen mit einem Schweißautomaten durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bearbeitungselemente (5) parallel zueinander angeordnet werden und dass mehrere Schweißnähte gleichzeitig gebildet werden.

Zeichnung