DE19626557B4

DE19626557B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von rohem Pflanzenmaterial

Info

Publication number: DE19626557B4
Application number: DE1996126557
Authority: DE
Inventors: Kurt Böhler; Hans-Dieter Stürmer
Original assignee: Stuermer Hans-Dieter Dipl-Chem
Current assignee: BOEHLER, KURT, 76275 ETTLINGEN, DE; ST?RMER, HANS-DIETER, DIPL.-CHEM., 79117 FREIBURG,
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: DE19626557A1

Abstract

Verfahren zur Aufbereitung vorn rohem Pflanzenmaterial zum Zwecke der Gewinnung von feinstrukturierten Fasermassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Pflanzenmaterial durch geschliffene Stahlmesser bei hoher Umlaufgeschwindigkeit pulsierend beaufschlagt und fibrilliert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von rohem Pflanzenmaterial zum Zwecke der Gewinnung von feinstrukturierten Fasermassen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Beschreibung:
Die Verwendung nachwachsender Rohstoffe auf Basis von Pflanzenfasern setzt voraus, dass der Schritt von den getrockneten Pflanzenteilen zu mechanisch und chemisch möglichst homogenen Fasermassen zuverlässig realisiert werden kann.
Natürliche Faserrohstoffe sind Bündel der einzelnen Feinfasern (Fibrillen), teilweise verholzt und damit relativ hart, teilweise bestehen auch – so bei Hanf und Lein – Zonen leicht verdichteter Fasern, die sich leicht voneinander trennen lassen, neben solchen, die sich nur schwer in die Feinstruktur auflösen. Bei der klassischen Aufbereitung der genannten Stoffe werden die dadurch entstehenden Rückstände Schäben genannt.
Die klassische Aufbereitung beruht darauf, dass sich die Faserbündel bei grober mechanischer Einwirkung in Form von Quetsch- oder Schlagvorgängen weitgehend voneinander lösen, die nicht aufgelösten Schäben werden dann mechanisch abgetrennt und die feinen Faserbündel durch Hecheln weiter strukturiert.
Dieser Vorgang wird – von der traditionellen Handbearbeitung abgesehen – heute zumeist mit relativ langsam taufenden Mühlen nach dem Prinzip der Hammermühle oder Prallmühle, teilweise auch der Sternwalzenmühle durchgeführt.
Dabei kommt es zu zwei Problemen, die auf die Qualität der gewonnenen Fasermasse Rückwirkungen haben: zum einen wird ein erheblicher Teil der Fasern gequetscht (unter Zerstörung von Zellstrukturen), was bei deren Gebrauch eine geringere Elastizität und verminderte Aufnahmefähigkeit für Luft, Feuchte und Flüssigkeiten zur Folge hat. Zum andern neigen gerade die textiltechnisch besonders erwünschten langen Fasern dazu, sich um die Walzen aufzuwickeln, was den gesamten Aufbereitungsvorgang zum Stillstand bringen kann.

Weiterhin sind Mahleinrichtungen bekannt ( DE 3212762 A1 ), die wie in einer Hammermühle Biomasse zu faserigen Partikeln zerkleinern. Der faserige Charakter dieses Zerkleinerungsgutes ist deshalb erforderlich, um es zum Pressen von Briketts ohne Bindemittel geeignet zu machen. Besonders wichtig ist hier, dass durch einen besonderen Schneidvorgang eine Zerkleinerung erzielt wird.

Auch bei einem bekannten Verfahren zur Gewinnung von Flachsfasern ( DE 4416805 A1 ) handelt es sich um Kurzfasern, denn von den Flachsstängeln werden mittels sich relativ zueinander bewegender Messer Abschnitte einer Länge zwischen 2 mm und 12 mm abgeschert. Das Zerschneiden der Flachsstängel erfolgt mittels einer mit pendelnd aufgehängten Messern bestückten, drehend angetriebenen Messerscheibe, deren Messer mit einer stationären Gegenscheibe zusammenwirken.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, wonach aus rohem Pflanzenmaterial eine sehr homogene, fein fibrillierte Fasermasse großer Faserlänge, z.B. zwischen 50 und 110 mm, bei guter Elastizität ohne Schneidvorgänge gewonnen wird und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände dieser Ansprüche sind in den Ansprüchen 2 bis 6 und 8 bis 11 angegeben.

Das Pflanzenmaterial wird durch geschliffene Stahlmesser bei hoher Umlaufgeschwindigkeit pulsierend beaufschlagt und fibrilliert. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, dass das Pflanzenmaterial bei Umlaufgeschwindigkeiten von etwa 4000 bis zu 8000 Umdrehungen je Minute (abhängig vom Durchmesser der Mühle) beaufschlagt wird.

Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch, dass das Pflanzenmaterial teilweise quer zu seiner Schubrichtung, auch in Wirrlage, beaufschlagt wird und die Fibrilliarung durch direkte Trennwirkung und die bei der inneren Reibung entstehenden Zugkräfte feinstrukturiert wird. Zur Steigerung der inneren Reibung kann dem Pflanzenmaterial ein Mineral, z.B. Tonerde oder Quarzsand, beigegeben werden.

Als Pflanzenmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich im Besonderen Einjahrespflanzen, wie Stroh von Hanf, Flachs, Öllein, Nessel, aber auch Bambus- und Schilfarten, Ramie oder Getreide.

Weitere Einzelheiten der Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschreibungsteil entnehmen, in dem anhand von Abbildungen ein ausführliches Beispiel der Erfindung näher erläutert wird:
1: Beispiel für das Anordnungsprinzip auf einer zylinderförmigen Walze,
2: Beispiel für das Anordnungsprinzip auf einem sternförmigen Träger.
3: Neigung des Messerstahls propellerartig.
Die Messermühle besteht aus einer sich drehenden Achse, an der – senkrecht zur Achsenrichtung – fest oder drehbar zahlreiche (mindestens 12, vorteilhaft sind bspw. 72 Messerstücke) Stahlstücke befestigt werden, deren Arbeitskante jeweils zu einem Messer geschliffen wird. Erfindungsgemäß sind diese Schliffe für die bei Mühlen üblichen Verhältnisse sehr schmal (0,5 bis 2 mm), so dass die geschliffenen Messer in großer Anzahl auf einer schnell drehenden (z.B. 4000 bis 8000 Umdrehungen je Minute) Walze angebracht werden können.
Es sind zwei verschiedene Messeranordnungen möglich:
1: Beispiel für das Anordnungsprinzip auf einer zylinderförmigen Walze,
2: Beispiel für das Anordnungsprinzip auf einem sternförmigen Träger.
Dabei ist wesentlich zu beachten, dass im Außenbereich der mit Messern bestückten Welle keine Einkerbungen, Vertiefungen, Ausbuchtungen o.dgl. den Gang der Fasermasse behindern. Die Messerbefestigung wird daher vorteilhafterweise versenkt in die tragende Achse oder die Hülle der Hauptwalze eingebaut.
Es kann vorteilhaft sein, die Ebene der Messerstücke gegenüber der Drehebene zu neigen; auf diese Weise arbeitet sich die Messermühle teilweise leichter durch das Material, das Prinzip dieser Anordnung zeigt 3.
Bei geeigneter Führung der zu bearbeitenden Masse bewirken die durch die Messermühle entstehenden hochfrequenten Schläge auf die rohen Faserbündel, dass diese teilweise untereinander reiben, wobei es zu einem quetschfreien, ziehenden Zerreißen in Längsrichtung der Faserbündel kommt. Es ergibt sich eine wollartige Konsistenz des Produktes.
Dieser Effekt kann durch Zugabe von Mineralien, bspw. Tonerde, Quarzsand o.dgl., noch gesteigert werden. Mit einem einzigen Arbeitsgang lassen sich so auch sehr inhomogene Fasermassen aufbereiten.
Eine besonders vorteilhafte Gestaltung stellt die Kombination der genannten Prinzipien zur Konstruktion der Messermühle mit einem dafür angepassten Stator dar. Es hat sich gezeigt, dass ein nicht rotationssymmetrischer Querschnitt – beispielsweise ein Oval – als Form des Stators zu einem zeitweiligen Ausweichen des teilbehandelten Rohmaterials führt, was positive Auswirkungen auf die Elastizität der Fasern zur Folge hat.
Die Funktion des Stators als Führungshülle für das zu behandelnde Material kann mit seiner Funktion als Siebwerk, Prall- oder Reibewand kombiniert werden, indem zur Führung Stäbe, Gitter oder geriffelt bzw. rauh gestaltete Blechwände Verwendung finden.
Auch die Anordnung stehender Messer an der Wandung kann bei einigen Faserarten Vorteile bieten.
Das Konstruktionsprinzip führt außerdem zu einer relativ leichten Form der die Faseraufbereitung bewerkstelligenden Vorrichtung, so dass diese mobil gestaltet werden kann, um beispielsweise auch direkt auf dem Feld eingesetzt zu werden.
Vorteilhafte Konstruktionsformen ergeben sich ferner dadurch, dass eine Messermühle nach dem geschilderten Prinzip in Modulbauweise hergestellt werden kann, so dass – beispielsweise in an sich bekannter Weise mit Klauenkupplungen oder entsprechenden Aufnehmern – mehrere gleichartige oder kompatible Einheiten zu einer längeren Walze vereint werden können.
Die Vorrichtung kann mit herkömmlichen peripheren Einheiten kombiniert werden, so vorteilhaft bspw. mit einem Ballenauflöser vor der Messermühle und einem Siebgerät sowie einem Sammelbehälter nachgeschaltet, womit weitere die Qualität verbessernde Behandlungsvorgänge durchgeführt werden können.
Eine weitere Variante ergibt sich dann, wenn die Ebene des Messerstahls nicht vollkommen flach in Drehrichtung liegt, sondern leicht im Sinne der Anordnung bei einem Propeller geneigt wird. Auf diese Weise lässt sich ein Einfluss auf die Fördergeschwindigkeit nehmen und dem Verstopfen der Mühle bei schwergängigen Materialien vorbeugen, vgl. hierzu 3.

Claims

Verfahren zur Aufbereitung vorn rohem Pflanzenmaterial zum Zwecke der Gewinnung von feinstrukturierten Fasermassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Pflanzenmaterial durch geschliffene Stahlmesser bei hoher Umlaufgeschwindigkeit pulsierend beaufschlagt und fibrilliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pflanzenmaterial bei Umlaufgeschwindigkeiten von etwa 4000 bis zu 8000 Umdrehungen je Minute (abhängig vom Durchmesser der Mühle) beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pflanzenmaterial teilweise quer zu seiner Schubrichtung, auch in Wirrlage, beaufschlagt wird und die Fibrillierung durch direkte Trennwirkung und bei der inneren Reibung entstehende Zugkräfte feinstrukturiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Pflanzenmaterial ein Mineral zur Steigerung der inneren Reibung beigegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Mineral Tonerde oder Quarzsand beigegeben wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Beaufschlagungs- und Fibrillierungsvorgang periphere Behandlungsvorgänge, insbesondere je ein Füll- und Absiebvorgang, zugeschaltet werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Hülle an einer Walze direkt oder an über Trägerarme und daran mit Haken oder Klauenaufnahme befestigten Trägerwellen Messer befestigt sind, die mit hoher Geschwindigkeit das durch Leitbleche herangeführten Pflanzenmaterial pulsierend beaufschlagen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messer drehbar befestigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle als Stator fungiert und im Querschnitt nicht rotationssymmetrisch gestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle als Gitter, Sieb oder Reibefläche gestaltet oder mit stehenden Messern, die keine schneidende Funktion haben, bestückt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskante der Messer besonders schmal (unter 2 mm) gestaltet ist und die Messer teilweise versenkt und/oder propellerartig geneigt angebracht sind.