AT505920B1 - Hydrozyklon aus ultrahochmolekularem polyethylen - Google Patents

Description

2 AT 505 920 B1

Die Erfindung betrifft einen Hydrozyklon.

Ein Hydrozyklon ist Fliehkraftabscheider welcher als wichtigstes Element einen einem im wesentlichen rotationssymmetrischen, länglichen Hohlraum mit im wesentlichen vertikal angeordneter Achse beinhaltet. Im oberen Bereich wird in diesen Hohlraum Flüssigkeit oder Luft tangential zur Umfangsrichtung eingeblasen bzw. eingepumpt. Auf Grund von Fliehkraft wird spezifisch schweres Medium nach außen, also an die Mantelfläche des Hohlraums gedrückt, leichtes Medium wird eher zur Achse des Hohlkörpers gedrängt. Dadurch können Festkörper von Luft oder Flüssigkeit, sowie schwerere von leichterer Flüssigkeit getrennt werden. Zumeist ist die Hohlkammer in dem Bereich in dem das Medium eingebracht wird kreiszylinderförmig ausgebildet, in dem darunter daran anschließenden Bereich verengt sie sich konisch (kegelförmig) nach unten hin. Das schwerere Medium wird aus einer Öffnung am unteren Ende des Hohlraumes aus diesem entfernt, das leichtere Medium wird zumeist aus einer Öffnung in der Mitte der oberen Stirnfläche aus dem Hohlraum abgeleitet..

Durch im Fluid enthaltene feste Partikel ist das den Mantel des Hohlraumes umgebende Material Verschleiß ausgesetzt. Es wird durch daran gleitende harte Partikel abgetragen und es können Partikel an rauen Stellen der Wand festkleben, was zu störenden Verwirbelungen führt.

Schon 1964 wurde in der US 3,136,723 A vorgeschlagen, die Mantelwand um den Hohlraum im unteren Bereich, an dem der Abrieb besonders stark auftritt, anstatt aus Gummi, als Keramikteil auszuführen.

In der US 4,053,393 A und in der GB 1 509 217 A wird 1977 bzw. 1978 eine spezielle Bauweise vorgeschlagen, wonach die Mantelfläche des Hydrozyklons aus mehreren, koaxial zueinander angeordneten und aneinander anliegenden liegenden Teilen aufgebaut ist, wobei der innere Teil als Verschleißteil austauschbar ist.

Die US 4,539,105 schlägt vor, die den Innenteil eines Hydrozyklons aus Aluminiumoxyd-Keramik auszubilden und ihn mit einem Thermoplast, wie beispielsweise Polyethylen zu umgeben. Es wird auf die genauere Verbindungsmethode zwischen Keramik und Kunststoff eingegangen.

In der GB 2 214 741 A und in der EP 1 502 652 A1 wird ein Aufbau für einen Hydrozyklon aus Teilen aus Wolframcarbid und aus Edelstahl vorgeschlagen.

In der EP 1094901 A1 (WO 00/03809 A1) wird ebenfalls vorgeschlagen einen Hydrozyklon in Bereich besonderen Abriebes mit einem austauschbaren, verschleißfesteren Einsatz auszustatten. Als Material dafür wird Hartgummi, Hartmetall oder Metalloxid vorgeschlagen.

In der DE 100 13 337 A1 wird vorgeschlagen, den besonders beanspruchten Bereich aus einem pulvermetallurgisch hergestellten, gesinterten Hartstoff auszubilden. Nicht ganz so stark beanspruchte Teile können aus einem nichtmetallischen Hartstoff ausgeführt sein. Diese können durch Hartstoffphasendiffusion gehärtet oder durch Abscheidung von Hartstoffphasen beschichtet sein.

Die bisher beschriebenen Bauweisen führen zu guten Ergebnissen bezüglich Verschleißfestigkeit. Sie sind aber mit hohen Stückkosten verbunden, insbesondere dann, wenn nur kleine Stückzahlen einer Bauweise benötigt werden. Das rasche Anfertigen von Einzelstücken ist praktisch überhaupt nicht möglich.

Es werden auch Hydrozyklone aus Stahl eingesetzt. Diese haben den Nachteil, dass sie schnell verschleißen und den Vorteil, dass sie rasch und relativ unkompliziert auch als Einzelstücke hergestellt werden können. Bezogen auf die Trennleistung des Gerätes sind sie auch teuer. 3 AT 505 920 B1

Es werden auch Hydrozyklone verwendet, die als Kunststoffspritzgussteile gefertigt sind. Sie verschleißen auch schnell, weisen aber geringe Stückpreise auf wenn sie in großer Stückzahl benötigt werden. Wenn sie in geringer Stückzahl oder als Einzelstücke benötigt werden, sind sie auf Grund der Werkzeugkosten sehr teuer.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht demgegenüber darin ein Material für die von Verschleiß beanspruchten Teile eines Hydrozyklons bereitzustellen, welches sowohl gute Verschleißbeständigkeit als auch geringe Kosten je Stück, sowohl bei niedrigeren Stückzahlen, als auch bei hohen Stückzahlen ermöglicht.

Zum Lösen der Aufgabe wird vorgeschlagen zumindest die auf Verschleiß beanspruchten Teile des Hydrozyklons, besser aber zumindest den gesamten Mantel des Hydrozyklons, aus ultrahochmolekularem Polyethylen herzustellen.

Ultrahochmolekulares Polyethylen (Abgekürzt PE-UHMW oder UHMW-PE, wobei "UHMW" für "ultra high molecular weight" steht) weist sehr lang verkettete Moleküle auf.

Es hat eine mittlere Molmasse von bis zu 6000 kg/mol. Hochmolekulares PE hat im Vergleich dazu eine mittlere Molmasse von 500 bis 1000 kg/mol. Da PE-UHMW sehr hochviskos ist, kann es nicht wie übliche Kunststoffe spritzgegossen oder extrudiert werden. Im Normalfall werden Teile durch spanabhebende Bearbeitung aus einem typischerweise plattenförmigen Halbzeug hergestellt. Das Halbzeug wird im Normalfall durch Sintern eines feinen Pulvers mit einem mittleren Teilchendurchmesser von typischerweise 100 bis 200 pm gebildet.

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung veranschaulich.

Fig. 1: zeigt in einer Schnittansicht mit achsparalleler Schnittfläche einen Teilbereich eines beispielhaften erfindungsgemäßen Hydrozyklons.

Der Hydrozyklon gemäß Fig. 1 besteht aus zwei miteinander verschraubten einzelnen Teilen 1, 2 aus ultrahochmolekularem Polyethylen. Die Teile sind um eine gemeinsame Symmetrieachse rotationssymmetrisch und umschließen gemeinsam einen sich von oben nach unten kegelstumpfartig verengenden Hohlraum 10. Beide Teile 1, 2 können gebildet werden, indem erst aus einer Halbzeugplatte, welche typischerweise 15 cm Stärke aufweisen kann, Quaderstücke herausgeschnitten werden, deren Querschnittsabmessungen knapp größer als der Durchmesser der herzustellenden Teile ist und dann auf einer Drehbank abgedreht werden.

Die Teile 1 und 2 werden durch eine Gewindeverbindung aus Mutterngewinde 1.1 und Schraubengewinde 2.1 aneinander gehalten. An der an den Hohlraum 10 angrenzenden Fläche 3 liegen die beiden Teile 1 und 2 mit Stirnflächen dichtend aneinander an. Wichtig ist, dass am Übergang vom oberen Teil 1 zum unteren Teil 2 der untere Teil keinesfalls in den Hohlraum 10 vorspringt. Wie in Fig. 1 etwas übertrieben dargestellt, ist es vorteilhaft am Übergang vom oberen Teil 1 zum unteren Teil 2, einen kleinen Rücksprung der Mantelfläche des Hohlraums auszubilden. Das heißt an der unteren Stirnfläche des oberen Teiles 1 sollte der Durchmesser des Hohlraumes 10 geringfügig größer sein als an der oberen Stirnfläche des unteren Teiles 2. Damit kann gesichert werden, dass an dieser Stelle nicht der untere Teil 2 in den Hohlraum 10 vorspringt und eine Art Podest bildet, an welchem die Strömung des Mediums gestaut werden würde, was sehr störend wäre.

Eine Scheibe 4, welche zwischen zwei nicht an den Hohlraum 10 angrenzenden Stirnflächen der beiden Teile 1, 2 angeordnet ist, und beim Aneinanderschrauben dieser Teile elastischen verformt wird, wirkt als Schraubensicherung und kann auch als zusätzliche Dichtung wirken.

Es ist vorteilhaft, die Gewindeverbindung 1.1, 2.1 zwischen den beiden Teilen 1 und 2 mit einem derartigen Drehsinn auszubilden, dass die Drehrichtung der erforderlichen Relativdrehung

Claims (5)

1. 4 AT 505 920 B1 des unteren Teiles 2 zum oberen Teil 1 um den Teil 2 am Teil 1 festzuschrauben, die gleiche Drehrichtung ist, mit der das zu behandelnde Fluid im Hydrozyklon rotiert. Die Reibung des Fluids am unteren Teil 1 wirkt dann festdrehend und nicht lockernd auf die Gewindeverbindung. Selbstverständlich sind auch andere Verbindungen und Dichtungsvarianten zwischen einzelnen Teilen 1, 2 denkbar und sinnvoll möglich. Insbesondere ist dabei an konische Steckverbindungen, an Flanschverbindungen, an Klebeverbindungen und an Schweißverbindungen zu denken. Vor allem bei Anwendung von Schweißverbindungen kann es sinnvoll sein, einzelne Teile erst zu verbinden und dann auf die endgültige Form abzudrehen oder abzufräsen. Natürlich kann man auch einen ganzen Hydrozyklon aus einem einzigen, langen Rohteil aus PE-UHMW herausdrehen. Für viele übliche Längen von Hydrozyklonen ist das aber schwieriger, als mehrere kürzere Stücke zu drehen und diese zusammenzufügen. PE-UHMW ist pro Volumen deutlich teurer als die üblichen spritzgussfähigen Kunststoffe und als sehr viele Stähle, bezüglich seiner Abriebbeständigkeit reicht es aber in dem hier vorliegenden Einsatzfall an die im Allgemeinen teureren, ansonsten dafür in Frage kommenden keramischen Werkstoffen heran. Die Stückzahlen der einzelnen Teile sind für den Anwendungsfall Hydrozyklon nicht sehr hoch, sodass Formkosten, wie sie für Keramikteile und für Kunststoffspritzgussteile anfallen, auf die Einzelstückkosten erheblich durchschlagen. Für Teile aus PE-UHMW, für Hydrozyklone fallen keine Formkosten an. Damit ist das Material PE-UHMW für die auf Abrieb beanspruchten Teile von Hydrozyklonen, zumindest bezogen auf die damit verarbeitbare Durchsatzmenge, bei weitem wirtschaftlicher als die bisher dafür vorgesehenen Materialien. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass auch Einzelstücke, Muster und Prototypen sehr schnell und auch kostengünstig herstellbar sind. Patentansprüche: 1. Hydrozyklon, dadurch gekennzeichnet, dass die den Hohlraum (10), in welchem die bestimmungsgemäße Trennung von Medien stattfindet, begrenzende Mantelfläche aus ultrahochmolekularem Polyethylen besteht.
2. 2. Hydrozyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelner Längsabschnitt ausschließlich aus einem einzigen Stück (1, 2) aus ultrahochmolekularem Polyethylen besteht, welches eine ringförmige Querschnittsfläche aufweist, deren innere Randlinie an den Hohlraum (10) angrenzt und dessen äußere Randlinie an der äußeren Oberfläche des Hydrozyklons liegt.
3. 3. Hydrozyklon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der den Hohlraum (10) begrenzende Teil aus ultrahochmolekularem Polyethylen als Drehteil gefertigt ist.
4. 4. Hydrozyklon nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass längs des Hohlraumes (10) mehrere Teile (1, 2) aus ultrahochmolekularem Polyethylen aneinander angeordnet und miteinander verbunden sind.
5. 5. Hydrozyklon nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Teile (1, 2) durch eine Gewindeverbindung miteinander verbunden sind, wobei die Drehrichtung in welcher der untere Teil (2) relativ zum oberen Teil (1) gedreht werden muss um an diesem festgeschraubt zu werden, gleich jener Drehrichtung ist, welche das Fluid im Hohlraum (10) inne hat. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen