CH620374A5

CH620374A5 -

Info

Publication number: CH620374A5
Application number: CH1426876A
Authority: CH
Inventors: Ernst Adolf Dr Jaeger
Original assignee: Flottweg Werk Bruckmayer
Priority date: 1975-11-18
Filing date: 1976-11-12
Publication date: 1980-11-28
Also published as: DK154476B; DK516576A; DE2551789A1; FR2332063A1; US4085888A; DK154476C; SE7612720L; IT1069071B; JPS5276772A; GB1566439A; FR2332063B1; SE427729B; DE2551789C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung, nämlich die kontinuierliche Trennung besonders schwer zu dekantierender Suspensionen unter Einsatz einer Vollmantel-Schnek-kenzentrifuge mit gegenüber dem rotierbaren Mantelteil mit Differenzdrehzahl umlaufenden Schneckenteil, von welchen Teilen einer an ein Antriebsaggregat angeschlossen ist und mit dem anderen Teil durch einen zwischengeschalteten, über eine Drehdurchführung gespeisten Hydraulikmotor in Verbindung steht. Eine Zentrifuge dieser Art ist beispielsweise aus der DE-OS 2 432 284 entsprechend der US-PS 3 923 241 bekannt.

Bei dieser bekannten Zentrifuge lässt sich die Differenzdrehzahl zwischen dem Mantel und der Schnecke von Hand steuern. Damit ergibt sich zwar die Möglichkeit der Einstellung der Differenzdrehzahl in Anpassung an die Konsistenz und die Abscheidebedingungen der jeweils zu verarbeitenden Suspension, fällt die Suspension jedoch in unterschiedlicher Konsistenz an, wie dies etwa bei Klärschlamm der Fall ist, so bedarf es einer ständigen Betriebsüberwachung und einer entsprechenden Einflussnahme auf den zwischen dem Mantelteil und dem Schneckenteil angeordneten Hydraulikmotor derart, dass die Menge und/oder der Druck des diesem zweiten Hydraulikmotor zugeführten Druckmittels mit Hilfe einer Differenzdrehzahl- und/oder Drehmomentregeleinrichtung entsprechend bestimmt wird.

Mit Hilfe dieser Regeleinrichtung gelingt es, einen kontinuierlichen Betriebszustand der Zentrifuge zu gewährleisten. Darüberhinaus lässt sich auch die Arbeitsleistung der Zentrifuge optimal einstellen, ohne dass die bisher dazu erforderlichen grossen Sicherheitsbereiche in Drehmoment bzw. Volumendurchsatz vorgesehen sein müssen. In diesen Fällen orientiert sich die Sollgrösse an einem nach einer kritischen Grösse bemessenen Wert, bei dessen Über- bzw. Unterschreiten die Differenzdrehzahl zwischen Trommel und Schnecke im Sinne auf die Wiederherstellung der Sollgrösse zu geändert wird. Diese Feststellung der kritischen Werte kann durch Messen geschehen, solche Werte können aber auch fest vorgegeben sein.

Die vorligende Erfindung beschäftigt sich mit der Behandlung von Suspensionen, deren Eigenart sie für einen Trennvorgang mit Hilfe eines Dekanters der hier in Frage stehenden Art besonders schwierig macht, weil ihre Feststoffe unter Belastungen wie Druck und Erwärmung zu mehr oder weniger plötzlichen Änderungen ihrer Konsistenz neigen. Die Trennung solcher Suspensionen soll erleichtert werden.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass man nach optimaler Feststoffansammlung die Feststoffbelastung überwacht und bei Erreichen von Belastungswerten kurz un2

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terhalb von diesen Feststoffen eigenen Grenzwerten durch Änderung der Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel des Dekanters herabsetzt. Diese Herabsetzung der mechanischen Belastung kann durch Verringerung der Trommeldrehzahl unterstützt werden.

Es handelt sich bei diesen schwierig zu dekantierenden Suspensionen sowohl um solche, deren Feststoffe bereits in einem hier in Frage kommenden Bereich von Wärme-und/oder mechanischer Belastung dazu neigen, ihren Aggregatzustand wieder hin zum flüssigen zu ändern, wie auch um solche, deren Feststoffe dazu neigen, sich bei diesen Belastungen zu grösseren Einheiten zu verfestigen, beides Erscheinungen, die zur Aufrechterhaltung des Zentrifugenbetriebes bzw. nachgeschalteter Arbeitsgänge unbedingt vermieden werden müssen.

Als Beispiel für solche Suspensionen, deren Feststoffe unter den vorerwähnten Belastungen zum Erweichen neigen, wird die Gewinnung von thermoplastischem Kunststoff, insbesondere von Polyvinylchlorid, im folgenden näher dargelegt: Die Kunststoffpartikel sind als ausgefällte Produkte in einer Lösung vorhanden, die als Suspension der Zentrifuge für die Abtrennung der Kunststoffpartikel als Feststoff zugeführt werden. Dieser Trennvorgang bestimmt zunächst die Trommeldrehzahl als insoweit konstante Grösse. Über die Trommeldrehzahl muss unter Berücksichtigung des spezifischen Gewichtsverhältnisses zwischen Feststoff und Lösung die erforderliche Zentrifugalkraft zur Verfügung gestellt werden. Um einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen und einen guten Trocknungsgrad zu erreichen, ist man bestrebt, relativ viel Feststoff in den Fördergängen der Schnecke anzusammeln, und zwar in dem Bereich, in welchem der Feststoff aus dem Teich im Trennraum der Zentrifuge herausgeführt wird. Bei einer angestrebten optimalen Ansammlung von Feststoff erreicht man, dass dieser in Richtung der Förderbewegung relativ früh aus dem Teich herausragt, die sich an den Teich anschliessende Trockenstrecke bis zum Auswurf kann dann ausreichend sein, um eine Entwässerung des Feststoffes je nach Produkt z. B. auf etwa 10% Festfeuchte oder weniger hochzutreiben.

Die Grössenordnung der Feststoffansammlung ist eine Funktion der Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel und hängt im übrigen von der Konsistenz der eingegebenen Suspension ab, die Schwankungen unterworfen ist.

Die Beaufschlagung des Feststoffes hin zum Plastifizieren durch den Druck ist gegeben einmal von Seiten der Trommeldrehzahl und zum anderen von Seiten des Füllungsgrades. Die Trommeldrehzahl liefert die Zentrifugalkraftkomponente, der Füllungsgrad bestimmt die Druckbeanspruchung durch die Schnecke. Überschreitet der sich in den Fördergängen der Schnecke ansammelnde Feststoff aufgrund der nicht kontinuierlichen Arbeitsverhältnisse ein bestimmtes Volumen, so kann aufgrund begrenzter Förderleistung der Schnecke die Ansammlung so hoch anwachsen, dass der Feststoff immer weniger Platz in den Fördergängen findet, wodurch sich der Druck von einem bestimmten Füllungsgrad ab schlagartig erhöht. Diese Erscheinung führte bislang zum Plastifizieren des Kunststoffes und damit zum Ausfall der Maschine sowie zu Störungen der weiterverarbeitenden Einrichtungen, soweit diesen plastifizierter Kunststoff zugeführt wird. Da die Belastung des Feststoffes von der Schneckennabe aus gesehen bis hin zur Trommelinnenwand ansteigt, findet an letzterer das Plastifizieren statt.

Neben der Druckbelastung ist die Temperatur eine Ein-flussgrösse für das Plastifizieren des Feststoffes aus thermoplastischem Kunststoff. Die Temperatur setzt sich zusammen aus der normalen Betriebstemperatur bzw. Umgebungstemperatur innerhalb der Zentrifuge und aus einer von einer Reibleistung herrührenden Temperaturkomponente. Diese Reibleistung ist eine Funktion des Füllungsdruckes und der Reibgeschwindigkeit der Schnecke.

Die Reibgeschwindigkeit der Schnecke ist proportional abhängig von der Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel. Wird die Differenzdrehzahl erhöht, so erhöht sich die Reibgeschwindigkeit und damit einer der Faktoren der Reibleistung. Eine Erhöhung der Differenzdrehzahl würde hier also zunächst zu einer erhöhten Temperaturbelastung des Kunststoffes führen.

Der Füllungsdruck ist anderseits abhängig von der Trommeldrehzahl und dem Füllungsgrad, es handelt sich hier insoweit um die gleiche Einflussgrösse, die unter dem Begriff «Druck» weiter vorn bereits angesprochen wurde. Unter der Annahme, dass die Trommeldrehzahl bei einer bestimmten Suspension konstant auf einen geeigneten Wert eingestellt wird und unabhängig von Schwankungen des Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches konstant bleibt, muss der Füllungsgrad geändert werden. Der Füllungsgrad ist eine Funktion des Verhältnisses zwischen dem benötigten Fördervolumen und dem tatsächlichen Fördervolumen. Das benötigte Fördervolumen ist dasjenige, bei dessen Überschreiten die Plastifizierung eintritt, weil die Kunststoffansammlung in den Fördergängen der Schnecke zu gross wird. Das ist wiederum der bereits vorstehend angesprochene Zeitpunkt eines plötzlichen Anstieges des Druckes. Das benötigte Fördervolumen hängt ab von der Art des Festoffes, dem Trenngrad und der pro Zeiteinheit zu verarbeitenden Feststoffmenge. Das tatsächliche Fördervolumen ist proportional zur Differenzdrehzahl und muss oberhalb des benötigten Fördervolumens gehalten werden. Fällt das tatsächliche Fördervolumen gegen das benötigte Fördervolumen hin ab, so tritt die Erscheinung der Überfüllung der Fördergänge mit Feststoff auf, damit ergibt sich die Gefahr des Plastifizie-rens.

Diese Darlegung der verschiedenen Einflüsse und der damit verbundenen Plastifizierungsgefahr machen deutlich, dass mit der bisherigen konstanten oder von Hand nachregelbaren Differenzdrehzahl ein optimaler Betrieb nicht möglich war. Es mussten hier Sicherheiten hinsichtlich des Fördervolumens berücksichtigt werden, die dazu führten, dass der Füllungsgrad in der Maschine weit unter dem Optimalen lag, was ihren Niederschlag in einer entsprechend schlechten Trennleistung fand.

Dem wird erfindungsgemäss abgeholfen durch ein Verfahren zur kontinuierlichen Trennung von Suspensionen mit unter Temperatur- und/oder Druckbeaufschlagung zum Erweichen neigenden Feststoffen, beispielsweise in einer Lösung durch Ausfällen oder dergleichen enthaltenen thermoplastischen Kunststoffpartikeln, in einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit gegenüber dem rotierbaren Mantelteil mit Differenzdrehzahl umlaufendem Schneckenteil, von welchen Teilen einer an ein Antriebsaggregat angeschlossen ist und mit dem anderen Teil durch einen zwischengeschalteten, über eine Drehdurch-führung gespeisten Hydraulikmotor in Verbindung steht,

wobei die Suspension in dem Trennraum zwischen der Schnek-kennabe und der Mantelwandung der rotierenden Zentrifuge einen hohlzylindrischen Teich bildet, dessen der Rotationsachse zugewandte Oberfläche an der Mantelwandung im konischen Bereich des Mantelteils mit Abstand von der Austragöffnung für den Feststoff endet. Erfindungsgemäss wird die Drehzahl des Hydraulikmotors durch entsprechend gedrosselte Druckmittelzufuhr zunächst so gering eingestellt wird, dass sich der Feststoff im Bereich des Teichendes vor der Austragöffnung in den Schneckengängen bis zu der nachfolgend als Höhe h bezeichneten Höhe ansammelt, in welcher die auf den Feststoff ausgeübte Temperatur- und/oder Druckbelastung kurz unterhalb derjenigen liegt, bei welcher der Feststoff zu plastifizieren beginnt, worauf bei Erreichen dieser Höhe h mit Hilfe eines aus ihr abgeleiteten Signales die Druckmittelzufuhr s

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zu dem Hydraulikmotor und dadurch die Differenzdrehzahl derart erhöht wird, dass infolge des dadurch vermehrten Feststoffaustrages die Höhe h der Feststoffansammlung nicht überschritten wird, während bei Unterschreiten dieser Höhe h umgekehrt durch das Signal die Differenzdrehzahl abgesenkt wird, bis die Höhe h wieder erreicht wird.

Nähert man sich nämlich hinsichtlich der Feststoffansammlung dem Punkt der Uberfüllung, bei dem der auf den Feststoff ausgeübte Druck schlagartig anwächst, so wird durch entsprechendes Abtasten des Betriebsdruckes in den Fördergängen bzw. des Drehmomentes der Schnecke das tatsächliche Fördervolumen durch Erhöhen der Differenzdrehzahl gesteigert, so dass durch erhöhte Abförderung von Feststoff die Feststoffansammlung in dem Förderschneckenraum verringert wird. Dadurch sinkt der Füllungsdruck, was einer entsprechenden Verringerung der Temperaturbelastung gleichkommt.

Zieht man die Gesamtbilanz der Einflüsse, so stellt man fest, dass die Erhöhung der Reibgeschwindigkeit durch die Zunahme der Differenzdrehzahl zum Zwecke der Erhöhung des tatsächlichen Fördervolumens hinsichtlich der Gesamtbelastung des Feststoffes auf das Plastifizieren zu nicht so stark ins Gewicht fällt wie die Reduzierung des Füllungsdruckes. Dies kann man sich vergröbert auch dadurch klar machen, dass bei vollständigem Ausfüllen der Fördergänge mit Feststoff dessen Reibbelastung nicht mehr überwiegend von der Differenzdrehzahl abhängt, sondern ausschlaggebend von dem sich schlagartig erhöhenden Druck in den restlos gefüllten Wänden.

Durch das vorbeschriebene Verfahren gelingt es, die Feststoffansammlung in den Fördergängen der Schnecke bei schwankender Konsistenz der eingegebenen Suspension auf einen optimalen Wert zu halten, der es gestattet, einen verhältnismässig sehr trockenen Feststoff zu erhalten, ohne dass die Gefahr des Plastifizierens des Feststoffes besteht.

Wie vorstehend bemerkt, hat auch die Trommeldrehzahl eine Belastung des Feststoffes zur Folge, diese Belastung ist allerdings durch die für das Trennen erforderliche Fliehkraft praktisch unumgänglich und auch beherrschbar. Es wäre allerdings denkbar, bei drohender Überfüllung der Fördergänge der Schnecke die Trommeldrehzahl zu verringern, wodurch die Fliehkraftbelastung des Feststoffes entsprechend herabgesetzt würde. Der Feststoff würde sich dann leichter austragen lassen, da für seine Bewegung in Förderrichtung weniger Energie erforderlich ist. Ansonsten würde sich aber die Belastungskurve des Feststoffes nur insgesamt nach unten verschieben lassen, insbesondere wäre durch eine starke Reduzierung der Trommeldrehzahl der Förderbetrieb gestört, man könnte genötigt sein, den Suspensionseinlauf zu drosseln.

In bevorzugter Ausführung ist aber der als Hydraulikmotor ausgebildete Trommelantrieb in die Regelung im Sinne einer Trommeldrehzahlminderung bei über die Sollgrösse anwachsender Feststoffansammlung einbezogen. Dies hat den Vorteil, dass die Regelung insgesamt noch feinfühliger durchgeführt bzw. plötzlichen und stärkeren Feststoffansammlungen schneller begegnet werden kann. Es kann also durchaus bei schneller Annäherung an den kritischen Punkt der Überfüllung sowohl die Differenzdrehzahl der Schnecke erhöht als auch die Trommeldrehzahl herabgesetzt werden. Hierzu ist die Ausbildung des Trommelantriebsaggregates als Hydraulikmotor einmal deshalb von Bedeutung, als man die gleichen Regeleinrichtungen mit für die Steuerung des Trommelantriebes verwenden kann, zum anderen lässt sich der Hydraulikmotor ohne Schwierigkeiten so betreiben, dass er bei Antrieb durch die Trommel als Pumpe arbeitet. Diese Pumpe kann gegen einen Widerstand arbeiten, so dass auf die Trommel ein Bremsmoment ausgeübt wird, was zur entsprechend schnelleren Verringerung der Trommeldrehzahl führt.

Bei einer anderen Art von Suspensionen verhalten sich die Feststoffe rheopex, d. h. sie verfestigen sich durch mechanische

Beanspruchung in zunehmendem Umfange. Ein Beispiel für einen solchen Stoff, der durch Dekantieren gewonnen wird, ist Stärke.

Bei der Verarbeitung von Stärke tritt eine Verfestigung dann auf, wenn die Förderbewegung zu heftig wird. Um einer Verstopfung durch eine solche Verfestigung vorzubeugen und die Trennmöglichkeit aufrechtzuerhalten, muss man in einem solchen Fall die Austragbewegung reduzieren, was bei starrer Differenzdrehzahl nur durch Abschalten der Maschine und bei Handregelung nur ungenügend schnell vorgenommen werden kann, so dass die Behandlung von Stärke mit herkömmlichen Zentrifugen zu erheblichen Schwierigkeiten bzw. zu unwirtschaftlicher Arbeitsweise führt, weil von vornherein die Fördergeschwindigkeit gering gehalten werden muss, was zu einem reduzierten Durchsatz führt.

Um dem zu begegnen, wird erfindungsgemäss derart verfahren, dass zur kontinuierlichen Trennung von Suspensionen mit unter Belastung durch die Förderbewegung zum Verfestigen neigenden Feststoffen - wie beispielsweise Stärke - in einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge der vorstehend beschriebenen Konstruktion die Drehzahl des Hydraulikmotors durch entsprechende Druckmittelzufuhr zunächst so eingestellt wird, dass sich in den Schneckengängen Feststoff ansammelt, bis durch die Förderbewegung die nachfolgend als Belastung b bezeichnete Belastung erreicht wird, die kurz unterhalb der die Verfestigung auslösenden Grenzbelastung liegt, worauf bei Erreichen dieser optimalen Belastung mit Hilfe eines daraus abgeleiteten Signales die Druckmitteizufuhr zu dem Hydraulikmotor derart gedrosselt wird, dass die Belastung des Feststoffes durch die Förderbewegung aufgrund der verminderten Differenzdrehzahl sich nicht weiter erhöht, während bei Unterschreiten dieser Belastung b umgekehrt durch das Signal die Differenzdrehzahl erhöht wird, bis die Belastung b wieder erreicht wird.

Die Verfestigung des Feststoffes, der ähnlich wie im vorgeschilderten Fall nicht in konstanter Menge pro Zeiteinheit anfällt, wird als Istwert laufend überwacht, beispielsweise durch entsprechendes Abtasten des Schneckendrehmomentes. Hier wird bei Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes der Verfestigung bzw. als Messwert beispielsweise des Schnek-kendrehmomentes die Differenzdrehzahl im Gegensatz zum vorigen Beispiel herabgesetzt, so dass die Belastung des Feststoffes durch die Förderbewegung verringert wird. Aufgrund der Überwachung des Feststoffzustandes und der entsprechenden Reaktion im Hinblick auf die Differenzdrehzahl kann man auch hier optimale Betriebsverhältnisse erreichen.

Auch für diesen Fall gilt, dass die Belastung des Feststoffes von der Trommeldrehzahl abhängt. Je geringer die Zentrifugalkräfte sind, die auf den auszutragenden Feststoff einwirken, umso geringer ist die dafür benötigte Austragleistung, was sich in einer geringeren Belastung des Feststoffes auswirkt.

In bevorzugter Ausführung wird demnach auch hier derart vorgegangen, dass das als Hydraulikmotor ausgebildete Antriebsaggregat in die Regelung im Sinne einer Trommeldrehzahlminderung bei über die Sollgrösse anwachsender Belastung bzw. Verfestigung des Feststoffes einbezogen ist.

Nähert sich die Verfestigung des Feststoffes einem Grenzwert, so kann man nunmehr zum einen die Trommeldrehzahl herabsetzen, vermindert man auch die Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel, so erhält man eine drastische Veringerung der Feststoffbelastung.

Je nach Grössenordnung der Drehzahländerung kann es erforderlich sein, den Suspensionszulauf zu drosseln, um dem verringerten Feststoffaustrag der Zentrifuge Rechnung zu tragen.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Wiedergabe des Ausführungsbeispieles,

Fig. 2 eine schematische Teildarstellung der Zentrifuge zur Verdeutlichung der Abhängigkeit des auf den an der Innenwand der Trommel anliegenden Feststoff wirkenden Druckes in Abhängigkeit vom Radius des Trommelinnenraumes,

Fig. 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Druckes vom Füllungsgrad wiedergibt.

Das Ausführungsbeispiel zeigt einen üblichen Dekanter, bei welchem ein einziger Antriebsmotor 1 indirekt dem Antrieb sowohl der Trommel 2 als auch der Schnecke 3 dient. Die Schnecke 3 ist innerhalb der Trommel 2 in bekannter Weise gelagert, die Schnecke läuft gegenüber der Trommel mit einer gewissen Differenzdrehzahl vor oder nach.

Im Betriebszustand bildet die Suspension einen hohlzylindrischen Teich 26, der im konischen Trommelteil 27 mit Abstand vor der Austragöffnung 28 bei 29 endet. Auf diese Weise wird der auch die Schneckenwendel transportierte Feststoff aus dem Teich herausgehoben und über eine Trockenstrecke bis zu den Austragöffnungen 28 transportiert. Auf diese Weise erreicht man eine Trocknung des Feststoffes.

Bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist die Schnecke 3 über einen Hydraulikmotor 4 getrieblich mit der Trommel 2 verbunden. Der Hydraulikmotor wird hinsichtlich seines Gehäuses oder Stators durch die Trommel 2 mitgenommen, da diese Teile fest aneinander angekuppelt sind. Der Rotor des Hydraulikmotors bewegt sich relativ zum Stator oder Gehäuse in Abhängigkeit von der Menge an Druckmedium, das ihm über die Druckleitung 5 zugeführt wird. Die Zuführung geschieht durch eine sogenannte Drehdurchführung 6, die in an sich bekannter Weise, vorzugsweise aber wie in den Schweizer Patentschriften 526 061 bzw. 545 933 geschildert, ausgebildet ist. Diese Drehdurchführung stellt sicher, dass ohne grössere Leckverluste die Druckflüssigkeit aus der ortsfesten Druckleitung 5 in den Hydraulikmotor 4 hinein und aus diesem wieder abfliessen kann.

Je mehr Druckmedium dem Hydraulikmotor 4 über die Druckleitung 5, in der sich ein Filter 7 befindet, und die Drehdurchführung 6 zugeführt wird, umso grösser ist die Differenzdrehzahl, mit der die Schnecke gegenüber der Trommel umläuft. Verlangt die Schnecke aufgrund einer wie auch immer verursachten grösseren Belastung ein grösseres Antriebsdrehmoment, um diese Differenzdrehzahl aufrechtzuerhalten, so erhöht sich der Druck in der Leitung 5. Dieser Druckanstieg wird in den Ist-Soll-Wert-Vergleicher 8 aufgenommen und aufgewertet, sobald dieser Istdruck eine Federspannung übersteigt, die dem eingestellten Sollwert entspricht. In diesem Falle wird über eine Meldeleitung, beispielsweise eine elektrische Leitung, ein Wegeventil 9 derart geschaltet, dass die von einer Zusatzpumpe 10 geförderte Flüssigkeitsmenge, die bei nicht vorhandenem Steuersignal drucklos abgeleitet wird, in die Druckleitung 5 gelangt. In der Druckleitung 5 vereinigen sich demnach im Falle eines Istdruckes grösser als der Solldruck die geförderten Druckmediummengen der Zusatzpumpe 10 und der Hauptpumpe 11, die im Falle des Normalbetriebes, d. h. Istwert kleiner gleich Sollwert, die Druckmittelströmung in der Druckleitung 5 zum Hydraulikmotor 4 alleine bewerkstelligt. Um diese Druckmittelförderung in der Leitung 5 und damit die Differenzdrehzahl zwischen der Trommel 2 und der Schnecke 3 einstellen zu können, ist die Hauptpumpe 11 entsprechend regelbar ausgebildet. Es wäre ohne weiteres denkbar, die Hauptpumpe 11 starr auszubilden und durch eine entsprechende Beipassschaltung den Druck bzw. die Strömungsmenge in der Druckleitung 5 zu regeln. Eine solche Beipassschaltung kann ähnlich derjenigen ausgebildet sein, wie sie im Rahmen der Zusatzpumpe 10 geschildert wurde. Es ergibt sich hier aber auch die bevorzugte Möglichkeit einer stufenlosen Regelung. Selbstverständlich lässt sich auch anstelle des Wegeventils im Förderkreis der Pumpe 10 eine feinstufigere oder stufenlose Regelung denken. Im übrigen kann man anstelle nur einer Zusatzpumpe mehrere solcher Zusatzpumpen vorsehen, die je nach Grösse des Steuersignales nacheinander zu- bzw. abgeschaltet werden.

Die Pumpeneinrichtung für die Speisung des Hydraulikmotors 4 für den Schneckenantrieb 3 hier als regelbare Hauptpumpe 11 und Zusatzpumpe 10 ausgebildet - wird im vorliegenden Beispiel vom gleichen Antriebsmotor 1 angetrieben, der auch den Antrieb der Trommel 2 speist, wie noch geschildert werden wird. Ein derartiger zentraler Antrieb ist allerdings kein Erfordernis.

Im linken Teil der Zeichnung ist schematisch die Zuführung des zu trennenden Gutes gezeigt, es handelt sich dabei um eine Zuführpumpe 12, die von einem Motor 13 angetrieben wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind irgendwelche Beeinflussungen des Regelkreises von der Einlaufseite her nicht vorgesehen, es wäre natürlich denkbar, dies als Kriterium für ein Abschalten der Anlage zu nehmen. Wichtiger ist der Hinweis, dass eine Änderung der Menge und/oder Konsistenz der Suspension den Sollwert beeinflusst.

Im Rahmen der Druckfühler 14 und 15 sind Sicherheits-massnahmen eingebaut, die im Falle des Druckfühlers 14 ab Übersteigen eines gewissen Druckes die Zufuhr des zu trennenden Gutes unterbricht, indem der Motor 13 durch einen von dem Druckfühler 14 gesteuerten Kontakt 16 abgeschaltet wird. Der Druckfühler 15 dient als Sicherheitsschalter, beispielsweise bei plötzlicher Blockierung der Schnecke gegenüber der Trommel mit der Folge eines entsprechend plötzlichen Druckanstieges in der Leitung 5. In diesem Falle wird mit Hilfe des von dem Druckfühler 15 gesteuerten Schalters 17 der Antriebsmotor 1 ausser Betrieb gesetzt. Eine weitere Si-cherheitsmassnahme ist im Rahmen eines Druckbegrenzungsventils 18 vorhanden, das an die Leitung 5 angeschlossen ist.

ist.

Der Antriebsmotor 1 treibt eine weitere Pumpe 19 an, die in gleicher Weise regelbar ausgeführt ist wie die Pumpe 11. Diese Pumpe 19 speist über ein Filter 20 einen weiteren Hydraulikmotor 21, dessen mechanischer Abtriebsteil über einen Keilriementrieb die Trommel 2 antreibt.

Eine Steuerung der Drehzahl des Hydraulikmotors 21 für den Antrieb der Trommel 2 kann auf vielerlei Weise erfolgen. So kann beispielsweise die Pumpe 19 hinsichtlich ihrer Förderleistung verstellt werden, es kann in die Leitung zwischen der Pumpe 19 und dem Hydraulikmotor 21 eine Drosseleinrichtung vorgesehen werden. Nimmt man an, dass ein nachzuregelnder Istwert wiederum durch Abtasten des Druckes in der Speiseleitung für den Hydraulikmotor 4 der Schnecke ermittelt wird, ähnlich also dem Ist-Soll-Wert-Vergleicher 8, so lässt sich in entsprechender Weise wie das Wegeventil 9 für die Zusatzpumpe 10 eine Beeinflussung der Förderleistung der Pumpe 19, eine Verstellung einer zwischen dieser und dem Hydraulikmotor 21 für die Trommel 2 eingeschaltete Drosseleinrichtung oder dergleichen erreichen. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, eine die Drehzahl des Hydraulikmotors 21 für die Trommel 2 beeinflussende Drosseleinrichtung in die Rück-leitung dieses Motors 21 zum Sammelbehälter für die Hydraulikflüssigkeit einschalten.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt allerding eine weitere Nutzung des Hydraulikmotors 21 für die Trommel 2, die ein Einschalten eines Drosselorgans in die Rückleitung des Motors 21 nicht ohne weiteres erlaubt. Der Hydraulikmotor 21 soll nämlich bestimmungsgemäss bei Antrieb durch die Trommel, also bei Drosselung oder Unterbindung der Hydraulikmittelzufuhr durch die Pumpe 19, selbst als Pumpe arbeiten. Für diesen Fall wird in die Rückleitung zwischen dem Hydraulikmotor 21 und dem Sammelbehälter eine Drossel - bzw. Schalteinrichtung 22 eingeschaltet, die es erlaubt, dass die

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Pumpe gegen einen gegebenenfalls einstellbaren Widerstand anarbeiten muss.

Arbeitet der als Pumpe von der Trommel 2 angetriebene Hydraulikmotor 21 gegen einen Drosselwiderstand 22 an, so kann man dadurch erreichen, dass auf die Trommel 2 von dem als Pumpe arbeitenden Hydraulikmotor 21 ein Bremsmoment ausgeübt wird. Dies unterstützt die rasche Wirkung der Regelung der Trommeldrehzahl, soweit eine solche beabsichtigt ist, im übrigen hat ein solches Abbremsen den Vorteil, dass der Trennraum der Zentrifuge bei Ausserbetriebsetzen völlig geleert werden kann. Der mit der Trommel umlaufende Teich läuft nämlich bei Abbremsen der Trommel aufgrund seiner Massenträgheit entlang der Gänge der Förderschnecke und gelangt je nach Steigungsrichtung der Trommel zum Fest-stoffaustrag oder zum anderen Ende der Trommel, an dem sich bei Gegenstromzentrifugen der Flüssigkeitsablauf befindet. Eine solche Restentleerung ist insbesondere bei solchen Stoffen von erheblicher Bedeutung, die dazu neigen, sich bei Stillstand zu verfestigen, abzubinden oder dergleichen, und die damit die Beweglichkeit zwischen der Trommel und der Schnecke beeinträchtigen oder unterbinden.

Im vorliegenden Beispiel wird die Pumpenwirkung des von der Trommel 2 angetriebenen Hydraulikmotors 21 dazu ausgenutzt, der Drehdurchführung 6 Notlaufeigenschaften zu verleihen. Fällt nämlich aufgrund eines Fehlers die Druckversorgung für den Hydraulikmotor 4 der Schnecke aus, so kann die fehlende Druckmittelzufuhr zu einer Zerstörung der Drehdurchführung 6 führen, dies insbesondere dann, wenn die Trommel 2 relativ langsam, d. h. ungebremst, ausläuft. Um sicherzustellen, dass die Drehdurchführung 6 in jedem Falle geschmiert wird, solange sich die Trommel 2 dreht, ist der Pumpenausgang des Hydraulikmotors 21 über ein Rückschlagventil 23 mit der Leitung 5 zwischen der Pumpe 11 und der Drehdurchführung 6 verbunden. Wird nun die Leitung 5 aus welchem Grunde auch immer drucklos, so kann man dafür sorgen, dass die Leitung 5 über das Rückschlagventil 23 gespeist wird, sobald mit Hilfe der Schalteinrichtung 22 die Rückleitung zwischen dem Ausgang des Motors 21 und dem Sammelbehälter gesperrt wird. Die Schalteinrichtung 22 kann entsprechend gesteuert werden, beispielsweise durch eine an die Leitung 5 angeschlossene Drucküberwachungseinrichtung, wie sie bei 14 und 15 wiedergegeben ist.

Um einerseits sicherzustellen, dass der bei Antrieb durch die Trommel 2 als Pumpe arbeitende Motor 21 Druckmittelflüssigkeit ansaugen kann, ist die Pumpe 19 durch ein entsprechendes Einwegventil 24 überbrückt. Weiterhin ist dafür Sorge getragen, dass eine Speisung der Leitung 5 über das Rückschlagventil 23 nicht durch eine beispielsweise defekte Pumpe 11 wieder derart abfliessen kann, dass sie nicht der Schmierung der Drehdurchführung 6 zugute kommt. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Einspeisepunkt über das Rückschlagventil 23 und den Ausgang der Pumpe 11 ein weiteres Einwegventil 25 eingeschaltet.

Die Arbeitweise des Regelkreises für den Hydraulikmotor 4 der Schnecke 3 wurde bereits angesprochen, bei Verringerung der Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel aufgrund höherer mechanischer Belastung der Schnecke steigt der Druck in der Leitung an, was zu einer zusätzlichen Druckflüssigkeitsförderung in die Druckleitung 5 durch die Zusatzpumpe 10 führt. Wird aufgrund dieser zusätzlichen Flüssigkeitsmenge die Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel wieder erhöht, so verringert sich der Druck in der

Leitung 5 entsprechend, worauf der Ist-Wert-Soll-Wert-Vergleicher 8 das Steuersignal zu dem Wegeventil unterbricht, so dass das Wegeventil in seine gezeichnete Leerlaufstellung zurückgeht. Die Zusatzpumpe 10 fördert also leer, sie trägt an der Flüssigkeitsmenge in der Druckleitung 5 nichts bei.

Will man mit der Zunahme der Differenzdrehzahl zugleich eine Abnahme der Trommeldrehzahl verbinden, wo kann man das Ausgangssignal des Ist-Wert-Soll-Wert-Vergleichers 8 der EinStelleinrichtung der Pumpe 19 zuführen, so dass deren Fördermenge abnimmt. Dieser Betrieb entspräche demjenigen für die Behandlung von schwer sedimentierbaren Stoffen wie Belebtschlamm und auch der Behandlung von Suspensionen mit thermoplastischen Kunststoffen, wenn man hierfür zugleich eine Änderung der Trommeldrehzahl vorsehen will. Verarbeitet man dagegen Suspensionen mit rheopexen Feststoffen, so soll es möglich sein, mit abnehmender Differenzdrehzahl zugleich auch die Trommeldrehzahl zu senken. In einem solchen Fall muss von dem Ist-Wert-Soll-Wert-Vergleicher sowohl ein Signal an die EinStelleinrichtung der Pumpe 11 als auch ein Signal an die Einsteileinrichtung der Pumpe 19 in dem Sinne gegeben werden, dass deren Förderleistung zurückgenommen wird. Darüberhinaus kann — wie bereits geschildert - die Trommel 2 dadurch abgebremst werden, dass der Hydraulikmotor 21, nunmehr insoweit durch die Trommel 2 angetrieben, gegen einen Widerstand anarbeitet.

Eine reizvolle Variante ergibt sich noch dadurch, dass man die Verbindung zwischen dem Ausgang des Motors 21 und der Zuführleitung 5 zum Hydraulikmotor 4 über das Rückschlagventil 23 dazu ausnutzt, durch die Pumpwirkung des Hydraulikmotors 21 bei Abbremsen der Trommel 2 das Druckmittelvolumen in der Leitung 5 des Hydraulikmotors 4 zu erhöhen. Man erhöht also die Differenzdrehzahl bei abnehmender Trommeldrehzahl durch Unterstützen der Leistung der Zusatzpumpe 10, auf die man unter Umständen dann auch verzichten kann. Ein solcher Betrieb kommt insbesondere für die Behandlung von Belebtschlamm-Suspensionen in Betracht.

Wenn im vorliegenden Falle die Rückführleitungen jeweis als in einem Sammelbehälter mündend dargestellt sind, so erfasst dies selbstverständlich auch die Möglichkeit des insoweit geschlossenen Kreislaufs des Druckmediums.

Fig. 2 zeigt in vergrösserter Darstellung einen schematisch wiedergegebenen Ausschnitt aus dem Innenraum der Trommel 2 und der Schnecke 3. In diesen Raum ist eine Kurve eingezeichnet, die erkennen lässt, dass der Druck in Abhängigkeit von dem Trommelinnenraumradius r zur Trommelinnenwand hin anwächst und dort den Wert PR annimmt. Übersteigt dieser auf den Feststoff ausgeübte Druck an der Trommelinnenwand einen Höchstwert Pmax, dann tritt die Plastifizierung des an der Trommelinnenwand vorhandenen Thermoplastischen Feststoffes ein.

Das Diagramm gemäss Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des Druckes PR von dem Füllungsgrad, d. h. der Füllung der Schneckenfördergänge mit Feststoff im Bereich des Übertrittes aus dem Teich zum Feststoffaustrag. Man erkennt an dem Kurvenverlauf, dass dieser von einem bestimmten kritischen Punkt an steil nach oben abknickt. Dieser Knick bezeichnet die völlige Füllung der Schneckenförderwendel, durch zusätzlich angeförderten Feststoff steigt die Druckbelastung stark an, und man gerät sehr schnell in den Plastifizierungsbereich. Der Regelbereich liegt kurz unterhalb des kritischen Betriebspunktes, weil man bestrebt ist, die Förderschneckenwendel tatsächlich bis zur Schneckennabe hin anzufüllen.

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Claims

620 374 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur kontinuierlichen Trennung von Suspensionen mit unter mechanischer Beaufschlagung empfindlich reagierenden Feststoffen, nämlich solcher, die unter Tempera-tur- und/oder Druckbeaufschlagung zum Erweichen neigen, in einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit gegenüber dem rotierbaren Mantelteil (2) mit Differenzdrehzahl umlaufendem Schneckenteil (3), von welchen Teilen einer an ein Antriebsaggregat (1) angeschlossen ist und mit dem andern Teil durch einen zwischengeschalteten, über eine Drehdurchführung (6) gespeisten Hydraulikmotor (4) in Verbindung steht, wobei die Suspension in dem Trennraum zwischen der Schneckennabe und der Mantelwand der rotierenden Zentrifuge einen hohlzylindrischen Teich (26) bildet, dessen der Rotationsachse zugewandte Oberfläche an der Mantelwandung im konischen Bereich (27) des Mantelteils mit Abstand vor der Austragsöff-nung (28) für den Feststoff endet, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherstellung eines verstopfungsfreien Betriebes der Zentrifuge die Drehzahl des Hydraulikmotors (4) durch entsprechend gedrosselte Druckmittelzufuhr zunächst so gering eingestellt wird, dass sich der Feststoff im Bereich des Teichendes (29) vor der Austragsöffnung (28) in den Schneckengängen bis zu der nachfolgend als «Höhe h» bezeichneten Höhe ansammelt, in welcher die auf den Feststoff ausgeübte Temperatur- und/oder Druckbelastung kurz unterhalb derjenigen liegt, bei welcher der Feststoff zu plastifizieren beginnt, worauf bei Erreichen dieser Höhe h mit Hilfe eines aus ihr abgeleiteten Signales die Druckmittelzufuhr zum Hydraulikmotor (4) und dadurch die Differenzdrehzahl derart erhöht wird, dass infolge des dadurch vermehrten Feststoffaustrages die Höhe h der Feststoffansammlung nicht überschritten wird, während beim Unterschreiten dieser Höhe h umgekehrt durch das Signal die Differenzdrehzahl abgesenkt wird, bis die Höhe h wieder erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal aus der Drehmomentbelastung der Schnecke (3) abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des als hydraulischer Antriebsmotor (19) ausgebildeten Antriebsaggregates für die Trommel (2) bei Erreichen der Höhe h der Feststoffansammlung in den Schneckengängen mit Hilfe des abgeleiteten Signales vermindert wird und umgekehrt bei Unterschreiten dieser Werte die Trommeldrehzahl wieder erhöht wird.

4. Verfahren zur kontinuierlichen Trennung von Suspensionen mit unter mechanischer Beaufschlagung empfindlich reagierenden Feststoffen, nämlich solchen, die unter Belastung durch die Förderbewegung zum Verfestigen neigen, in einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit gegenüber dem rotierbaren Mantelteil (2) mit Differenzdrehzahl umlaufendem Schneckenteil (3), von welchen Teilen einer an ein Antriebsaggregat (1) angeschlossen ist und mit dem anderen Teil durch einen zwischengeschalteten, über eine Drehdurchführung (6) gespeisten Hydraulikmotor (4) in Verbindung steht, wobei die Suspension in dem Trennraum zwischen der Schnek-kennabe und der Mantelwand der rotierenden Zentrifuge einen hohlzylindrischen Teich (26) bildet, dessen der Rotationsachse zugewandte Oberfläche an der Mantelwandung im konischen Bereich (27) des Mantelteils mit Abstand vor der Austragsöffnung (28) für den Feststoff endet, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherstellung eines verstopfungsfreien Betriebes der Zentrifuge die Drehzahl des Hydraulikmotors (4) durch entsprechende Druckmittelzufuhr zunächst so eingestellt wird, dass sich in den Schneckengängen Feststoff ansammelt, bis durch die Förderbewegung die nachfolgend als Belastung b bezeichnete Belastung als Drehmoment an der Schnecke (3) erreicht wird, die kurz unterhalb der die Verfestigung auslösenden Grenzbelastung liegt, worauf bei Erreichen dieser

Belastung mit Hilfe eines aus ihr abgeleiteten Signales die Druckmittelzufuhr zum Hydraulikmotor (4) und dadurch die Differenzdrehzahl derart gedrosselt wird, dass die Belastung des Feststoffes durch die Förderbewegung aufgrund der verminderten Differenzdrehzahl sich nicht weiter erhöht, während bei Unterschreiten dieser Belastung b umgekehrt durch das Signal die Differenzdrehzahl erhöht wird, bis die Belastung b wieder erreicht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des als hydraulischer Antriebsmotor (19) ausgebildeten Antriebsaggregates für die Trommel (2) bei Erreichen der Belastung b des Feststoffes durch die Förderbewegung mit Hilfe des abgeleiteten Signales vermindert wird und umgekehrt bei Unterschreiten dieser Werte die Trommeldrehzahl wieder erhöht wird.