DE102006017856B4

DE102006017856B4 - Zellenradschleuse für großes Schüttgut mit geringer Antriebsleistung

Info

Publication number: DE102006017856B4
Application number: DE200610017856
Authority: DE
Inventors: Helmut Simon Orgler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: DE102006017856A1; AT501790B1; AT501790A1

Abstract

Zellenradschleuse zur Förderung von Schüttgut, wobei das Zellenrad nur eine oder zwei Zellen jeweils maximaler Größe in Abhängigkeit von der Baugröße der Zellenradschleuse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (1) der Zellenradschleuse ein Positionssensor (9) und am Zellenrad eine Kurvenscheibe mit einer Nocke (10) angeordnet ist, wobei der Positionssensor (9) derart mit der Nocke (10) zusammenwirkt, dass er abhängig von den Schaltflanken der Nocke (10) wenigstens zwei definierte Winkelstellungen des Zellenrades erkennen kann, um eine Beschickungsvorrichtung für die Zellenradschleuse und das Zellenrad selbst so zu steuern, dass das Zellenrad in der Stellung „Zelle oben offen" in der Drehbewegung gestoppt wird, mit der Beschickungsvorrichtung solange befüllt wird, bis sich eine definierte Menge Schüttgut in der Zelle befindet, und dass daraufhin die Beschickungsvorrichtung gestoppt und das Zellenrad weitergedreht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zellenradschleuse für Schüttgut, die aufgrund ihrer konstruktiven Gestaltung geeignet ist Schüttgut mit relativ großen bzw. langen Einzelstücken mit einer geringen Antriebsleistung bezogen auf den durchgebrachten Massenstrom des Schüttgutes zu fördern.
Herkömmliche Zellenradschleusen werden hauptsächlich zur Schüttgutzufuhr bei gleichzeitiger Drucktrennung von verschiedenen räumlichen Einheiten verwendet. Der übliche Aufbau ist meist ein zylindrischer, sich in Drehung versetzter Rotor mit segmentartig angeordneten Kammern (= Zellenrad), welcher in einem Gehäuse mit zylindrischer Bohrung, oberem Einfallbereich und unterem Ausfallbereich, axial gelagert ist (1). Die Geometrie ist dabei so gewählt, dass bei keinem Drehwinkel des Zellenrades eine direkte Verbindung zwischen Ein-(oben) und Ausfallbereich (unten) besteht. Mittels der Schwerkraft und das sich drehende Zellenrad wird das oben zugeführte Schüttgut in den einzelnen Zellen in den unteren Ausfallbereich gefördert.
Es sind auch Lösungen bekannt welche nur zwei Kammern besitzen, die jedoch aufgrund einer durchgehenden Welle ebenfalls nicht die gewünschte maximale Größe erreichen.
Eine weitere (zusätzliche) Anwendung ist bei einer Hackgutheizung die brandschutzsichere Trennung der Brennkammer mit dem Hackgutlagerraum, wenn die Zellenradschleuse aus Metall ausgeführt ist und die Spalte einen Mindestwert nicht überschreiten (wenige Zehntel mm).
Die US 4009788 A beschreibt eine Einrichtung aus kugelförmigem Gehäuse und Rotor.
Die US 4180188 A offenbart Zellenradschleusen mit verschiedenen Ausführungen von Dichtleisten, und legt sich nicht fest über Anzahl und Form der Zellen. So sind in den 1 bis 5 Zellenradschleusen mit 5 segmentartigen Zellen beschrieben. In den 6, 7, 10, 11 und 13 sind ZRS mit je 2 Zellen beschrieben, wobei die Zellen nicht in ihrer Form beschrieben sind und zeichnerisch als 2 radial angeordnete zylindrische oder quaderförmige Aussparungen.
Die US 3077272 A beschreibt eine Zellradschleuse mit einer nicht definierten Anzahl von Kammern, wobei das Gehäuse mit 2 spannbaren Backen mit Öffnungen ausgestattet ist.
DE 3313025 A1 offenbart eine Zellradschleuse, wobei das Zellrad trommelförmig mit mindestens einer an die Innenwand des Gehäuses heranreichenden Mantelfläche ausgebildet ist und in diese Mantelfläche mindestens ein Tascheneinsatz eingesetzt ist, dessen Öffnung einen kleineren Querschnitt als die Mantelfläche aufweist. Diese Tasche bildet die Zelle, wobei hier keine Einschränkung hinsichtlich der Größe gegeben wird. Aus DE 2527412 A1 ist eine Zellenradschleuse bekannt, bei der der Zellenkörper kugelförmig ausgebildet ist.
Die DE 1260901 B1 beschreibt ein Drehventil, bestehend aus einem Gehäuse mit darin drehbar angeordnetem und mit Vertiefungen ausgestattetem Rotor, der mittels einer verschiebbaren und gegen ihn anpressbaren Büchse nach außen abgedichtet ist.
Aus US 6338423 B1 ist eine Einheit zur Beschickung Material von einem unter Druck stehenden Raum zu einem Raum mit weniger Druck bekannt. Dabei muss wenigstens ein Dichtelement, eingebaut gegen die Oberfläche des Speise-Elements vorhanden sein.
Nachteil aller oben beschriebenen Zellenräder ist folgender:
Enthält nun das Schüttgut Festkörperteile die so groß sind, dass sie in einer Zelle des Zellenrades nicht mehr gänzlich Platz finden, dann muss das entsprechende Festkörperteil bei der Drehung abgeschert werden, was ein größeres Antriebsmoment erfordert, weiters ist eine Positionserkennung des Zellenrades nicht möglich. Diese ist jedoch bei Hackgutfeuerungen aufgrund der Verhinderung von Verstopfungen oft wünschenswert.
Aus DE 101 45 907 A1 ist eine Zellenradschleuse bekannt, deren Befüllung und Entleerung durch Drehen der Teilrotoren in verschiedene Positionen erreicht wird, wobei Sensoren vorgesehen sind, welche die Lage der Teilrotoren erfassen. DE 31 46 151 C2 beschreibt eine Blitzschleuse mit Zellenradschleuse und einer Zelle, die beim Entleeren um 180° gedreht wird.
Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Zellenradschleuse bereitzustellen, welche bei gegebener Baugröße (Durchmesser des Zellenrades) Schüttgut mit relativ großen bzw. langen Festkörperteilen fördern kann, ohne dass diese abgeschert werden müssen.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Zellenradschleuse zur Förderung von Schüttgut mit den Merkmalen des vorliegenden Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zellenradschleuse sind Gegenstände der Unteransprüche.
Man kann sich dieses Zellenrad als geschlitztes Rohr vorstellen, beidseitig durch Endscheiben abgeschlossen, die mit Lager bzw. Antriebsstummel versehen sind.
In 1 ist eine dem beschriebenen Stand der Technik entsprechende Zellenradschleuse beschrieben, die axial gelagert ist und mehrere Zellen aufweist. Dementsprechend sind größere Schüttgutstücke nur schwer durch diese Zellenradschleuse transportierbar, wie oben ausführlich dargelegt.
In den 2a bis 10e sind erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Zellenradschleuse bzw. des Zellenrades dargestellt.
Darin bedeuten 1 das Gehäuse, 1' eine Ausnehmung, 1'' den als Kugelpfanne ausgebildeten oberen Anschluss 2, 2' und 2'' das Zellenrad bzw. dessen Konstruktionsteile 3 einen demontierbaren Lagerflansch (ein Lagerflansch muss demontierbar sein, sonst kann das Zellenrad nicht eingebaut werden), 4 eine Welle, 5 eine gegebenenfalls demontierbare Schneidvorrichtung in der Zelle, 6 eine gegebenenfalls demontierbare Gegenschneide im Einlaufbereich der Zellenradschleuse, 7 eine gegebenenfalls demontierbare Gegenschneide im Auslaufbereich der Zellenradschleuse, 8 eine Einlaufschräge mit Wartungsdeckel im Auslaufbereich, 9 einen Positionssensor; 10 Kurvenscheibe mit einer Nocke, 11 eine Kurvenscheibe mit 2 Nocken.
Das Gehäuse 1 ist beispielhaft mit einem fix ins Gehäuse integrierten und einem demontierbaren Lagerflansch 3 dargestellt. Es ist auch möglich, beide Lagerflansche demontierbar zu gestalten. Auch ist die doppelte Lagerung des Antriebsstummels des Zellenrades nicht notwendig, sondern hier nur beispielsweise so ausgeführt, oder kann auch direkt in einem unmittelbar, zentriert angeordnetem Getriebemotor münden, wobei das Zellenrad auf der Antriebsseite dann nicht zusätzlich gelagert sein muss.
Sollen sehr lange Festkörperteile gefördert werden, kann dies durch eine Anordnung von auswechselbarer Schneide und Gegenschneide gelöst werden. Weiters ist als Variante die Anordnung eines Positions-Sensors möglich, der zusätzlich die Drehrichtung und damit Position erkennen kann.
Das Zellenrad mit einer Kammer eignet sich besonders für Schüttgut mit Festkörperanteilen, welche in allen drei räumlichen Dimensionen eine große Längenausdehnung aufweisen, wie etwa kugel- oder würfelähnliche Stücke. Die maximale Größe dieser Stücke ist dann bestimmt durch die maximale Breite und Länge des Einfallbereiches des Gehäuses der Zellenradschleuse bzw. des Zellenrades.
Das Zellenrad mit zwei Kammern eignet sich besonders für Schüttgut mit Festkörperanteilen, welche nur in einer oder zwei räumlichen Dimensionen eine große Längenausdehnung aufweisen, wie etwa scheiben-/plattenähnliche oder stabförmige Stücke. Die maximale Größe dieser Stücke ist dann bestimmt durch die maximale Länge des Einfallbereiches des Gehäuses der Zellenradschleuse bzw. der maximalen Länge und Tiefe des Zellenrades. Beim 2-zelligen Zellenrad mit schräger Trennwand wird zwar eine relativ große Höhe der Zelle erreicht, aber die Kugel maximaler Größe, welche vollständig in jeder der beiden Zellen Platz findet, ist deutlich kleiner als im Zellenrad mit 1 einzigen Zelle, siehe 1, 2a, 3a.
Wenn Schüttgüter durch ein Zellenrad gefördert werden, welche in nur einer Dimension besonders große oder elastische Teile enthalten (wie z. B. gehäckseltes Holz oder Reisig), dann kann es vorkommen, dass diese Teile in das Zellenrad hineinfallen aber nicht wieder heraus. Hat die Zelle oder haben die Zellen des Zellenrades nun seitlich ausgefüllte Segmente, sodass sich die Zellen vom äußeren Mantel zur inneren Achse des Zellenrades betrachtet zumindest nicht erweitern, dann wird dieses Problem zumindest verringert bzw. ganz behoben, siehe 2b, 3b.
Wird ein Zellenrad mit nur einer einzigen Zelle maximaler Größe verwendet, dann ist es nicht unproblematisch, die Kräfte für Lagerung und Antrieb in das Zellenrad einzuleiten. Eine technisch einfache und übliche Lösung ist die Verwendung einer durchgehenden Welle, welche dann die Zelle durchdringt, wie in 4b dargestellt. Sind im zu fördernden Schüttgut allerdings Teile enthalten, die sich wie Schnüre verhalten, dann kann es vorkommen, dass sich diese Schnüre um die Welle wickeln und Störungen verursachen.
Sollen sehr lange Festkörperteile gefördert werden, kann dies durch eine Anordnung von auswechselbarer Schneide und Gegenschneide gelöst werden, wie in den 5a, 5b, 6 und 7 dargestellt. Die längeren Festkörperteile müssen dann abgeschert werden, was zu Verschleiß an den Schneiden führt. Aufgrund der Möglichkeit des Nachschärfens und der Verwendung eines sowohl harten als auch zähen Werkstoffes (z. B. Vergütungsstahl) ist es sinnvoll, die Schneiden demontierbar zu gestalten. Die Gegenschneide im Ausfallbereich hat den Sinn, dass, wenn lange Festkörperteile nicht gänzlich aus der/den Zellen) herausfallen können, wenn der untere Ausfallbereich der Zellenradschleuse in geringer Bauhöhe ausgeführt ist, ebenfalls abgeschert werden müssen.
Wird die angegebene Zellenradschleuse z. B. als „Rückbrandsichere Einheit" für eine Hackgutheizung verwendet, dann können verschiedene Zufördersysteme zur Anwendung kommen, meist ein sog. Bodenrührwerk, wobei das fördertechnisch betrachtete „Ende" eine Förderschnecke ist. Diese Förderschnecke kann nun in beliebigem Winkel in allen drei räumlichen Dimensionen angeordnet sein und richtet sich im Wesentlichen nach den baulichen Gegebenheiten. Durch die Ausbildung dieses Übergangs als Kugelgelenk kann eine hohe Flexibilität und Montagefreundlichkeit erreicht werden, ohne dass irgendwelche Anpassungen gemacht oder aufwändige Übergangsteile verwendet werden müssen.
Wir betrachten ebenfalls den Anwendungsfall als „Rückbrandsichere Einheit" für eine Hackgutheizung. Hier ist unmittelbar unten an die Zellenradschleuse die sog. „Stokerschnecke" angeordnet, welche das Hackgut unmittelbar in die Brennkammer fördert. Dabei unterstützt der schräge Einlaufbereich die Zuführung in die Stokerschnecke. Kommt es dennoch aufgrund von übergroßen Festkörperstücken zu Förderstörungen, können diese durch den dort angeordneten Wartungsdeckel entfernt werden, wie in 8a dargestellt.
Üblicherweise werden Zellenradschleusen ununterbrochen angetrieben, solange gefördert wird. Dabei werden, statistisch gesehen, laufend Festkörperteile ein- bzw. abgezwickt, nämlich dann, wenn sich die jeweilige Zelle des Zellenrades gerade schließt. Es können Verschleiß und Antriebsenergie deutlich verringert werden, wenn der Vorgang der Förderung des Schüttgutes wie folgt gesteuert wird: Die Drehbewegung des Zellenrades wird etwa dann gestoppt, wenn eine Zelle des Zellenrades so steht, dass sie oben offen ist, wie in 9a dargestellt. Dann wird diese Zelle mit einer gewissen Materialmenge befüllt, während das Zellenrad stillsteht. Daraufhin wird die Zuförderung zur Zellenradschleuse gestoppt und das Zellenrad wieder in Drehung versetzt. Zur Erkennung der Stellung des Zellenrades wird ein Positionssensor verwendet, der nach einem beliebigen physikalischen Verfahren (mechanisch, induktiv, kapazitiv, Lichtschranke, ...) arbeiten kann, siehe 9b, 9c. Weiters ist als Variante ist eine Anordnung des Positions-Sensors derart möglich, dass bei mindestens zwei Ein- und Ausschaltpunkten pro Umdrehung und unsymmetrischer Anordnung der Schaltzeiten zusätzlich die Erkennung der Drehrichtung möglich ist, siehe auch 10a bis 10e.

Claims

Zellenradschleuse zur Förderung von Schüttgut, wobei das Zellenrad nur eine oder zwei Zellen jeweils maximaler Größe in Abhängigkeit von der Baugröße der Zellenradschleuse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (1) der Zellenradschleuse ein Positionssensor (9) und am Zellenrad eine Kurvenscheibe mit einer Nocke (10) angeordnet ist, wobei der Positionssensor (9) derart mit der Nocke (10) zusammenwirkt, dass er abhängig von den Schaltflanken der Nocke (10) wenigstens zwei definierte Winkelstellungen des Zellenrades erkennen kann, um eine Beschickungsvorrichtung für die Zellenradschleuse und das Zellenrad selbst so zu steuern, dass das Zellenrad in der Stellung „Zelle oben offen" in der Drehbewegung gestoppt wird, mit der Beschickungsvorrichtung solange befüllt wird, bis sich eine definierte Menge Schüttgut in der Zelle befindet, und dass daraufhin die Beschickungsvorrichtung gestoppt und das Zellenrad weitergedreht wird.
Zellenradschleuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllung des Zellenrades mittels einer Zeitsteuerung erfolgt.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellenrad eine Zelle bildet aus einem zylindrischen, offenen Mantelbereich, insbesondere aus einem Kreisringsektor mit Sektorwinkel >= 270°, und den Stirnscheiben und eine deutlich gegen die Normale zur Ausfallsöffnung geneigte Fläche gegen Ein- und Ausfallöffnung des Zellenrades geneigte Trennwand aufweist.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellenrad zwei Zellen bildet aus 2 zylindrischen Mantelbereichen, insbesondere aus Kreisringsektoren mit Sektorwinkel >= 90°, und den Stirnscheiben und eine deutlich gegen die Normale zur Ausfallsöffnung geneigte Fläche gegen Ein- und Ausfallöffnung des Zellenrades geneigte Trennwand aufweist.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur das durch die Projektion des Öffnungsbereiches bis zum Boden gebildete Volumen der Zelle angehört, also die seitlichen Segmente (2') und (2'') dem Zellenradgrundkörper angehören oder abgedeckt werden und damit keine Querschnittserweiterung in Richtung Zelleninneres erfolgt, was das Herausfallen des Schüttgutes behindern kann.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) zur Lagerung oder den Antrieb des Zellenrades durch die einzige Zelle des Zellenrades durchgeführt wird.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellenrad (2) mit einer demontierbaren Gegenschneide pro Zelle (5) ausgestattet ist.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mit einer demontierbaren Schneide (6) im Einlaufbereich derart ausgestattet ist, dass im oberen Bereich der Gehäusewand ein zur Zylinderachse paralleler Schlitz (1') ausgespart ist, durch den die Schneide mit Befestigungsflansch von außen eingeschoben und passgenau befestigt werden kann.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) mit einer von außen zugänglichen und demontierbaren Schneide (7) im Auslaufbereich, mit einer demontierbaren Gegenschneide pro Zelle (5), ausgestattet ist.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (1) der obere Anschlussbereich als Kugelpfanne (1'') derart ausgebildet ist, dass der obere Anschluss einer kugelförmigen Gegenkupplung mit variablem Winkel in allen drei Dimensionen möglich ist.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (1) im unteren Auslaufbereich eine der beiden Schmalseiten als Einlaufschräge mit Wartungsdeckel (8) für den Anschluss einer Förderschnecke ausgeführt ist.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (9) ein digitaler Positionssensor ist.
Zellenradschleuse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (9) als Schalter ausgebildet ist.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (9) und die am Zellenrad befestigten Kurvenscheibe mit 2 Nocken (11) pro 1 Umdrehung des Zellenrades (2) mindestens 2 positive und negative Schaltflanken anzeigt, sodass bei unsymmetrischer Aufteilung der Schaltzeiten mittels Zeitmessung die Drehrichtung des Zellenrades erkannt werden kann.
Zellenradschleuse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensors (9) ein analoger Positionssensor ist, der es ermöglicht, jede beliebige Stellung und damit auch Drehrichtung zu erkennen.