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Die Erfindung betrifft ein Spaltrohr, insbesondere zur Entfernung von Feststoffen aus Flüssigkeiten. Weiterhin betritt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohres.
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Spaltrohre sind Kantenspaltfilterelemente bzw. werden diese in Kantenspaltfiltern eingesetzt. Kantenspaltfilter sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie weisen meist ein zylinderförmiges Spaltrohr mit einer definierten Maschen- oder Spaltweite auf, durch die die zu trennende Flüssigkeit geleitet wird. Oftmals werden Profildrähte mit konischem trapezförmigem oder dreieckigem Querschnitt um ein Trägergerüst gewickelt, wobei die schmalere Seite des Trapezes oder Dreiecks nach innen gerichtet ist. Der Profildraht wird dabei derart aufgewickelt, dass die Wicklungen nicht aneinander anliegen, sondern einen definierten Abstand zueinander aufweisen, der die Trenngrenze bestimmt. Es erfolgt in der Regel eine Verschweißung mit dem Trägergerüst, um den Profildraht in Positionen zu halten.
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Kantenspaltfilter werden auch als Planefilterelemente eingesetzt, beispielsweise als Filterroste. In diesem Fall werden Profildrähte oder -stäbe parallel zueinander verlaufend auf Querstäben widerstandsverschweißt.
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Kantenspaltfilter eignen sich zum Filtern, Klassieren, Entwässern und Entschlämmen, sie können auch in Trocknungs- und Kühlanlagen eingesetzt werden. Die Spaltweiten variieren dabei von 0,05 mm bis zu mehreren Zentimetern Spaltbreite. Bei zylinderförmigen Kantenspaltfiltern mit einem Spaltrohr erfolgt die Filtration durch das Spaltrohr von außen nach innen, wobei sich die Schmutzpartikel an der Außenseite anlagern. Die Anlagerungen werden regelmäßig mit Hilfe eines Abstreifers von der Oberfläche des Spaltrohres entfernt. Kantenspaltfilter sind selbstreinigende Filter, die im Normalbetrieb weder gereinigt noch ausgewechselt werden müssen. Zudem tritt nur ein minimaler Produktverlust beim Austragen des Schmutzes auf. Kantenspaltfilter sind für nahezu alle hochviskosen Flüssigkeiten, wie z. B. Druckfarben, Klebstoffe, Öle, Emulsionen, Schokoladenmasse usw. geeignet.
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Die
EP 1 003 601 B1 beschreibt einen typischen Kantenspaltfilter aus dem Stand der Technik. Dieser weist als Kantenspaltfilterkörper ein Spaltrohr auf, das in einem Filtergehäuse angeordnet ist. Der Aufbau des Spaltrohres selbst ist nicht näher erläutert.
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Die
DE 407 835 C beschreibt einen planen Kantenspaltfilter, dessen Spalte durch Stäbe mit prismatischen Querschnitt definiert werden. Wie die Stäbe miteinander verbunden sind, ist in der Druckschrift nicht näher erläutert.
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Die
CH 438 220 C zeigt einen Anschwemmfilter, der aus Ringelementen gebildet ist, die alle die gleiche Form aufweisen. Sie sind aus Ringscheiben gebildet, deren Stärke oder Höhe nach außen radial zu und abnimmt, wobei die Ringelemente durch Abstandshalter voneinander getrennt sind.
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Die Fertigung von Spaltrohren ist äußerst aufwendig und schwierig, da das Wickeln des Profildrahtes um das Trägergerüst sehr exakt erfolgen muss, um die geforderte Spaltweite durchgängig einzuhalten. Da die Verbindung mit dem Trägergerüst durch einen Schweißvorgang erfolgt, führt die entstehende Wärme zu Wärmeverzug und somit zu Ungenauigkeiten in der Spaltweite. Hinzu kommt, dass vor der Produktion eines Spaltrohres die Spaltweite bekannt sein muss, da sie nach Fertigung des Spaltrohres nicht mehr veränderbar ist. Dies alles führt zu hohen Kosten, weswegen Spaltrohre für den Kunden stets eine kostenintensive Anschaffung darstellen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Spaltrohr bereitzustellen, das einfach und robust aufgebaut, eine exakte Trenngrenze aufweist und mit geringen Fertigungskosten verbunden ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein entsprechendes Verfahren zur Fertigung eines solchen Spaltrohres anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Spaltrohr, aufweisend ein erstes Ringelement und mindestens ein zweites Ringelement, jeweils aufweisend
- – eine Ringöffnung begrenzende Innenseite,
- – eine der Innenseite gegenüberliegende Außenseite,
- – zwei die Innenseite und die Außenseite verbindende Radialflächen
wobei
- – die Ringelemente koaxial zu einer durch die Ringöffnungen verlaufende Längsachse des Spaltrohres angeordnet sind und mit einander zugewandten Radialflächen aneinander anliegen,
- – die Ringelemente im Wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen,
- – zumindest eine der aneinander liegenden Radialflächen eine Vielzahl von in Richtung der Ringöffnung abfallenden Flächenabschnitte aufweist, wobei zwischen den Flächenabschnitten Stege angeordnet sind, und der Verlauf der Flächenabschnitte zwei aneinander liegender Radialflächen der entsprechenden Ringelemente jeweils gegenläufig in Draufsicht auf die Radialfläche schräg verläuft,
- – die Ringelemente unverschweißt miteinander verbunden sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
- – Bereitstellen eines ersten Ringelements und mindestens eines zweiten Ringelements, jeweils aufweisend eine zentrale Ringöffnung, eine die Ringöffnung begrenzende Innenseite, eine der Innenseite gegenüberliegende Außenseite, zwei die Innenseite und die Außenseite verbindende Radialflächen,
- – Einbringen einer Vielzahl in Richtung der Ringöffnung abfallender Flächenabschnitte in zumindest eine Radialfläche der Ringelemente,
- – Aneinanderlegen der zumindest zwei Ringelemente und koaxiales Ausrichten zu einer durch die Ringöffnung verlaufenden Längsachse X-X derart, dass der Verlauf der Flächenabschnitte zweier aneinander liegender Radialflächen der entsprechenden Ringelemente jeweils gegenläufig ist,
- – Verspannen der beiden Ringelemente gegeneinander,
- – Abtragen der Außenseiten der Ringelemente derart, dass der in Richtung der Ringöffnung abfallende Flächenabschnitt eine Öffnung auf der Außenseite des Spaltrohrs ausbildet.
- – Verspannen der beiden Ringelemente gegeneinander,
- – Abtragen der Außenseiten der Ringelemente derart, dass der in Richtung der Ringöffnung abfallende Flächenabschnitt eine Öffnung auf der Außenseite des Spaltrohrs ausbildet.
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Die Erfindung basiert auf verschiedenen grundsätzlichen Änderungen in der Konstruktion und Fertigung von Spaltrohren. Erfindungsgemäß wird kein Profildraht verwendet, der um ein Trägergerüst gewickelt und mit diesem verschweißt wird. Stattdessen werden einzelne Ringelemente gefertigt, die aneinander anliegend angeordnet und verspannt werden. Beispielsweise kann durch die Zentralöffnungen der Ringe ein als Anker wirkender Zentralstab verlaufen, auf den zwei Stirnelemente, beispielsweise eine Bodenplatte und ein Kopfteil, aufgesetzt werden. Zwischen den Stirnelementen sind die Ringelemente angeordnet und können beispielsweise von außen mit Hilfe einer Mutter oder Ähnlichem gegeneinander verspannt werden. Hierzu weist der Zentralstab ein entsprechendes Außengewinde auf. Auf Schweißvorgänge mit den durch die auftretende Wärme verbundenen Nachteilen kann vollständig verzichtet werden.
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Erfindungsgemäß weisen die einzelnen Ringelemente Teilbereiche auf ihren Ringflächen auf, die in Richtung der zentralen Öffnung abfallen. Mit anderen Worten sind bezogen auf eine 360°-Ringfläche beispielsweise 350–358° nach innen schräg abfallend ausgeführt. Die Anzahl der abfallenden Flächenabschnitte ist letztendlich aber frei wählbar. Erfindungsgemäß wird eine Vielzahl einzelner Flächenabschnitte in die Radialflächen eingebracht, vorzugweise über den Umfang der Radialfläche verteilt etwa 4 bis 40, vorzugsweise 20. Es hat sich gezeigt, dass ein Verhältnis von eingebrachten, abfallenden Flächenabschnitten zu nicht abfallenden Flächenabschnitten bzw. Stegen von etwa 4:1 kostengünstig zu fertigen ist und eine gute Filterfähigkeit ermöglicht. Beim Aneinanderreihen der Ringelemente entsteht trotz eingebrachter abfallender Flächenabschnitte zunächst vorzugsweise eine geschlossene Außenfläche des Spaltrohres, alternativ können die Flächenabschnitte aber auch derart ausgeführt sein, dass bei zusammengesetzten Ringelementen eine Außenfläche des Spaltrohres entsteht, bei denen bereits Öffnungen mit geringen Spaltweiten auf der Außenseite gegeben sind.
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Ein derart gefertigtes Spaltrohr weist also zunächst keine oder nur eine sehr geringe Spaltweite und damit Trenngrenze auf. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht nun darin, dass durch Abtragen der Außenseite des Spaltroheres aufgrund der schräg nach innen abfallenden Flächenabschnitte durch die Abtragsmenge bestimmt werden kann, welche Trenngrenze das Spaltrohr letztendlich aufweisen soll. Mit anderen Worten ist es nun möglich, Spaltrohre auf Vorrat zu fertigen und die vom Kunden gewünschte Trenngrenze erst im Nachhinein, kurz vor der Auslieferung durch Abtragen der Außenseite des Spaltrohres einzustellen. Es ist sogar möglich, die Spaltweite und Trenngrenze eines Spaltrohres im Nachhinein zu vergrößern, wodurch ein kostengünstiges Herantasten an eine optimale Trenngrenze für einen bestimmten Prozess ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß sind die nach innen abfallenden Flächenabschnitte schräg in Bezug auf die Radialfläche angeordnet und die abfallenden Flächenabschnitte zweier aneinander liegender Ringelemente bzw. Radialflächen sind jeweils versetzt zueinander ausgerichtet. Die Flächenabschnitte der aneinander anliegenden Radialflächen kreuzen sich sozusagen, wodurch ein kippsicheres Aneinanderanliegen der Ringelemente erreicht wird. Die Flächenabschnitte können beispielsweise unter einem Winkel von 45° in die Radialflächen eingebracht werden.
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Anstelle von kreisrunden Ringelementen sind nicht erfindungsgemäß auch andere Formen denkbar, insbesondere auch ovale Formen. Letztendlich können die Ringelemente aber auch eckig ausgeführt sein, beispielsweise vier- oder mehreckig.
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Erfindungsgemäße Spaltrohre ermöglichen eine Filtergenauigkeit von etwa 0,5 bis 25 Mikrometer.
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Zur Stabilisierung des Spaltrohres hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn nicht alle Ringelemente mit entsprechenden abfallenden Flächenabschnitten versehen sind, sondern wenn einzelne Ringelemente unbearbeitet, also ohne abfallende Teilflächen eingesetzt werden.
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Die Fertigung der Ringelemente kann erfindungsgemäß ausgehend von einem Rohr erfolgen. In einem ersten Verfahrensschritt werden von dem Rohr einzelne Ringelemente abgetrennt, vorzugsweise in einem Drehprozess. In einem nächsten Verfahrensschritt werden in die Radialflächen die abfallenden Teilflächen durch beispielsweise Schleifen eingebracht. Es wird in diesem Zusammenhang explizit darauf hingewiesen, dass die Steigung der abfallenden Teilflächen bei der Fertigung frei wählbar ist, wodurch sich dann die im letzten Verfahrensschritt einstellbare Trenngrenze bzw. Abtragungsdauer der Außenfläche zur Einstellung der Trenngrenze einstellen lässt.
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Möglich ist auch, dass vor dem Abtrennen des Ringelementes von dem Rohr in die Stirnfläche des Rohres, also in die zukünftige Radialfläche eines Ringelementes, zunächst die abfallenden Flächenabschnitte eingebracht werden und das Ringelement erst anschließend vom Rohr getrennt wird. Ein Wälzschleifvorgang hat sich für das Bearbeiten des Rohres bzw. der Ringelemente als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Die mit den entsprechenden Flächenabschnitten ausgestatteten Ringelemente werden anschließend auf ein Bodenelement aufgelegt, wobei sich ausgehend vom Bodenelement eine Zentralstange durch die Ringöffnungen erstreckt, das entlang einer durch die Zentralöffnungen der Ringelemente verlaufenden Längsachse verläuft. Die Zentralstange kann vorzugsweise fest mit dem Bodenelement verbunden sein und an seinem freien Ende ein Gewinde aufweisen, auf das abschließend ein Kopfteil des Spaltrohres aufgeschraubt wird und somit die Ringelemente gegen das Bodenelement verspannt. Das Kopfteil selbst kann dabei als Schraub- und Verspannelement dienen, denkbar ist aber auch, dass das Kopfteil über eine zusätzlich außen, angeordnete Mutter verspannt wird.
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Die Verspannung der Ringelemente gegeneinander kann alternativ zur Nutzung einer Zentralstange auch über radial außen angebrachte Elemente erfolgen. Beispielsweise können die beiden Stirnelemente einen größeren Durchmesser bzw. eine größere Breite aufweisen als die Ringelemente, sie stehen somit seitlich über. Die Überstände der beiden Stellelemente können beispielsweise mit Spannschrauben miteinander verbunden und somit gegeneinander verspannt werden.
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Die Erfindung wird mit Hilfe der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Diese zeigen bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung, die Erfindung soll nicht auf diese beschränkt sein. Es zeigen:
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1: ein erfindungsgemäßes Spaltrohr in Prinzipdarstellung im Schnitt,
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2: zwei Ringelemente in Draufsicht,
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3: Querschnitte des Ringelements zwei entlang der Schnittlinien A-A und B-B.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Spaltrohr 20 im Schnitt, wobei die Darstellung lediglich der Verdeutlichung der Erfindung dient und kein erfindungsgemäßes Endprodukt zeigt. Das Spaltrohr 20 weist mehrere Ringelemente 22 auf, die zwischen zwei Stirnelementen, einer Bodenplatte 24 und einem Kopfteil 26 angeordnet sind. Die Ringelemente 22 sind über die Bodenplatte 24 und das Kopfteil 26 über einen Zentralstab 28 miteinander verspannt. Der Zentralstab 28 kann zu diesem Zweck ein Außengewinde 30 an seinem freien Ende aufweisen, mit der Bodenplatte 24 ist er im gezeigten Ausführungsbeispiel fest verbunden, beispielsweise verschweißt.
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Das Kopfteil 26 weist einen Auslauf 32 auf, durch den von außen in das Spaltrohr 20 eingetretene Flüssigkeit abführbar ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Auslauf 32 durch ein Siebelement 34, das auch zur Verspannung des Spaltrohrs 20 dient, begrenzt. Auf einer Außenseite 38 des Siebelements 34 ist eine Mutter 36 angeordnet, die auf den Zentralstab 28 zum Verspannen der einzelnen Elemente aufgeschraubt ist.
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Anstelle des Zentralstabs 28 können auch andere Möglichkeiten des Verspannens genutzt werden.
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Die Ringelemente 22 weisen Außenseiten 38, Innenseiten 40 sowie Radialflächen 42 auf, die sich von den Innenseiten 40 zu den Außenseiten 38 erstrecken. Weiterhin weisen die Ringelemente 22 jeweils eine Ringöffnung 44 auf. Eine Längsachse X-X erstreckt sich durch die Ringöffnungen 44, der gezeigte Zentralstab 28 erstreckt sich entlang dieser Längsachse X-X.
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Erkennbar sind auch in die Radialflächen 42 der Ringelemente 22 eingebrachte, in Richtung des inneren Spaltrohrs 20 bzw. in Richtung der Längsachse X-X abfallende Flächenabschnitte 46.
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Die Flächenabschnitte 46 sind in den 2 und 3 nochmals verdeutlicht. 2 zeigt dabei beispielhaft lediglich drei Flächenabschnitte 46 je Ringelement 22, wobei 3 Querschnitte der Ringelemente 22 entlang der Schnittlinien A-A und B-B zeigt. Durch die Flächenabschnitte 46 entstehen Freiflächen, zwischen denen Stege 48 angeordnet sind.
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2 verdeutlicht, dass die Flächenabschnitte 46 schräg, beispielsweise unter einem Winkel von etwa 45° in die Radialflächen 42 eingebracht sind. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass aneinander anliegende Radialflächen 42 Flächenabschnitte 46 aufweisen, die jeweils in die andere Richtung schräg verlaufen, sich also kreuzen. Dies führt zu einer besseren Abstützung und einer besseren Anlage der Ringelemente 22 gegeneinander.
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1 verdeutlicht, wie das Spaltrohr 20 erfindungsgemäß, beispielsweise auf Kundenwunsch, an eine bestimmte Anforderung angepasst werden kann. Gezeigt sind drei Segmente I–III mit unterschiedlich stark abgetragener Außenseite 38 und somit mit unterschiedlichen Trenngrenzen. Das erste Segment I zeigt Ringelemente 22, bei denen die Außenseite 38 nicht nachträglich abgetragen wurde, sondern die Außenseite 38 des Spaltrohrs 20 ist geschlossen. In Segment II dagegen wurde von der Außenseite 38 des Spaltrohrs 20 ein gewisser Betrag abgetragen, wodurch sich aufgrund der Flächenabschnitte 46 Öffnungen auf der Außenseite 38 mit einer definierten Spaltbreite ergeben. Beim Segment III wurde gegenüber Segment II weiteres Material von der Außenseite 38 abgetragen, wodurch sich die Öffnungen auf der Außenseite 38 des Spaltrohrs 20 weiter vergrößerten und das Spaltrohr 20 somit eine größere Trenngrenze aufweist.
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Zur Vereinfachung ist in 1 der Abtrag der Außenseite 38 in den Segmenten II, III nur auf der rechten Seite eingezeichnet, bei einem erfindungsgemäßen Spaltrohr 20 würde dieser Abtrag vorteilhafterweise auf der gesamten Außenfläche des Spaltrohrs 20 erfolgen.
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Die Ringelemente 22 können vorzugsweise aus einem Metall gefertigt sein, denkbar ist aber auch eine Fertigung aus Keramik oder Kunststoff. Das Fertigungsmaterial muss lediglich für einen Materialabtrag durch ein geeignetes Verfahren, beispielsweise Schleifen, geeignet sein.
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Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr fallen auch andere Konstruktionen, die sich den Erfindungsgedanken zunutze machen, in den Schutzbereich des Patents.
