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Die Erfindung betrifft einen Hydrozyklon zur Reinigung einer Faserstoffsuspension mit einer Kammer kreisförmigen Querschnitts, in die an einem Ende ein Einlauf sowie ein Leichtteil-Auslauf und am gegenüberliegenden Ende ein Schwerteil-Abscheider mündet.
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Hydrozyklone sind gut geeignet, um durch Zentrifugalkräfte Schwerteile und Leichtteile in Faserstoffsuspensionen zu konzentrieren und über den Auslauf bzw. den Abscheider abzuleiten.
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In der Regel dienen sie der Entfernung von kleinen Metallteilen, Glassplittern und Sand oder aber von Styropor und anderen leichten Kunststoffteilen.
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Dabei unterliegt das Material der Kammer einem hohen Verschleiß, weshalb diese meist aus Keramik, einem formstabilen Kunststoff oder Metall gefertigt wird. Dies gilt umso mehr wegen des hohen Drucks von bis zu 4 oder sogar 6 bar am Einlauf der Kammer bei der Reinigung einer Faserstoffsuspension.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Verschleißfestigkeit des Hydrozyklons auch bei hohen Einlaufdrücken wesentlich zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Innenoberfläche der Kammer zumindest teilweise von einer weichen Kunststoffschicht gebildet wird, die sich an einem oder mehreren außerhalb liegenden, formstabilisierenden Tragelementen abstützt und/oder in welche ein oder mehrere formstabilisierende Tragelemente eingebettet sind.
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Weiche Kunststoffe verschleißen hier wesentlich weniger als harte, formstabile Kunststoffe. Um den Kunststoff einsetzbar zu machen, muss jedoch die Formstabilität über die Tragelemente gewährleistet werden.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Oberfläche der Kunststoffschicht eine Härte zwischen 30 und 95, vorzugsweise zwischen 80 und 95° Shore A hat.
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Für die Kunststoffschicht eignet sich insbesondere Polyurethan.
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Um auch bei hohen Drücken am Einlauf und in der Kammer die Formstabilität der Kammer sicherstellen zu können, kann es von Vorteil sein, wenn das außerhalb der Kunststoffschicht liegende Tragelement von einem Formkörper gebildet wird, der innen mit der Kunststoffschicht beschichtet oder mit dieser verbunden ist und vorzugsweise aus Metall oder einem formstabilen Kunststoff besteht. Eine Verbindung ist dabei einfach durch Verkleben möglich.
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Alternativ oder ergänzend kann die Form des Hydrozyklons, insbesondere der Kammer durch wenigstens ein außerhalb liegendes Tragelement in Form eines formstabilen Ringes, an dem sich die Kunststoffschicht oder ein anderes Tragelement der Kunststoffschicht abstützt, sichergestellt werden.
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Ebenso alternativ oder ergänzend kann es von Vorteil sein, wenn die in die Kunststoffschicht eingebetteten Tragelemente von formstabilen Drähten, Streifen o. ä., insbesondere Metalldrähten gebildet werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung mit hoher Formstabilität ergibt sich hierbei, wenn das eingebettete Tragelement ein vorzugsweise formstabiles Gitter, insbesondere ein Metallgitter ist. Das Gitter kann dabei von Drähten oder einem flächenförmigen Gebilde, beispielsweise einem entsprechend gestanztem und gebogenem Blech gebildet werden.
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Um die Herstellung des Hydrozyklons, insbesondere der Kammer zu vereinfachen, kann es vorteilhaft sein, wenn die Kammer aus mehreren, miteinander verbundenen Hydrozyklon-Abschnitten besteht. Dies erlaubt es außerdem, die Hydrozyklon-Abschnitte entsprechend der Kompliziertheit der Form oder der Unterschiedlichkeit der Belastung aus unterschiedlichen Materialien herzustellen.
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Wegen des hohen Drucks in der Kammer ist es für die Herstellung einer einfachen und drucksicheren Verbindung zwischen benachbarten Elementen von Vorteil, wenn der Hydrozyklon oder ein Hydrozyklon-Abschnitt an wenigstens einem Ende einen Verbindungsflansch besitzt, der von der Kunststoffschicht gebildet wird.
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Dieser Verbindungsflansch kann so einfach mit einem anderen Verbindungsflansch eines benachbarten Hydrozyklon-Abschnittes oder einem Flansch eines Anschlusses am Hydrozyklon verbunden werden.
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Da auch der Verbindungsflansch von der Kunststoffschicht der Kammer gebildet wird, ist die Abdichtung gegenüber der Kammer gewährleistet. Jedoch muss die Formstabilität des Verbindungsflansches verbessert werden.
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Dies erfolgt dadurch, dass dem Verbindungsflansch ein Tragelement in Form einer ringförmigen Scheibe zugeordnet ist, die vorzugsweise in der Kunststoffschicht eingebettet wird.
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Die Formstabilität kann dabei noch wesentlich dadurch verbessert werden, dass die Scheibe mit dem Gitter verbunden ist.
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Für eine sichere Verbindung mit einem benachbarten Element kann es aber ebenso vorteilhaft sein, wenn der Hydrozyklon oder ein Hydrozyklon-Abschnitt an wenigstens einem Ende ein Gewinde, vorzugsweise ein Innengewinde aufweist, welches von der Kunststoffschicht gebildet wird. Wegen der höheren Stabilität infolge des geringeren Durchmessers der Kammer kann dies insbesondere am Schwerteil-Abscheider erfolgen.
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Die Faserstoffsuspension wird im Allgemeinen durch tangentiales Einblasen über den Einlauf in der Kammer auf eine kreisförmige Bahn gebracht, wobei die Faserstoffsuspension auf Grund der Zentrifugalkraft an die Wand der Kammer gedrückt wird. Dabei bewegt sich die Faserstoffsuspension spiralförmig vom Einlauf in Richtung Schwerteil-Abscheider.
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Hierbei sollte die Kammer zumindest abschnittsweise konisch ausgebildet sein, wobei sich der Durchmesser der Kammer zum Abscheider verringert. Die Verminderung des Durchmessers führt zu einer Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit und damit zu einer Verstärkung der Zentrifugal- und Fliehkräfte. Dadurch werden die Schwerteile an die Wand der Kammer gedrückt und dort aufkonzentriert. Am Ende der Kammer können die Schwerteile dann über den Abscheider abgeführt werden.
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Da sich in der Zentrumsachse der Kammer die Leichtteile aufkonzentrieren, sollte am einlaufseitigen Ende der Kammer ein vorzugsweise rohrförmiger, entlang der Zentrumsachse verlaufender Leichtteil-Auslauf in die Mitte der Kammer ragen. Über diesen Auslauf können so die Leichtteile der Suspension abgepumpt werden.
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Um auch Faserstoffsuspensionen hoher Stoffdichte reinigen zu können ist es von Vorteil, wenn, beispielsweise wie in der
EP 1 069 234 beschrieben, in die Kammer wenigstens eine Zuleitung für Verdünnungsflüssigkeit mündet.
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Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Hydrozyklon zur Reinigung der Faserstoffsuspension von Schwerteilen eingesetzt wird und dabei die gereinigte Faserstoffsuspension über den Leichtteil-Auslauf abgeführt wird.
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Es ist allerdings auch möglich Leichtteile über den Auslauf aus der Faserstoffsuspension zu entfernen und die gereinigte Faserstoffsuspension über den Abscheider abzuführen.
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Wegen der hohen Verschleißfestigkeit eignet sich der Hydrozyklon mit Vorteil zur Reinigung von Faserstoffsuspensionen, welche zur Herstellung einer Papier-, Karton-, Tissue- oder einer anderen Faserstoffbahn dienen und vorzugsweise eine Stoffdichte zwischen 0,5 und 6%, insbesondere zwischen 1,5 und 3,5% haben. Dies gilt insbesondere dann, wenn über eine Zuleitung Verdünnungsflüssigkeit zugeführt wird.
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Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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In der beigefügten Zeichnung zeigt:
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1: einen schematischen Querschnitt durch einen Hydrozyklon;
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2: ein Tragelement 7, 8 einer Kunststoffschicht 6 und
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3 + 4: andere Hydrozyklone.
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Die hier beschriebenen Hydrozyklone dienen der Reinigung einer Faserstoffsuspension 1 mit einer Stoffdichte zwischen 1,5 und 3,5% von Schwerteilen.
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Das feststehende Gehäuse des Hydrozyklons umschließt eine längliche Kammer 2 mit kreisförmigen Querschnitt.
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An einem Ende der Kammer 2 befindet sich ein Einlauf 3, über den die zu reinigende Faserstoffsuspension 1 gemäß 1 tangential in einen zylindrischen Einlaufabschnitt 11 der Kammer 2 eingedüst wird. Hierdurch wird die Faserstoffsuspension 1 auf eine kreisförmige Bahn gebracht, wobei die Faserstoffsuspension 1 gegen die Wand der Kammer 2 gedrückt wird.
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Durch die dabei wirkenden Zentrifugal- und Fliehkräfte reichern sich die Schwerteile 17 an der Wand der Kammer 2 und die Leichtteile 18 in der Mitte der Kammer 2 an. Auf diese Weise gelangen die Schwerteile 17 an der Wand der Kammer 2 spiralförmig zum gegenüberliegenden Ende der Kammer 2 mit dem Schwerteil-Abscheider 5, über den die Schwerteile 17 aus dem Hydrozyklon abgeführt werden.
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Um Verstopfungen des Schwerteil-Abscheiders 5 entgegenzuwirken, wird im Bereich des Schwerteil-Abscheiders 5 über eine Zuleitung 16 Verdünnungsflüssigkeit in die Kammer 2 geleitet.
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Dies erlaubt den störungsfreien Einsatz des Hydrozyklons auch bei hohen Stoffdichten, wie hier angestrebt.
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Die in der Mitte der Kammer 2 vorhandene, von den Schwerteilen 17 gereinigte Faserstoffsuspension 1 wird hier als Leichtteil-Komponente 18 über den Leichtteil-Abfluss 4 abgepumpt.
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Hierzu reicht ein rohrförmiger Leichtteil-Abfluss 4 am einlaufseitigen Ende entlang der Zentrumsachse 19 in die Mitte der Kammer 2.
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An den Einlaufabschnitt 11 schließt sich in Richtung Abscheider 5 ein kegelförmiger Hydrozyklon-Abschnitt 12 an, in dem sich der Durchmesser der Kammer 2 zum Abscheider 5 hin kontinuierlich vermindert.
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Durch diese Verjüngung steigt die Rotationsgeschwindigkeit der Suspension derart an, dass sich die Schwerteile 17 an der Wand der Kammer 2 aufkonzentrieren. Der Leichtteil-Auslauf 4 reicht bis in den Einlaufabschnitt 11 hinein.
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Sollen Leichtteile 18 aus der Faserstoffsuspension 1 entfernt werden, so wird die von diesen gereinigte Faserstoffsuspension 1 als Schwerteil-Komponente 17 über den Schwerteil-Abschneider 5 aus dem Hydrozyklon befördert, während die Leichtteile 18 über den Leichtteil-Abfluss 4 abgeführt werden.
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Am Einlauf 3 der Kammer 2 wird die Faserstoffsuspension 1 mit einem Druck von bis zu 4 oder sogar 6 bar eingedüst, was zu einer hohen Belastung hinsichtlich Verschleiß an der Innenoberfläche der Kammer 2 führt.
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Daher wird die Innenoberfläche der Kammer 2 im Wesentlichen von einer Kunststoffschicht 6 aus weichem Polyurethan gebildet. Dabei weist die Innenoberfläche der Kunststoffschicht 6 eine Härte zwischen 80 und 95° Shore A auf.
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Diese Kunststoffschicht 6 hat auch wegen ihrer Weichheit eine wesentlich höhere Verschleißfestigkeit als bisher verwendete formstabile Materialien, wie Stahl und formstabile Kunststoffe.
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Um die Formstabilität der Kunststoffschicht 6 gewährleisten zu können, kommen in den Ausführungsbeispielen unterschiedliche Tragelemente 7, 8, 9, 10 zum Einsatz. Bei 1 besteht der zylindrische Einlaufabschnitt 11 aus einem formstabilen Material (Stahl, formstabiler Kunststoff, Keramik). An diesen schließt sich in Richtung Abscheider 5 der konische Hydrozyklon-Abschnitt 12 aus der Kunststoffschicht 6 an. Die Verbindung beider Abschnitte 11, 12 erfolgt über einen Flansch des Einlaufabschnitt 11 und einen Verbindungsflansch 14 des konischen Hydrozyklon-Abschnitts 12 sowie eine diese Flansche 14 umschließende V-Band-Schelle 13. Der zylindrische Abscheider 5 ist hier in ein Innengewinde 15 der Kammer 2 geschraubt, was auch wegen des geringeren Durchmessers oder Hydrozyklon-Abschnittes 12 ausreichend stabil ist.
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Um der Kunststoffschicht 6 des konischen Hydrozyklon-Abschnitts 12 eine ausreichende Formstabilität zu verleihen, sind in diese Tragelemente 7, 8 eingegossen.
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Diese Tragelemente 7, 8 bestehen, wie in 2 dargestellt, aus einer im Verbindungsflansch 14 eingegossenen ringförmigen Metall-Scheibe 7 und einem damit verbundenen, konusförmigen Metall-Gitter 8 für die konusförmige Kunststoffschicht 6.
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Das Metall-Gitter 8 wird von einem Geflecht von miteinander verschweißten Drähten gebildet. Dabei beträgt die Drahtstärke etwa 0,2 bis 2 mm, vorzugsweise 0,4 bis 0,8 mm. Die Maschenweite des Gitters 8 liegt zwischen 2 und 10 mm.
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Die Kunststoffschicht 6 hat hier eine Dicke zwischen 8 und 40 mm, vorzugsweise zwischen 12 und 25 mm.
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Im Unterschied hierzu wird das Gehäuse in 3 von einem stabilen Formkörper 9 aus Metall oder einem formstabilen Kunststoff wie Polyamid gebildet, dessen Innenoberfläche im Wesentlichen aus einer Kunststoffschicht 6 besteht, die mit dem Formkörper 9 verklebt ist. Die Dicke der Kunststoffschicht 6 liegt hier etwa zwischen 2 und 20 mm.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführung ist der zylindrische Einlaufabschnitt 11 wie in 1 ausgebildet. Jedoch erfolgt die Stabilisierung des von der Kunststoffschicht 6 gebildeten, konischen Hydrozyklon-Abschnittes 12 einerseits durch eine ringförmige Scheibe 7 im Verbindungsflansch 14, welche zumindest etwas in den konischen Abschnitt 12 hineinreichende Elemente besitzt und andererseits über äußere Tragelemente 10.
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Die äußeren Tragelemente 10 werden von Ringen gebildet, die die Kunststoffschicht 6 umschließen und so ihre Form auch bei hohem Druck stabilisieren.
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Hierzu sind die Ringe gleichmäßig über die Länge des konischen Abschnitts 12 verteilt angeordnet.
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Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungen beschränkt. Beispielsweise können mehr als zwei Hydrozyklon-Abschnitte 11, 12 vorhanden sein. Auch können die Einlaufabschnitte konisch und andere Abschnitte 12 zylindrisch ausgebildet sein.
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Ebenso können die Hydrozyklon-Abschnitte 12 an beiden Enden oder der Hydrozyklon am Abscheider 5 einen, insbesondere mit einer ringförmigen Scheibe 7 verstärkten Verbindungsflansch 14 besitzen.
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Im Ergebnis erhöht sich die Verschleißfestigkeit der Kammer 2 und damit des Hydrozyklons erheblich, ohne dass dies die Funktion, Sicherheit oder den Herstellungsaufwand wesentlich beeinträchtigen sollte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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