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Die Erfindung betrifft eine diskontinuierliche Zentrifuge mit einer drehbaren Zentrifugentrommel, mit einer Antriebsspindel, mit einem Mantel und mit einem Boden, mit einer Nabe der Zentrifugentrommel, welche Nabe mehrere Arme zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung des Mantels der Zentrifugentrommel mit der Antriebsspindel der Zentrifugentrommel aufweist, mit einem Ausräumer zum Ausräumen eines Produktes bei Räumdrehzahl von der Innenwand des Mantels der drehbaren Zentrifugentrommel, wobei der Ausräumer ein Element aufweist, welches um eine Achse schwenkbar ist, welche Achse parallel zur Drehachse der Zentrifugentrommel steht, wobei das Element eine Schneide aufweist, die über nahezu die gesamte Höhe der Zentrifugentrommel verläuft und nach dem Schwenken Kontakt zum Produkt hat,
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Diskontinuierliche Zentrifugen werden insbesondere auch für die Trennung von Zuckerkristallen aus Zuckerkristallsuspensionen eingesetzt.
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Von oben wird ein Ausgangsstoff zugeführt, beispielsweise ein Magma mit angereicherten Kristallsuspensionen, und dann in der Zentrifugentrommel so behandelt, dass sich auf der Innenfläche eines Mantels der Zentrifugentrommel ein Produkt, beispielsweise hier ein Kristallisat, absetzt. Der Sirup tritt dabei durch ein Arbeitssieb aus, welches auf dem Mantel liegt.
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Dieses Kristallisat bzw. diese Kristallschichten müssen dann aus der Zentrifugentrommel ausgeräumt werden, damit diese für den nächsten Einsatz bzw. die nächste Charge bereit ist.
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Sehr bewährt hat sich hierfür eine diskontinuierliche Zentrifuge, wie sie in der
EP 0 953 380 B1 beschrieben ist. Die Kristallschichten werden von der Innenfläche des Mantels der Zentrifugentrommel mittels eines Ausräumers entfernt, der über die gesamte Höhe der Zentrifugentrommel erstreckt ist und um eine zur Zentrifugentrommel parallele Achse so verschwenkt werden kann, dass er mit einer Schneide in die Zuckerschichten (bzw. Schichten eines anderen Produkts) auf der Innenseite des Mantels einfährt und das Kristallisat auf diese Weise sukzessive von dem Mantel abschält.
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Die auf diese Weise abgeschälten Kristallschichten fallen dann aufgrund der Schwerkraft innerhalb der Zentrifugentrommel nach unten auf deren Boden und werden dort dann durch eine zentrische Öffnung abgeführt.
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Dabei ist zu berücksichtigen, dass im unteren Bereich der Zentrifugentrommel eine Nabe mit mehreren Armen vorgesehen ist, die den Mantel der Zentrifuge über dem Boden mit einer Welle oder Antriebsspindel verbindet, welche den Antrieb für die Drehung der Zentrifugentrommel bereit stellt und in der Achse der Zentrifugentrommel verläuft.
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Um die erheblichen Kräfte von dieser Spindel auf die sich hochtourig drehende Zentrifugentrommel bzw. über den Boden auf den Mantel übertragen zu können, ist diese Nabe dreidimensional mittels Einbauten, schräg verlaufenden Armen und weiteren Elementen versteift und verstärkt.
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Da der Ausräumer mit seiner Schneide bzw. dem Schälmesser und die Elemente der Nabe mit ihren Armen sich gegenseitig stören würden, wird der Ausräumer während des Zentrifugiervorganges achsparallel um etwa 200 mm nach oben gefahren.
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Vor dem Schälvorgang fährt der Ausräumer dann vertikal bzw. achsparallel bis zum untersten Punkt wieder in Richtung zum Boden der Zentrifugentrommel und wird danach dann erst um die Schwenkachse in die Zuckerschichten geschwenkt.
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In der
DE 10 2009 039 729 A1 wird eine diskontinuierliche Zentrifuge mit hängend angeordneter Zentrifugentrommel beschrieben. Ein Ausräumer zum Entfernen des an der Trommelwand angeordneten Feststoffkuchens wird auch hier vertikal beziehungsweise achsparallel verfahren.
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In einer aus der
DE 36 14 965 A1 bekannten diskontinuierlich arbeitenden Flachbodenzentrifuge wird ebenfalls ein Ausräumer eingesetzt.
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Aus der
BR-MU 8800278-0 U ist der Vorschlag bekannt, dieses vertikale Einfahren eines Ausräumers zusätzlich mittels einer Verriegelungsvorrichtung abzusichern, damit sichergestellt werden kann, dass der Einschwenkvorgang erst dann stattfindet, wenn sich der Ausräumer in der richtigen Position befindet. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, den Senkhub möglichst gering auszuführen.
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Eine solche zusätzliche Verriegelungsvorrichtung erhöht den Aufwand recht erheblich. Es besteht neben den zusätzlichen Kosten auch ein entsprechender Zeitaufwand, der für das Verriegeln und zu gegebener Zeit auch für das Entriegeln dieser Verriegelungsvorrichtung erforderlich wird. Darüber hinaus handelt es sich um eine mit Kraft belastete Vorrichtung, die einem zusätzlichen Verschleiß und auch der Gefahr von Fehlfunktionen unterliegt.
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In einem weiteren, aus der
EP 1 954 397 B1 bekannten Vorschlag für eine derartige diskontinuierliche Zentrifuge wird vorgeschlagen, statt eines über die gesamte Länge der Zentrifugentrommel in Achsrichtung reichenden Ausräumers zwei einzelne, spatenförmige Ausräumer übereinander einzusetzen. Dabei sollen die beiden Teilausräumer zusätzlich zueinander versetzt sein und in einer recht komplizierten Form relativ zueinander jeweils einen oberen und einen unteren Teil der Zentrifugentrommel abstreifen. Der vertikale Hub in der Achsrichtung der Zentrifugentrommel soll dabei für die beiden spatenförmigen Ausräumerteile unabhängig steuerbar sein und auch beschränkt sein.
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Diese Konzeption ist ausgesprochen aufwändig und bedarf eines erheblichen apparativen Aufbaus, um die getrennte Bewegung und Steuerung der beiden spatenförmigen Ausräumer zu gewährleisten.
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Die Nutzer derartiger diskontinuierlicher Zentrifugen sind jedoch an einer möglichst reibungslosen und wenig fehleranfälligen Betriebsform der Zentrifugentrommel interessiert. Der apparative Aufwand sollte möglichst gering sein und die Zahl der relativ zueinander beweglichen Teile so gering wie möglich.
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Darüber hinaus wäre es wünschenswert, wenn möglichst wenig Zeitverlust durch uneffektive Sicherungsmaßnahmen und dergleichen von der eigentlichen Einsatzzeit abgehen würde.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine diskontinuierliche Zentrifuge vorzuschlagen, die in der Lage ist, einen Ausräumvorgang von einer Innenseite eines Mantels einer Zentrifugentrommel mit einem reduzierten apparativen Aufwand durchzuführen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine diskontinuierliche Zentrifuge mit einer drehbaren Zentrifugentrommel, mit einer Antriebsspindel, mit einem Mantel und mit einem Boden, bei der die drehbare Zentrifugentrommel mit ihrer Antriebsspindel, dem Mantel und dem Boden pendelnd aufgehängt ist, mit einer Nabe der Zentrifugentrommel, welche Nabe mehrere Arme zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung des Mantels der Zentrifugentrommel mit der Antriebsspindel der Zentrifugentrommel aufweist, bei der die Arme der Nabe obere Flächen aufweisen, welche unterhalb des Trommelbodens liegen, mit einem Ausräumer zum Ausräumen bei Räumdrehzahl eines Produktes von der Innenwand des Mantels der drehbaren Zentrifugentrommel, wobei der Ausräumer ein Element aufweist, welches um eine Achse schwenkbar ist, welche Achse parallel zur Drehachse der Zentrifugentrommel steht, wobei das Element eine Schneide aufweist, die über nahezu die gesamte Höhe der Zentrifugentrommel verläuft und nach dem Schwenken Kontakt zum Produkt hat, wobei der Ausräumer unabhängig von der pendelnden Aufhängung der Zentrifugentrommel angebracht ist, und wobei der Ausräumer vertikal unverfahrbar aufgebaut ist.
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Besonders vorteilhaft ist es erfindungsgemäß, eine Zentrifugenkonzeption einzusetzen, die aufgehängt ist und eine Pendelmöglichkeit schafft. Derartige diskontinuierliche Zentrifugen werden auch als Hänge-Pendel-Zentrifugen bezeichnet.
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Sie zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass der Ausräumer relativ zur Zentrifugentrommel und zum Mantel beweglich ist, da er nicht mit aufgehängt wird oder jedenfalls nicht mit Teil des gleichen Aufhängemechanismus ist.
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Durch die Erfindung tritt aber auch in diesen Fällen keine Störung des Ausräumers mit seiner Räumstange und seinem Räumpflug oder Schälmesser und der Zentrifugentrommel mit seinem Mantel, Boden und der Nabe andererseits ein.
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Mit einer derartigen Konfiguration wird überraschend eine wesentlich verbesserte diskontinuierliche Zentrifuge, insbesondere diskontinuierliche Zuckerzentrifuge, bereitgestellt.
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Die erfindungsgemäße diskontinuierliche Zentrifuge hat nämlich den wesentlichen Vorteil, dass der Ausräumer nicht mehr in Vertikalrichtung beweglich gestaltet werden muss. Ein Antrieb für eine Bewegung in vertikaler Richtung für den Ausräumer ist nicht mehr erforderlich. Er muss lediglich noch seine Schwenkbewegung durchführen können.
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Der Ausräumer muss nicht mehr teilweise aus der Trommel gehoben werden, um Kollisionen und Behinderungen zu vermeiden. Das bedeutet, dass jegliche uneffektive Nebenzeit, die bisher die Chargendauer erhöht und damit die Effektivität der Maschinen gesenkt hat, entfällt.
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Dies wird überraschend dadurch möglich, dass das Vorsehen von Einbauten und Verstrebungen im unteren Bereich einer Zentrifugentrommel vermieden wird. Die bisher dort befindlichen Versteifungen werden in den Bereich unterhalb des Bodens der Zentrifugentrommel verlegt.
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Dies war bisher für nicht möglich gehalten worden. Wie jedoch Versuche zeigen, kann dies durch eine geschickte Lage der Arme einer Nabe ermöglicht werden, und zwar gerade dann, wenn die oberen Flächen dieser Arme unterhalb des Bodens liegen.
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Gleichwohl kann mit einem einzigen Ausräumer gearbeitet werden, ohne eine komplizierte, anfällige und teure Aufteilung des Ausräumers in mehrere einzelne Teile.
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Die Geometrie des Räumpfluges, die Position des Räumpfluges und die Ausführung der Verbindung der Zentrifugentrommel zur Trommelachse werden also so verändert, dass der Räumpflug bzw. das Schälmesser während der gesamten Charge in der Trommel verbleiben können.
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Das Design der Trommelnabe ist besonders dann günstig, wenn es sich um drei Arme handelt. Dann wird insbesondere auch das Verhältnis der Öffnungsfläche relativ zu den mechanischen Versteifungselementen der Zentrifugentrommel optimal.
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Die Öffnungsfläche kann mittels einer Verschlusseinrichtung geschlossen werden.
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Bevorzugt ist es weiter, wenn die Scheibe nicht einstückig aufgelegt ist, sondern in Segmente so aufgeteilt ist, dass die Segmente den Freiraum zwischen den Armen der Nabe ausfüllen und eine freie Relativbewegung der Segmente zu den Armen erlauben.
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Weitere bevorzugte Maßnahmen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der folgenden Figurenbeschreibung erörtert.
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Im Folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer diskontinuierlichen Zentrifuge in einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches einer Nabe der Zentrifuge aus 1;
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3 eine perspektivische Darstellung der Nabe aus 2;
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4 eine perspektivische Darstellung der Nabe aus 3, eingesetzt in einem Boden einer Zentrifugentrommel; und
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5 eine Ansicht eines Bodenbereiches ohne die Nabe.
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In der schematischen Darstellung in der 1 sieht man in einem lotrechten Mittelschnitt eine Zentrifuge, etwa einer Zuckerzentrifuge, mit einer Zentrifugentrommel 10. Die Zentrifugentrommel 10 besitzt eine Antriebsspindel 11, die auch die vertikal angeordnete Achse der Zentrifugentrommel 10 bildet und den Drehantrieb für die gesamte Zentrifugentrommel 10 bereitstellt. In der 1 ist die Antriebsspindel 11 lediglich schematisch angedeutet. Die Drehrichtung 12 ist durch einen Pfeil zusätzlich markiert.
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Die Zentrifugentrommel 10 weist ferner einen Mantel 13 auf, der durch den Drehantrieb 11 in eine Drehbewegung versetzt wird. Der Mantel 13 ist im Wesentlichen zylindrisch und auf seiner Innenwandung durch ein nicht näher dargestelltes Arbeitssieb abgedeckt.
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In die Zentrifugentrommel 10 wird ein Magma aufgegeben, dass insbesondere Zuckerkristalle noch mit ihrem Muttersirup aufweist. Dieses Magma wird von der hochtourig angetriebenen Zentrifugentrommel 10 abgeschleudert, wobei die Zuckerkristalle das Arbeitssieb nicht durchdringen, dagegen der Sirup durch das Arbeitssieb austritt und aus nicht dargestellten Bohrungen im Mantel 13 nach außen austritt.
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Nach weiteren Arbeitsschritten, beispielsweise einer Waschung der auf diese Weise abgesetzten Kristalle mit einer reinen Flüssigkeit, bleiben auf der Innenseite des Mantels 13 die Zuckerkristalle in Form eines Kristalisats 14 haften und bilden dort eine Art Zuckerschicht.
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Nach unten ist die Zentrifugentrommel 10 durch einen Boden 15 abgeschlossen. Der Boden 15 ist im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Zentrifugentrommel 10 angeordnet. Der Boden 15 weist allerdings Öffnungen 16 auf, durch die das Kristallisat 14 aus der Zentrifugentrommel 10 aufgrund seiner Schwerkraft austreten kann. Diese Öffnungen 16 sind während des Zentrifugiervorganges geschlossen und werden erst danach geöffnet.
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Um das an der Innenwand des Mantels 13 haftende Kristallisat 14 von dort entfernen zu können, ist ein Ausräumer 20 vorgesehen. Der Ausräumer 20 weist eine Räumstange 21 und ein an der Räumstange 21 angeordnetes Element 22, beispielsweise ein Schälmesser 22 oder einen Räumpflug auf. Das Schälmesser 22 oder der Räumpflug sind relativ zur Räumstange um die von der Räumstange 21 gebildete Achse schwenkbar.
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Das Schälmesser 22 bzw. der Räumpflug verlaufen parallel zur Achse der Zentrifugentrommel 10 und somit vertikal. Sie erstrecken sich über die ganze oder nahezu die ganze Höhe des Mantels 13.
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Diese Schwenkbewegung führt dazu, dass das Schälmesser 22 in das Kristallisat 14 einfahren kann. Während des Abschälvorgangs dreht sich die Zentrifugentrommel 10 mit Räumdrehzahl. Diese Räumdrehzahl ist deutlich geringer als die Drehzahl der Zentrifugentrommel 10 während des Zentrifugenvorgangs. Dadurch führt das Einschwenken des Elements 22 beziehungsweise Schälmessers dazu, dass das Element 22 sukzessiv die Schichten des Kristallisats 14 abschält.
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Nach dem Abschälvorgang fallen die Zuckerkristalle des Kristallisats 14 aufgrund ihrer Schwerkraft innerhalb der Zentrifugentrommel 11 nach unten in Richtung auf den Boden 15 und dort durch die nun nicht mehr verschlossenen Öffnungen 16.
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Die Verbindung von der Antriebsspindel 11 zum Mantel 13 wird über eine Nabe 30 vorgenommen. Die Nabe ist dabei in der dargestellten Ausführungsform mit einem äußeren Bereich des Bodens 15 verbunden, der seinerseits an den Mantel 13 angrenzt und mit diesem verbunden ist. Der Boden 15 dient also hier zur weiteren Übertragung der Antriebskräfte, die ihm von der Nabe 30 übermittelt werden. Die Nabe 30 umschließt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Antriebsspindel 11 und besitzt mehrere Arme 31.
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Zwischen den Armen 31 sind Freiräume (in der 1 nicht zu erkennen), durch die auch die Zuckerkristalle des Kristallisats 14 nach Durchtreten der Öffnungen 16 im Boden 15 nach unten hindurch fallen können.
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Man sieht, dass anders als in der
EP 0 953 380 B1 , der
BR-MU 8800278-U und der
EP 1 954 397 B1 die Arme
31 der Nabe
30 vollständig unterhalb des Bodens
15 verlaufen. Die Nabe
30 ragt durch den Boden
15 lediglich unmittelbar im Anschluss an die Antriebsspindel
11 nach oben in den Innenraum der Zentrifugentrommel
10.
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Die Arme 31 sind auf einer Oberseite 32 so ausgebildet, dass sie einen zurückgenommenen Bereich 33 aufweisen.
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Die Schnittdarstellung in der 1 zeigt den Schnitt insoweit nicht technisch exakt, als bei einer bevorzugten Ausführungsform mit drei Armen 31 in der Schnittdarstellung nicht eine symmetrische Anordnung zweier Arme 31 zu sehen wäre. Die Darstellung erfolgt hier, um den Kern der Erfindung schematisch sinnvoller darstellen zu können.
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In der 2 sieht man den Bereich der Nabe 30 vergrößert dargestellt.
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Sehr gut sieht man, dass der zurückgenommene Bereich 33 auf der Oberseite 32 der Arme 31 der Nabe 30 abgerundet ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Abschrägung so vorgenommen, dass die Oberseiten 32 der Arme 31 in Richtung vom Mantel 13 zur Mitte um die Antriebsspindel 11 hin um einen Winkel zwischen 1° und 10° abfallen, vorzugsweise um einen Winkel von 2° bis 4°.
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Dieser Winkel muss nicht konstant sein, wie man insbesondere in der 2 gut erkennt.
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Zum Verständnis sei zusätzlich erwähnt, dass die erfindungsgemäße Ausführungsform insbesondere für eine diskontinuierliche Hänge-Pendel-Zentrifuge geeignet ist, wie sie sich für eine Zuckerzentrifuge hier als vorteilhaft erweist. Das bedeutet, dass die Antriebsspindel mit der Zentrifugentrommel 10 samt Boden 15, Nabe 30 und Mantel 13 pendelnd aufgehängt ist. Nicht mit aufgehängt ist dagegen der Ausräumer 20 mit der Räumstange 21 und dem Schälmesser 22. Das bedeutet, dass eine Relativbewegung der Zentrifugentrommel 10 und des Ausräumers 20 möglich ist.
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Diese Relativbewegung wird aber vollständig durch den zurückgenommenen Bereich 33 auf der Oberseite 32 der Arme 31 berücksichtigt, so dass der Ausräumer 20 mit seinem untersten Bereich hier um einige Grade bei einer Relativschwenkbewegung bzw. Pendelbewegung der Zentrifugentrommel 10 sich bewegen kann, ohne dass es zu einer Kollision oder zu einem Eingriff des Ausräumers 20 in ein mechanisches Element der Zentrifugentrommel 10 kommen kann.
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In der 3 ist eine perspektivische Darstellung der Nabe 30 aus der 2 dargestellt. Man sieht, wie zentral um die (nicht dargestellte) Antriebsspindel 11 ein innerer Bereich der Nabe 30 vorgesehen ist, von dem aus drei Arme 31 jeweils in einen Winkel von 120° zueinander nach außen ragen.
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Die drei Arme 31 laufen außen wieder in ein ringförmiges Element der Nabe 30 zusammen, auf dem der Boden 15 (nicht dargestellt) dann befestigt ist.
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Man kann hier gut erkennen, dass diese Nabe 30 in der Lage ist, die Drehbewegung der Antriebsspindel 11 auf den Mantel 13 der Zentrifugentrommel 10 zu übertragen.
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Dabei ragt kein Bereich der Arme 31 der Nabe 30 über den (nicht dargestellten aber gut vorstellbaren) Boden 15 nach oben hinweg.
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In der 4 sieht man nun das Zusammenspiel der Nabe 30 mit dem Boden 15. Der Boden 15 überdeckt diejenigen Bereiche unterhalb des Mantels 13, die nicht von den Armen 31 eingenommen werden.
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Darunter befindet sich noch ein Bodenverschluss 40. Während des Einfüllvorgangs des Magmas und während des Zentrifugiervorgangs ist der Bodenverschluss 40 so angeordnet, dass der Boden 15 vollständig geschlossen ist.
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Während des Abschälvorgangs des Ausräumers 20, zu dem das Kristallisat 14 nach unten auf den Boden 15 fällt, wird der Bodenverschluss 40 so relativ verschoben, dass sich die Öffnungen 16 bilden und das Kristallisat 14 beschleunigt durch die Öffnungen 16 im Boden 15 fallen kann.
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Dies ist in der 5 deutlich zu sehen, in der zur Vereinfachung die Nabe 30 mit den Armen 31 weggelassen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zentrifugentrommel
- 11
- Antriebsspindel der Zentrifugentrommel 10
- 12
- Drehrichtung der Zentrifugentrommel 10
- 13
- Mantel
- 14
- Kristallisat auf der Innenseite des Mantels 13
- 15
- Boden
- 16
- Öffnungen im Boden 15
- 20
- Ausräumer
- 21
- Räumstange des Ausräumers 20
- 22
- Element, insbesondere Schälmesser oder Räumpflug des Ausräumers 20
- 30
- Nabe
- 31
- Arme der Nabe 30
- 32
- Oberseite der Arme 31
- 33
- zurückgenommener Bereich der Oberseite 32
- 40
- Bodenverschluss
