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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die dazu dient, eine Fest-Flüssig-Mischung in feste und flüssige Bestandteile zu separieren. Ein Anwendungsgebiet einer solchen Separation ist die Aufbereitung von Gülle im Bereich der landwirtschaftlichen Viehhaltung. Hier besteht das Problem, die erheblichen Güllemengen weiter zu verwerten. Sollen diese als Dünger ausgebracht werden, sind erhebliche landwirtschaftliche Flächen erforderlich, die häufig dort, wo das Vieh gehalten wird, nicht zur Verfügung stehen, so dass es zu einem regelrechten „Gülletourismus” kommt, wenn die Gülle zu weit entfernten Flächen verbracht werden muss. Der Versuch, die Gülle mengenmäßig zu verringern, indem die wässerigen Bestandteile der Gülle verdunstet werden und die Gülle auf diese Weise getrocknet wird, führt häufig zu unerwünschten Geruchsbelästigungen oder erfordert eine aufwendige Luft-Filtrationstechnik. Zudem erfordert die Trocknung der Gülle erhebliche Mengen von Energie zum Beheizen, um die wässerigen Bestandteile in akzeptabel kurzer Zeit zu verdunsten.
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Es ist daher bekannt, im Rahmen einer so genannten Gülle-Separation die festen von den flüssigen Bestandteilen der Gülle zu trennen, so dass erstens die flüssigen Bestandteile auf vergleichsweise einfache Weise nachbehandelt werden können, da sie von den festen Bestandteilen befreit sind, indem sie beispielsweise als Dünger mit vermindertem Nährstoffgehalt ausgebracht werden. Zweitens können die festen Bestandteile ihrerseits besser weiter verwertet werden, beispielsweise thermisch weiter verwertet werden können, da sie einen erheblich reduzierten Feuchtigkeitsgehalt aufweisen, der ansonsten beispielsweise eine Verbrennung entweder verhindern oder wirtschaftlich erheblich nachteilig beeinflussen würde.
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Die Separation fester und flüssiger Bestandteile einer Fest-Flüssig-Mischung ist auch in anderen Anwendungsgebieten vorteilhaft, wobei aus rein illustrativen Gründen im Rahmen des vorliegenden Vorschlags regelmäßig auf das Beispiel der Gülleseparation zurückgegriffen wird, auch weil anhand dieses Anwendungsbeispiels der vorliegende Vorschlag in praktischen Versuchen erprobt wurde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Separieren fester und flüssiger Bestandteilen einer Fest-Flüssig-Mischung anzugeben, die bei vergleichsweise geringem energetischem Einsatz und mit möglichst geringen Emissionen einen hohen Separationsgrad ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Ein vorteilhaftes Anwendungsbeispiel für den Einsatz einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung ist in Anspruch 14 beschrieben, nämlich die Verwendung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung zum Separieren fester und flüssiger Bestandteile aus Gülle.
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Vorschlagsgemäß ist als grundsätzliche Separationstechnik vorgesehen, die Gülle auf ein Schwingsieb aufzugeben, so dass einerseits die flüssigen Bestandteile durch die Maschen des Schwingsiebs hindurchtreten und andererseits die festen Bestandteile der Flüssigkeit auf dem Schwingsieb verbleiben. Dementsprechend ist oberhalb des Schwingsiebs ein Zulauf angeordnet, der die Fest-Flüssig-Mischung mit ihren beiden unterschiedlichen Bestandteilen auf das Schwingsieb führt.
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Als Schwingsieb ist im Rahmen des vorliegenden Vorschlags eine Fläche bezeichnet, die sich in kontrollierte Schwingungen versetzen lässt und Durchtrittsöffnungen mit einer definierten Weite versehen ist, die als Maschenweite bezeichnet wird. Lochbleche oder geschlitzte Bleche sind verwendbar. Vorteilhaft wird ein regelrechtes Sieb verwendet, welches aus einem Geflecht bzw. Gitter gebildet ist. Im Vergleich zu gelochten oder geschlitzten Blechen ermöglicht ein Sieb einen besonders großen Anteil an Öffnungen innerhalb seiner Grundfläche und somit besonders hohe Durchsatzleistungen. Insbesondere kann vorgesehen sein, unterschiedlich ausgestaltete Schwingsiebe zu kombinieren, beispielsweise zu einem insgesamt größeren Schwingsieb mit dementsprechend unterschiedlichen Abschnitten, oder unterschiedlich ausgestaltete Schwingsiebe innerhalb des selben Gehäuses anzuordnen. Beispielsweise kann für die Verarbeitung von besonders schwerem Material eine partielle mechanische Verstärkung des Schwingsiebs vorgesehen sein, beispielsweise indem dort das Schwingsieb ein Lochblech statt eines Siebes aufweist.
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Das Schwingsieb ist innerhalb eines im Wesentlichen geschlossenen Gehäuses angeordnet. Das Gehäuse verhindert Emissionen in Form von Spritzern, aber auch in Form von beispielsweise Gerüchen. Es ist daher im Wesentlichen geschlossen ausgestaltet und weist lediglich die Öffnungen auf, die erforderlich sind, um einlassseitig die Fest-Flüssig-Mischung in das Gehäuse und auf das Schwingsieb zu führen, und um auslassseitig die festen und die flüssigen Bestandteile aus dem Gehäuse herauszuführen. Unterhalb des Schwingsiebs ist dementsprechend ein Ablauf angeordnet, der die flüssigen Bestandteile aus dem Gehäuse führt, während nahe dem in Förderrichtung vorderen Ende des Schwingsiebs eine Austragsöffnung vorgesehen ist, durch welche die festen Bestandteile aus dem Gehäuse gelangen.
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Eine hohe Durchsatzleistung weist die vorschlagsgemäße Vorrichtung dadurch auf, dass das Schwingsieb besaugt ist: die flüssigen Bestandteile treten nicht nur schwerkraftunterstützt durch das Schwingsieb hindurch, sondern werden vielmehr nach unten abgesaugt. Dazu ist vorschlagsgemäß eine Absaugpumpe vorgesehen, so dass im Gehäuse unterhalb des Schwingsiebs ein Unterdruck herrscht. Bei praktischen Versuchen hat sich beispielsweise ein Unterdruck im Bereich von etwa 1 bar bewährt, der einerseits eine hohe Durchsatzleistung der Vorrichtung gewährleistet, andererseits jedoch nicht ausreicht, um ein unerwünscht hohes Maß an festen Bestandteilen durch die Maschen des Schwingsiebs zu ziehen und somit den Separationsgrad nachteilig zu beeinflussen.
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Durch die Besaugung des Schwingsiebs wird zudem ein Unterdruck in dem gesamten Gehäuse geschaffen: wenn die festen Bestandteile, die auf dem Schwingsieb aufliegen, durch die Schwingungen regelmäßig vom Schwingsieb abheben, kann Luft unter das Schwingsieb gesaugt werden. Da das Gehäuse im wesentlichen geschlossen ist, treten an den verbleibenden Öffnungen keine gasförmigen Emissionen aus dem Gehäuse aus, sondern es wird vielmehr Umgebungsluft in das Gehäuse eingesaugt, so dass es emissionsfrei betrieben werden kann.
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Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Zulauf, durch den die Fest-Flüssig-Mischung auf das Schwingsieb gelangt, oberhalb des in Förderrichtung hinteren Endes des Schwingsiebs mündet. Die in der Fest-Flüssig-Mischung befindlichen festen Bestandteile gelangen also auf das Schwingsieb im Bereich von dessen hinteren Ende, so dass sie über die ganze Länge des Schwingsiebs gefördert werden, bis sie zum vorderen Ende gelangen, wo die Austragsöffnung vorgesehen ist. Die Bewegung der festen Bestandteile über die Länge des Schwingsiebs hinweg fördert die Abscheidung der flüssigen Bestandteile aus den festen Bestandteilen und erhöht somit den Separationsgrad.
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Vorteilhaft kann unterhalb des Zulaufs und oberhalb des Schwingsiebs ein Verteiler im Gehäuse angeordnet sein. Dieser Verteiler dient dazu, die Fläche des Schwingsiebs optimal zur Separation auszunutzen. Der Verteiler wirkt nicht in Längsrichtung bzw. Förderrichtung des Schwingsiebs, sondern quer dazu, verteilt die Mischung also über die Breite des Schwingsiebs, und vorteilhaft über dessen gesamte Breite.
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Vorteilhaft kann das Schwingsieb schräg von unten nach oben angeordnet sein und so betrieben werden, dass es die festen Bestandteile schräg aufwärts fördert. Das Neigungsmaß der Schrägstellung kann in Anpassung an das vorgesehene Anwendungsgebiet konstruktiv vorgegeben sein, oder es kann eine Neigungsverstellung des Schwingsiebes bzw. des Gehäuses vorgesehen sein, um die Vorrichtung flexibel an unterschiedliche Anforderungen anpassen zu können.
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Es kann insbesondere vorteilhaft vorgesehen sein, innerhalb des Gehäuses, in dem sich das Schwingsieb befindet, den Pegel der Fest-Flüssig-Mischung nur so hoch einzustellen, dass das Schwingsieb teilweise über diesen Pegel nach oben hinausragt. Bereits innerhalb der auf das Schwingsieb aufgegebenen Fest-Flüssigmischung bildet sich auf dem Schwingsieb eine Art Filterkuchen mit einem hohen Feststoffanteil. Dieser Filterkuchen wird auf dem Schwingsieb aufwärts und somit über den Pegel der Fest-Flüssig-Mischung hinaus gefördert, so dass dort, unterstützt durch den rüttelnden Effekt des Schwingsiebs, eine besonders wirksame weitere Abscheidung der flüssigen Bestandteile aus dem Filterkuchen erfolgen kann, bevor die festen Bestandteile dann in die Austragsöffnung gelangen, durch welche sie das Gehäuse verlassen.
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In praktischen Versuchen hat sich eine Maschenweite des Schwingsiebs bewährt, die kleiner als 0,8 mm bemessen ist, beispielsweise zwischen 0,7 und 0,8 mm beträgt. Beim Separieren von Gülle wurden mit derartigen Maschenweiten hohe Durchsatzleistungen der Vorrichtung bewirkt. Während der Anteil an festen Bestandteilen innerhalb der Fest-Flüssig-Mischung etwa 7 bis 8% betrug, betrug er in den aus der Vorrichtung gelangenden flüssigen Bestandteilen nur noch etwa 0,8%.
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Mit Hilfe einer noch geringeren Maschenweite von beispielsweise etwa 0,4 bis 0,5 mm kann der Separationsgrad noch weiter erhöht werden und, bei gleichem Ausgangsmaterial, die Menge fester Bestandteile auf etwa 0,2 bis 0,3% verringert werden, unter Inkaufnahme einer geringeren Durchsatzleistung der Vorrichtung.
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Der Separationsgrad kann dadurch noch weiter verbessert werden, dass die aus der Austragsöffnung gelangenden festen Bestandteile ein einem anschließenden zweiten Separationsschritt nachbehandelt werden, beispielsweise in einer Schneckenpresse. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Schneckenpresse besteht darin, dass diese in an sich bekannter Weise eine Schnecke aufweist, die als Pressschnecke oder Förderschnecke bezeichnet wird, und die radial außerhalb der Schnecke einen oder mehrere Filter aufweist. Die besonders vorteilhafte Ausgestaltung liegt darin, dass dieser Filter eine Vielzahl von Schlitzen aufweist, die sich in Längsrichtung der Schnecke erstrecken. Flüssige Bestandteile, die aus dem Material austreten, müssen also nicht quer zur Förderrichtung der Schnecke radial nach außen in Art einer Richtungsänderung von etwa 90° strömen, sondern sie können aufgrund der in Längsrichtung verlaufenden Schlitze mit nur geringer Richtungsänderung über die gesamte Länge der Schnecke nach und nach weiter radial nach außen und durch die Schlitze hindurchtreten. Dadurch ist nicht nur der Betrieb der Schneckenpresse mit einer überraschend geringen Antriebsleistung möglich, sondern es werden auch hervorragende Ergebnisse erreicht, was die Steigerung des Trockenanteils im Material betrifft.
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Die Ausgestaltung der beschriebenen Schneckenpresse kann vorteilhaft einen Filter umfassen, der eine Vielzahl von Flacheisen aufweist. Diese Flacheisen sind koaxial zur Schnecke ausgerichtet, indem sich die Flacheisen ihrer Länge nach in Längsrichtung der Schnecke erstrecken. Was den Materialquerschnitt der Flacheisen angeht, so sind diese strahlenkranzartig um die Schnecke herum ausgerichtet, sodass sich also die Breite der Flacheisen radial von der Schnecke weg nach außen erstreckt und die Materialstärke bzw. Dicke der Flacheisen jeweils in tangentialer Richtung zur Schnecke erstreckt. Aufgrund dieser strahlenkranzartigen Ausrichtung der Flacheisen liegen diese mit ihren radial inneren Enden einander nahezu dicht an, während nach außen hin die Abstände der Flacheisen zueinander größer sind. Auch wenn die einzelnen Flacheisen einander scheinbar spaltfrei anliegen und ein die Schnecke scheinbar dicht umgebendes Rohr bilden, bei dem lediglich an seiner radial äußeren Oberfläche Spalten erkennbar sind, so reicht der Pressdruck der Schnecke aus, um Feuchtigkeit, die noch im Material vorhanden ist, durch die minimalen Spalten zwischen den Flacheisen zu treiben und so den Separationsgrad zu verbessern und den Feuchtegehalt in den festen Bestandteilen weiter zu senken.
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Im Vergleich dazu, beispielsweise eine Rohrwand mit einer Vielzahl feiner Schlitze zu versehen, kann eine konstruktiv möglichst einfache und wirtschaftlich herstellbare Ausgestaltung dieses Filters beispielsweise darin bestehen, dass jeweils mehrere Flacheisen zu einem Paket zusammengefasst sind, beispielsweise je nach deren Dicke zwei bis zehn einander anliegende Flacheisen. Trotz einer vollflächigen Anlage der einzelnen Flacheisen aneinander ergeben sich bei einem ausreichend hohen Innendruck innerhalb des Filters Durchtrittsmöglichkeiten für die abzuführende Flüssigkeit. Zwischen zwei benachbarten Paketen sind im äußeren radialen Bereich des Filters Abstandshalter vorgesehen, im radial inneren Bereich des Filters jedoch nicht, um so insgesamt einen ringförmigen und nahezu kreisförmigen Querschnitt des Filters zu ergeben, welcher die Pressschnecke in Art eines polygonalen Rohrs umgibt. Auch unabhängig von der vorschlagsgemäßen Vorrichtung, die ein besaugtes Schwingsieb aufweist, kann die Schneckenpresse zur Separation genutzt werden.
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Vorteilhaft kann eine Fördereinrichtung vorgesehen sein, welche die festen Bestandteile, die entweder direkt aus dem das Schwingsieb aufnehmenden Gehäuse oder indirekt, nämlich aus der nachgeschalteten zweiten Separationsstufe gelangen, zu einem Übergabepunkt fördert. Die Fördereinrichtung kann auf vielfältige Weise ausgestaltet sein, beispielsweise als Förderband oder Förderschnecke, wobei nachfolgend rein beispielhaft eine Förderschnecke erwähnt wird. An diesem Übergabepunkt werden die festen Bestandteile aus der Vorrichtung an eine nachfolgende Einrichtung übergeben. Die nachgeschaltete Einrichtung kann beispielsweise ein offener Lagerplatz sein oder ein Container, in welchen die festen Bestandteile hineingegeben werden. Die festen Bestandteile weisen, wenn sie als Haufwerk auf einem Untergrund liegen oder in einen Behälter gefüllt sind, auch noch nach Tagen ein erhebliches Temperaturniveau auf, möglicherweise aufgrund von Kompostierungsvorgängen. Die festen Bestandteile können daher beispielsweise in einen Container gegeben werden, der einen Rohrleitungswärmetauscher enthält, so dass ein durch diesen Wärmetauscher geführtes Medium erwärmt wird.
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Vorteilhaft kann die vorgeschlagene Vorrichtung als mobile, transportable Einheit ausgestaltet sein, z. B. innerhalb eines Containers aufgebaut sein, auf einem Fahrzeuganhänger, oder dergleichen. In praktischen Versuchen hat sich überraschend herausgestellt, dass aufgrund der hohen Durchsatzleistung der Inhalt eines kompletten Gülletanks, wie er bei landwirtschaftlichen Betrieben anzufinden ist, innerhalb weniger Stunden separiert werden kann. Hierzu wird eine Zuleitung vom Gülletank zur Vorrichtung verlegt, durch welche die Gülle aus dem Gülletank in die Vorrichtung, nämlich in das Gehäuse gelangt, welche das Schwingsieb umgibt. In dieser Zuleitung ist vorteilhaft eine Pumpe vorgesehen, welche die Fest-Flüssig-Mischung in das Gehäuse fördert.
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Die erwähnte Absaugpumpe fördert ihrerseits die flüssigen Bestandteile in den Gülletank zurück und sorgt für den Unterdruck unterhalb des Schwingsiebs. Durch diese Kreislaufführung ist es nicht erforderlich, einen zusätzlichen Tank als Zwischenlager vorzusehen, in den die aus der Vorrichtung gelangenden, separierten, flüssigen Bestandteile der Gülle geleitet werden. Vielmehr wird durch die Kreislaufführung der Gülle bzw. deren flüssiger Bestandteile der Anteil an festen Bestandteilen im Güllebehälter nach und nach erheblich reduziert, so dass nach wenigen Stunden Behandlungsdauer, beispielsweise 3 bis 5 Stunden, die Flüssigkeit im Güllebehälter einen Feststoffanteil von lediglich nur noch etwa 1% oder sogar noch weniger aufweist.
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Aufgrund dieser kurzen Behandlungsdauer kann eine besonders wirtschaftliche Verwendung der vorschlagsgemäßen Vorrichtung darin liegen, dass diese nicht längere Zeit ungenutzt neben dem Güllebehälter fest installiert verbleibt, sondern vielmehr von Tag zu Tag zu einem anderen Güllebehälter verbracht wird, beispielsweise durch einen Lohnunternehmer. Die Ausgestaltung der Vorrichtung als fahrbarer Anhänger bzw. die Anordnung der einzelnen Komponenten der Vorrichtung auf einem fahrbaren Anhänger ermöglicht diese mobile Nutzung der Vorrichtung.
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Falls die Vorrichtung stationär aufgebaut ist, können die Fest-Flüssig-Mischungen in Containern, per Tanklastwagen oder dergleichen zur Vorrichtung verbracht werden. Beispielsweise kann mittels einer stationär betriebenen Vorrichtung der Feststoffanteil möglichst vollständig aus der Fest-Flüssig-Mischung separiert werden und in einer dort ebenfalls stationär aufgebauten Verbrennungsanlage thermisch verwertet werden. Eine stationär aufgebaute Vorrichtung unterliegt nicht den Beschränkungen, denen eine mobile Vorrichtung beispielsweise hinsichtlich ihrer Abmessungen unterworfen ist, so dass stationäre Vorrichtungen besonders leistungsfähig ausgestaltet werden können.
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Abgesehen von dem regelmäßig erwähnten Anwendungsgebiet der Gülle-Separation kann die Vorrichtung im landwirtschaftlichen Bereich beispielsweise zur Fermenter-Reinigung genutzt werden, indem der Inhalt eines Biogas-Fermenters beispielsweise von mineralischen Feststoffen wie Sand befreit wird. So wird vermieden, dass der Fermenter langsam verschlammt, und sein gesamtes Nutzvolumen wird durch eine derartige Reinigung wieder nutzbar gemacht. Die für die Funktion des Fermenters wesentlichen Mikroorganismen werden vorteilhaft in den Fermenter zurückgeführt, indem die flüssigen Bestandteile aus der Vorrichtung im Kreislauf in den Fermenter zurückgeführt werden.
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Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung nicht nur mit einem einzigen Schwingsieb, sondern mit zwei Schwingsieben ausgestattet ist. Dabei sind diese beiden Schwingsiebe in jeweils einem eigenen Gehäuse angeordnet. In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass die Fest-Flüssig-Mischung zu beiden Gehäusen separat geführt wird, indem sich eine Zuleitung, welche die Fest-Flüssig-Mischung zu den Schwingsieben heranführt, verzweigt und in jedem der beiden Gehäuse ein eigener Zulauf vorgesehen ist. Durch die Verwendung zweier Schwingsiebe wird die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung im Wesentlichen verdoppelt, ohne ein einziges Schwingsieb mit dementsprechend größeren, beispielsweise verdoppelten Abmessungen schaffen zu müssen, was konstruktiv erhebliche Herausforderungen mit sich bringt. Durch die im Vergleich zu einem derartig großen Schwingsieb kleineren Schwingsiebe lässt sich zudem die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung in feineren Stufen kaskadieren und an unterschiedliche Bedürfnisse anpassen, indem dementsprechend zwei, drei oder mehr Schwingsiebe betrieben werden. Insbesondere bei stationär betriebenen Vorrichtungen kann dies problemlos vorgesehen sein, da hier die straßenzulassungsbedingten Maximalabmessungen nicht beachtet werden müssen.
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Die Anordnung zweier Gehäuse und zweier Schwingsiebe kann zudem vorteilhaft dazu genutzt werden, einen besonders hohen Separationsgrad zu erreichen, indem die beiden Schwingsiebe unterschiedliche Maschenweiten aufweisen:
Mittels einer Ventilanordnung kann eine Umschaltung ermöglicht werden, um die Fest-Flüssig-Mischung wahlweise zu lediglich einem der beiden Zuläufe und somit zu lediglich einem der beiden unterschiedlichen Schwingsiebe zu führen. So kann beispielsweise die Fest-Flüssig-Mischung zunächst aus dem Gülletank in das Gehäuse geführt werden, in welchem sich das Schwingsieb mit der größeren Maschenweite befindet. Später kann die Ventilanordnung umgeschaltet werden, so dass die Fest-Flüssig-Mischung, die nun bereits einen erheblich geringeren Feststoffanteil aufweist, auf das Schwingsieb mit der geringeren Maschenweite aufgegeben wird, so dass nun noch weitere, bisher ungefilterte Feststoffe mittels dieses Schwingsiebs aus der Fest-Flüssig-Mischung separiert werden können. Die Separation von zunächst groberen festen Bestandteilen mittels des ersten, grobmaschigeren Schwingsiebs verhindert, dass das feinmaschigere Schwingsieb durch die festen Bestandteile zu stark abgedeckt und zu wenig durchlässig wird, was die Durchsatzleistung negativ beeinflussen würde.
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Zudem können die beiden unterschiedlich ausgestalteten Schwingsiebe mit ihren unterschiedlichen Maschenweiten genutzt werden, um in Anpassung an das jeweils vorliegende Ausgangsmaterial, beispielsweise unterschiedlich zusammengesetzte Güllesorten, jeweils das am besten geeignete Schwingsieb auszuwählen. Dies kann insbesondere bei den bereits erwähnten Lohnunternehmen bzw. mobil eingesetzten Vorrichtungen vorteilhaft sein, die zu unterschiedlichen Standorten verbracht werden und dementsprechend mit möglicherweise sehr unterschiedlichen Ausgangsmaterialien beschickt werden.
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Alternativ zu der erwähnten Umschaltung der Ventilanordnung können die beiden Schwingsiebe unterschiedlicher Maschenweiten in Reihe geschaltet sein, so dass die flüssigen Bestandteile aus dem gröberen Schwingsieb auf das feinere Schwingsieb und erst dann aus der Vorrichtung heraus geführt werden.
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Die Ventilanordnung kann jedoch auch derart ausgestaltet sein, dass sie vier unterschiedliche Betriebsarten ermöglicht: wahlweise wird die Fest-Flüssig-Mischung nur auf eines der beiden Schwingsiebe geführt, und zwar wahlweise erstens auf das eine oder zweitens das andere Schwingsieb, oder drittens wird die Fest-Flüssig-Mischung in Art eines Parallelbetriebs auf beide Schwingsiebe geführt, oder viertens wird die Fest-Flüssig-Mischung in Art eines Serien- oder Reihenbetriebs auf erst das eine und dann das andere der beiden Schwingsiebe geführt. Die entsprechende Ausgestaltung der Ventilanordnung und sie zugehörige Führung von Rohrleitungen ist beispielsweise mittels Absperr- oder Umschaltventilen, insbesondere Mehrwegeventilen dem Fachmann bekannt und muss daher im Rahmen des vorliegenden Vorschlag nicht im Einzelnen erläutert werden.
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Die festen Bestandteile, die einen auf dem Schwingsieb aufliegenden Filterkuchen bilden, bewirken eine gewisse Abdichtung des Schwingsiebs. Diese Abdichtung ist insofern vorteilhaft, als sie das Ansaugen von Luft verhindert bzw. verringert, die ansonsten durch das Schwingsieb dort angesaugt werden könnte, wo ein schräg nach oben verlaufendes Schwingsieb aus der Fest-Flüssig-Mischung heraus nach oben ragt. Diese Abdichtung durch den Filterkuchen verstärkt daher die Saugleistung in dem Bereich, wo das Schwingsieb in die Fest-Flüssig-Mischung eintaucht und wo die Flüssigkeit aus der Fest-Flüssig-Mischung durch das Schwingsieb nach unten abgesaugt werden soll.
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Vorteilhaft kann daher an dem in Förderrichtung vorderen Ende des Schwingsiebs eine Überlaufkante vorgesehen sein, die sich über das Schwingsieb hinaus nach oben erstreckt. Sie bewirkt, dass eine gewisse Mindest-Schichtdicke des erwähnten Filterkuchens auf dem Schwingsieb erreicht und beibehalten werden muss, bevor die festen Bestandteile diese Überlaufkante überwinden und vom Schwingsieb in die Austragsöffnung gelangen können. Die Überlaufkante kann beispielsweise eine Höhe aufweisen, die zwischen 0,5 und 3 cm beträgt, z. B. etwa 1 cm. Luft kann auf diese Weise von oben nach unten nur durch das Schwingsieb hindurch angesaugt werden, und zwar jedes Mal dann, wenn der Filterkuchen aufgrund der Schwingungen kurzfristig vom Schwingsieb abhebt.
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Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung kann bei hoher Durchsatzleistung ein hoher Separationsgrad erreicht werden, indem die festen Bestandteile schließlich mit einem möglichst hohen Trockenanteil vorliegen, also einem möglichst geringen Anteil an darin enthaltener Flüssigkeit. Die Vorrichtung kann jedoch alternativ dazu bewusst so betrieben werden, dass festen Bestandteile nicht einen möglichst hohen Trockenanteil aufweisen, sondern vielmehr noch flüssig und somit pumpfähig vorliegen, falls dies für deren weitere Verwendung vorteilhaft sein sollte. Der Separationsgrad kann also bewusst nicht maximal eingestellt werden, wobei dies typischerweise mit einer Erhöhung der Durchsatzleistung verbunden ist. Beispielsweise kann durch entsprechende Ausgestaltung des Schwingsiebs die Separationsleistung bewusst gering eingestellt werden, so dass kein Filterkuchen sondern vielmehr eine Flüssigkeit vom Schwingsieb in die Austragsöffnung gelangt, die jedoch im Vergleich zu der zugeführten Fest-Flüssig-Mischung einen höheren Anteil an festen Bestandteilen aufweist. Beispielsweise kann die Durchlässigkeit des Schwingsiebs durch einen geringeren Öffnungsanteil verringert werden, beispielsweise indem ein Lochblech statt eines Siebs verwendet wird.
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Als feste Bestandteile wird das Material bezeichnet, welches das Schwingsieb in dessen Förderrichtung verlässt, in die Austragsöffnung gelangt, und einen höheren Feststoffanteil aufweist als die der Vorrichtung zugeführte Fest-Flüssig-Mischung, und insbesondere einen höheren Feststoffanteil aufweist als das quer durch das Schwingsieb abgesaugte Material, das als flüssige Bestandteile bezeichnet wird.
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Auch die so genannten festen Bestandteile können daher flüssig, beispielsweise pumpfähig, sein. In diesem Fall kann typischerweise vorgesehen sein, die festen Bestandteile nicht im Kreislauf zu führen, beispielsweise in einen Gülletank zurück, sondern in einen zweiten Behälter, beispielsweise einen Tank, der stationär oder als Teil eines Tankwagens bereit steht. Die vorschlagsgemäße Vorrichtung dient in diesem Fall zur Aufkonzentration der Fest-Flüssig-Mischung, indem als so genannte feste Bestandteile ein fließfähiges Material bereitgestellt wird, welches einen höheren Feststoffgehalt aufweist als die ursprünglich vorliegende Fest-Flüssig-Mischung. Gülle beispielsweise hat einen wirtschaftlichen Wert, der sich nach den Nährstoffgehalt richtet, welcher wiederum insbesondere durch den Feststoffgehalt bestimmt wird. Durch die erwähnte Aufkonzentration mit Feststoffen kann der Wert der erhaltenen festen Bestandteile, die als pumpfähiger flüssiger Dünger ausgebracht werden können, im Vergleich zu der ursprünglich vorhandenen Fest-Flüssig-Mischung erheblich gesteigert werden.
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Abgesehen von dem Beispiel der Gülleaufbereitung kann eine vorschlagsgemäße Vorrichtung auch zur anderweitigen Separation fester und flüssiger Bestandteile verwendet werden. Am Beispiel der Gülle-Separation haben erste praktische Versuche ergeben, dass die Menge an festen Bestandteilen von etwa 7 bis 8% auf deutlich weniger als 1% verringert werden konnte.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigt
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1 Eine perspektivische Ansicht auf eine Vorrichtung zum Separieren von Gülle,
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2 eine Ansicht in ein Gehäuse der Vorrichtung von 1, samt darin befindlichem Schwingsieb,
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3 eine perspektivische Ansicht in eine geöffnete Schneckenpresse der Vorrichtung von 1, und
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4 eine Ansicht aus einer anderen Perspektive auf die Schneckenpresse von 3.
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In den Zeichnungen ist mit 1 insgesamt eine Vorrichtung bezeichnet, die zum Separieren fester und flüssiger Bestandteile einer Fest-Flüssig-Mischung, insbesondere Gülle, dient. Die Vorrichtung 1 weist zwei zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasste Gehäuse 2 auf, in denen jeweils ein gegenüber der Horizontalen schräg gestelltes Schwingsieb 3 angeordnet ist. Bei dem in 1 linken bzw. hinteren Gehäuse 2 ist eine Stirnwand 4 montiert, die bei dem rechts bzw. zum Betrachter hin gerichteten Gehäuse 2 entfernt worden ist. Auf der Oberseite dieser Baugruppe, also der beiden Gehäuse 2, ist ein Schwingungsantrieb 5 montiert.
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Die Vorrichtung 1 ist als mobile Vorrichtung in Form eines LKW-Anhängers ausgestaltet, mit einem Rahmen 6, Laufrädern 7 und einer Deichsel 8, die mittels einer Anhängekupplung an ein Zugfahrzeug angeschlossen werden kann. Über Schwingungsdämpfer in Form von Elastomerlagern 40 sind die Gehäuse 2 von dem Rahmen 6 schwingungsmäßig entkoppelt.
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Diese mobile Vorrichtung 1 ist in 1 vor einem Gülletank 9 dargestellt. Ein Wellrohr 10 führt Gülle als Fest-Flüssig-Mischung aus dem Gülletank 9 zur Vorrichtung 1, nämlich zu einer dort vorgesehenen Pumpe 11. Von der Pumpe 11 aus gelangt die Fest-Flüssig-Mischung über eine Rohrleitung 12 zu den beiden Gehäusen 2, wobei sich die Rohrleitung 12 verzweigt und zu zwei Zuläufen 14 führt, von denen jeder in eines der Gehäuse 2 mündet.
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Die flüssigen Bestandteile, welche durch die Schwingsiebe 3 hindurchtreten, gelangen durch Abläufe 15 aus den Gehäusen 2. Dabei sind an der Unterseite jedes Gehäuses 2 jeweils zwei Abläufe 15 vorgesehen. Die Abläufe 15 münden in ein Sammelrohr 16, welches als quer liegendes Vierkantrohr ausgestaltet ist. Aus dem Sammelrohr 16 werden die flüssigen Bestandteile durch eine Saugleitung 17 zu einer Absaugpumpe 18 geführt. Aus der Absaugpumpe 18 gelangen sie durch eine Rücklaufleitung 19, die als Schlauch ausgestaltet ist, zurück in den Gülletank 9.
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Die Schwingsiebe 3, und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Gehäuse 2, sind gegenüber der Horizontalen schräg angeordnet. Die Förderrichtung der Schwingsiebe 3 verläuft dabei gemäß 1 von links nach rechts, so dass das rechte Ende eines Schwingsiebs 3 höher angeordnet ist als das linke, untere Ende des Schwingsiebs 3. Der Pegel der Fest-Flüssig-Mischung innerhalb eines Gehäuses 2 wird beim Betrieb der Vorrichtung 1 so eingestellt, dass das Schwingsieb 3 mit seinem in Förderrichtung vorderen, rechten Ende aus der Fest-Flüssig-Mischung nach oben hinausragt.
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Die festen Bestandteile gelangen auf dem Schwingsieb 3 an das rechte Ende des Gehäuses 2 und gelangen dort durch eine Austragsöffnung in einen Trichter 20, der sich nach unten hin verjüngt. Beim Parallelbetrieb der beiden Schwingsiebe 3, wenn nämlich die Fest-Flüssig-Mischung durch die Rohrleitung 12 gleichermaßen in beide Gehäuse 2 geführt wird, gelangen aus beiden Gehäusen 2 die festen Bestandteile in den Trichter 20 und von dort nach unten in einen Sammelraum 21.
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Aus dem Sammelraum 21 werden die festen Bestandteile mittels einer Förderschnecke 22 abgefördert. Aufgrund der zulässigen maximalen Länge, welche die Vorrichtung 1 als Fahrzeuganhänger aufweisen darf, ist die Förderschnecke 22 teilbar ausgestaltet und das in 1 rechts dargestellte Ende stellt einen Anschlussbereich dar. Ein Verlängerungsstück 23 der Förderschnecke 22 kann von dort aus die Förderschnecke 22 über das dargestellte rechte Ende hinaus auf eine größere Länge und in eine größere Höhe verlängern. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine klappbare bzw. faltbare Ausgestaltung der Förderschnecke 22 vorgesehen, wobei das Verlängerungsstück 23 stets um eine aufrechte Achse scharnierbeweglich mit dem fest montierten Teil der Förderschnecke 22 verbunden bleibt und aus seiner dargestellten Faltstellung in eine Verlängerungsstellung geschwenkt werden kann, in welcher es diesen fest montierten Teil der Förderschnecke 22 geradlinig verlängert. Von der Förderschnecke 22 einschließlich des Verlängerungsstücks 23 ist in 1 lediglich das äußere Hüllrohr ersichtlich, die eigentliche Schnecke läuft in an sich bekannter Weise innerhalb dieses Hüllrohrs.
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2 zeigt einen Blick in das rechte bzw. vordere Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 von 1, bei dem die Stirnwand 4 demontiert ist. Die Rohrleitung 12 erstreckt sich im Bereich des Zulaufs 14 bis in das Gehäuse 2 hinein. Auf dem Gehäuse 2 ist ein Führungsstutzen 24 vorgesehen, durch den hindurch sich die Rohrleitung 12 erstreckt, so dass auf diese Weise die Rohrleitung 12 von dem Gehäuse 2 schwingungsmäßig entkoppelt ist und vergleichsweise starr verbleiben kann, während das Gehäuse 2 mitsamt dem Schwingsieb 3 durch den Schwingungsantrieb 5 in Schwingungen versetzt wird.
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Ein Luftzutritt in das Gehäuse 2 ist erstens gegebenenfalls durch einen Ringspalt möglich, der sich zwischen dem Führungsstutzen 24 und der dort dünneren Rohrleitung 12 ergibt, sofern dieser Ringspalt nicht abgedichtet sein sollte, was jedoch vorteilhaft in an sich bekannter Weise vorgesehen sein kann. Zweitens – und gegebenenfalls als einzige Stelle – ist ein Luftzutritt im Bereich der Austragsöffnung möglich, wo nämlich der Trichter 20 an das Gehäuse 2 anschließt. Im übrigen ist das Gehäuse 2 geschlossen. Der erwähnte Luftzutritt erfolgt aufgrund der Saugwirkung der Absaugpumpe 18, die im Gehäuse 2 einen Unterdruck erzeugt.
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Eine Überlaufkante 38 ist in Förderrichtung vorn am Schwingsieb 3 vorgesehen, vor der Austragsöffnung, so dass die festen Bestandteile sich auf dem Schwingsieb 3 stauen und eine entsprechende Höhe bzw. Schichtdicke erreichen müssen, bevor sie die Überlaufkante 38 überwinden und in die Austragsöffnung gelangen können.
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Unterhalb des Zulaufs 14 ist ein Verteiler 25 vorgesehen, der als flaches Blech ausgestaltet ist, welches sich im Wesentlichen quer unterhalb des Zulaufs 14 erstreckt und welches mehrere Verteilerrippen 26 aufweist, welche die durch den Zulauf 14 in das Gehäuse 2 gelangende Fest-Flüssig-Mischung über die gesamte Breite des Schwingsiebs 3 verteilen.
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Während bei dem Gehäuse 2 die zum Betrachter vordere Stirnwand 4 entfernt ist und den Blick auf das Schwingsieb 3 und den Verteiler 25 frei gibt, ist aus 2 eine Stirnwand 39 ersichtlich, die der entfernten Stirnwand 4 gegenüber liegt, und die im Vergleich zur Stirnwand 4 flacher liegend und oberhalb des Trichters 20 angeordnet ist.
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3 zeigt eine Möglichkeit, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Sammelraum 21 ausgestaltet sein kann: Aus dem Trichter 20 gelangen die festen Bestandteile der Fest-Flüssig-Mischung aus dem Gehäuse 2 in den Sammelraum 21. Der Sammelraum 21 ist als nach unten offenes Gehäuse ausgestaltet, in welchem eine Schneckenpresse 27 läuft. Auch in diesem Fall ist die eigentliche Schnecke, nämlich die Pressschnecke, nicht ersichtlich, sondern vielmehr ist ein Filter 28 ersichtlich.
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4 zeigt schematisch den Aufbau der Schneckenpresse 27. Der Filter 28 wird durch eine Vielzahl von Flacheisen 35 gebildet, welche sich in Längsrichtung der Schneckenpresse 27 erstrecken und welche jeweils zu Paketen 29 zusammengefasst sind. Jedes Paket 29 weist dabei mehrere hochkant ausgerichtete Flacheisen 35 auf, beispielsweise zwischen zwei und zehn Stück, wobei rein beispielhaft bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils vier Flacheisen 35 ein Paket 29 bilden. Die Pakete 29 sind so angeordnet, dass sie mit ihren radial inneren Längskanten aneinander angrenzen, während zwischen zwei benachbarten Paketen 29 am radial äußeren Umfang des Filters 28 jeweils ein Spalt in Längsrichtung der Schneckenpresse 27 verläuft, da die Flacheisen 35 innerhalb eines Pakets 29 parallel und einander vollflächig anliegend angeordnet sind. Abstandshalter 36 sind zwischen den einzelnen Paketen 29 vorgesehen.
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Die Pakete 29 umgeben eine Pressschnecke 37 ähnlich wie ein in Längsrichtung geschlitztes Hüllrohr. In 4 grenzt der Filter 28 nahezu an den äußeren Umfang einer Pressschnecke 37, wobei jedoch ein kleiner Spalt zwischen dem Filter 28 und der Pressschnecke 37 vorgesehen ist, um einen verschleißarmen Betrieb der Schneckenpresse 27 zu ermöglichen. Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel kann ein deutlich größerer Spalt zwischen dem Filter 28 und der Pressschnecke 37 vorgesehen sein, wenn dies für die Behandlung des jeweils zu verarbeitenden Materials vorteilhaft sein sollte.
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Das in Förderrichtung vordere, in 3 links dargestellte Ende der Schneckenpresse 27 ist durch einen Kegelstopfen 30 verschlossen, der mittels eines Bolzens 31 in einem Widerlager 32 geführt ist. An dem Widerlager 32 stützt sich eine Druckfeder 33 ab, die den Kegelstopfen 30 in seiner Verschlussstellung hält, in welcher er dem vorderen Stirnende eines Hüllrohrs 34 anliegt, welches im Anschluss an den Filter 28 die Pressschnecke 37 umgibt.
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Wenn die Schneckenpresse 27 in Betrieb genommen wird, liegt der Kegelstopfen 30 zunächst dem Hüllrohr 34 an und verschließt es. Durch den Pressdruck, der sich im Inneren der Schneckenpresse 27 durch die Drehung der Pressschnecke 37 aufbaut, wird Feuchtigkeit aus den festen Bestandteilen ausgetrieben und durch den Filter 28 gepresst. Bei Erreichen eines ausreichend hohen Pressdrucks können die verpressten festen Bestandteile den Kegelstopfen 30 gegen die Wirkung der Druckfeder 33 vom Hüllrohr 34 abdrücken, so dass nun das separierte Material, nämlich die festen Bestandteile, aus dem Ringspalt zwischen dem Kegelstopfen 30 und dem Hüllrohr 34 austreten und nach unten fallen können. Dort werden sie von der Förderschnecke 22 erfasst.
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Alternativ zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, den Sammelraum 21 einfach als Behälter auszugestalten, also als einen leeren Raum ohne eine darin montierte Schneckenpresse 27. Die Schneckenpresse 27 kann in diesem Fall als separate Einrichtung betrieben werden, beispielsweise lediglich bedarfsweise, wenn die zunächst mittels des Schwingsiebs 3 separierten festen Bestandteile einen noch höheren Feststoff- bzw. Trockenanteil aufweisen sollen. Beispielsweise kann in diesem Fall das Material durch die Förderschnecke 22 aus dem Sammelraum 21 zur Schneckenpresse 27 gefördert werden. Je nachdem, zu welcher Art von weiterer Verarbeitung die separierten festen Bestandteile vorgesehen sind, kann eine Nachbehandlung der vom Schwingsieb 3 kommenden festen Bestandteile mittels der Schneckenpresse 27 erfolgen oder unterbleiben.
