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Die Erfindung betrifft einen Trommelfilter in einem Überdruckraum, welcher bevorzugt zur Filtration feinpartikulärer Systeme, die zur Rissbildung neigen und zur Filtration von Produkten, die hochporöse und/oder kompressible Filterkuchen bilden, eingesetzt wird, mit einer um eine Drehachse drehbar angetriebenen Filtertrommel, welche an einem Filtertrog gelagert ist, welcher mit einer zu filtrierenden Suspension gefüllt ist, in welche die Filtertrommel in einem Filtrationsbereich teilweise hineinragt, in welchem aufgrund einer anliegenden Druckdifferenz auf einem Filtermedium am Umfang der Filtertrommel ein Filterkuchen anfiltriert und gebildet ist, welcher anschließend auf der Filtertrommel einen Behandlungsbereich durchläuft, wobei in dem Behandlungsbereich mindestens ein umlaufendes Pressband angeordnet ist, welches unter Druck an dem gebildeten Filterkuchen anliegt und welches zumindest in einem Teilbereich mit der rotierenden Filtertrommel umläuft, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Trommelfilter geht beispielsweise aus der
DE 20 2012 012 910 U1 hervor. Bei diesem bekannten Trommelfilter dient das Pressband als ein Kraftübertragungselement, welches an der Oberseite des Filterkuchens anlegbar ist, um die Oberseite zu stabilisieren und einer Ausbildung von Rissen in den Filterkuchen bei einem Beaufschlagen mit einem Entfeuchtungsfluid entgegenzuwirken. Dabei ist das Pressband permeabel, wobei zum Entfeuchten des Filterkuchens das permeable Pressband von dem Entfeuchtungsfluid durchströmt wird.
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Abhängig von der zu filtrierenden Suspension kann der kontinuierlich auf der rotierenden Filtertrommel gebildete Filterkuchen besonders unter einem höheren Differenzdruck als bei der Vakuumfiltration eine inhomogene Kompressibilität sowie eine abweichende Schichtdicke aufweisen. Wird dieser inhomogen kompressible Filterkuchen durch ein Band gepresst, resultiert ein Filterkuchen mit unterschiedlicher Schichtdicke bzw. es entstehen bereichsweise Querkräfte, durch welche das Pressband von seiner korrekten Position verschoben wird. Hierdurch kann die Anlage des Pressbandes an dem Filterkuchen und damit der Ablauf des Verfahrens negativ beeinflusst werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trommelfilter in einem Überdruckraum mit Pressband anzugeben, welcher unabhängig von der Ausbildung eines Filterkuchens einen effizienten Filtrationsbetrieb ermöglicht.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch einen Trommelfilter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Trommelfilter ist dadurch gekennzeichnet, dass eine von außerhalb des Überdruckraumes steuerbare Führungs- und Begrenzungseinrichtung vorgesehen ist, durch welche das Pressband in dem Behandlungsbereich auf dem gebildeten Filterkuchen in einer vorgegebenen Axialposition gehalten ist. Da sich der Trommelfilter in einem Überdruckraum befindet, muss die erfindungsgemäße Führungs- und Begrenzungseinrichtung für den Betrieb in einer derartigen Umgebung geeignet sein. Alle Antriebe und die gesamte Messsensorik befinden sich innerhalb des Druckraumes, so dass nur elektrische Signale und/oder ggfs. pneumatische oder hydraulische Fluide die Begrenzung des Druckraums durchtreten. Im Druckraum können je nach Prozess und Stoffzusammensetzung der Suspension neben dem Überdruck, der eventuell eine Druckkapselung z.B. von Antrieben erfordert, auch aggressive Atmosphären, Nebel und Temperaturen bis 180 °C auftreten. Besonders anspruchsvoll ist die Gewährleistung des Betriebs bei Schwankungen des Drucks im Druckraum.
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Die Erfindung beruht zum einen auf der Erkenntnis, dass bei einem ungleichmäßig gebildeten Filterkuchen eine korrekte gleichmäßige Anlage des Pressbandes an dem Filterkuchen nicht mehr gewährleistet ist. Derartige Abweichungen können dazu führen, dass das Pressband bereichsweise nicht mehr oder nicht mehr richtig an dem Filterkuchen auf der Filtertrommel anliegt. In diesen Bereichen kann es daher zu einer übermäßigen Entfeuchtung und zu einem vorzeitigen Durchbruch von Entfeuchtungsfluid durch den Filterkuchen kommen. Bei einer übermäßigen Rissausbildung in derartigen Bereichen kann sich eine sogenannte Bypass-Strömung einstellen. Damit steigt der Energieaufwand erheblich, um etwa eine gewünschte Druckdifferenz zwischen der Außenseite der Filtertrommel und der Innenseite der Filtertrommel aufrechtzuerhalten. Der Überdruckraum kann ein Gebäude oder Gehäuse sein, welches über eine Druckeinrichtung, etwa einen Kompressor, auf einen Überdruck von bis zu mehreren bar gegenüber der Atmosphäre eingestellt ist. Trommelfilter und Überdruckraum können auch als Filtrationsanlage bezeichnet werden.
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Gemäß der Erfindung ist eine Führungs- und Begrenzungseinrichtung vorgesehen, durch welche das Pressband zuverlässig in den Behandlungsbereich auf dem Filterkuchen gehalten ist. Insbesondere werden übermäßige Abweichungen des Pressbandes in einer axialen Querrichtung begrenzt und somit weitgehend vermieden. Das Pressband ist bevorzugt permeabel ausgebildet, so dass ein Entfeuchtungsfluid, insbesondere Luft, zur Entfeuchtung des Filterkuchens durch das Pressband hindurchtreten kann. Das Pressband kann aber auch eine durchgehende Folie oder ein dichtbeschichtetes Textilband sein, welches ausschließlich zu einer Kraftübertragung und einem Aufbringen eines Pressdruckes auf den Filterkuchen ausgebildet ist. Das Pressband ist in diesem Fall fluiddicht, so dass kein Fluid durch das Pressband hindurchtreten kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Führungsund Begrenzungseinrichtung eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer axialen Position des Pressbandes relativ zu der Filtertrommel aufweist und dass mindestens ein Stellglied vorgesehen ist, durch welches eine axiale Lage des Pressbandes relativ zu der Filtertrommel und dem daran anfiltrierten Filterkuchen verstellbar ist. Die Sensoreinrichtung kann vorzugsweise ein optischer oder ein taktiler Sensor oder eine andere Sensoreinrichtung sein, welche insbesondere die Lage der Randkante des umlaufenden Pressbandes erfasst.
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Sofern die Sensoreinrichtung eine übermäßige Abweichung der Randposition des Pressbandes in einer axialen Richtung, also in Richtung der Drehachse der Filtertrommel, feststellt, kann durch die Sensoreinrichtung ein entsprechendes Warnsignal oder ein Stellsignal ausgegeben werden. Weiterhin ist mindestens ein Stellglied vorgesehen, durch welches eine axiale Lage des Pressbandes relativ zu der Filtertrommel und dem daran anfiltrierten Filterkuchen verstellbar ist. Bei Abgabe eines Warnhinweises durch die Sensoreinrichtung kann das Stellglied grundsätzlich manuell verstellt werden.
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Eine besonders effiziente Ausführungsform der Erfindung liegt darin, dass eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, durch welche abhängig von den erfassen Positionsdaten der Sensoreinrichtung das mindestens eine Stellglied steuerbar ist. Das Stellglied kann dabei insbesondere einen oder mehrere hydraulisch oder pneumatisch betriebene Stellzylinder aufweisen, welche durch die Steuereinrichtung angesteuert werden. Bei Ermittlung einer Fehlposition des Pressbandes wird durch die Steuereinrichtung das Stellglied aktiviert, so dass das Pressband durch die Bewegung des Stellgliedes wieder in die gewünschte Soll-Lage zurückgestellt wird. Das Stellglied kann auf das Pressband direkt, etwa mit einem Schieber, oder indirekt einwirken, etwa durch Verstellung oder Anwinkeln der Bandrollen.
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Dabei ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, dass mindestens ein Stellglied entlang jeder Seite des Pressbandes angeordnet ist. Auf diese Weise können zuverlässig Abweichungen des Pressbandes relativ zur Filtertrommel in beiden seitlichen Richtungen kompensiert werden. Vorzugsweise ist dabei jedem Stellglied auch eine Sensoreinrichtung zugeordnet, so dass ein sehr genaues Stellen und Justieren des Pressbandes ermöglicht ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, dass das Stellglied einen verschiebbar gelagerten Führungsschuh oder eine verschiebbar gelagerte Bandrolle mit vorstehender Randbordüre aufweist. Bei einem Stellglied mit einem Führungsschuh kann dieser einen Führungsblock mit einem Führungsschlitz aufweisen, durch welchen das Pressband geführt ist. Das Stellglied ist dabei vorzugsweise parallel zur Ebene des Pressbandes und senkrecht zur Förderrichtung gerichtet. Durch Bewirken einer entsprechenden Druckkraft auf den Rand des Pressbandes, welches durch den geschlitzten Führungsschuh geführt ist, kann so das Pressband wieder axial zur Mitte der Filtertrommel geschoben werden.
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Entsprechendes ist durch eine oder mehrere Bandrollen mit vorstehender Randbordüre möglich. Die Bandrolle kann dabei in Richtung der Rollachse verstellt werden, so dass die Randbordüre gezielt gegen den Rand des umlaufenden Pressbandes gedrückt wird und diesen in eine nötige Soll-Stellung zurückdrückt.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das umlaufende Pressband über mindestens zwei Bandrollen geführt ist und dass an den beiden Rändern zumindest einer Bandrolle jeweils eine durchmessergrößere Randbordüre als Führungs- und Begrenzungseinrichtung angeordnet ist. Die Bandrolle mit den Randbordüren kann dabei Teil der Führungs- und Begrenzungseinrichtung sein oder diese insgesamt selbst bilden. Die radial vorstehenden, durchmessergrößeren Randbordüren an den Außenrändern der Bandrolle stellen so eine mechanische Begrenzung dar, welche einen Anschlag bilden und somit ein axiales Verlaufen des Pressbandes verhindern. Es können eine oder mehrere, bevorzugt alle, Bandrollen mit den radial vorstehenden Randbordüren ausgebildet sein.
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In einer konstruktiv einfachen Ausführungsform können lediglich die zwei Bandrollen mit einer Randbordüre versehen sein, welche den Eingang beziehungsweise Abgang des Pressbandes an dem Filterkuchen bilden. Dabei besteht nach einer Weiterbildung der Erfindung eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass ein axialer Abstand zwischen den beiden Randbordüren an der mindestens einen Bandrolle größer gleich einer axialen Breite des Filtermediums auf der Filtertrommel ist. Vorzugsweise sind die beiden Randbordüren nur geringfügig größer voneinander beabstandet als die Breite des Filtermediums, auf dem der Filterkuchen auf der Filtertrommel gebildet wird. Auf diese Weise wird das Pressband zuverlässig auf dem Bereich des anfiltrierten Filterkuchens gehalten.
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Weiter ist es bevorzugt, dass der axiale Abstand einer axialen Breite des Pressbandes entspricht. Hierdurch wird eine sehr exakte Führung des Pressbandes auf der Filtertrommel gewährleistet.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass mindestens eine Bandrolle eine Bombierung aufweist, wobei ein Durchmesser der Bandrolle in einem Mittenbereich am größten ist und der Durchmesser zu den beiden seitlichen Randbereichen hin abnimmt. Eine bombierte Bandrolle weist eine von einer Zylinderform abweichende Außenkontur auf, bei welcher der Außenumfangsbereich konvex ausgebildet ist. Durch diese tonnenförmige Gestaltung mit dem größten Durchmesser im Mittenbereich und dem kleinsten Durchmesser am Randbereich wird bei dem umlaufenden Pressband eine Selbstzentrierung erreicht. Die bombierte Bandrolle kann auch zusammen mit den zuvor beschriebenen Randbordüren eingesetzt werden, welche sich unmittelbar an den Rändern der bombierten Bandrolle anschließen.
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Alternativ oder zusätzlich kann an wenigstens einer Seite einer Bandrolle ein Anstellzylinder als Stellglied vorgesehen sein, durch welchen eine Winkelstellung der Rollenachse verändert wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist darin zu sehen, dass mindestens eine Bandrolle stehend oder vibrierend gelagert und angetrieben ist. Insbesondere die Bandrolle, mit welcher das umlaufende Pressband am Filterkuchen angelegt wird, ist schwingend oder vibrierend angetrieben. Hierbei kann in der Bandrolle selbst oder an einer Antriebswelle der Bandrolle ein Vibrationsantrieb vorgesehen sein. Durch die Schwingung der Bandrolle wird der in den Behandlungsbereich eintretende Filterkuchen und die daran befindlichen Feststoffpartikel in Schwingung versetzt, wodurch sich die Schichtdicke des Filterkuchens vergleichmäßigt und verdichtet. Hierdurch wird ein Entstehen von Ablenkkräften auf das Pressband durch einen ungleichmäßig gebildeten Filterkuchen weitgehend verhindert, so dass hierdurch eine gute Führung und Begrenzung des umlaufenden Pressbandes erreicht wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben, welche schematisch in den Figuren dargestellt sind. In den Figuren zeigen:
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1: eine schematische Querschnittsansicht mit dem grundsätzlichen Aufbau eines Trommelfilters mit Pressband;
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2: eine schematische Querschnittsansicht einer Filtertrommel mit Pressband ohne eine erfindungsgemäße Führungs- und Begrenzungseinrichtung;
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3: eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trommelfilters;
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4: eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trommelfilters; und
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5: eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trommelfilters.
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Ein erfindungsgemäßer Trommelfilter 10 zur Filtration und Entfeuchtung ist in 1 dargestellt. Der Trommelfilter 10 weist eine im Uhrzeigersinn drehend angetriebene Filtertrommel 14 auf, welche in einem Filtrationsbereich 22 eine Suspension 16 in einem Filtertrog 12 durchläuft. Aufgrund einer anliegenden Druckdifferenz, insbesondere eines Überdruckes außerhalb der Filtertrommel 14, wird Flüssigkeit durch ein auf der Filtertrommel 14 aufgespanntes Filtermedium 20, insbesondere ein Filtertuch oder eine Filtermembran, hindurchgedrückt. Feststoffpartikel innerhalb der Suspension 16 lagern sich dabei an der Außenseite des Filtermediums 20 als ein Haufwerk an, welches bei Austritt aus der Suspension 16 den Filterkuchen 18 bildet. Im Anschluss an die Filtration wird der Filterkuchen 18 mit einem Pressband 30 beaufschlagt. Durch das Pressband 30 wird Mutterflüssigkeit zwischen den Feststoffpartikeln des Filterkuchens 18 durch das Filtermedium 20 hindurch in einem Behandlungsbereich 24 ausgetrieben.
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Das Pressband 30 ist über eine erste Bandrolle 31 geführt, welche unmittelbar am Übergang zwischen dem Filtrationsbereich 22 und dem Behandlungsbereich 24 liegt und teilweise in die Suspension 16 in den Filtertrog 1 hineinragt. Es kann aber auch gezielt eine Vorentfeuchtungszone vorgesehen werden bevor der Filterkuchen in den Behandlungsbereich 24 eintritt. Das Pressband 30 erstreckt sich mitlaufend mit der umlaufenden Filtertrommel 14 entlang des Behandlungsbereiches 24 bis zu einer zweiten Bandrolle 32. In dem Behandlungsbereich 24 zwischen der ersten Bandrolle 31 und der zweiten Bandrolle 32 liegt das Pressband 30 mit einer definierten Druckkraft an der Oberseite des Filterkuchens 18 an und übt auf diesen eine Andruckkraft zum Auspressen von Mutterflüssigkeit aus dem Filterkuchen 18 durch das Filtermedium 20 hindurch aus. Zwischen den beiden Bandrollen 31 und 32 können noch weitere Bandrollen angeordnet sein, die eine zusätzliche Pressung des Filterkuchens bewirken.
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An der zweiten Bandrolle 32 löst sich das Pressband 30 von dem Filterkuchen 18 und wird über eine dritte Bandrolle 33, eine vierte Bandrolle 34 und eine fünfte Bandrolle 35 umlaufend zurück zur ersten Bandrolle 31 geleitet.
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Die zweite Bandrolle 32, die dritte Bandrolle 33, die vierte Bandrolle 34 und die fünfte Bandrolle 35 sind quer zu ihren Rollenachsen verstellbar, um eine ausreichende Spannung des Pressbandes 30 sicherzustellen und um eine Andruckkraft des Pressbandes 30 auf den Filterkuchen 18 zu variieren und einzustellen. Die Verstellmöglichkeiten sind durch Pfeile angedeutet, wobei insbesondere die zweite Bandrolle 32 in einer radialen Richtung und in einer Umfangsrichtung zu einer Drehachse 15 der Filtertrommel 14 verstellbar ist.
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Nach Durchlauf durch den Behandlungsbereich 24 gelangt der ausgepresste Filterkuchen 18 zu einer Abnahmeeinrichtung 28, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine Rakel ausgebildet ist. Durch die Abnahmeeinrichtung 28 wird der Filterkuchen 18 von dem Filtermedium 20 abgestreift, so dass das Filtermedium 20 für einen neuen Filtrationsdurchlauf wieder in die Suspension 16 in dem Filtertrog 12 eintauchen kann. Zusätzlich kann vor der Abnahmeeinrichtung 28 noch eine Bedampfungs-, Entfeuchtungs- oder Waschungseinrichtung zum Entfeuchten beziehungsweise Waschen des Filterkuchens 18 vorgesehen sein. In Umlaufrichtung nach der Abnahmeeinrichtung 28 kann zudem eine Reinigungseinrichtung, etwa eine Ultraschalleinrichtung, vorgesehen sein, mit welchen verbliebene Feststoffpartikel von der Oberfläche des Filtermediums 20 vor einem neuen Durchlauf durch die Suspension 16 entfernt werden.
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Gemäß 2 ist dargestellt, dass der auf dem Filtermedium 20 der Filtertrommel 14 gebildete Filterkuchen 18 eine ungleichmäßige Kompressibilität und Dicke aufweisen kann, so dass bei der Pressung im Querschnitt Höhen und Täler gebildet sind. Dabei liegt das an der Oberseite angedrückte Pressband 30 an den oberen Bereichen des Filterkuchens 18 an, so dass je nach Ausbildung der Oberflächenstruktur Querkräfte F bewirkt werden, durch welche das Pressband 30 parallel zur Richtung der Drehachse 15 auf der Filtertrommel 14 verschoben wird.
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Um dem entgegenzuwirken, ist gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach 3 eine Führungs- und Begrenzungseinrichtung mit Sensoreinrichtungen 40 entlang des Randbereiches des Pressbandes 30 vorgesehen. Die Sensoreinrichtungen weisen dabei einen taktilen Sensor auf, welcher bei einem entsprechenden seitlichen Andrücken durch das Pressband 30 ein Signal an eine nicht-dargestellte Steuereinrichtung abgibt. Diese Steuereinrichtung kann dann über ein hier nicht dargestelltes Stellglied eine Gegenkraft direkt, etwa durch einen quer gerichteten Stellzylinder mit Führungs- oder Gleitschuh, oder indirekt, etwa über ein Anwinkeln der Rollenachse einer oder mehrerer Bandrollen, entgegengewirkt werden. Auf diese Weise kann das Pressband in dem Behandlungsbereich 24 in der gewünschten Position oberhalb des Filterkuchens 18 gehalten werden. Hierdurch werden eine gleichmäßige Entfeuchtung des Filterkuchens 18 und ein unerwünschter und energieverbrauchender Gasdurchtritt durch das Filtermedium 20 vermieden.
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Gemäß der Ausführungsform nach 4 kann zum Bilden der Führungs- und Begrenzungseinrichtung wenigstens eine Bandrolle 37 zur Führung des Pressbandes 30 mit seitlichen und radial vorstehenden Randbordüren 38 versehen sein. Der Abstand der beiden Randbordüren 38 zueinander entspricht etwa der axialen Breite des Pressbandes 30. Durch die Randbordüren 38 wird das Pressband 30 in Bahn auf der Oberseite des Filterkuchens 18 auf dem Filtermedium 20 gehalten. Durch die Randbordüren 38 kann eine Gegenkraft zur Rückstellung des Pressbandes 30 in der gewünschten Bahn aufgebracht werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung gemäß 5 weist eine Bandrolle 37 mit einem nicht näher dargestellten Vibrationsantrieb auf. Der Vibrationsantrieb kann insbesondere in der Bandrolle 37 angeordnet sein. Bei dem Vibrationsantrieb kann es sich um einen Elektromotor mit einem oder mehreren exzentrisch gelagerten Schwingscheiben handeln. Die schwingend angetriebene Bandrolle 37 liegt dabei an dem Pressband 30 im Behandlungsbereich 24 an, bei welcher das Pressband 30 auf den Filterkuchen 18 auf das Filtermedium 20 drückt. Durch die schwingende Bewegung der Bandrolle 37 werden Feststoffpartikel in dem haufwerkartigen Filterkuchen 18 angeregt, eine energetisch günstigere, in radialer Richtung tiefere Lage einzunehmen, so dass sich in der Filterkuchenstruktur Höhenbereiche einebnen und insgesamt eine relativ gleichmäßige Dicke des Filterkuchens 18 erreicht wird, wie in 5 dargestellt ist. Durch eine derartig schwingend angetriebene Bandrolle 37 wird eine gute Führungs- und Begrenzungsfunktion erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012012910 U1 [0002]
