DE102016106588A1

DE102016106588A1 - Sichter

Info

Publication number: DE102016106588A1
Application number: DE102016106588.9A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. Galk; Thomas Mingers; Marc Giersemehl
Original assignee: Neuman und Esser GmbH Mahl Und Sichtsysteme
Current assignee: Neuman & Esser Process Technology De GmbH
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2036-04-12
Also published as: DE102016106588B4; CN108883437A; CN108883437B; EP3442721B1; CN113042368A; EP3461565B1; EP3461565A1; US11117167B2; ES2984648T3; US20190168263A1; EP3442721A2; WO2017178379A3; WO2017178379A2; ES2949867T3; BR112018071011A2

Abstract

Es wird ein Sichter (1) beschrieben, der ein Gehäuse (2), einen Aufgabekegel (20) und einen rotierbaren Dispergierteller (30) aufweist, auf dessen Oberseite (31) über den Umfang des Dispergiertellers (30) verteilte Dispergierschaufeln (40) angeordnet sind. Der Aufgabekegel (20) ist beabstandet zum Dispergierteller (30) am Gehäuse (2) angeordnet. Die Trennschärfe des Sichters (1) ist gegenüber den herkömmlichen Sichtern verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sichter gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Die DE 38 23 380 C2 offenbart einen solchen Sichter mit einem Streuteller, auf den das zu behandelnde Gut zentral aufgebracht wird. Über den Umfang des Streutellers sind Schlagelemente auf der Oberseite sowie radial nach außen vorspringende Schlagelemente starr oder frei pendelnd unterhalb des Außenrandes befestigt. Der Streuteller wird unabhängig vom Stabkorb angetrieben. Auf dem Streuteller ist im Zentrum ein Aufgabekegel angeordnet, der die Aufgabe hat, das herabfallende Aufgabegut auf den Streuteller umzulenken. Aufgrund der Zentrifugalkräfte rutscht das Aufgabegut an den Rand des Streutellers, wobei dem Aufgabegut gleichzeitig eine Bewegungskomponente in Drehrichtung des Streutellers vermittelt wird. Am Rand des Streutellers trifft das Aufgabegut auf die auf dem Streuteller angeordneten Schlagelemente, so dass die Aggregate an dieser Stelle zerkleinert werden.
Nach dem Herabfallen von dem Streuteller treffen die Partikel des Aufgabegutes auf nach außen vorstehende weitere Schlagelemente des Streutellers.
Auch am Umfang des Stabkorbes können Schlagelemente befestigt sein. Mittels Leitblechen, die an der Innenseite des Sichtergehäuses oberhalb der Sichtzone zwischen Stabkorb und Leitschaufelkranz angeordnet sind, soll das Gut konzentriert in den Schlagkreis der Schlagelemente des Stabkorbes geleitet werden.
Trotz verschiedener Maßnahmen ist die Desagglomerisation nicht zufriedenstellend.
Die DE 43 02 857 A1 offenbart eine Reinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Korngemenges, die einen Streuteiler aufweist, an dem sowohl eine Haube als auch ein Kegelstumpf befestigt ist, der wiederum einen Kegel trägt. Schlagelemente sind nicht vorgesehen.
Die WO 2014/124899 A1 beschreibt einen Sichter, der in der Sichtzone zwischen dem Luftleitsystem und dem Rotorkorb Einbauten aufweist, die bewirken sollen, das agglomerierte Aufgabegutteilchen zumindest teilweise desagglomeriert werden. Damit soll eine effizientere Sichtung möglich werden. Die Einbauten sind derart angeordnet, dass sie sich parallel zur Rotationsachse des Rotorkorbs erstrecken oder einen Winkel mit der Rotorachse bilden. Die Einbauten, die auch durch Endbereiche der Leitschaufeln des Luftleitsystem gebildet werden können, bilden Engpässe oder Einschnürungen in Umfangsrichtung der Sichtzone.
Der DE 199 61 837 A1 sind ebenfalls Einbauten in Gestalt von in die Sichtzone ragende Leitklappen zu entnehmen, die sich parallel zur Achse des dynamischen Rotorteils erstrecken.
Die EP 1 529 568 B1 offenbart einen Zyklonsichter, bei dem der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung des Produktes vor dem Abscheidebereich an mindestens einer Stelle eingeschnürt ist. Hierzu kommen Blenden, wie z.B. Konusringe zum Einsatz, die in der Sichtzone an mehreren Stellen eingebaut sein können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Sichter bereitzustellen, dessen Trennschärfe höher ist als bei Sichtern des Standes der Technik.
Unter Trennschärfe oder Trennschärfegrad wird das Verhältnis
verstanden, wobei x₂₅ und x₇₅ die Partikelgrößen der Partikel bezeichnen, deren Anteil 25 % bzw. 75 % beträgt.
Diese Aufgabe wird mit einem Sichter gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 13 gelöst.
Der Sichter gemäß des Anspruchs 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aufgabekegel beabstandet zum Dispergierteller am Gehäuse angeordnet ist.
Dadurch, dass der Aufgabekegel ortsfest am Gehäuse angeordnet ist, besitzen die Partikel des Aufgabegutes und insbesondere die Agglomerate des Aufgabegutes nur eine vertikale und eine radiale Bewegungskomponente.
Wenn die Agglomerate vom Aufgabekegel herunterrutschen, werden die Agglomerate von den Dispergierschaufeln des sich unter dem Aufgabekegel drehenden Dispergiertellers erfasst und zerschlagen. Die Dispergierschaufeln sind auf der Oberseite des Dispergiertellers über den Umfang des Dispergiertellers verteilt angeordnet.
Vorzugsweise sind vier bis zwanzig Dispergierschaufeln vorgesehen. Je geringer die Winkelgeschwindigkeit ω des Dispergiertellers ist, desto größer ist die Anzahl der Dispergierschaufeln zu wählen.
Die Schlagwirkung der Dispergierschaufeln ist deutlich größer als beim Stand der Technik, weil die Agglomerate beim Auftreffen auf die Dispergierschaufeln noch keine Bewegungskomponente in Drehrichtung des Dispergiertellers aufweisen. Die Trennschärfe des Sichters wird erheblich verbessert, weil nicht nur eine deutlich größere Menge der Agglomerate desagglomeriert wird, sondern die Agglomerate auch nahezu vollständig in ihre ursprünglichen Einzelpartikel zerlegt werden.
Vorzugsweise weist der Aufgabekegel einen Öffnungswinkel β mit 45° ≤ β ≤ 90° auf. Es handelt sich hierbei um einen spitzen Kegel, der den Vorteil hat, dass die Steigung der Kegelfläche groß ist und die Partikel des Aufgabegutes in ihrer vertikalen Bewegung dadurch nur wenig abgebremst werden, bevor sie auf die Dispergierschaufeln auftreffen.
Vorzugsweise weist der Aufgabekegel an seinem Kegelrand einen Radius R₁ auf, für den gilt 0,5 × R₂ < R₁ < R₂, wobei R₂ den Radius des Dispergiertellers bezeichnet. Bei Einhaltung dieser Beziehung ist sichergestellt, dass sich der Kegelrand des Aufgabekegels möglichst weit bis zum Rand des Dispergiertellers erstreckt und somit die Partikel des Aufgabegutes auf einen Bereich des Dispergiertellers und der Dispergierschaufeln treffen, der eine entsprechend hohe Bahngeschwindigkeit v aufweist.
Der auf die Agglomerate einwirkende Impuls p = m × v ist umso größer, je größer die Bahngeschwindigkeit v ist. Es ist deshalb von Vorteil, den Radius R₂ des Dispergiertellers möglichst groß zu wählen, weil dann auch der Radius R₁ des Kegelrandes innerhalb des Bereichs 0,5 × R₂ bis R₂ groß gewählt werden kann. Die Bahngeschwindigkeit v am radial außenliegenden Ende der Dispergierschaufeln liegt vorzugsweise im Bereich von 40 m/s bis 150 m/s, insbesondere im Bereich von 80 m/s bis 150 m/s.
Andererseits darf R₁ nicht allzu groß gewählt werden, damit die vom Aufgabekegel herabfallenden Agglomerate aufgrund ihrer Radialgeschwindigkeit nicht über den Rand des Dispergiertellers hinausschießen. Es ist deshalb bevorzugt, R₁ < 0,9 × R₂, insbesondere R₁ < 0,8 × R₂ zu wählen.
Vorzugsweise ist der Radius R₃ des Innenumfangs der Dispergierschaufeln R₃ ≤ R₁. Der Innenumfang der Dispergierschaufeln bezeichnet den Kreis, auf dem die radial zum Mittelpunkt des Dispergiertellers weisenden Innenflächen der Dispergierschaufeln liegen.
Damit wird sichergestellt, dass sich der Aufgabekegel mit seinem Kegelrand auch bis in den Bereich der Dispergierschaufeln erstreckt, so dass die Partikel und somit auch die Agglomerate beim Herabfallen vom Aufgabekegel möglichst zuerst von den Dispergierschaufeln erfasst werden, bevor sie auf die Oberseite des Dispergiertellers auftreffen.
Vorzugsweise ist der Abstand A₁ zwischen dem Kegelrand des Aufgabekegels und den Dispergierschaufeln 0 < A₁ ≤ 30 mm und beträgt besonders bevorzugt 5 mm bis 30 mm, insbesondere 5 mm bis 25 mm. Der Vorteil eines geringen Abstands A₁ besteht darin, dass die Agglomerate des Aufgabegutes unmittelbar nach dem Verlassen des Aufgabekegels von den Dispergierschaufeln erfasst und zerschlagen werden.
Vorzugsweise weist jede Dispergierschaufel eine Dispergierfläche auf, die senkrecht zur Rotationsrichtung des Dispergiertellers angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine maximale Krafteinwirkung auf die auftreffenden Agglomerate des Aufgabegutes sichergestellt ist.
Vorzugsweise sind die Dispergierschaufeln an der Oberseite des Dispergiertellers aufragende und sich in radiale Richtung erstreckende Platten.
Vorzugsweise ist am Gehäuse ein Prallring vorgesehen, der über den Umfang verteilte, in Richtung des Dispergiertellers vorstehende Prallelemente aufweist.
Der Prallring ist vorzugsweise ortsfest am Gehäuse angeordnet. Vorzugsweise sind 24 oder mehr als 24 Prallelemente vorgesehen.
Die Partikel des Aufgabegutes, die vom Prallring aufgrund der Zentrifugalkräfte nach außen geschleudert werden, treffen nicht nur gegen den Prallring, sondern aufgrund ihrer Bewegungskomponente in Drehrichtung des Drehtellers auch gegen die Prallelemente. Der Vorteil des Prallrings mit den Prallelementen besteht darin, dass Agglomerate, die möglicherweise noch nicht vollständig durch die Dispergierschaufeln des Dispergiertellers in die Einzelpartikel zerlegt worden sind, in dieser zweiten Stufe der Dispergierung wirkungsvoll zerkleinert werden können. Die Desagglomerierung wird dadurch nochmals verbessert.
Der Abstand A₂ zwischen den Prallelementen und dem Dispergierteller beträgt vorzugsweis 0 < A₂ ≤ 30 mm, insbesondere 10 mm ≤ A₂ ≤ 30 mm.
Die Prallelemente sind derart ausgebildet und angeordnet, dass sie mindestens den Dispergierschaufeln gegenüberliegen. Dies bedeutet, dass die vertikale Erstreckung der Prallelemente so groß ist, dass sie mindestens der Höhe der Dispergierschaufeln entspricht. Damit wird sichergestellt, dass möglichst viele Partikel des Aufgabegutes, die den Dispergierteller verlassen, von den Prallelementen erfasst werden.
Vorzugsweise weist der Sichter ein Sichterradschaufeln aufweisendes Sichterrad und ein Leitschaufeln aufweisendes Luftleitsystem für die Zuführung von Sichtluft auf, wobei zwischen dem Sichterrad und dem Luftleitsystem ein ringförmiger Sichtraum angeordnet ist.
Derartige Sichter werden auch als Abweiseradsichter bezeichnet.
Vorzugsweise sind die Leitschaufeln in den Sichtraum hineinragende, sich in vertikale Richtung erstreckende Leitbleche.
Die Aufgabe wird auch mit einem Sichter mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Dieser Sichter weist nicht den erfindungsgemäßen Dispergierteller und Aufgabekegel, sondern nur das erfindungsgemäße Luftleitsystem auf.
Vorzugsweise ist der Dispergierteller am Sichterrad befestigt. Der Vorteil besteht darin, dass der Dispergierteller keinen eigenen Antrieb benötigt und vom Sichterrad angetrieben wird. Der Dispergierteller hat somit dieselbe Winkelgeschwindigkeit wie das Sichterrad.
Durch das rotierende Sichterrad wird im Sichtraum eine Kreisströmung erzeugt, wobei das Aufgabegut aufgrund der Zentrifugalkraft radial nach außen getragen wird. Gleichzeitig wird durch die durch das Luftleitsystem eingebrachte Luft den Partikeln des Aufgabegutes eine Bewegungskomponente in Richtung Sichterrad vermittelt.
Es hat sich gezeigt, dass das Aufgabegut, insbesondere auch das desagglomerierte Aufgabegut vor und im Sichtraum zur Bildung von Strähnen neigt, die die Klassierung beeinträchtigen.
Unter Strähnen wird eine Anhäufung von Partikeln in einer Gasströmung verstanden, die sich infolge von Entmischung, z. B. durch die Wirkung von Schwerkraft und Zentrifugalkraft bildet. Strähnen haben ihre Ursache in der Überschreitung der Tragfähigkeit des Gases für die Feststoffpartikel. In der Strähne sind somit auch kleinere Partikel enthalten, die bei geringen Feststoffbeladungen sonst mit der Luftströmung in das Feingut gelangen würden.
Durch die in den Sichtraum ragenden Leitbleche erfolgt eine gezielte Auflockerung der Strähnen, so dass eine verbesserte Abtrennung insbesondere der allerfeinsten Partikel möglich ist, ohne die übrige Abscheidung zu beeinträchtigen.
Durch die in den Sichtraum ragenden Leitbleche werden nicht nur die Strähnen aufgelöst, sondern es wird den Partikeln des Aufgabegutes auch eine zusätzliche Bewegungskomponente in Richtung Sichterrad verliehen.
Durch diese Maßnahmen wird die Trennschärfe des Sichters verbessert.
Vorzugsweise weist das Luftleitsystem Luftfenster auf, wobei an mindestens einem Rand der Luftfenster ein Leitblech angeordnet ist.
Das Luftleitsystem weist vorzugsweise eine Ringwand auf, in der die Luftfenster angeordnet sind. Die durch die Luftfenster einströmende Luft wird durch die Leitbleche abgelenkt, wodurch die Strömung in den Sichtraum beeinflusst wird.
Die Leitbleche erfüllen somit zwei Aufgaben. Sowohl die Partikel des Aufgabegutes als auch die einströmende Sichtluft werden in der gewünschten Weise beeinflusst. Durch den Anstellwinkel γ der Leitbleche können beide Strömungen gezielt eingestellt werden. Der Anstellwinkel γ wird zwischen den Leitblechen in Strömungsrichtung des Partikel-Luft-Gemisches im Sichtraum und des Innenradius R_L des Luftleitsystems aufgespannt. Vorzugsweise sind die Winkel γ für alle Leitbleche gleich groß.
Vorzugsweise sind an den gegenüberliegenden Rändern der Luftfenster die Leitbleche angeordnet. Jedes Luftfenster weist somit zwei Leitbleche auf, wodurch der einströmende Luftstrom noch zielgerichteter eingeleitet werden kann.
Vorzugsweise sind die Leitbleche zwischen jeweils zwei Luftfenstern derart angeordnet, dass ihre Enden aufeinander zulaufen. Die Leitbleche haben bei dieser Ausführungsform vorzugsweise unterschiedliche Anstellwinkel γ.
Die Enden der Leitbleche sind vorzugsweise beabstandet, d. h. die Enden der Leitbleche berühren sich vorzugsweise nicht.
Vorzugsweise sind jeweils die beiden Leitbleche, die an jedem Luftfenster angeordnet sind, parallel zueinander ausgerichtet. Diese Leitblechpaare bilden einen Luftkanal, der vorzugsweise eine konstante Breite aufweist.
Vorzugsweise weisen die Leitbleche einen Anstellwinkel γ auf, der im Bereich von 30° bis 60° liegt, besonders bevorzugt im Bereich von 40° bis 50° liegt.
Die Leitbleche sind vorzugsweise rechteckige ebene Leitelemente.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind die Leitbleche in Richtung zum Sichterrad gekrümmt ausgeführt. Der Anstellwinkel γ des gekrümmten Leitblechs wird zwischen der Tangente T in der Mitte der Außenfläche des Leitblechs und dem Innenradius R_L des Luftleitsystems in Strömungsrichtung des Partikel-Luftstroms aufgespannt. Die Strömungsrichtung des Partikel-Luftstroms wird durch die Drehrichtung des Sichterrades definiert. Die gekrümmte Ausführungsform der Leitbleche hat den Vorteil, dass der Partikel-Luftstrom noch wirkungsvoller auf das Sichterrad gelenkt wird.
Vorzugsweise weisen die Leitbleche einen einzigen Krümmungsradius R₄ auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leitbleche derart gekrümmt sind, dass der Krümmungsradius R₄ in Richtung Sichterrad abnimmt.
Für den Krümmungsradius gilt vorzugsweise 5 mm ≤ R₄ ≤ 2000 mm.
Vorzugsweise weist das Luftleitsystem mindestens einen Konusring mit einem in den Sichtraum ragenden, eine erste konusförmige Fläche aufweisendes Partikelleitelement auf.
Der Partikel-Luftstrom besitzt nicht nur eine horizontale Bewegungskomponente, sondern aufgrund der Gravitation auch eine vertikale Bewegungskomponente. Der Strömungsquerschnitt des Sichtraums in vertikaler Bewegungsrichtung wird durch den Konusring eingeschnürt, wodurch der Partikel-Luftstrom durch die konusförmige Fläche des Partikelleitelementes in Richtung Sichterrad umgelenkt wird. Auch diese Maßnahme trägt zu einer Verbesserung der Trennschärfe des Sichters bei.
Vorzugsweise ist die konusförmige Fläche an der Oberseite des Partikelleitelementes angeordnet und bildet mit einer vertikalen Achse L_V einen Winkel α mit 10° < α < 90°, besonders bevorzugt 20° < α < 80°.
Vorzugsweise beträgt der Abstand A₄ zwischen dem Innenumfang des Luftleitsystems und dem Außenumfang des Sichterrades A₄ = ½·D_S(V – 1), wobei V = D_L/D_S mit 1,01 ≤ V ≤ 1,2, D_S den Außendurchmesser des Sichterrades und D_L den Innendurchmesser des Luftleitsystems bezeichnet. Es hat sich gezeigt, dass die Klassierung und Abtrennung des Restfeinstaubanteils zusätzlich verbessert werden kann, wenn für diesen Abstand A₄, der die Breite des Sichtraumes beschreibt, bestimmte Grenzwerte eingehalten werden, die durch das Verhältnis V = D_L/D_S definiert werden. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis V der Durchmesser D_L/D_S 1,05 ≤ V ≤ 1,1.
Vorzugsweise gilt für den Abstand A₃ des Innenrandes der Partikelleitelemente und/oder der Enden der Leitbleche zum Innenumfang des Sichterrades 0,005 × A₄ ≤ A₃ ≤ 0,5 × A₄.
Vorzugsweise weist das Luftleitsystem mindestens einen umlaufenden horizontalen Luftschlitz auf. Dieser horizontale Luftschlitz kann sich teilweise oder über den gesamten Umfang des Luftleitsystems erstrecken. Dadurch ergeben sich höhere Radialgeschwindigkeiten der Sichterluft von bis zu 30 m/s, mit denen das Aufgabegut zum Sichterrad geführt wird.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Sichter im Vertikalschnitt,
2 einen Vertikalschnitt durch den perspektivisch dargestellten oberen Bereich des Sichters,
3 eine Draufsicht auf den Sichter,
4 einen Vertikalschnitt durch Kegel und Dispergierteller des Sichters gemäß der 1,
5 einen Ausschnitt aus 4 in vergrößerter Darstellung,
6 einen Horizontalschnitt durch ein Sichterrad und ein Luftleitsystem gemäß einer Ausführungsform,
7 eine perspektivische Darstellung eines Luftleitsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform,
8a die Draufsicht auf das in 7 gezeigte Luftleitsystem mit eingezeichnetem Sichterrad,
8b, c die Draufsicht auf ein Luftleitsystem mit Sichterrad gemäß zwei Ausführungsformen mit gekrümmten Leitblechen,
9 einen vergrößerten Ausschnitt aus 8a,
10 eine weitere Ausführungsform eines Luftleitsystems mit Sichterrad in Draufsicht,
11 einen Schnitt durch ein Luftleitsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einem Konusring,
12 einen Schnitt durch einen der in 11 gezeigten Konusringe,
13 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch das Luftleitsystem und einem dazugehörigen Sichterrad, und
14 ein Diagramm der Summenverteilungskurven Q₃ zur Erläuterung der Ausbeute und Trennschärfe des Sichters.
In der 1 ist ein Sichter 1 im Vertikalschnitt dargestellt. Der Sichter 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das ein Einfüllrohr 6 aufweist und sich in einen oberen Gehäuseteil 3 und einen unteren Gehäuseteil 5 unterteilt. Im oberen Gehäuseteil 3, der im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, befindet sich ein Sichterrad 60 mit Sichterradschaufeln 62 sowie ein Luftleitsystem 70 mit drei Leitschaufelkränzen 72. Zwischen dem Sichterrad 80 und dem Luftleitsystem 70 befindet sich der Sichtraum 18. Am Sichterrad 60 ist ein Dispergierteller 30 befestigt, der dadurch vom Sichterrad 60 angetrieben wird.
Der Dispergierteller 30 weist an seiner Oberseite 31 (siehe auch 2) im Randbereich Dispergierschaufeln 40 auf, die aus im wesentlichen rechteckigen Metallplättchen bestehen, die von der Oberseite 31 des Dispergiertellers 30 nach oben aufragen und sich bis zum Rand 33 des Dispergiertellers 30 erstrecken. Über dem Dispergierteller ist ein Aufgabekegel 20 ortsfest am Gehäuse 2 befestigt.
Der obere Gehäuseteil 3 weist einen Sichterdeckel 4 auf, in dem das Einfüllrohr 6 mit der Einfüllöffnung 7 für das Aufgabegut angeordnet ist. Das Aufgabegut wird durch das Einfüllrohr 6 in den Sichter 1 eingefüllt und trifft dort auf den Aufgabekegel 20.
Im unteren Gehäuseteil 5 ist die Antriebswelle 13 für das Sichterrad 60 angeordnet, die am unteren Ende von einer Antriebseinrichtung 12 angetrieben wird. Der untere Gehäuseteil 5 weist ferner noch ein Auslassrohr mit der Auslassöffnung 9 zum Austragen des Feingutes auf. Am unteren Ende des konischen unteren Gehäuseteils 5 ist ein Sauggebläse 11 und der Auslass 10 für das Grobgut angeordnet.
Die 2 zeigt einen Detailschnitt durch den oberen Bereich des Gehäuses 3.
Der Aufgabekegel 20 ragt mit seiner Kegelspitze 26 in das Einfüllrohr 6 hinein und ist dort mittels eines Befestigungselementes 22 an dem Einfüllstutzen 6 befestigt.
Der Dispergierteller 30 ist von einem Prallring 50 umgeben, der an seiner Innenfläche 52 Prallelemente 54 aufweist, die in Richtung Dispergierteller 30 von der Innenfläche 52 abstehen. Die Prallelemente 54 sind verteilt über die Innenfläche 52 des Prallrings 50 verteilt angeordnet und erstrecken sich in vertikaler Richtung mindestens über die gesamte Höhe der Dispergierschaufeln 40. Am Prallring 50 schließt sich nach oben eine konische Wand 58 an.
Das unter dem Dispergierteller 30 angeordnete Sichterrad 60 weist eine Vielzahl von vertikal ausgerichteten Sichterradschaufeln 62 auf und ist von einem Luftleitsystem 70 mit insgesamt drei Leitschaufelkränzen 72 umgeben.
In der 3 ist die Draufsicht auf den in 1 gezeigten Sichter 1 dargestellt, der über zwei tangential am Gehäuseteil 3 angeordnete Sichtluftzuführungen 8a, b verfügt. Es sind insgesamt vierundzwanzig Prallelemente 54 an dem Prallring 50 angeordnet. Die Prallelemente 54 sind beabstandet zum Dispergierteller 30 angeordnet. Der Dispergierteller 30 trägt an seiner Oberseite 31 sechs Dispergierschaufeln 40, die sich teilweise bis unter den Aufgabekegel 20 erstrecken. Der Innenumfang der Dispergierschaufeln 40 ist durch die gestrichelte Kreislinie 44 gekennzeichnet, auf dem die Innenflächen 41 der Dispergierschaufeln 40 liegen. Der entsprechende Radius R₃ des Innenumfangs 44 der Dispergierschaufeln 40 ist ebenso eingezeichnet wie der Radius R₁ des Kegelrandes 24 des Aufgabekegels 20.
Die 4 und 5 zeigen vergrößerte Schnittdarstellungen des oberen Teils des in 2 gezeigten Sichters 1. Der Aufgabekegel 20 weist einen Öffnungswinkel β von ca. 85° auf. Der Aufgabekegel 20 erstreckt sich bis in den Bereich der Dispergierschaufeln 40, so dass das von oben durch das Einfüllrohr 6 eingetragene Aufgabegut 14 unmittelbar den Dispergierschaufeln 40 zugeführt wird. Die Agglomerate im Aufgabegut 14 sind mit dem Bezugszeichen 15 gekennzeichnet. Die Agglomerate 15 ebenso wie die übrigen Partikel des Aufgabegutes 14 werden zuerst von der Dispergierfläche 46 der Dispergierschaufeln 40 erfasst, bevor sie auf die Oberseite 31 des Dispergiertellers 30 auftreffen.
Aufgrund der Zentrifugalkräfte, die auf die Partikel des Aufgabegutes 14 wirken, werden die Partikel in Richtung Prallring 50 geschleudert, wo sie auf die Prallelemente 54 treffen. Die Radien R₁, R₂ und R₃ sind eingezeichnet, wobei zu erkennen ist, dass der Radius R₃ kleiner dem Radius R₁ ist, wobei für den Radius vorzugsweise gilt 0,4 × R₂ ≤ R₃ ≤ 0,8 × R₂. Dadurch wird sichergestellt, dass die Agglomerate 15 des Aufgabegutes 14 beim Verlassen des Aufgabekegels 20 nicht über den Rand 33 des Dispergiertellers 30 hinausschießen, ohne auf die Dispergierschaufeln 40 zu treffen.
Dieser Sachverhalt ist in einer nochmals vergrößerten Darstellung der 5 deutlich zu sehen.
In der 5 ist der Abstand A₁ zwischen dem Kegelrand des Aufgabekegels 20 und der Oberseitenfläche 43 der Dispergierschaufel 40 dargestellt. Ferner ist der Abstand A₂ zwischen der Randfläche 34 des Dispergiertellers und dem Prallelement 56 eingezeichnet. Die Außenfläche 42 der Dispergierschaufel 40 ist gegenüber der Randfläche 34 des Dispergiertellers 30 zurückversetzt.
Das Prallelement 54 erstreckt sich bis unter die Ebene, in der die Unterseite 32 des Dispergiertellers 30 liegt. Die Länge L_S der Dispergierschaufeln 40 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,02 × R₂ ≤ L_S ≤ 0,2 × R₂. Die Höhe H_S liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 × R₂ ≤ H_S ≤ 0,1 × R₂.
Für die Höhe H_P der Prallelemente 54 gilt vorzugsweise 0,03 × R₂ ≤ H_P ≤ 0,5 × R₂. Die Breite B_P des Prallelementes 54 ist etwas geringer als die Höhe H_S der Dispergierschaufel 40.
Stellvertretend für die Agglomerate ist ein Agglomeratteilchen 15 eingezeichnet, das auf der Kegeloberfläche nach unten rutscht und von der Dispergierfläche 46 erfasst und in seine Einzelpartikel zerlegt wird. Die hierbei entstehenden desagglomerierten Teilchen 16 treffen auf die Prallfläche 56 des Prallelementes 54 und werden dort weiter desagglomerisiert.
In der 6 ist die Draufsicht auf ein Sichterrad 60 mit Sichterradschaufeln 62 und ein dazugehöriges Luftleitsystem 70 mit Luftleitschaufeln 73 dargestellt. Der Leitschaufelkranz 72 des Luftleitsystems 70 besitzt einen Innendurchmesser D_L. Der Außendurchmesser des Sichterrades 60 ist durch D_S gekennzeichnet. Daraus resultiert eine Breite A₄ des ringförmigen Sichtraumes 18.
In der 7 ist eine weitere Ausführungsform des Luftleitsystems 70 dargestellt. Das Luftleitsystem 70 weist zwei Ringe 79 auf, zwischen denen eine Ringwand 71 mit Luftfenstern 74 angeordnet ist. Die Luftfenster 74 sind gleichmäßig über den gesamten Umfang der Ringwand 71 angeordnet. In der hier gezeigten Ausführungsform handelt es sich um rechteckige Luftfenster 74, die jeweils am linken Rand 75 Luftleitschaufeln 73 in Form von Leitblechen 76 aufweisen. Diese Leitbleche 76 sind um eine Achse L_SA schwenkbar angeordnet, so dass der Anstellwinkel γ, der in der 9 eingezeichnet ist, gezielt eingestellt werden kann.
In der 9 ist im Sichtraum 18 durch den Pfeil P₂ die Strömungsrichtung des Partikel-Luftstromes angedeutet, der durch die Rotation des Sichterrades 60 in Richtung des Pfeils P₁ erzeugt wird. Der Winkel γ wird zwischen dem Innenradius R_L des Luftleitsystems 70 und dem Leitblech 76 aufgespannt.
In der 8a ist das Luftleitsystem 70 der 7 mit einem Sichterrad 60 kombiniert dargestellt. P₁ gibt die Rotationsrichtung des Sichterrades 60 an. Mit P₂ wird die Strömungsrichtung des Partikel-Luftstroms bezeichnet.
In der 8b ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in der die Leitbleche 76 gekrümmt ausgeführt sind. Die Leitbleche 76 besitzen einen einheitlichen Krümmungsradius R₄ und sind in Richtung Sichterrad gekrümmt angeordnet. Der Anstellwinkel γ ist durch die Tangente T durch die Mitte des Leitblechs 76 und dem Innenradius des Luftleitsystems 70 gekennzeichnet.
In der 8c ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in der die Leitbleche 76 keinen einheitlichen Krümmungsradius aufweisen, sondern einen sich von außen nach innen verkleinernden Krümmungsradius besitzen. Der Krümmungsradius R₆ am Ende des gekrümmten Leitbleches 76 ist kleiner als der Krümmungsradius R₅.
In der 10 ist eine weitere Ausführungsform des Luftleitsystems 70 dargestellt, bei der jeweils an beiden Rändern 75 der Luftfenster 74 gegenüberliegend Leitbleche 77a, 77b angeordnet sind. Die Lufteinströmung ist durch die eingezeichneten Pfeile gekennzeichnet. Während die Leitbleche 77a kurz ausgebildet sind, sind die Leitbleche 77b länger ausgeführt. In der hier gezeigten Ausführungsform sind die benachbarten Leitbleche 77a und 77b zweier Fenster 74 jeweils parallel ausgerichtet, so dass ein Luftkanal mit konstanter Breite geschaffen wird. Die Enden 77c der Leitbleche 77a, 77b berühren sich nicht und sind beabstandet zueinander angeordnet.
In der 11 ist eine weitere Ausführungsform des Luftleitsystems 70 dargestellt, in der drei Leitschaufelkränze 72 übereinander angeordnet sind, wobei zwischen den Ringen 79 benachbarter Leitschaufelkränze 72 jeweils ein Konusring 80 angeordnet ist. Außerdem ist in diesem Luftleitsystem 70 ein horizontaler ringförmiger Luftschlitz 78 vorgesehen, durch den Sichtluft in den Sichtraum 18 eingeleitet wird.
In der 12 ist ein Konusring 80 im Schnitt dargestellt. Der Konusring 80 besitzt ein Partikelleitelement 82 mit einer ersten konusförmigen Fläche 84 an der Oberseite und einer zweiten konusförmigen Fläche 86 an der Unterseite. Der Neigungswinkel der Fläche 84 zu einer vertikalen Achse L_V ist mit α gekennzeichnet.
In der 13 ist das Luftleitsystem 70 zusammen mit einem Sichterrad 60 dargestellt, so dass zu sehen ist, dass die Partikelleitelemente 82 in den Sichtraum 18 hineinragen. Der Abstand A₃ von dem Innenrand 88 der Partikelleitelemente 84 zum Sichterrad ist mit A₃ gekennzeichnet. Weiterhin sind die Durchmesser D_L und D_S sowie der Abstand A₄ zwischen dem Luftleitsystem 70 und dem Sichterrad 60 eingezeichnet.
Es wurden Versuche mit einem mineralischen Pulver als Aufgabegut durchgeführt. Die Partikelgrößen des Aufgabegutes betrugen < 50 µm, wobei 70 % der Partikel eine Größe < 10 µm aufwiesen (d₇₀ = 10 µm). 20 % der Partikel wiesen Partikelgrößen < 3 µm auf.
Dieses Pulver wurde in einem herkömmlichen Sichter ohne erfindungsgemäßen Aufgabekegel und ohne erfindungsgemäßen Dispergierteller klassiert. Die entsprechende Summenverteilungskurve I ist in der 14 dargestellt, in der die kumulative Verteilung Q₃(x) in Abhängigkeit der Korngröße x aufgetragen ist, wobei Q₃(x) = (Masse der Teilchen ≤ Partikelgröße x)/(Gesamtmasse aller Partikel) ist (siehe "Fine Grinding System with Impact Classifier Mill and Cyclone Classifier" von Giersemehl und Plihal, Power Handling and Processing Vol. 11, No. 3, July/Sept. 1999). Der Trennschärfegrad κ beträgt κ = 0,51.
Dasselbe Pulver wurde in einem erfindungsgemäßen Sichter mit dem erfindungsgemäßen Aufgabekegel, Dispergierteller mit Dispergierschaufeln und einem Prallring entsprechend den 1 bis 5 und einem Luftleitsystem gemäß 6 klassiert.
Die mit dem erfindungsgemäßen Sichter erhaltene Summenverteilungskurve II ist ebenfalls in der 14 dargestellt. Die Kurve II unterscheidet sich von der Kurve I durch eine verbesserte Trennschärfe mit κ = 0,56 und eine Steigerung der Ausbeute der Partikel mit Partikelgrößen < 3 µm. Die Ausbeute für diesen Partikelbereich betrug 7,3 % beim Stand der Technik (Kurve I) und 11,3 % mit dem erfindungsgemäßen Sichter (Kurve II). Dies ist eine Steigerung der Ausbeute um 54,8 %.
Es hat sich gezeigt, dass der erfindungsgemäße Sichter zu einer deutlich besseren Desagglomerisierung führt, was sich im Unterschied der Summenverteilungskurven I und II niederschlägt.
Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Sichters, der zusätzlich das erfindungsgemäße Luftleitsystem gemäß der 8 und 11 aufweist, kann der Trennschärfegrad κ für dasselbe Aufgabegut auf bis zu κ = 0,7 angehoben werden.
Bezugszeichenliste

1: Sichter
2: Gehäuse
3: oberer Gehäuseteil
4: Sichterdeckel
5: unterer Gehäuseteil
6: Einfüllrohr
7: Einfüllöffnung Aufgabegut
8a, b: Sichtluftzuführung
9: Auslassöffnung Feingut
10: Auslassöffnung Grobgut
11: Sauggebläse
12: Antriebseinrichtung
13: Antriebswelle
14: Aufgabegut
15: Agglomerat
16: desagglomerierte Partikel
18: Sichtraum
20: Aufgabekegel
22: Befestigungselement
24: Kegelrand
26: Kegelspitze
30: Dispergierteller
31: Oberseite
32: Unterseite
33: Rand
34: Randfläche
40: Dispergierschaufel
41: Innenfläche
42: Außenfläche
43: Oberseitenfläche
44: Innenumfang
46: Dispergierfläche
50: Prallring
52: Innenfläche des Prallrings
54: Prallelement
56: Prallfläche
58: konische Wand
60: Sichterrad
62: Sichterradschaufel
70: Luftleitsystem
71: Ringwand
72: Leitschaufelkranz
73: Leitschaufeln
74: Luftfenster
75: Rand des Luftfensters
76: Leitblech
77a, b: Leitblech
77c: Leitblechende
78: Luftschlitz
79: Ring
80: Konusring
82: Partikelleitelement
84: erste konusförmige Fläche
86: zweite konusförmige Fläche
88: Innenrand
B_P: Breite Prallelement
H_P: Höhe Prallelement
H_S: Höhe Dispergierschaufel
L_S: Länge Dispergierschaufel
α: Konuswinkel des Konusrings
β: Öffnungswinkel des Aufgabekegels
γ: Anstellwinkel des Leitblechs
D_L: Innendurchmesser des Luftleitsystems
D_S: Außendurchmesser des Sichterrads
L_SA: vertikale Schwenkachse
L_V: vertikale Achse
T: Tangente
R_L: Innenradius des Luftleitsystems
R₁: Radius des Kegelrandes
R₂: Radius des Dispergiertellers
R₃: Radius des Innenumfangs der Dispergierschaufeln
R₄: Krümmungsradius
R₅: Krümmungsradius
R₆: Krümmungsradius
A1: Abstand Aufgabekegelrand – Oberseitenfläche Dispergierschaufel
A₂: Abstand Innenfläche Prallelement – Randfläche Dispergierteller
A₃: Abstand Ende Leitblech – Außenumfang Sichterrad
A₄: Abstand Innenumfang Luftleitkranz – Außenumfang Sichterrad
P₁: Rotationsrichtung des Sichterrades
P₂: Strömungsrichtung des Partikel-Luftstroms

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3823380 C2 [0002]
DE 4302857 A1 [0006]
WO 2014/124899 A1 [0007]
DE 19961837 A1 [0008]
EP 1529568 B1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

"Fine Grinding System with Impact Classifier Mill and Cyclone Classifier" von Giersemehl und Plihal, Power Handling and Processing Vol. 11, No. 3, July/Sept. 1999 [0106]

Claims

Sichter (1) mit – einem Gehäuse (2), – einem Aufgabekegel (20), – einem rotierbaren Dispergierteller (30), auf dessen Oberseite (31) über den Umfang des Dispergiertellers (30) verteilte Dispergierschaufeln (40) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufgabekegel (20) beabstandet zum Dispergierteller (30) am Gehäuse (2) angeordnet ist.
Sichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufgabekegel (30) einen Öffnungswinkel β mit 45° ≤ β ≤ 90 aufweist.
Sichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufgabekegel (20) an seinem Kegelrand (24) einen Radius R₁ aufweist, für den gilt 0,5 × R₂ < R₁ < R₂, wobei R₂ den Radius des Dispergiertellers (30) bezeichnet.
Sichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R₃ des Innenumfangs (44) der Dispergierschaufeln (40) R₃ ≤ R₁ ist.
Sichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand A₁ zwischen dem Kegelrand (24) des Aufgabekegels (20) und den Dispergierschaufeln (40) des Dispergiertellers (30) 0 < A₁ ≤ 30 mm beträgt.
Sichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dispergierschaufel (40) eine Dispergierfläche (46) aufweist, die senkrecht zur Rotationsrichtung des Dispergiertellers (30) angeordnet ist.
Sichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispergierschaufel (40) an der Oberseite (31) des Dispergiertellers (30) aufragende und sich in radiale Richtungen erstreckende Platten sind.
Sichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (2) ein Prallring (50) vorgesehen ist, der über den Innenumfang verteilte, in Richtung des Dispergiertellers (30) vorstehende Prallelemente (54) aufweist.
Sichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand A₂ zwischen den Prallelementen (54) und dem Dispergierteller (30) 0 < A₂ ≤ 30 mm beträgt.
Sichter nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallelemente (38) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie mindestens den Dispergierschaufeln gegenüberliegen.
Sichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sichter (1) ein Sichterradschaufeln (62) aufweisendes Sichterrad (60) und ein Leitschaufeln (73) aufweisendes Luftleitsystem (70) für die Zuführung von Sichtluft aufweist, wobei zwischen dem Sichterrad (60) und dem Luftleitsystem (70) ein ringförmiger Sichtraum (18) angeordnet ist.
Sichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (73) in den Sichtraum (18) hineinragende, sich in vertikale Richtung erstreckende Leitbleche (76, 77a, b) sind.
Sichter mit – einem Sichterradschaufeln (62) aufweisenden Sichterrad (60) und einem Leitschaufeln (73) aufweisenden Luftleitsystem (70) für die Zuführung von Sichtluft, wobei zwischen dem Sichterrad (60) und dem Luftleitsystem (70) ein ringförmiger Sichtraum (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (73) in den Sichtraum (18) hineinragende, sich in vertikale Richtung erstreckende Leitbleche (76, 77a, b) sind.
Sichter nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispergierteller (30) am Sichterrad (40) befestigt ist.
Sichter nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitsystem (70) Luftfenster (74) aufweist und dass an mindestens einem Rand (75) der Luftfenster (74) ein Leitblech (76) angeordnet ist.
Sichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (77a, b) an gegenüberliegenden Rändern (75) der Luftfenster (74) angeordnet sind.
Sichter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (77a, b) zwischen jeweils zwei Luftfenstern (74) derart angeordnet sind, dass ihre Enden (77c) aufeinander zulaufen.
Sichter nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die beiden Leitbleche (77a, b), die an jedem Luftfenster (74) angeordnet sind, parallel zueinander ausgerichtet sind.
Sichter nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (76, 77a, b) mit dem Radius R_L des Luftleitsystems (70) einen Anstellwinkel γ mit 30° ≤ γ ≤ 60° aufweisen.
Sichter nach einem der Ansprüche 12 bis 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (76, 77a, b) in Richtung zum Sichterrad (60) gekrümmt ausgeführt sind.
Sichter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (76, 77a, b) einen einzigen Krümmungsradius R₄ aufweisen.
Sichter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (76, 77a, b) derart gekrümmt sind, dass der Krümmungsradius R₄ in Richtung Sichterrad (60) abnimmt.
Sichter nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass für den Krümmungsradius R₄ gilt 5 mm ≤ R₄ ≤ 2000 mm.
Sichter nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitsystem (70) mindestens einen Konusring (80) mit einem in den Sichtraum (18) ragenden, eine erste konusförmige Fläche (84) aufweisendes Partikelleitelement (82) aufweist.
Sichter nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die erste konusförmige Fläche (84) an der Oberseite des Partikelleitelementes (82) angeordnet ist und mit einer vertikalen Achse L_V einen Winkel α mit 10° < α < 90° bildet.
Sichter nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand A₄ zwischen dem Innenumfang des Luftleitsystems (70) und dem Außenumfang des Sichterrades (60) A₄ = ½·D_S(V – 1) beträgt, wobei V = D_L/D_S mit 1,01 ≤ V ≤ 1,2 und D_S den Außendurchmesser des Sichterrades (60) und D_L den Innendurchmesser des Luftleitsystems (70) bezeichnet.
Sichter nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis V = D_L/D_S gilt 1,05 ≤ V ≤ 1,1.
Sichter nach einem der Ansprüche 12 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass für den Abstand A₃ des Innenrandes (88) der Partikelleitelemente (82) und/oder der Enden (77c) der Leitbleche (76, 77a, b) zum Innenumfang des Sichterrades (60) gilt: 0,005·A₄ ≤ A₃ ≤ 0,5· A₄.
Sichter nach einem der Ansprüche 11 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitsystem (70) mindestens einen umlaufenden horizontalen Luftschlitz (78) aufweist.