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Die Erfindung bezieht sich auf eine Auslassdüse für eine Zentrifugentrommel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, auf eine Zentrifugentrommel mit einer solchen Auslassdüse und auf ein Montagewerkzeug zur Montage einer Auslassdüse in einer Öffnung der Zentrifugentrommel.
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Nach der Lehre der
DE 195 27 039 C1 ist der Durchmesser der Eintrittsöffnung der Auslassdüse im Bereich des Düsenkörpers entweder genauso groß wie der Durchmesser des Auslasskanals oder er ist maximal 50 Prozent größer oder um 50 Prozent kleiner als der Durchmesser des Auslasskanals. Darüber hinaus weitet sich der Einlaufraum bis zu einem größten Durchmesser stetig auf. Der Durchmesser des Auslasskanals im Düsenstein verjüngt sich zunächst bis zu einer Engstelle und weitet sich dann bei einer der Varianten der
DE 195 27 039 C1 um einen Winkel von wenigstens 5° konisch auf.
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Um die Verstopfungsneigung der Auslassdüse weiter zu verringern und um den Austrittsstrahl positiv zu beeinflussen, wird in der
WO 2014/086 735 A2 vorgeschlagen, dass die in Hinsicht auf den Querschnitt engste Stelle des Auslasskanals von der Eintrittsöffnung selbst gebildet wird. Es ist ferner vorgesehen, dass sich der Querschnitt des Auslasskanals über die vorzugsweise gesamte axiale Länge des Auslasskanals in Austrittsrichtung an keiner Stelle – abgesehen von einem ggf. vorgesehenen Fertigungsradius am Einlass – verringert. Derart wird die Verstopfungsneigung und Düsenstrahlausbildung durch einfach umzusetzende Veränderung der Ausgestaltung des Auslasskanals des Düsensteins verringert.
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Zur Montage und Demontage derartiger Auslassdüsen sind Werkzeuge mit einer schwalbenschwanzförmigen Nut bekannt, die über einen im montierten Zustand radial äußeren schwalbenschanzartigen Ansatz der Auslassdüse schiebbar sind. Mit diesem Werkzeug kann die Düse, die ein Außengewinde oder ein Außenbajonett aufweist, in eine Trommelöffnung mit Innengewinde hinein und wieder aus dieser herausgeschraubt werden. Zur Vermeidung der Verschmutzungsneigung und zur besseren hygienischen Reinigbarkeit sollte eine Alternative zu dieser Lösung mit vielen Hinterschnitten und Spalten geschaffen werden, die keinen Schwalbenschwanz benötigt und keine schwer reinigbaren Spalte aufweist.
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es die Aufgabe, eine aus hygienischer Sicht und auch aus energetischer Sicht vorteilhafte Auslassdüse, eine Zentrifugentrommel mit einer solchen Auslassdüse und insbesondere aus hygienischer Sicht vorteilhaftes Montagewerkzeug zur Montage und Demontage einer Auslassdüse zu schaffen.
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Die Erfindung löst diese Aufgaben durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 7 und 9.
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Anspruch 1 schafft eine Auslassdüse für Zentrifugentrommeln mit einem Düsenkörper, der wenigstens einen zylindrischen Abschnitt aufweist und einen Ansatz, wobei im Düsenkörper ein Einlasskanal und ein winklig dazu ausgerichteter Auslasskanal ausgebildet sind und wobei der Ansatz mit einer Drehmomentübertragungskontur zum Ansetzen eines Werkzeugs mit einem komplementär ausgebildeten Werkzeug-Drehmomentübertragungskontur versehen ist, um den Düsenkörper drehend in einer Öffnung einer drehbaren Zentrifugentrommel zu befestigen und aus dieser zu lösen, wobei der Ansatz einen mehreckigen, insbesondere einen rechteckigen Querschnitt aufweist, der kleiner ist als der Querschnitt des zylindrischen Abschnitts, und wobei der Ansatz ausgehend von dem mehreckigen, insbesondere rechteckigen Querschnitt über abgerundete Flächen mit einem Radius mit einer Größe von mehr als 1,5 mm in den zylindrischen Abschnitt des Düsenkörpers übergeht.
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Diese Auslassdüse ist leicht montierbar und demontierbar und weist eine Drehmomentübertragungskontur auf, die kaum zu Verschmutzungen oder Anhaftungen neigt und gut hygienisch zu reinigen ist.
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Es ist dazu weiter zweckmäßig und noch vorteilhafter, wenn der Ansatz über abgerundete Flächen mit einem Radius mit einer Größe von mehr als 2,0 mm in den zylindrischen Abschnitt des Düsenkörpers übergeht.
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Strömungstechnisch ist es vorteilhaft, wenn der Einlasskanal und der Auslasskanal stumpfwinklig zueinander ausgerichtet/ausgebildet sind.
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Um zu verhindern, dass ein großer Teil der aus den Öffnungen austretenden Produktphase gegen die Trommel spritzt, ist es vorteilhaft, wenn ein Austrittsende des Auslasskanals im Bereich des Ansatzes ausgebildet ist, wobei weiter bevorzugt wird, dass das Austrittsende des Auslasskanals in einem äußeren radialen Bereich, insbesondere der äußeren Hälfte des Ansatzes ausgebildet ist.
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Die Erfindung schafft ferner in vorteilhafter Weise eine Zentrifugentrommel mit einer Trommelwand, der eine Mehrzahl umfangsverteilter Öffnungen zum Einsetzen von Auslassdüsen aufweist, welche nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet sind.
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Die Erfindung schafft ferner ein Werkzeug zum drehenden Montieren einer Auslassdüse, insbesondere einer Auslassdüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, in eine Öffnung einer Trommelwand einer Zentrifugentrommel, mit einer Trommelwand, der eine Mehrzahl umfangsverteilter Öffnungen zum Einsetzen von Auslassdüsen aufweist, wobei das Werkzeug einen Steckschlüssel mit einer Drehmomentübertragungskontur aufweist und eine axial ganz oder abschnittsweise über den Steckschlüssel schiebbare Hülse. Denn mit diesem Werkzeug lässt sich die Düse besonders leicht montieren und demontieren.
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Es ist weiter vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Hülse so bemessen ist, dass die Auslassdüse in die Hülse ganz oder abschnittsweise einsteckbar ist und dass die Auslassdüse im in die Hülse eingesteckten Zustand in dieser klemmend gehalten ist. Denn derart wird die Auslassdüse bei der Montage in einfacher Weise verliersicher gehalten. Einfach realisierbar ist dies nach einer vorteilhaften Variante dadurch, wenn die Auslassdüse im in die Hülse eingesteckten Zustand in dieser klemmend im Bereich eines Dichtringes gehalten ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in a) einen Schnitt durch einen radial äußeren Teilbereich einer Zentrifugentrommel mit einer Auslassdüse, wobei die Drehachse in der Schnittebene verläuft und in b) einen Schnitt durch den Abschnitt aus a), wobei die Drehachse senkrecht zur Schnittebene verläuft; und
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2a die Anordnung aus 1 mit einem Montagewerkzeug; und
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3 eine schematische Darstellung einer Zentrifugentrommel, in welche die erfindungsgemäßen Auslassdüsen einsetzbar sind.
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3 zeigt eine doppelt-konische, als Separatortrommel 100 ausgebildete Zentrifugentrommel, mit einer Trommelwand 110, die vorzugsweise für einen kontinuierlichen Betrieb – d. h. die kontinuierliche und nicht chargenweise Verarbeitung eines Produktes – ausgelegt ist.
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Die Separatortrommel 100 weist eine vertikale Drehachse D auf. In der konischen bzw. hier sogar doppelt-konisch geformten Separatortrommel 100 ist im Trommelinnenraum – auch Schleuderraum 200 genannt – ein Trenntellerstapel 300 aus konischen Trenntellern 400 angeordnet. Die Trennteller 400 sind auf einem Verteilerschaft 600 angeordnet. Ein Zulaufrohr 500 dient zur Zuleitung eines zu verarbeitenden Produktes in Verteilerkanäle 700 und aus diesen in den Schleuderraum 200. In dem Schleuderraum 200 erfolgt eine Klärung des Produktes von Feststoffen erfolgt sowie ggf. optional eine Trennung in zwei oder mehr Flüssigkeitsphasen unterschiedlicher Dichte.
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Zur Ableitung der wenigstens einen Flüssigkeitsphase dienen einer oder mehrere Abläufe 900 für Flüssigkeitsphasen, die beispielsweise mit Schälscheiben versehen sein können.
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Die Feststoffe werden dagegen durch umfangsverteilte, sich radial erstreckende Öffnungen 800 vorzugsweise im Bereich des größten Radius/Umfangs der Zentrifugentrommel aus der Zentrifugentrommel 100 nach außen ausgestoßen.
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Hierzu wird in die zylindrischen Öffnungen 800 der Trommelwand 110 jeweils eine Auslassdüse 1 eingesetzt, vorzugsweise eingeschraubt (1a, 1b). Die Öffnungen 800 sind in der Trommelwand 110 im Wesentlichen radial ausgerichtet.
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Die Auslassdüse 1 weist einen Düsenkörper 2 auf. Der Düsenkörper 2 ist im Wesentlichen zylindrischer Gestalt. Im Düsenkörper 2 sind ein Einlasskanal 3 und ein stumpfwinklig zum Einlasskanal 3 in einem Winkel 91° < Alpha < 179° verlaufender Auslasskanal 4 ausgebildet. Ein Düsenstein – siehe den eingangs genannten Stand der Technik – ist hier im Düsenkörper 2 nicht vorgesehen, ist aber optional denkbar.
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Bezogen auf die Drehrichtung U ist der Auslasskanal 4 derart „rückwärts” gerichtet, dass in einer Energiebilanz der Energieverlust des drehenden Systems „Zentrifugentrommel 100'' durch den Produktausstoß geringer ist als er bei einem radialen Ausstoß des Feststoffes aus der Zentrifugentrommel 100 wäre.
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Der Einlasskanal 3 weist zum Inneren der Trommel hin eine Einlassöffnung 3a auf, einen sich daran anschließenden kurzen sich konisch verjüngenden (trichterartigen) Abschnitt 3b, einen sich daran anschließenden längeren zylindrischen Abschnitt 3c und ein abgerundetes Kanalende 3d mit einem Radius R.
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Der Auslasskanal 4 weist eine am Kanalende 3d – hier im Radius R des Kanalendes 3d – des Einlasskanals 3 ansetzende Eintrittsöffnung 4a auf, einen sich daran anschließenden zylindrischen Abschnitt 4b und eine hierzu in Austrittsrichtung A um eine axiale Strecke beabstandete Öffnung 4c.
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Der Einlasskanal 3 und der Auslasskanal 4 weisen hier über den größten Teil ihrer axialen Länge jeweils einen konstanten Durchmesser auf. Dabei ist der Durchmesser des Auslasskanals 4 kleiner, insbesondere um mehr als 50% kleiner als der Durchmesser des Einlasskanals 3. Zudem ist der Auslasskanal 4 axial kürzer, insbesondere um mehr als 50% kürzer als der Einlasskanal 3.
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Der Düsenkörper 2 ist vorzugsweise ein bis auf eine Drehmomentübertragungskontur 5 rotationsymmetrisches Bauteil. Derart ist er leicht herstellbar. Er weist radial innen einen Abschnitt 2a kleineren Außendurchmessers auf und einen sich daran anschließenden Abschnitt 2b größeren Außendurchmessers. Die Drehmomentübertragungskontur 5 bildet einen Ansatz 2c, der sich radial nach außen hin an den zylindrischen Abschnitt 2b anschließt.
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Zwei oder mehr Dichtungen 6a, 6b – insbesondere jeweils als Dichtring ausgebildet – am Außenumfang des Düsenkörpers 2 dichten die Auslassdüse 1 gegen den Innenumfang der Öffnung 800 in der Trommelwand 110 ab. Diese sind so auf der Auslassdüse positioniert, dass sich bei montierter Auslassdüse nur kurze und gut reinigbare Spalte zur Außenkontur der Trommelwand 110 bzw. zu dem Zwischenraum 960 bilden. Insbesondere bedeutet dies, dass die Dichtungen 6a, 6b vorzugsweise weniger als 5 mm oder sogar weniger als 3 mm Abstand vor den Enden der zylindrischen Abschnitte 2b, 2a angebracht sind.
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Ein Gewinde 7 am Außenumfang des Düsenkörpers 2 ermöglicht ferner ein Einschrauben des jeweiligen Düsenkörpers 2 in die Trommelwand bzw. in die Öffnungen 800 in der Trommelwand 110, die ein korrespondierendes Gewinde aufweist. Auch ein Bajonettverschluss oder ähnliche Verschlüsse mit drehender Öffnungs- oder Schließbewegung sind hier einsetzbar.
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Vorzugsweise ist das Gewinde 7 außen an dem Abschnitt 2b größeren Durchmessers ausgebildet. Der Abschnitt 2b größeren Durchmessers ist in die Separatortrommel 100 bzw. in deren Trommelwand 110 in die Öffnung 800 eingeschraubt. Die Abschnitte kleineren Durchmessers 2a erstrecken sich hingegen in Zwischenräume oder Öffnungen 960 in Einsatzstücken 950 im Innenraum der Separatortrommel 100, welche so geformt sind, dass sie eine Feststoffphase wie ein Trichter zu den Auslassdüsen 1 leiten.
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Die Drehmomentübertragungskontur 5 ist an dem einen Ende des im Wesentlichen zylindrischen Düsenkörpers 2 ausgebildet. In dem in die Separatortrommel 100 eingeschraubten Zustand ist die Kontur 5 von außen zugänglich und ermöglicht derart ein Eindrehen der Auslassdüse in die Öffnung 800 der Separatortrommel 100 und ein Herausdrehen der Auslassdüse 1 aus der Separatortrommel 100. Sie steht aber im vollständig in die Öffnung 800 eingedrehten Zustand nicht über den äußeren Umfang der Separatortrommel 100 radial nach außen vor, sondern ist im äußeren Bereich der Öffnung (Bohrung) 800 zugänglich. Dazu, und um zu gewährleisten, dass – bezogen auf die Drehrichtung U der Auslasskanal 4 „rückwärts” gerichtet ist, ist jeweils gegen die Drehrichtung U in Rückwärtsrichtung außen an der Trommelwand 110 vorzugsweise hinter jeder der Öffnungen 800 jeweils eine schräge Aussparung, insbesondere eine Ausfräsung 115, in der Trommelwand 110 ausgebildet. Diese Aussparungen sind so ausgelegt, dass das Produkt im Betrieb – d. h. während sich die Trommel mit einer Betriebsdrehzahl dreht – schräg nach hinten entlang der Aussparung 115 ausgestoßen wird, ohne dabei die Aussparung in der Trommelwand 110 zu berühren. Dazu wird die radiale Tiefe der schrägen Aussparungen gegen die Drehrichtung U mit zunehmendem Abstand von der jeweiligen Öffnung 800 immer geringer und wird vor der in Umfangsrichtung (rückwärts) nächsten Öffnung 800 gleich Null.
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Die Drehmomentübertragungskontur 5 weist eine nichtzylindrische Geometrie auf. Hier ist sie vorteilhaft als am Ende im Querschnitt im Wesentlichen abgeflachter rechteckiger Ansatz 2c ausgebildet, der sich an den zylindrischen Abschnitt 2b anschließt. Im Querschnitt betrachtet, sind an den Enden quasi Kreissehnen aus einer gedachten Zylindergeometrie ausgespart worden, deren gerade Grundseiten bzw. Langseiten 5a, 5b parallel zueinander liegen. Diese Grundseiten bilden die längeren Seiten der Mehreckkontur bzw. hier der Rechteckkontur des Ansatzes 2c. Die beiden weiteren Seiten sind die Kurzseiten 5c und 5d der Rechteckkontur des Ansatzes 2c.
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Im Übergangsbereich von den Langseiten 5a, 5b zu dem zylindrischen Abschnitt 2b hin sind an den Langseiten 5a, 5b abgerundete Flächen ausgebildet, die sich nach außen zu dem zylindrischen Abschnitt 2b aufweiten. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Ansatz ausgehend von dem mehreckigen, insbesondere rechteckigen Querschnitt über abgerundete Flächen mit einem Radius R1 größer als 1,0 mm, insbesondere mehr als 2 mm in den zylindrischen Abschnitt des Düsenkörpers übergeht.
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Die Radien R1 sind hier vorteilhaft so bemessen, dass sie so groß sind wie der maximale Abstand der parallelen Grundseiten 5a, 5b der Drehmomentübertragungskontur 5 zum Außenumfang des zylindrischen Abschnitts 2b, welcher einen größeren Querschnitt aufweist als der Ansatz 2c.
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Ausgehend von einem Ende des zylindrischen Abschnitts 2b des Düsenkörpers 2 ist es somit bevorzugt, dass ein Übergangsbereich zum Drehmomentübertragungsabschnitt 5 mit großen bzw. sich nach außen öffnenden Radien R1 geschaffen wird. Denn derartige Radien R1 neigen deutlich weniger zur Verschmutzung oder Anhaftung als Hinterschnitte oder dgl. Es wird insofern eine nur kaum bzw. nicht zu Verschmutzungen oder Anhaftungen neigende Drehmomentübertragungskontur 5 geschaffen, welche gut hygienisch reinigbar ist.
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Die eine der Kurzseiten – die Kurzseite 5d – der Drehmomentübertragungskontur 5 ist als eine Schrägfläche ausgebildet. Die Schrägfläche ist an der im Betrieb bei Drehungen der Separatortrommel 100 nach hinten gegen die Drehrichtung U gerichteten Kurzseite 5d ausgebildet. Die Öffnung 4c des Austrittskanals 4 liegt im Bereich dieser Schrägfläche. Vorzugsweise liegt sie in der radial äußeren Hälfte der Schrägfläche bzw. der Kurzseite 5d. Die Schrägfläche 5d ist weiter vorzugsweise senkrecht zur Axialrichtung des Austrittskanals 3 ausgerichtet.
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Zur Montage und Demontage der Auslassdüse 1 dient ein Montagewerkzeug 10 (Siehe 2a). Das Montagewerkzeug 10 ist zweistückig ausgestaltet. Es weist einen drehbaren Steckschlüssel 11 auf und eine über den Steckschlüssel 11 steckbare Hülse 12.
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Der Steckschlüssel 11 des Montagewerkzeugs 10 weist eine zur Drehmomentübertragungskontur 5 der Auslassdüse 1 komplementäre Drehmomentübertragungskontur 13 auf, die hier als ein Schlitz ausgebildet ist. Der Steckschlüssel ist im Bereich des Schlitzes auf die Drehmomentübertragungskontur 5 aufsetzbar. Der Schlitz ist derart geformt, dass er so formschlüssig auf die komplementäre Drehmomentübertragungskontur 5 der Auslassdüse aufsetzbar ist, dass ein Eindrehen und Herausdrehen der Auslassdüse 5 in die Auslassöffnung 800 hinein und aus der Auslassöffnung 800 heraus realisierbar ist. An das Montagemaul 13 schließt sich eine Art Stab bzw. Welle 14 an, an deren von der Drehmomentübertragungskontur 13 abgewandten Ende wiederum ein Griff oder ein Ansatz für ein weiteres Werkzeug vorgesehen ist (hier nicht dargestellt), um den Steckschlüssel 11 drehen zu können.
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Um das Montieren und Demontieren der Auslassdüse 1 zu erleichtern (beispielsweise in einer eher schwer zugänglichen Haube, welche die Zentrifugentrommel 100 umgibt), ist vorgesehen, dass über den Steckschlüssel 11 die Hülse 12 geschoben wird, deren Innendurchmesser so bemessen ist, dass die Auslassdüse 1 an dem Dichtring 6b im Ende des Rohres verliersicher festklemmbar ist. Derart kann die Hülse 12 mit der festgeklemmten Auslassdüse 1 zur Montage bis kurz vor die Öffnung 800 der Trommelwand 110 geführt werden. Sodann wird mit dem Steckschlüssel der Düsenkörper 2 in die Auslassöffnung 800 eingeschraubt. Die Hülse 12 und die Auslassöffnung 800 können komplementäre konische Einführabschnitte aufweisen, die derart gestaltet sind, dass sie es erlauben, dass das Ende der Hülse 12 in das Ende der Auslassöffnung 800 eingreifen kann.
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Zum Lösen der Auslassdüse 1 wird das Ende der Hülse 12 in das radial äußere Ende der (vorzugsweise am Ende mit einer kurzen, das Einführen der Hülse 12 erleichternden Trichtergeometrie versehenen) Auslassöffnung 800 in der Trommelwand 110 eingesteckt und dort mit einer vorgegebenen Kraft gehalten. Sodann wird mit dem Steckschlüssel 11 die Auslassdüse 1 losgeschraubt, bis beim Herausdrehen der Dichtring 6b der Auslassdüse 1 in die Hülse 12 hineingleitet, da die Hülse 12 mit einer vorgegebenen Kraft in die Öffnung 800 (oder an die Öffnung 800) gepresst wird. Jetzt kann die Auslassdüse 1 ganz aus der Auslassöffnung herausgeschraubt werden und schließlich im Rohr 12 aus dem die Zentrifugentrommel 100 umgebenden Raum entfernt bzw. herausgenommen werden.
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Derart sind die Montage und die Demontage der Auslassdüse 1 in die Zentrifugentrommel 100 baulich einfach möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Auslassdüse
- 2
- Düsenkörper
- 2a, 2b
- Abschnitte
- 2c
- Ansatz
- 3
- Einlasskanal
- 3a
- Einlassöffnung
- 3b
- sich verjüngender Abschnitt
- 3c
- zylindrischer Abschnitt
- 3d
- Kanalende
- 4
- Auslasskanal
- 4a
- Eintrittsöffnung
- 4b
- zylindrischer Abschnitt
- 4c
- Austrittsöffnung
- 5
- Drehmomentübertragungskontur
- 5a, 5b
- Grundseiten
- 5c, 5d
- Kurzseiten
- 6
- Dichtungen
- 7
- Gewinde
- 10
- Montagewerkzeug
- 11
- Steckschlüssel
- 12
- Hülse
- 13
- Drehmomentübertragungskontur
- 14
- Welle
- 100
- Separatortrommel
- 110
- Trommelwand
- 115
- Ausfräsung
- 200
- Schleuderraum
- 300
- Trenntellerstapel
- 400
- Trennteller
- 500
- Zulaufrohr
- 600
- Verteilerschaft
- 700
- Verteilerkanäle
- 800
- Austrittsöffnungen
- 900
- Abläufe
- 950
- Einsatzstücke
- 960
- Zwischenräume
- R, R1
- Radien
- Alpha
- Winkel
- A
- Austrittsrichtung
- D
- Drehachse
- U
- Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3922619 C1 [0002]
- DE 4105903 A1 [0002]
- US 2560239 [0002]
- DE 19527039 C1 [0002, 0003, 0003]
- WO 2014/086735 A2 [0004]
