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Die Erfindung beschreibt eine Maschine, die zur Abscheidung von Grobstoffen in Flüssigkeitsströmen dient, wie sie in Einlaufbauwerken von Kläranlagen und Brauchwassergewinnungsanlagen vorkommen.
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Bisher kennt man hierfür:
- 1. Die Filterbandrechen wie in 1 dargestellt.
- 2. Die Centerflowfilterbandrechen wie in 2 dargestellt.
- 3. Die Dualflowfilterbandrechen wie in 3 dargestellt.
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Bei diesen drei Rechenbauarten sind die Filterkörbe an ihren Stirnseiten mit je einer Buchsenförderkette zu einem Endlosfilterband verschraubt. Durch diese Ketten wird das Filterband durch den zu reinigenden Flüssigkeitsstrom gezogen.
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Zu 1 Beim Filterbandrechen sind die Filterkörbe im rechten Winkel zur Fließrichtung eingebaut. Der zu reinigende Flüssigkeitsstrom muss zweimal durch die Filterkörbe strömen, dabei werden die vom Filterbandreinigungssystem nicht erfassten Verunreinigungen beim Wiedereintauchen in den „Reinwasserbereich“ gespült. Eine Vergrößerung der Filterfläche ist nur durch eine stärkere Neigung des gesamten Filterbandes in Fließrichtung möglich. Im Sohlbereich ist eine zusätzliche Sohlabdichtung erforderlich.
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Zu 2 Der Centerflowfilterbandrechen ist im Gegensatz zum Mitstromrechen um 90° versetzt eingebaut, bei ihm sind die Filterkörbe parallel zur Strömung angeordnet. Beim Centerflowfilterbandrechen wird der zu reinigende Flüssigkeitsstrom zwischen das ab- und aufsteigende Filterband in die Filterbandkammer geleitet und strömt von dort durch die Filterkörbe auf die Reinwasserseite. Der Flüssigkeitsstrom muss also nur einmal durch die Filterkörbe fließen. Eine Verschleppung von Schmutzpartikeln findet nicht statt, da die Filterflächenreinigung auf der Schmutzseite stattfindet. Dadurch dass die Filterkörbe parallel zur Fließrichtung eingebaut sind, lässt sich die Filterfläche beliebig durch Verlängerung der Filterkörbe vergrößern. Durch die Art des Einbaus (Parallelführung der Filterkörbe) hat man im Rechenbereich (ohne Berücksichtigung der strömungstechnischen Konstruktionsbreite des Rechens) nur den halben Gerinnefließquerschnitt zur Verfügung, da sich Zufluss und Abfluss den Gerinnefließquerschnitt teilen.
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Zu 3 Beim Dualflowfilterbandrechen strömt die zu reinigende Flüssigkeit durch das ab- und aufsteigende Filterband in die Filterbandkammer, die schon zur Reinwasserseite gehört. Eine Schmutzpartikelverschleppung ist bei diesem Rechentyp ebenfalls nicht möglich. Für die Filterflächenvergrößerung gelten die gleichen Einschränkungen wie beim Centerflowrechen.
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Alle drei Rechentypen haben gemeinsam den Nachteil, dass beim Verstopfen der Filterfläche (zum Beispiel beim Ausfall des Filterbandantriebes) der Rechen durch Verstopfung zur Durchflusssperre wird und das Gerinne vor dem Rechen überläuft. Bei diesen Filterbandrechen wird das Filterband von Buchsenförderketten durch den zu filtrierenden Flüssigkeitsstrom gezogen. Die Flüssigkeitsströme sind in Kläranlagen und auch in der Brauchwassergewinnung oft mit Feinsanden beladen und rufen bei den Buchsenförderketten einen hohen Verschleiß zwischen Bolzen und Buchsen hervor, durch den sich der Kettenteilungsabstand und dadurch der Spalt zwischen den Filterkörben vergrößert, was zu einer Verringerung der Reinigungsleistung des Filterbandes führt.
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Der hier beschriebene Flachfilterbandrechen vermeidet diese Nachteile. Dieser Rechen hat keine Zugketten für das Filterband, sondern hier wird das selbst rollende Filterband mittels Schubklinkenantriebsaggregaten (Schubklinkenketten oder Schubklinkenräder) durch den zu filternden Flüssigkeitsstrom geschoben. Die Filterkörbe gleiten ohne die an den Stirnseiten wirksam werdende Kräfte (die aus den ziehenden Buchsenförderketten herrühren) quasi „schwimmend“ durch den Führungskanal. Die Wirkungsweise der Schubklinkenketten und der Schubklinkenräder wird im Detail in der Patentanmeldung 10 2016 010 652.2 erläutert. Bei dem selbstrollenden Filterband verzichtet man ganz auf die Buchsenförderkette, indem man die Filterkörbe durch Schwenk- und Kuppelelemente, die direkt an den Filterkörben befestigt sind, verbindet. Auf diese Weise lässt sich im Gegensatz zur Buchsenförderkette eine sehr verschleißfeste Verbindung zwischen den Filterkörben herstellen. Die Einzelheiten hierzu werden in 8 erläutert. Montiert man das Filterband möglichst nah an den Gerinneaußenwänden und an der Gerinnesohle, erhält man nach dem Verschluss der abflussseitigen Stirnseite des Rechengehäuses, die größtmögliche Rechenkammer mit dem größtmöglichen Eintrittsquerschnitt im Verhältnis zum Gerinnefließquerschnitt. Dies begünstigt einen möglichst verlustfreien Strömungseinlauf in die Rechenkammer und stellt zunächst keinerlei Aufteilung des Gerinnefließquerschnittes (wie bei den Center- oder Dualflowrechen) dar. Das Wasser kann dann aus der Rechenkammer möglichst verlustfrei austreten, wenn der Flachfilterbandrechen über die untere Eintrittskante gegen die Fließrichtung geneigt wird, damit unterhalb der Austrittskante ein entsprechender Abflussquerschnitt entsteht. Durch diese Rechenneigung bleibt der Durchfußquerschnitt (ohne Berücksichtigung der Einengungen an den Gerinnewänden) vor, im und nach dem Rechen gleich. Diese Bauart ähnelt hydraulisch gesehen dem Flachrostrechen. Generell gilt, durch die Verlängerung der Filterkörbe und die passende Rechenneigung kann die Filterfläche an die durch Durchflussmenge und gewünschten Abscheidegrad (Filterkorblochdurchmesser) vorgegebenen Anforderungen angepasst werden, da durch die strömungstechnische Aufteilung des Einbauquerschnittes (wie bei Centerfow- und Dualflowfilterbandrechen) eine strömungstechnische Einschränkung nicht gegeben ist. Die Durchflusswiderstände sind wesentlich geringer als beim Filterbandrechen, da die Flüssigkeit nur einmal durch die Filterkörbe strömen muss. Durch ein Einlaufblech werden schwere Grobstoffe (Steine) direkt auf die Filterkörbe gespült und quer zur Zuflußströmung mitgenommen. Durch die Schrägstellung des Flachfilterbandrechens ersetzt die untere seitliche Korbabdichtung die bei Filterbandrechen erforderliche Sohlabdichtung. Gleichzeitig wirkt die Rechenschrägstellung wie eine automatische Dichtungsnachstellung, da durch die Schrägstellung eine Kraftkomponente aus dem Gewicht der Filterkörbe und aus dem Wasserdruck auf die Dichtleiste drückt. Der obere (in Fließrichtung hintere) Rechenkammerdeckel wirkt ebenfalls durch sein Eigengewicht selbsttätig nachstellend. Wegen des Druckbandprinzips können verschleißbedingte, die Reinigungsleistung mindernde Spalte zwischen den Filterkörben nicht entstehen. Darüber hinaus ist beim Flachfilterbandrechen bei entsprechender hydraulischer Auslegung der schwimmergesteuerten Überlaufklappe ein Überströmen der Gerinneoberkante vor dem Rechen, auch bei einer Verstopfung der Filterfläche, nicht möglich (siehe hierzu 5). Ein Verschleppen ungefilterter Schmutzpartikel auf die Reinwasserseite ist bauartbedingt nicht möglich, weswegen im Normalfall eine Filterkorbreinigung durch Abspülen oder Abspritzen in eine Schwemmrinne als ausreichend angesehen werden kann. Sollte in besonderen Fällen ein zusätzliches Abbürsten nötig sein, lässt sich eine Bürste zusätzlich anbauen. Hierzu wird die rotierende Filterkorbreinigungsbürste oben am Rechengehäuse hängend, schwenkbar angeordnet und durch eine Zugfeder gegen die Filterkörbe gedrückt. Wegen der geneigten Rechenaufstellung entsteht durch das Eigengewicht der Bürstenkonstruktion eine Horizontalkraft, die durch den Stützarm aufgenommen wird. Bei einem Bürstenwechsel wird eine Abstützlasche zur Wellenstabilisierung zwischen Motor und Schwenkachse angebracht, damit die Hängelasche samt Bürstenwellenlager auf der dem Antrieb gegenüber liegenden Seite entfernt werden kann. Auf diese Weise können die Bürstensegmente ohne Ausbau der Bürsteneinheit im Rechengehäuse gewechselt werden, oder aber die ganze Bürsteneinheit kann dadurch aus dem Rechengehäuse gehoben werden. Die beim Abbürsten anfallenden Restverunreinigungen werden auf das zu reinigende Abwasser geworfen. An den Rechengehäuseeckwinkeln werden die Filterkörbe geradlinig auf- und abgeführt, näheres hierzu siehe 7. Das Klinkenantriebsaggregat, hier in der Klinkenradvariante, wird mittels Flanschlagerplatten beidseitig mit dem Rechengehäuse verschraubt und ist im Reparaturfall als Kompletteinheit leicht ausbaubar.
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In den nachfolgenden 1- 8 werden die technischen Einzelheiten dargestellt und erläutert.
- 1 zeigt den Filterbandrechen. Das aus den Filterkörben 2 bestehende Filterband wird von den Buchsenförderketten 1 durch Abwasserstrom gezogen und ist quer zur Fließrichtung des Flüssigkeitsstromes angeordnet. Die Buchsenförderketten 1 werden bei diesem Rechentyp oben von Antriebskettenrädern 8 angetrieben und unten (im Reinwasserbereich) von Umlenkkettenrädern 9 umgelenkt. Die Buchsenförderketten 1 gleiten auf PE Gleitleisten und stützen dabei die Last aus dem Wasserdruck ab. Hierfür ist ein relativ hohes Antriebsmoment erforderlich.
- 2 zeigt den Centerflowfilterbandrechen. Die Filterkörbe 2 bilden zusammen mit der Buchsenförderkette 1 (hier mit Laufrollen) das Filterband. Die Filterkörbe 2 sind parallel zur Fließrichtung des Flüssigkeitsstromes angeordnet. Im Gegensatz zum Filterbandrechen verzichtet man beim Centerflowfilterbandrechen auf das untere Umlenkkettenrad und ersetzt dieses durch Kurvenschienen, auf denen sich die Laufrollen der Buchsenförderkette abstützen. Das Umlenkrad läge sonst im ungereinigten Einlaufteilstrom 5 (was zu Betriebsstörungen führen würde), weiterhin wäre es mit der zugehörigen Welle ein Strömungshindernis. Der Einlaufteilstrom 5 und der Auslaufteilstrom 6 teilen sich den im Rechenbereich vorhandenen Strömungsquerschnitt. Hierbei strömt der noch nicht gereinigte Flüssigkeitsstrom in die Rechenkammer 7 und von da aus durch die Filterkörbe 2 auf die Reinwasserseite. Die Rechenkammer 7 wird aus den auf- und absteigenden Filterbändern sowie aus der Trennwand auslaufseitig 4 gebildet.
- 3 zeigt den Dualflowfilterbandrechen. Im Gegensatz zum Centerflowfilterbandrechen strömt das Abwasser durch die Filterkörbe 2 von außen in die Rechenkammer 7. Die Rechenkammer 7 befindet sich beim Dualflowfilterbandrechen auf der Reinwasserseite. Sonst gelten hier die gleichen Anmerkungen wie beim Centerflowfilterbandrechen.
- 4 zeigt den Flachfilterbandrechen, der um die untere Eintrittskante 10 gegen die Fließrichtung geneigt ist. Die Filterkörbe sind ohne eine Buchsenförderkette 1 durch Schwenk- und Kuppelelemente miteinander verbunden. Der Antrieb erfolgt durch Schubklinkenräder 13. Der Flüssigkeitsstrom fließt in die Rechenkammer 7 und von dort durch den Kammerboden auf die Reinwasserseite.
- 5 vergleicht die hydraulischen Eigenschaften des Filterbandrechens mit denen des Flachfilterbandrechens. Ohne Berücksichtigung der Randbereiche kann man feststellen, dass die Filterflächen gleich groß sind, wenn die Filterkorblänge im Flachfilterbandrechen gleich der Anströmhöhe vor dem Filterbandrechens ist. Die Durchflussmenge muss beim Flachfilterbandrechen nur einmal durch die Filterfläche strömen, deshalb ist der Durchwiderstand kleiner und damit die spezifische Durchflussmenge größer als beim Filterbandrechen. Durch die schwimmergesteuerte Überlaufklappe 21 kann ein Überlaufen des Gerinnes vor dem Rechen bei einer Verstopfung der Filterfläche verhindert werden, wenn der Durchflussquerschnitt der Überlaufklappe 21 hydraulisch richtig bemessen ist.
- 6 zeigt einen Schnitt des Flachfilterbandrechens durch die Gerinnemitte. Man kann erkennen, dass sich diese Bauart sehr kompakt gestalten lässt und die Getriebemotoren und andere Wartungspositionen gut erreichbar sind.
- 7 zeigt einen weiteren Schnitt durch den Flachfilterbandrechen. Die Filterkörbe 2 sind in ihrer Breite wegen des Fehlens der Buchsenförderktte nicht mehr an die Kettenteilung gebunden. Die Filterkorbbreite ist auf nahezu der doppelten Breite der Filterkörbe beim kettengeführten Filterbandrechen angewachsen. Dies hat den Vorteil, dass sich der Aufwand für die Abstützung und die Verbindung der Filterkörbe nahezu halbiert. Bisher (Patentanmeldung 10 2016 010 652.2) ging man davon aus, dass Teilung des Klinkenrades mit der Filterkorbteilung (Filterkorbbreite) übereinstimmt. Bei der hier dargestellten Ausführung sind an der Filterkorbkuppelplatte 41 drei Schubklinkenangriffsbolzen 46 angebracht worden. Der Abstand zwischen den Schubklinkenangriffsbolzen 46 beträgt jeweils ein Drittel der Filterkorbbreite. Durch diese Maßnahme kann das Filterband kostengünstig von verhältnismäßig kleinen Klinkenrädern angetrieben werden. Ebenso zeigt sich hier die vorteilhafte, hängende Anordnung des durch die Bürstenandruckzugfeder 33 flexibel anpassbaren Bürstensystems. Im Schnitt C-D sind die Führung des Filterbandes und der Eingriff des Schubklinkenrades 13 dargestellt.
- 8 zeigt die Verbindung und die Abstützung der Filterkörbe 2. Die Filterkörbe 2 werden an den Enden durch die Filterkorbkopfplatten 40 in ihrer Form stabilisiert und durch die Filterkorbkuppelplatten 41 miteinander verbunden. In der Filterkorbkuppelplatte 41 sind die Schubklinkenangriffsbolzen 46 eingeschrumpft. In die Filterkorbkopfplatte 40 wird die Filterkorbschwenk- und Tragachse 43 eingeschrumpft, die sich ihrerseits an der im Filterkorb 2 eingeschweißten Stützlasche 44 abstützt. Zur Erhöhung der Reibverschleißfestigkeit können die Filterkorbtragrollen 45 und die Filterkorbkuppelplatten 41 ausgebuchst werden. Auf die Mantelfläche der Filterkorbschwenk- und Tragachse 43 kann eine Verschleißschicht aufgeläsert werden. Zur Abdichtung und Führung der Filterkörbe 2 wird an die Filterkorbkuppelplatte 41 eine Filterkorbdicht- und Gleitplatte 42 angeschraubt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Buchsenförderkette
- 2
- Filterkorb
- 3
- Trennwand einlaufseitig
- 4
- Trennwand auslaufseitig (Rechenkammerdeckel)
- 5
- Einlaufteilstrom
- 6
- Auslaufteilstrom
- 7
- Rechenkammer
- 8
- Antriebskettenrad
- 9
- Umlenkkettenrad
- 10
- Eintrittskante
- 11
- Austrittskante
- 12
- Überlaufkante
- 13
- Schubklinkenrad
- 14
- Schubklinke
- 15
- Schubklinkenradwelle
- 16
- Flanschlagerplatte
- 17
- Antriebsflanschlager
- 18
- Schubklinkenantriebsgetriebemotor
- 19
- Sohlabdichtung
- 20
- Einlaufblech
- 21
- Überlaufklappe
- 22
- Überlaufklappe geöffnet
- 23
- Verbindungswelle mit Schließklinken
- 24
- Verbindungslasche zum Schwimmerhebel
- 25
- Schwimmerhebel
- 26
- Schwimmer
- 27
- Rechengehäuserahmen
- 28
- Rechengehäusedichtleiste
- 29
- Rahmenqueraussteifung
- 30
- Abspül- oder Abspritzeinrichtung
- 31
- Schwemmrinne
- 32
- Filterkorbreinigungsbürste
- 33
- Bürstenandruckzugfeder
- 34
- Bürstenschwenkachse
- 35
- Stützarm
- 36
- Abstützlasche
- 37
- Hängelasche
- 38
- Bürstenantriebsgetriebemotor
- 39
- Bürstenwellenlager
- 40
- Filterkorbkopfplatte
- 41
- Filterkorbkuppelplatte
- 42
- Filterkorbdicht-und Gleitplatte
- 43
- Filterkorbschwenk- und Tragachse
- 44
- Stützlasche für Filterkorbschwenk- und Tragachse
- 45
- Filterkorbtragrolle
- 46
- Schubklinkenangriffsbolzen
