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Die Erfindung betrifft eine Auslassdüse für eine Zentrifugentrommel, umfassend einen Düseneinsatz und einen Düsenhalter, gemäß Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Düseneinsatz, insbesondere für eine erfindungsgemäße Auslassdüse. Ferner betrifft die Erfindung eine Zentrifugentrommel, ein Werkzeug zur Montage und Demontage einer Auslassdüse sowie ein Verfahren zur Montage einer Auslassdüse in eine Zentrifugentrommel.
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Separatortrommeln bzw. Schleudertrommeln für Zentrifugen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Des Weiteren ist es bekannt, dass verschiedene Ausführungsformen hinsichtlich Separatoren existieren. Neben manuellen Separatoren existieren beispielsweise automatische selbstentleerende Separatoren und Düsenseparatoren. Der jeweilige Separatortyp wird in Abhängigkeit von der zu erfüllenden Trennaufgabe gewählt.
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Düsenseparatoren werden beispielsweise zum Abtrennen und gleichzeitigem Aufkonzentrieren von Flüssigkeitsgemischen eingesetzt. Düsenseparatoren können aufgrund ihrer Bauart sehr große Durchsatzmengen mit sehr hohen Feststoffkonzentrationen verarbeiten. Das zulaufende Produkt wird in der Trommel getrennt, wobei der spezifisch schwere Bestandteil des Gemisches radial nach außen zur Trommelinnenwand transportiert wird. Die spezifisch leichteren Bestandteile des Gemisches werden hingegen radial nach innen transportiert.
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Durch in der Trommelwand platzierte Auslassdüsen wird der angesammelte Feststoff kontinuierlich nach außen abgelassen. Da lediglich eine definierte Menge Feststoff durch eine Bohrung in der Düse abgelassen werden kann, sammelt sich der Feststoff vor dieser Düse an und wird gleichzeitig aufkonzentriert. Ein derartiges Konzentrat wird durch einen in der Düse ausgebildeten Kanal radial nach außen abgelassen.
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Düsen, nämlich Auslassdüsen für Zentrifugentrommeln, weisen diesbezüglich beispielsweise Hartmetalleinsätze auf, die eingelötet werden. Diese Hartmetalleinsätze werden auch als Düsenstein bezeichnet. Das Einlöten derartiger Hartmetalleinsätze ist ein sehr aufwendiger Prozess der zum einen eine spezielle Vorbereitung der einzulötenden Teile erfordert und zum anderen spezielle Kenntnisse hinsichtlich des Einlötprozesses erfordert. Der Düsenstein bewirkt eine Verstopfungsgefahr des Kanals, da in Bereichen vor dem Düsenstein Ablagerungen des Feststoffes möglich sind. Auch Wirbelbildungen bzw. Strömungsabrisse bei eingesetzten Düsensteinen oder Düsenelementen sind diesbezüglich bekannt.
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Ausgehend von dem dargelegten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Auslassdüse für eine Zentrifugentrommel anzugeben, die zum einen strömungsoptimiert ausgebildet ist und zum anderen einfach austauschbar ist.
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Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Düseneinsatz für eine Auslassdüse anzugeben, der hinsichtlich der geschilderten Aufgabenstellung optimiert ist.
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Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine weiterentwickelte Zentrifugentrommel sowie ein weiterentwickeltes Werkzeug zur Montage und Demontage einer Auslassdüse anzugeben.
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Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Montage einer Auslassdüse in eine Zentrifugentrommel anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf die Auslassdüse für eine Zentrifugentrommel durch den Gegenstand des Anspruches 1, im Hinblick auf den Düseneinsatz durch den Gegenstand des Patentanspruches 8, im Hinblick auf die Zentrifugentrommel durch den Gegenstand des Patentanspruches 9, im Hinblick auf das Werkzeug zur Montage und Demontage einer Auslassdüse durch den Gegenstand des Patentanspruches 11 und im Hinblick auf das Verfahren zur Montage einer Auslassdüse in eine Zentrifugentrommel durch den Gegenstand des Patentanspruches 13 gelöst.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Auslassdüse, der erfindungsgemäßen Zentrifugentrommel, des erfindungsgemäßen Werkzeugs sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage einer Auslassdüse sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Auslassdüse für eine Zentrifugentrommel anzugeben, wobei die Auslassdüse einen Düseneinsatz und einen Düsenhalter umfasst. Der Düseneinsatz ist im Düsenhalter austauschbar, insbesondere klemmend, fixiert. Die Auslassdüse weist einen Strömungskanal auf, der den Austrittswinkel der Auslassdüse bestimmt, wobei der Strömungskanal der Auslassdüse vom Düseneinsatz gebildet ist.
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Mit anderen Worten besteht die Auslassdüse aus mindestens zwei Elementen, nämlich aus einem Düseneinsatz und einem Düsenhalter. Der Strömungskanal der Auslassdüse wird insbesondere vollständig vom Düseneinsatz gebildet. Der Strömungskanal der Auslassdüse ist derart definiert, als dass es sich bei dem Strömungskanal um den Kanal der Auslassdüse handelt, der den Austrittswinkel der Auslassdüse bestimmt. Der Austrittswinkel betrifft den Winkel, den das aus der Auslassdüse betreffende Medium in Relation zu einer horizontalen Achse der Auslassdüse bildet.
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Der Düsenhalter dient insbesondere zur Befestigung des Düseneinsatzes in der Zentrifugentrommel. Des Weiteren dient der Düsenhalter zur exakten Positionierung des Düseneinsatzes in Relation zur Zentrifugentrommel. Vorzugsweise befindet sich der Düseneinsatz vollständig im Düsenhalter. Mit anderen Worten ist der Düseneinsatz radial umfänglich vollständig von einem Düsenhalter umgeben. Lediglich die Eintrittsöffnung des Düseneinsatzes, d.h. die Öffnung, durch die ein auszulassendes Medium eintritt, ist frei bzw. wird nicht vom Düsenhalter umgeben.
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Der Strömungskanal der Auslassdüse ist vorzugsweise frei von Kanten und/oder Ecken und/oder Trennfugen und/oder Verbindungsfugen ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Strömungskanal kantenlos und/oder eckenlos ausgebildet. Der Strömungskanal ist aufgrund der Ausbildung ohne Kanten und/oder Ecken und/oder Trennfugen und/oder Verbindungsfugen strömungsoptimiert ausgebildet.
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Vorzugsweise weist die Auslassdüse keinen Düsenstein auf. Demnach weist die Auslassdüse kein Element auf, das den Strömungskanal abschnittsweise unterbricht oder Kanten und/oder Ecken und/oder Trennfugen und/oder Verbindungsfugen im Strömungskanal ausbildet.
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Die Wandung des Strömungskanals ist vorzugsweise als vollständig definierte 3D-Freiformfläche ausgebildet. Die 3D-Freiformfläche wird ausgehend von einer Eintrittsöffnung sich zu einer Austrittsöffnung hin erstreckend definiert.
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Die Eintrittsöffnung betrifft die Öffnung des Strömungskanals sowie die Öffnung des Düseneinsatzes, durch die ein separiertes Medium ausgehend von der Zentrifugentrommel in die Auslassdüse eintritt. Die Austrittsöffnung des Düseneinsatzes betrifft die Öffnung, durch die das Medium aus dem Strömungskanal und somit aus dem Düseneinsatz austritt. Die Eintrittsöffnung weist dabei einen größeren Durchmesser als die Austrittsöffnung auf. Vorzugsweise sind sowohl die Eintrittsöffnung als auch die Austrittsöffnung als Öffnungen mit rundem Querschnitt ausgebildet.
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Die Eintrittsöffnung kann mittig oder außermittig zu einer zylindrischen Außenfläche des Düseneinsatzes ausgebildet sein.
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In einem Benutzungszustand des Düseneinsatzes, d.h. im eingebauten Zustand des Düseneinsatzes und somit der Auslassdüse in eine Trommelwand, sind bei einem horizontalen Querschnitt durch den Düseneinsatz zwei Leitkurven zu erkennen. Dabei handelt es sich um eine in Rotationsrichtung der Zentrifugentrommel erste Leitkurve. Diese kann auch als vordere Leitkurve bezeichnet werden. Außerdem ist eine in Relation zur Rotationsrichtung zweite Leitkurve, nämlich eine hintere Leitkurve ausgebildet. Sowohl die erste bzw. vordere Leitkurve als auch die zweite bzw. hintere Leitkurve sind jeweils aus mehreren Teilleitkurven gebildet.
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Der Durchmesser der Austrittsöffnung wird vorzugsweise durch eine Schnittfläche eines kugelförmigen Hohlraumes gebildet. Es ist insbesondere möglich, dass der Düseneinsatz hinsichtlich des Durchmessers der Austrittsöffnung variabel anpassbar ist, da der kugelförmige Hohlraum zunächst verschlossen sein kann und in Abhängigkeit zum Anwendungsfall des Düseneinsatzes variabel abgelängt werden kann.
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Der Austrittswinkel der Auslassdüse wird durch die Achse, die durch den Mittelpunkt des Durchmessers der Austrittsöffnung verläuft und einer im Wesentlichen planen Kappenfläche des Düseneinsatzes gebildet. Die Kappenfläche ist im montierten Zustand die äußere Kappenfläche, d.h. die von der Eintrittsöffnung wegweisende Fläche des Düseneinsatzes. Vorzugsweise beträgt der Austrittswinkel der Auslassdüse 15° bis 20°, insbesondere 16° bis 19°, insbesondere 17,5°.
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Die Winkel der zum Durchmesser der Austrittsöffnung führenden radial liegenden Teilleitkurven betragen tangential relativ zur Mittelachse des Durchmessers der Austrittsöffnung jeweils 10° bis 20°, insbesondere 12° bis 18°, insbesondere 14° bis 16°, insbesondere 15°.
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Die, die Leitkurven bildenden Teilleitkurven sind durch unterschiedlich große Radien verbunden. Dabei kann der Radius der ersten, d.h. der vorderen, Leitkurve größer sein als der Radius der zweiten, d.h. der hinteren, Leitkurve.
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Aufgrund der Ausbildung der Wandung des Strömungskanals als vollständig definierte 3D-Freiformfläche werden keine Ecken oder Kanten gebildet. Der Feststoff kann dadurch gleichmäßig durch den Strömungskanal in Richtung der Austrittsöffnung fließen und aus dem Düseneinsatz und somit aus der Auslassdüse austreten.
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Der Düsenhalter kann insbesondere aus einem Chromnickelstahl gebildet sein. Der Düseneinsatz ist vorzugsweise aus einem Hartmetall oder Keramik oder einer Glaskeramik gefertigt.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Düseneinsatzes kann dieser zusammen mit dem Strömungskanal in einem Schritt gefertigt werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch ein Pressen von Pulver, insbesondere Hartmetallpulver, mit einem anschließenden Sinterprozess. Beispielsweise ist es möglich, zunächst zwei Halbschalenformen herzustellen um diese anschließend in einem Sinterprozess zu verbinden. Dies erfolgt vorzugsweise derart, dass in dem hergestellten Düseneinsatz nach dem Sinterprozess keine Verbindungsfugen und/oder Trennfugen ausgebildet sind.
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Der Düseneinsatz weist vorzugsweise ein Positionierungselement, insbesondere einen Positionierstift, auf, der in einen im Düsenhalter fixierten Zustand in einer Positionieröffnung des Düsenhalters positioniert ist. Der Positionierstift kann auch als Positioniernase bezeichnet werden.
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Der Düseneinsatz weist vorzugsweise auf der äußeren Umfangsfläche mindestens zwei Nuten auf. In diesen Nuten können Dichtungselemente, insbesondere O-Ringe, positioniert werden. Dies ermöglicht eine klemmende Positionierung des Düseneinsatzes im Düsenhalter.
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Im Vergleich zu bekannten Auslassdüsen des Standes der Technik ist es somit nicht notwendig, den Düseneinsatz im Düsenhalter zu verkleben oder diesen mit dem Düsenhalter zu verlöten. Bei einem entsprechenden Verschleißzustand des Düseneinsatzes kann dieser einfach getauscht werden, da der Düseneinsatz aus dem Düsenhalter entfernt werden kann. Aufgrund der Ausbildung eines Positionierelements am Düseneinsatz und einer Positionieröffnung im Düsenhalter ist es möglich, dass der Düseneinsatz in Relation zum Düsenhalter exakt positioniert werden kann. Der Strömungskanal und insbesondere der Austrittswinkel des Strömungskanals können somit vom Düseneinsatz gebildet werden, da eine exakte Positionierung des Düseneinsatzes in Relation zum Düsenhalter möglich ist.
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Die Auslassöffnung des Düsenhalters und die Austrittsöffnung des Düseneinsatzes weisen aufgrund der exakten Positionierung zueinander somit zwangsläufig immer übereinstimmende Ausrichtungen auf. Somit kann der Austrittswinkel der Auslassdüse durch den vom Düseneinsatz gebildeten Strömungskanal gebildet werden.
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Das Positionierungselement, insbesondere der Positionierstift/die Positioniernase, ist vorzugsweise auf der Kappenfläche des Düseneinsatzes ausgebildet.
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Die Positionieröffnung des Düsenhalters ist vorzugsweise als Teil eines Positionierkanals ausgebildet, wobei in eine weitere Positionieröffnung des Positionierkanals ein Bauteil eines Werkzeugs eingeführt oder einführbar ist.
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Der Austrittswinkel der Auslassdüse und somit die Austrittsrichtung des Feststoffes ist immer entgegen der Drehrichtung der Zentrifugentrommel ausgebildet. Der Schub, aufgrund des aus der Auslassdüse austretenden Materials, kann somit hinsichtlich des Antriebs der Trommel in Drehrichtung ausgenutzt werden. Mit anderen Worten wird aufgrund des Produktaustrittes aus der Auslassdüse die Zentrifugentrommel zusätzlich beschleunigt. Um diesen Rückwärtsschub ausnutzen zu können, ist es notwendig, die Auslassdüse exakt zu positionieren. Dies betrifft zum einen die Positionierung des Düseneinsatzes in Relation zum Düsenhalter und zum anderen die Positionierung des Düsenhalters in Relation zur Zentrifugentrommel, insbesondere zur Trommelwand.
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Hierzu ist die weitere Positionieröffnung des Positionierkanals ausgebildet, so dass ein Bauteil eines Werkzeugs, nämlich eines Montagewerkzeugs, eingeführt oder einführbar ist.
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Zur Montage der Auslassdüse in die Wandung der Zentrifugentrommel, d.h. zur Verbindung der Auslassdüse mit einer Zentrifugentrommel, weist der Düsenhalter ein Außengewinde auf. Dieses Außengewinde ist komplementär zu einem Innengewinde einer Öffnung der Trommelwand ausgebildet. Der Düsenhalter kann mit bereits fixiertem Düseneinsatz in die Zentrifugentrommel eingeschraubt werden. Insbesondere wird die Auslassdüse, die aus einem Düseneinsatz und einem Düsenhalter gebildet ist, mit einem Werkzeug in ein Trommelunterteil einer Zentrifugentrommel eingeschraubt.
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Ein weiterer, insbesondere nebengeordneter, Aspekt der Erfindung betrifft einen Düseneinsatz für eine erfindungsgemäße Auslassdüse. Insbesondere ist der Düseneinsatz derart ausgebildet, wie bereits zuvor im Zusammenhang mit der Auslassdüse beschrieben.
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Ein Kanal des Düseneinsatzes ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass dieser den Strömungskanal der Auslassdüse bildet, wobei der Strömungskanal den Austrittswinkel der Auslassdüse bestimmt. Insbesondere ist der Kanal des Düseneinsatzes frei von Kanten und/oder Ecken ausgebildet. In dem Düseneinsatz ist vorzugsweise kein Düsenstein ausgebildet.
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Die Wandung des Kanals des Düseneinsatzes ist vorzugsweise als vollständig definierte 3D-Freiformfläche ausgebildet. Der Düseneinsatz ist insbesondere aus Hartmetall gebildet.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Zentrifugentrommel mit einer Trommelwand, die mehrere umfangsverteilte Öffnungen zur Aufnahme von Auslassdüsen aufweist. Erfindungsgemäß ist mindestens eine der aufgenommenen Auslassdüsen eine erfindungsgemäße Auslassdüse. Die Auslassdüsen sind insbesondere im Trommelunterteil der Zentrifugentrommel ausgebildet.
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Auf der Trommelaußenfläche der erfindungsgemäßen Zentrifugentrommel sind im Bereich der Öffnungen jeweils entgegen der Drehrichtung der Zentrifugentrommel Aussparungen ausgebildet, die Anlagekanten und/oder Anlageflächen für ein Werkzeug bilden. Eine derartige Ausbildung von Aussparungen ermöglicht es, dass eine Auslassdüse mittels eines speziellen Werkzeugs lediglich in einer speziellen Richtung eingesetzt und in der gleichen Richtung wieder entnommen werden kann. Die Einbaurichtung der Auslassdüse wird daher durch eine spezielle Geometrie des Düsenhalters, durch eine spezielle Geometrie eines zugehörigen Werkzeugs sowie aufgrund der auf der Trommelaußenfläche ausgebildeten Aussparung und den dadurch ausgebildeten Anlagekanten ermöglicht. Eine exakte Positionierung der Auslassdüse ist insbesondere zur Definition des Austrittswinkels der Auslassdüse notwendig. Ein Auftreffen des austretenden Feststoffstrahles aus der Auslassdüse auf das Trommelunterteil der Zentrifugentrommel kann somit verhindert werden.
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Auf Grundlage der Ausbildung von mindestens zwei Dichtungselementen, insbesondere von zwei O-Ringen, kann der Düseneinsatz in Relation zum Düsenhalter abgedichtet werden.
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Aufgrund der Ausbildung eines Positionierungselementes, das insbesondere außermittig zur Längsachse des Düseneinsatzes ausgebildet ist, wird die Position des Düseneinsatzes im Düsenhalter eindeutig definiert.
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Die Aussparung auf der Trommelaußenfläche ist derart ausgeführt, dass die Auslassdüse nicht zu tief in die Trommelwandung, insbesondere in das Unterteil der Trommel, eingeschraubt werden kann. Hierzu wird vorzugsweise ein spezielles Werkzeug verwendet.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Montage und Demontage einer Auslassdüse, insbesondere einer erfindungsgemäßen Auslassdüse, in oder aus einer Öffnung einer Trommelwand einer Zentrifugentrommel, insbesondere einer erfindungsgemäßen Zentrifugentrommel.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug weist eine Montagefläche auf, wobei auf der Montagefläche ein federbelastetes Rastelement, insbesondere eine federbelastete Kugel und ein weiteres Verrastungselement, insbesondere ein Zylinder- oder Gewindestift, ausgebildet sind. Als Montagefläche ist die Fläche des Werkzeuges zu bezeichnen, die im an der Auslassdüse anliegenden Zustand an einer horizontalen Planfläche des Düsenhalters anliegt.
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Das federbelastete Rastelement, insbesondere die federbelastete Kugel, rastet beim Einsetzen der Auslassdüse in das Werkzeug in den Positionierkanal des Düsenhalters ein. Dadurch wird ein Abrutschen der Auslassdüse vom Werkzeug verhindert.
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Das weitere Verrastungselement, insbesondere der Zylinder- oder Gewindestift, ermöglicht, dass die Auslassdüse, insbesondere der Düsenhalter, lediglich in einer einzigen festgelegten Position in das Werkzeug eingesetzt werden kann. Die zum weiteren Verrastungselement, insbesondere zum zusätzlichen Zylinder- oder Gewindestift, komplementär ausgebildete Öffnung des Düsenhalters weist vorzugsweise einen anderen Durchmesser als die Positionieröffnung des Positionierkanals, in die das federbelastete Rastelement einführbar ist, auf.
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Vorzugsweise ist die zum weiteren Verrastungselement zugehörige Öffnung kleiner als die Positionieröffnung des Positionierkanals, so dass das federbelastete Rastelement lediglich in den größeren Positionierkanal einführbar ist und gleichzeitig nur ergänzend das zusätzliche Verrastungselement in die einen kleineren Querschnitt aufweisende Öffnung des Düsenhalters einführbar ist.
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Auf der Montagefläche des Werkzeugs sind vorzugsweise mindestens zwei Klemmelemente, insbesondere mindestens zwei Klemmnasen zur Ausbildung einer schwalbenschwanzartigen Führung, ausgebildet, wobei die Klemmelemente vorzugsweise zusätzlich als Anlageelemente ausgebildet sind, die eine Positioniertiefe der Auslassdüse, insbesondere des Düsenhalters, definieren.
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Aufgrund einer schwalbenschwanzartigen Führung und einer dazu komplementär ausgebildeten schwalbenschwanzartigen Führung am Düsenhalter ist es möglich, dass die Auslassdüse lediglich in einer Richtung auf das Montagewerkzeug geschoben werden kann. Zusätzlich aufgrund der Ausbildung von Klemmelementen, die als Anlageelemente ausgebildet sind, kann aufgrund der Höhe der Klemmelemente und den komplementär dazu ausgebildeten Aussparungen auf der Trommelaußenfläche unter Ausbildung von Anlagekanten und/oder Anlageflächen die Positioniertiefe der Auslassdüse, insbesondere des Düsenhalters, definiert werden.
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Die Aussparungen, und somit die Anlagekanten und/oder Anlageflächen, sind derart ausgebildet, dass es bei Aufliegen der Anlageelemente des Montagewerkzeugs auf den Anlagekanten bzw. auf dem Grund der Aussparung, nicht möglich ist, die Auslassdüse weiter in die Öffnung der Trommelwand der Zentrifugentrommel einzuführen.
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Aufgrund der schwalbenschwanzartigen Führung und einer komplementär dazu ausgebildeten schwalbenschwanzartigen Führung am Düsenhalter kann der Düsenhalter und somit die Auslassdüse nicht unbeabsichtigt vom Werkzeug gelöst werden.
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Die Auslassdüse ist aufgrund der Ausbildung von Aussparungen auf der Trommelaußenfläche im Bereich der Öffnungen entgegen der Drehrichtung und aufgrund der Ausbildung der Klemmelemente am Werkzeug bzw. in einer Zuführ- bzw. Einführrichtung montier- und demontierbar. Die Bewegung der am Werkzeug angebrachten Auslassdüse zur Öffnung der Trommelwand erfolgt in Rotationsrichtung der Zentrifugentrommel. Gleichzeitig ist der Düseneinsatz eindeutig und verliersicher im Düsenhalter und somit im Montagewerkzeug arretiert.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage mindestens einer Auslassdüse in eine Zentrifugentrommel, umfassend die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Zentrifugentrommel;
- b) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Auslassdüse;
- c) Anbringen eines erfindungsgemäßen Werkzeugs an der Auslassdüse, nämlich an dem Düsenhalter der Auslassdüse; und
- d) Eindrehen der Auslassdüse in eine Öffnung der Trommelwand bis zum Erreichen einer definierten Positioniertiefe.
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Es ergeben sich ähnliche Vorteile bzw. die Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug, der erfindungsgemäßen Zentrifugentrommel sowie der erfindungsgemäßen Auslassdüse beschrieben wurden.
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Der Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere das Montieren eines erfindungsgemäßen Düseneinsatzes in einen Düsenhalter umfassen. Demnach wird im Schritt c) vorzugsweise der in den Düsenhalter montierte Düseneinsatz am Werkzeug angebracht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann außerdem den Schritt e) umfassen, wobei im Schritt e) das Werkzeug nach Durchführen des Schritts d) entfernt wird. Das Werkzeug ist lediglich bei korrekter Positionierung der Auslassdüse in der Öffnung und zugehöriger Positionierung des Werkzeugs in Relation zu Anlagekanten der Trommelwand entfernbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
- 1a: einen Querschnitt durch eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Düseneinsatzes;
- 1b: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Düseneinsatzes;
- 1c: einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Auslassdüse;
- 2: eine perspektivische Ansicht auf einen Düsenhalter;
- 3a und 3b: eine Schnitt- sowie eine perspektivische Darstellung hinsichtlich eines erfindungsgemäßen Werkzeuges;
- 4: eine Schnittdarstellung hinsichtlich einer an einem Werkzeug angebrachten Auslassdüse;
- 5: eine Darstellung hinsichtlich einer in eine Zentrifugentrommel einzuführende Auslassdüse;
- 6a: Darstellung hinsichtlich mehrerer in eine Zentrifugentrommel eingeführter Auslassdüsen; und
- 6b: eine Schnittdarstellung durch ein Trommelunterteil.
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Im Folgenden werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
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1a zeigt einen Querschnitt durch eine mögliche Ausführungsform hinsichtlich eines erfindungsgemäßen Düseneinsatzes 10. Dieser Düseneinsatz 10 dient zur Ausbildung einer Auslassdüse 40. Hierzu ist der Düseneinsatz 10 in einem Düsenhalter 30 fixiert (siehe hierzu 1c).
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Der Düseneinsatz 10 weist einen Kanal 11 auf. Dieser Kanal 11 bildet im in den Düsenhalter 30 eingesetzten Zustand den Strömungskanal der Auslassdüse 40 aus. Bei dem Kanal 11 des Düseneinsatzes 10 handelt es sich somit um den Strömungskanal der Auslassdüse 40.
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Ebenfalls zu erkennen ist eine Eintrittsöffnung 12. Angedeutet ist außerdem eine Austrittsöffnung 13. Die Austrittsöffnung 13 ist im in 1a dargestellten Zustand verschlossen. Das Öffnen der Austrittsöffnung 13 erfolgt durch Ablängen des Absatz 16. Aufgrund unterschiedlicher Ablängmöglichkeiten des Absatzes 16 können unterschiedliche Durchmesser hinsichtlich der Austrittsöffnung 13 gebildet werden.
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Die Austrittsöffnung 13 wird mit anderen Worten durch die Schnittfläche 19 durch den kugelförmigen Hohlraum 20 gebildet.
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Sowohl die Eintrittsöffnung 12 als auch die Austrittsöffnung 13 weisen einen kreisrunden Querschnitt auf. Der Durchmesser der Eintrittsöffnung 12 ist größer als der Durchmesser der Austrittsöffnung 13. Die Wandung 17, die den Kanal 11 bildet, ist insbesondere als vollständig definierte 3D-Freiformfläche ausgebildet. Aufgrund dessen ist der Kanal 11 ohne Kanten sowie ohne Ecken ausgebildet. Des Weiteren befinden sich im Kanal 11 bzw. im Düseneinsatz 10 keine weiteren Elemente, wie z.B. Düsensteine etc.
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Die 3D-Freiformfläche, wie diese im Zusammenhang mit einem CAD-Programm definiert wird, wird insbesondere durch eine vordere Leitkurve 14 sowie eine hintere Leitkurve 15 definiert. Als vordere Leitkurve 14 wird die Leitkurve bezeichnet, die im Benutzungszustand des Düseneinsatz 10 in Drehrichtung D einer Trommel vorne, also in Drehrichtung als erstes angeordnet ist. Als hintere Leitkurve 15 wird die Leitkurve bezeichnet, die in Relation zur Drehrichtung hinter der vorderen Leitkurve 14 angeordnet bzw. ausgebildet ist.
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Im dargestellten Beispiel ist die Eintrittsöffnung 12, durch die das zu separierende Material der Zentrifugentrommel in die Auslassdüse 40 eintritt, außermittig zur im Wesentlichen zylindrischen Außenfläche 18 des Düseneinsatzes 10 ausgebildet. Die vordere Leitkurve 14 sowie die hintere Leitkurve 15 beginnen jeweils an der Eintrittsöffnung 12 und enden an der Austrittsöffnung 13. Sowohl die vordere als auch die hintere Leitkurve 14 und 15 werden jeweils aus mehreren Teilleitkurven gebildet. Der in 1a dargestellte Schnitt durch den Düseneinsatz 10 ist senkrecht zur Drehachse einer Zentrifugentrommel ausgebildet. Demnach entspricht die in 1a dargestellte Schnittebene einer Draufsicht auf einen Düseneinsatz 10 im Anwendungsfall.
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Die vordere Teilleitkurve 21 ist in einem Winkel α zur X-Achse liegend ausgebildet. Die hintere Teilleitkurve 22 ist in einem Winkel β zur X-Achse ausgebildet. Bei der X-Achse handelt es sich um eine Parallele zur Eintrittsöffnungskante 23. Die X-Achse stellt eine in Relation zur Drehachse der Trommel horizontale Linie dar.
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Der Winkel α beträgt im dargestellten Beispiel 4°. Der Winkel β beträgt im dargestellten Beispiel 11°. Allgemein gilt, dass der Winkel β vorzugsweise größer als der Winkel α ist. Insbesondere beträgt der Winkel β das mindestens zweifache des Winkels α.
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Die Achse 24 verläuft durch den Mittelpunkt der Austrittsöffnung 13. Die Achse 24 bildet zusammen mit der senkrechten Verlängerung zur Kappenfläche 25 den Austrittswinkel γ. Im dargelegten Beispiel beträgt der Winkel γ 17,5°. Mit anderen Worten ist die Austrittsrichtung eines Feststoffes bzw. eines Feststoffstrahls zur horizontalen Achse der Auslassdüse 40 17,5°.
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Die Winkel ε der zur Austrittsöffnung 13 führenden radial liegende Teilleitkurven 26 und 27 betragen tangential relativ zur Achse 24 der Austrittsöffnung 13 jeweils 15°. Die Teilleitkurven 26 und 22 und die Teilleitkurven 27 und 21 werden mittels unterschiedlich großer Bogenabschnitten miteinander verbunden. Der Radius 1 (R1) beträgt beispielsweise 12 mm, wohingegen der Radius 2 (R2) 7 mm beträgt.
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Wie insbesondere in 1b zu erkennen ist, sind auf der Außenfläche 18 des Düseneinsatzes 10 zwei Nuten 28 ausgebildet. In diese Nuten 28 können Dichtungselemente, insbesondere O-Ringe, eingefügt werden. Auf der Kappenfläche 25 ist außerdem ein Positionierungselement 29, nämlich eine Positioniernase ausgebildet. Diese ist außermittig zur Längsachse, die eine Senkrechte zur Eintrittsöffnung 12 bzw. zur Eintrittsöffnungskante 23 ist, ausgebildet.
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In 1c ist der Düseneinsatz 10 im in Düsenhalter 30 eingesetzten Zustand dargestellt. In den Nuten 28 sind die Dichtungsringe 31 dargestellt. Das Positionierungselement 29 ist in eine Positionieröffnung 32 eines Positionierkanals 33 eingeführt bzw. dort positioniert. Der Positionierkanal weist eine weitere Positionieröffnung 34 auf. Wie in 2 dargestellt ist, befindet sich diese Positionieröffnung 34 auf einer Planfläche des Düsenhalters 30. Der Düsenhalter 30 umfasst außerdem ein Außengewinde 36. Mit Hilfe dieses Außengewindes 36 kann die Auslassdüse 40 in eine Öffnung einer Zentrifugentrommel eingeschraubt werden.
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In 1c ist zu erkennen, dass die Ausströmrichtung A des auszuströmenden Feststoffes lediglich durch den Kanal 11 des Düseneinsatzes 10 definiert wird. Mit anderen Worten entspricht der Düseneinsatz-Kanal 11 dem Strömungskanal der Auslassdüse 40. Der Austrittswinkel δ der Auslassdüse 40 entspricht dem Austrittswinkel γ des Düseneinsatzes 10.
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In 2 sind außerdem Führungselemente 37 des Düsenhalters 30 zu erkennen. Die Führungselemente 37 sind insbesondere als schwalbenschwanzähnliche Führungselemente ausgebildet. Diese sind komplementär zu Klemmelementen eines erfindungsgemäßen Werkzeugs ausgebildet. Die Führungselemente 37 ermöglichen ein Einschieben des Düsenhalters 30 in ein Werkzeug. Insbesondere wird aufgrund der Führungselemente 37 eine definierte Ausrichtung des Düsenhalters 30 in Relation zu einem Werkzeug ermöglicht.
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In den 3a und 3b ist eine mögliche Ausführungsform hinsichtlich eines Werkzeugs 80 dargestellt. In 3a ist dabei eine Teilschnittansicht in Längsrichtung dargestellt.
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Auf einer Montagefläche 81 ist zunächst ein federbelastetes Rastelement 82 zu erkennen. Zusätzlich ist ein weiteres Verrastungselement 83 ausgebildet. Das weitere Verrastungselement 83 kann in Form eines Zylinder- oder Gewindestifts ausgebildet sein. Die Montagefläche 81 betrifft die Fläche des Werkzeugs 80, das mit der zu montierenden Auslassdüse 40 in Kontakt kommt (siehe hierzu 4).
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Ebenfalls zu erkennen sind Klemmelemente 84. Die Klemmelemente 84 sind in Form von zwei Klemmnasen zur Ausbildung einer schwalbenschwanzartigen Führung ausgebildet. Die Höhe der Klemmelemente 84 bestimmt die Positioniertiefe der Auslassdüse 40. Sobald die Klemmelemente 84 an einem Aussparungsgrund (siehe 5) einer Zentrifugentrommel anstoßen, kann die Auslassdüse 40 nicht weiter in die Trommelwand eingeführt werden. Die Klemmelemente 84 sind komplementär zu den Führungselementen 37 des Düsenhalters 30 ausgebildet. Die Montagefläche 81 bildet zusammen mit dem federbelasteten Rastelement 82, dem weiteren Verrastungselement 83 sowie mit den Klemmelementen 84 einen Werkzeugkopf 86. Der Werkzeugkopf 86 ist an einem Stab 87 ausgebildet. Am weiteren Ende des Stabes 87 ist ein Betätigungsgriff 85 ausgebildet. An diesem Ende des Stabes 87 ist außerdem eine Markierung 89 zu erkennen. Zum Entfernen einer Auslassdüse 40 muss diese nach oben weisen. Die Markierung 89 dient mit anderen Worten als Lageindikator. Im dargestellten Beispiel ist diese Markierung 89 als eine Art Einkerbung ausgebildet. Auch eine Laserbeschriftung, Farbmarkierung etc. ist denkbar.
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In 4 wird das Zusammenwirken zwischen dem Werkzeug 80 und der Auslassdüse 40, insbesondere mit dem Düsenhalter 30, verdeutlicht.
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Das federbelastete Rastelement 82 ist in der weiteren Positionieröffnung 34 des Positionierkanals 33 eingeführt. Dabei handelt es sich um den Positionierkanal 33, in dem auch das Positionierungselement 29 des Düseneinsatzes 10 eingeführt ist. Die Montagefläche 81 des Werkzeugkopfs 86 des Werkzeugs 80 liegt auf der Planfläche 35 des Düsenhalters 30 auf. Das federbelastete Rastelement 82, das weitere Verrastungselement 83 und die hierzu komplementären Öffnungen der Auslassdüse 40 sind derart ausgebildet, dass lediglich das federbelastete Rastelement 82 in den Positionierkanal 33 einführbar und das weitere Verrastungselement 83 nicht einführbar ist. Somit ist der Düsenhalter 30 in einer exakten und klar definierten Position in Relation zum Werkzeug 80 angeordnet.
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In 5 ist zumindest abschnittsweise eine Zentrifugentrommel 60 mit einer Trommelwand 61 dargestellt. Die Trommelwand 61 weist Öffnungen 62 auf. In den Öffnungen 62 sind wiederum Innengewinde 63 ausgebildet. In die Innengewinde 63 kann das Außengewinde 36 eines Düsenhalters 30 eingeführt werden.
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Im Bereich der Öffnungen 62 sind jeweils entgegen der Drehrichtung D auf der Trommelaußenfläche 64 Aussparungen 65 ausgebildet. Die Aussparungen 65 bilden Anlagekanten 66 und Anlageflächen 67. Die Anlagekanten 66 dienen als Anlagekanten für das Werkzeug 80, insbesondere für den Werkzeugkopf 86. Es ist zu erkennen, dass bei einer vollständig eingeschraubten Auslassdüse 40 die Klemmelemente 84 des Werkzeugs 80 auf Anlageflächen 67, die auch als Aussparungsgrund bezeichnet werden können, aufliegen. Die Auslassdüse 40 kann dann nicht weiter in die Zentrifugentrommel 60 eingeschraubt werden. Die Positioniertiefe der Auslassdüse 40 wird somit durch die Höhe der Klemmelemente 84 definiert.
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In 5 ist sehr anschaulich zu erkennen, dass das Werkzeug 80 aufgrund der schwalbenschwanzartigen Führung und der ausgebildeten Anlagekanten 66 lediglich in einer vollständig definierten Ein- und Ausführrichtung E ein- und ausgeführt werden kann. Demnach ist es auch möglich, dass die Auslassdüse 40 ohne direkten Blick auf die Zentrifugentrommel 60 exakt positioniert werden kann. Die Zentrifugentrommel 60 befindet sich üblicherweise unter einer schwer zugänglichen Haube (nicht dargestellt). Aufgrund der definierten Ein- und Ausführrichtung E und der ebenfalls definierten Positioniertiefe, muss der Monteur keine uneingeschränkte Sicht auf die Öffnung 62 haben.
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In den 6a und 6b sind mehrere Auslassdüsen 40 dargestellt, die in der Trommelwand 61 positioniert sind. Es ist zu erkennen, dass alle Auslassdüsen 40 hinsichtlich des Austrittswinkels δ exakt positioniert sind. Alle Auslassdüsen 40 befinden sich auf einer gemeinsamen Umfangslinie der Zentrifugentrommel 60.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Düseneinsatz
- 11
- Kanal
- 12
- Eintrittsöffnung
- 13
- Austrittsöffnung
- 14
- vordere Leitkurve
- 15
- hintere Leitkurve
- 16
- Absatz
- 17
- Wandung
- 18
- Außenfläche
- 19
- Schnittfläche
- 20
- kugelförmiger Hohlraum
- 21
- vordere Teilleitkurve
- 22
- hintere Teilleitkurve
- 23
- Eintrittsöffnungskante
- 24
- Achse Mittelpunkt Austrittsöffnung
- 25
- Kappenfläche
- 26, 27
- Teilleitkurven
- 28
- Nut
- 29
- Positionierungselement
- 30
- Düsenhalter
- 31
- Dichtungsring
- 32
- Positionieröffnung
- 33
- Positionierkanal
- 34
- weitere Positionieröffnung
- 35
- Planfläche
- 36
- Außengewinde
- 37
- Führungselement
- 40
- Auslassdüse
- 60
- Zentrifugentrommel
- 61
- Trommelwand
- 62
- Öffnung
- 63
- Gewinde
- 64
- Trommelaußenfläche
- 65
- Aussparung
- 66
- Anlagekante
- 67
- Anlagefläche
- 80
- Werkzeug
- 81
- Montagefläche
- 82
- federbelastetes Rastelement
- 83
- weiteres Verrastungselement
- 84
- Klemmelement
- 85
- Betätigungsgriff
- 86
- Werkzeugkopf
- 87
- Stab
- 89
- Markierung
- A
- Ausströmrichtung
- D
- Drehrichtung Trommel
- E
- Ein-/Ausführrichtung
- R1, R2
- Verbindungsradien Teilleitkurven
- α
- Winkel vordere Teilleitkurve
- β
- Winkel hintere Teilleitkurve
- γ
- Austrittswinkel
- δ
- Austrittswinkel Auslassdüse
- ε
- Winkel
