DE102018133566A1

DE102018133566A1 - Drehrohrofen

Info

Publication number: DE102018133566A1
Application number: DE102018133566.0A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Meyer
Original assignee: Eisenmann SE
Current assignee: Onejoon GmbH
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-06-25
Also published as: CN111351345B; WO2020126699A1; CN111351345A; US20220074664A1; EP3899394A1; US11959704B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehrohrofen, mit einem drehbar gelagerten Drehrohr, das einen motorischen Antrieb, eine Lagerung, einen Materialeinlauf sowie einen Materialauslauf aufweist, wobei der Drehrohrinnenraum einen Prozessraum aufweist, dessen Innenatmosphäre von der Außenatmosphäre getrennt ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Prozessraum mittels einer ersten Dichtung gegen einen Druckraum und der Druckraum mittels einer zweiten Dichtung gegen die Außenatmosphäre abgedichtet ist und die erste Dichtung mittels einer Anpressvorrichtung mit einer ersten Anpresskraft und die zweite Dichtung mit einer zweiten Anpresskraft beaufschlagbar ist, die erste Anpresskraft unabhängig von der zweiten Anpresskraft einstellbar ist und im Betrieb der Innendruck des Druckraums höher ist als der Innendruck des Prozessraums.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Drehrohrofen mit einem drehbar gelagerten Drehrohr, das einen motorischen Antrieb, eine Lagerung, einen Materialeinlauf sowie einen Materialauslauf aufweist, wobei der Drehrohrinnenraum einen Prozessraum aufweist, dessen Innenatmosphäre von der Außenatmosphäre getrennt ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Drehrohröfen dienen der kontinuierlichen thermischen Behandlung von Schütt- oder Stückgütern. Bei den dabei ablaufenden physikalischen oder chemischen Prozessen können Gase oder/und Staubpartikel freigesetzt werden, die den Prozessraum im Inneren des Drehrohrs nicht unkontrolliert verlassen sollen. Dabei kann es einerseits erwünscht sein, die entstehenden Gase/Stäube weiteren Verarbeitungsschritten zuzuführen. Andererseits können die Gase/Stäube schädlich für die Umwelt sein und müssen kontrolliert entsorgt werden. Schließlich kann auch in umgekehrter Weise ein Eintritt von Falschluft in den Prozessraum unerwünscht oder gefährlich sein.
Es sind Dichtungen für Drehrohröfen bekannt, welche für eine Abdichtung des Drehrohrinnenraums des Drehrohrofens gegenüber der Atmosphäre sorgen. Bekannte Dichtungen sind beispielsweise als Gleitdichtung ausgeführt, bei der in einer einfachen Ausführung ein Teil des sich drehenden Drehrohrs in ein etwas größeres feststehendes Rohr ragt. Zwischen den beiden Rohren ist eine Gleitdichtung an dem größeren Rohr befestigt und steht in schleifendem Kontakt mit dem größeren feststehenden Rohr. Alternativ kann auch ein Dichtring mit dem feststehenden Rohr verbunden sein und auf dem Drehrohr gleiten.
Nachteilig an den genannten Ausführungen ist, dass eine Gas- oder/und Staubdichtigkeit nur schwer zu erzielen und für einen längeren Zeitraum zuverlässig aufrechtzuhalten ist. Auch ist es mit den genannten Bauarten schwierig, im Betrieb auftretende Veränderungen wie beispielsweise eine Längenveränderung des Drehrohrs bei Temperaturschwankungen, sich im Laufe des Betriebs ausbildende Winkelfehler oder Abnutzungen auszugleichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Drehrohrofen der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Prozessraum zuverlässig gegen die Außenatmosphäre abgedichtet ist.
Die Aufgabe wird durch einen Drehrohrofen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Drehrohrofen weist ein drehbar gelagertes Drehrohr, das einen motorischen Antrieb, eine Lagerung, einen Materialeinlauf sowie einen Materialauslauf auf. Ja nach Der Drehrohrinnenraum bildet einen Prozessraum aus, dessen Innenatmosphäre von der Außenatmosphäre getrennt ist.
Erfindungsgemäß ist der Prozessraum mittels einer ersten Dichtung gegen einen Druckraum und der Druckraum mittels einer zweiten Dichtung gegen die Außenatmosphäre abgedichtet. Die erste Dichtung ist mittels einer Anpressvorrichtung mit einer ersten Anpresskraft und die zweite Dichtung mit einer zweiten Anpresskraft beaufschlagbar. Die erste Anpresskraft ist unabhängig von der zweiten Anpresskraft einstellbar. Im Betrieb ist der Innenduck des Druckraums höher als der Innendruck des Prozessraums.
Es sind also erfindungsgemäß zwei miteinander über einen Druckraum verbundene Dichtungen vorgesehen, die jeweils unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Anpresskräften beaufschlagbar sind. Dies ermöglicht eine individuelle Einstellung der Anpresskräfte für jede Dichtung einzeln, so dass auf eventuell auftretender Verschleiß oder andere Veränderungen für jede Dichtung einzeln nachgeführt und somit jederzeit eine optimale Dichtigkeit erreichbar ist. Gleichzeitig befindet sich zwischen der ersten Dichtung, welche eine Abdichtung des Prozessraums gegenüber dem Druckraum bietet, und der zweiten Dichtung, welche den Druckraum gegenüber der Außenatmosphäre abdichtet, ein mit einem Druck beaufschlagter Druckraum. Sollte also die erste Dichtung ihre Dichtwirkung ganz oder teilweise verlieren, würde zunächst der Inhalt des Druckraums in den Prozessraum gelangen. Füllt man nun den Druckraum mit einem entsprechenden Gas, das für den Prozessraum und die darin ablaufenden physikalischen oder/und chemischen Prozesse unbedenklich ist, kann einerseits eine nachteilige Beeinflussung des in dem Prozessraum ablaufenden Vorgangs und andererseits ein Entweichen von Gasen oder/und Stäuben in die Atmosphäre bzw. die direkte Umgebung des Drehrohrofens vermieden werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druckraum ein Kompensationselement aufweist. Das Kompensationselement kann beispielsweise einen geeigneten gasdichten Stoff oder eine geeignete Folie umfassen, welche die erforderliche Gasdichtigkeit besitzen und gleichzeitig für die im Betrieb herrschenden Bedingungen geeignet sind. Des Weiteren kann das Kompensationselement eine geeignete mechanische Flexibilität aufweisen, um Druck- und Volumenschwankungen zu folgen. Auch kann das Kompensationselement so ausgelegt sein, dass es geometrischen Veränderungen Folge leisten kann. Mittels eines solchen Kompensationselements kann somit eine Gasdichtigkeit auch bei räumlichen/geometrischen Veränderungen des Druckraums erhalten werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die auf die Dichtungen auszuübende Anpresskraft geringer ausfallen kann.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Druckraum zu teilweise durch das Kompensationselement begrenzt ist. Somit kann das Kompensationselement auf einfache Weise Volumenänderungen des Druckraums oder räumliche/geometrische Veränderungen der Druckraumbegrenzungen aufnehmen/kompensieren.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Druckraum so dimensioniert werden kann, dass er dazu ausgelegt ist, Staubpartikel wie beispielsweise Dichtungsabrieb oder auch Kondensat aufzunehmen und beispielsweise bis zu einem Wartungsintervall gewissermaßen zwischenzuspeichern.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Kompensationselement die erste Dichtung und die zweite Dichtung druckdicht miteinander verbindet. Verändert sich somit die Lage der ersten Dichtung relativ zu der zweiten Dichtung, kann das Kompensationselement diese Lageveränderung aufnehmen. Auch bei einer Veränderung der geometrischen Ausdehnung der ersten Dichtung oder/und der zweiten Dichtung kann das Kompensationselement die daraus resultierende Veränderung des Druckraums aufnehmen.
Bei einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die erste Dichtung und die zweite Dichtung hinsichtlich Material, Anpressdruck, Verstellbereich oder/und geometrischer Anordnung voneinander unterscheiden. So kann die jeweilige Dichtung hinsichtlich ihrer Funktionalität optimiert werden. Beispielsweise kann die erste Dichtung, da sie den Druckraum gegenüber dem Prozessraum abdichtet, stärker hinsichtlich einer thermischen oder/und chemischen Belastung optimiert sein, während die zweite Dichtung, welche den Druckraum gegenüber der Außenatmosphäre abdichtet, stärker hinsichtlich einer Gasdichtigkeit optimiert sein.
Bei einer weiterführenden Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Innendruck des Druckraums höher als der Druck der Außenatmosphäre ist. Dies stellt eine weitere Sicherheitsmaßnahme dar, da so auch bei einer vollständigen oder teilweisen Undichtigkeit der zweiten Dichtung das nach außen gelangende Gas im Normalfall das in dem Druckraum befindliche Gas ist. Ist dieses Gas entsprechend gewählt, besteht in einem solchen Fall keine Gefahr für die Außenatmosphäre.
Konkret ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Druckraum mit einem Sperrgas füllbar ist. Das Sperrgas kann einerseits so gewählt sein, dass keine nachteilige Reaktion bei einem Eindringen des Sperrgases in den Prozessraum mit einem dort befindlichen Gas stattfinden kann. Umgekehrt soll auch bei einem Eindringen des oder der Prozessgase in den Druckraum keine solche schädliche Reaktion stattfinden können. Andererseits kann und sollte das Sperrgas so beschaffen sein, dass keine negativen Auswirkungen bei einem Austreten des Sperrgases in die Atmosphäre zu erwarten wären.
Des Weiteren kann das Sperrgas so gewählt werden, dass bei den zu erwartenden Prozessgasen, sollten diese wider Erwarten trotz des eigentlich höheren Drucks in der Druckkammer gegenüber dem Prozessraum in den Druckraum eindringen, eine Reaktion mit dem dort befindlichen Sperrgas stattfindet, welche das Eindringen leicht erkennen lässt. Beispielsweise könnte sich durch das Eindringen eine Farbänderung, eine Druckänderung, eine Leitfähigkeitsänderung oder ähnliches ergeben. Dies kann detektiert und entsprechende Maßnahmen können ergriffen werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druck im Druckraum oder/und die erste oder/und die zweite Anpresskraft kontinuierlich oder bedarfsgesteuert mittels einer Steuereinrichtung einstellbar ist. Der Druck kann beispielsweise über eine mit dem Druckraum fest verbundene oder nach Bedarf verbindbare Druckraumleitung gesteuert und/oder auf einem bestimmten Niveau eingeregelt werden. Dabei kann der beispielsweise die für die Aufrechterhaltung eines bestimmten Drucks notwendige Volumenstrom als Maß für die Dichtheit der ersten und der zweiten Dichtung dienen. Eine individuelle Veränderung der ersten oder/und der zweiten Anpresskraft kann beispielsweise in Reaktion auf eine bestimmte Betriebsdauer und damit einen bestimmten angenommenen Verschleißgrad erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Einstellung auch bedarfsgesteuert beispielsweise in Reaktion auf eine ermittelte Dichtigkeit der jeweiligen Dichtung erfolgen.
Bei einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Dichtung mit einer ersten Dichtfläche und die zweite Dichtung mit einer zweiten Dichtfläche jeweils an sich mit dem Drehrohr mitbewegenden Gleitflächen anliegen. Zwischen den beiden Gleitflächen des Drehrohres bildet sich entsprechend der Druckraum aus. Besonders bevorzugt ist es, wenn in diesem Zusammenhang das Kompensationselement die erste Dichtung und die zweite Dichtung insbesondere gasdicht miteinander verbindet. Nachdem das Kompensationselement Druck- oder Volumenschwankungen des Druckraums aufnehmen kann, muss der Anpresskraft, welche die erste Dichtfläche mit der Gleitfläche und die zweite Dichtfläche mit der Gleitfläche verbindet, lediglich so bemessen sein, dass die Verbindung zwischen Dichtfläche und Gleitfläche gasdicht ist. Es müssen keine zusätzlichen Lageveränderungen in den Dichtungen selbst kompensiert werden. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit, die Dichtungen - wie etwa Dichtschnüre - in Nuten zu führen und für eine Gasdichtigkeit zwischen dem Dichtungsmaterial selbst und der Innenwandung der Nut zu sorgen. Besonders bei Bewegungen zwischen dem Dichtungsmaterial und einer Innenwandung einer Nut ist eine Gasdichtigkeit nur durch Aufbietung hoher Anpresskraft zu gewährleisten. Dies führt entsprechend zu hoher Reibung und den damit einhergehenden Nachteilen wie hoher Abrieb, große Bremswirkung und hoher Energieaufwand.
Ein weiterer Vorteil eines derart ausgestalteten Druckraums besteht darin, dass beispielsweise eine Unwucht in der Gleitfläche oder eine Schrägstellung der Gleitfläche gegenüber der eigentlichen Drehachse mittels des Kompensationselements ohne konstruktive Veränderungen ausgleichbar sind.
Auch kann bei Vorhandensein eines Kompensationselements die erste oder/und die zweite Dichtung so angeordnet und ausgestaltet sein, dass sie jeweils mit nur einer Dichtfläche abdichten. Dies hat den Vorteil, dass die Reibung zwischen Dichtung und Gleitfläche optimierbar ist und insbesondere kleiner ist als wenn die Dichtung mit mehreren Dichtflächen an einer sich mit dem Drehrohr mitbewegenden Gleitfläche oder relativ zu dem Drehrohr stillstehenden Gegendichtfläche anliegen.
In diesem Zusammenhang kann dann auch vorgesehen sein, dass die Anpressvorrichtung zur unabhängigen Ausübung der ersten und der zweiten Anpresskraft ausgelegt ist, welche die erste und/oder die zweite Dichtfläche gegen die Gleitflächen pressen.
Bei einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Anpressvorrichtung zur Ausübung der ersten oder/und zweiten Anpresskraft durch eine elastische Vorspannung der ersten und/oder der zweiten Dichtung, durch eine Federvorspannung der ersten und/oder der zweiten Dichtung, eine Gewichtsbeaufschlagung der ersten und/oder der zweiten Dichtung, durch eine pneumatische oder/und hydraulische Anpresskraftausübung auf die erste und/oder die zweite Dichtung ausgelegt ist. Je nach weiteren Anforderungen, die für den gesamten Drehrohrofen erfüllt sein müssen und je nach den im Prozessraum behandelten Gütern und dem damit verbundenen thermischen, chemischen, etc. Belastungen kann so die geeignete Kraftbeaufschlagung eingesetzt sein.
Als Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste oder/und die zweite Dichtung eine Labyrinthanordung aufweist. Mittels der Labyrinthanordnung kann insbesondere bei der ersten Dichtung, welche den Druckraum gegenüber dem Prozessraum abdichtet, ein Eindringen beispielsweise von Abrieb der Dichtung in den Prozessraum verhindert werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für die Dichtigkeit des ersten oder/und der zweiten Dichtung relevante Parameter wie beispielsweise der Druck, die Temperatur und/oder die Sperrgaszusammensetzung des Druckraums überwachbar sind.
Insbesondere können für den Druckraum Sensoren zur Überwachung des Drucks, der Temperatur oder/und der Sperrgaszusammensetzung vorgesehen sein. Die Sensoren können in dem Druckraum selbst oder in einer geeigneten Wirkverbindung mit dem Druckraum stehen. Mittels der Erfassung der genannten Parameter kann vor allem die Dichtigkeit bzw. die Bedingungen, die für eine ausreichende Dichtigkeit herrschen müssen, überwacht und in Reaktion auf die ermittelten Parameter eine Einstellung an der Anpressvorrichtung betreffend die ersten und/oder die zweiten Anpresskraft vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich können auch beispielsweise in Reaktion auf eine geänderte Sperrgaszusammensetzung oder ein zu hohe oder zu niedrige Temperatur Eingriffe in die Steuerung des in dem Prozessraum ablaufenden Behandlungsprozesses vorgenommen werden.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehrohrofens;
2 eine schematische Teil-Schnittansicht des Einlaufkopfbereichs des Drehrohrofens der 1;
3 eine erste Alternative zu der Ausführungsform der 2;
4 eine zweite Alternative zu der Ausführungsform der 2;
5 eine andere schematische Teil-Schnittansicht des Einlaufkopfbereichs des Drehrohrofens der 1; und
6 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehrohrofens.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehrohrofens 10. Der Drehrohrofen 10 ist in der in 1 dargestellten Ausführungsform für Prozessraumtemperaturen beispielsweise bis 1200 °C ausgelegt und weist ein sich entlang einer Achse A erstreckendes und um diese Achse A drehbares Drehrohr 12 auf, das entsprechend seinem Einsatzzweck beispielsweise aus einem warmfesten Stahl ausgeführt sein kann. Die Achse A gibt auch gleichzeitig die Richtung an, entlang der das zu behandelnde Gut durch das Drehrohr 12 wandert - in der 1 von links nach rechts. Das Drehrohr 12 ist in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einlaufseitig und auslaufseitig jeweils mit einer Lagerung 14, 16 gelagert. Dabei ist, wie dies bei Drehrohröfen üblich ist, ein Lager als Festlager ausgeführt, d.h. es ist keine Relativbewegung zwischen Drehrohr 12 und Festlager entlang der Achse A möglich. Das andere Lager ist als Loslager ausgeführt, um eine Längenausdehnung oder -verkürzung des Drehrohrs 12 entlang der Achse A zu ermöglichen. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel bildet das einlaufseitige Lager 14 das Loslager und das auslaufseitige Lager 16 das Festlager.
Für die Lagerung des Drehrohrs 12 mittels der Lager 14, 16 sind an dem Drehrohr 12 Laufringe 15, 17 angebracht, welche auf den Lagern 14, 16 laufen und so das Drehrohr 12 lagern. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind für das Festlager 16 Führungen 19
Die Längs- und Rotationsachse A des Drehrohrs 12 ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel gegenüber der Horizontalen um einen Kippwinkel α geneigt, so dass das in dem Drehrohr 12 bewegte Material von einer Einlaufseite 18 zu einer Auslaufseite 20 wandert. Der Kippwinkel α kann über einen Antrieb 21 verstellbar sein.
Das Drehrohr 12 wird mittels eines Antriebs 22 angetrieben und so in Rotation versetzt. Um ein entsprechendes Antriebsmoment auf das Drehrohr 12 aufzuprägen, kann je nach Dimensionierung beispielsweise eine Zahnkranz-Ritzel-Kombination oder ein Ketten- oder Keilriemenantrieb vorgesehen sein.
An der Einlaufseite 18 und an der Auslaufseite 20 sind jeweils Mehrfachdichtungen 100, 101 vorgesehen, deren Aufbau in den nachfolgenden Figuren näher erläutert werden wird. Die Mehrfachdichtungen 100 dichten das Innere des Drehrohr 12 gegenüber der Umgebung des Drehrohrofens ab und sind bei einer geeigneten Anordnung der Dichtsysteme für alle Drehrohrmaterialien und deren Anwendungsgebiete einsetzbar. Der Bereich um die jeweilige Mehrfachdichtung 100 bildet zusammen mit dem jeweiligen Ende des Drehrohres 12 den Einlaufkopf 32 oder den Auslaufkopf 34, welche gegenüber dem sich drehenden Drehrohr 12 feststehen.
Zur Aufgabe des zu behandelnden Guts ist ein Materialeinlauf 24, zur Entnahme des behandelten Guts ist ein Materialauslauf 26 vorhanden. Es ist am Einlaufkopf 32 ein Einlass 28 und am Auslaufkopf 34 ein Auslass 30 für Prozessgase vorhanden, wobei die Zuordnung von Einlass und Auslass je nach Gestaltung des in dem Drehrohr 12 ablaufenden Prozesses aus umgekehrt sein kann. Außerdem kann auch nur ein Einlass oder ein Auslass vorhanden sein.
2 zeigt den in 1 gestrichelt definierten Ausschnitt als Schnittansicht, wobei der Schnitt entlang einer vertikalen Schnittebene entlang der Achse A durchgeführt verläuft. Merkmale, die bereits unter Bezugnahme auf 1 beschrieben worden sind, werden in 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen, aber nicht erneut beschrieben, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
Wie der 2 zu entnehmen ist, umschließt das Drehrohr 12 einen Drehrohrinnenraum 36, der als Prozessraum 38 für die in dem Drehrohr 12 vorgesehenen Prozesse dient.
Das Drehrohr 12 weist drehfest an der Außenseite verbunden einen Drehrohrflansch 38 auf, der Einlaufkopf 32 weist einen mit dem Einlaufkopf 32 fest verbundenen Kopfflansch 40 auf. Zwischen den beiden Flanschen 38, 40 ist die Mehrfachdichtung 100 angebracht. Die Mehrfachdichtung 100 umfasst einen mit dem Drehrohrflansch fest verbundenen Gleitflansch 102 sowie einen Andrückflansch 104 auf, der mit dem Kopfflansch 40 fest verbunden ist und somit insgesamt fest steht. Mit dem Andrückflansch 104 verbunden sind zwei Federsysteme 106, 108, die auf verschiedenen Radien des Andrückflansches 104 angeordnet sind. Die Federsysteme 106, 108 sind in regelmäßigen Umfangsabständen entlang des Andrückflansches 104 angeordnet. Das erste innere Federsystem 106 befindet sich auf dem kleineren Radius bezüglich der Drehachse A, das zweite äußere Federsystem 108 auf dem größeren Radius. Das erste Federsystem 106 ist über einen ersten inneren Andrückring 110 mit einer ersten Dichtung 112 und das zweite Federsystem 108 ist über einen zweiten äußeren Andrückring 114 mit einer zweiten Dichtung 116 drehfest verbunden.
Der Andrückflansch 104 bildet zusammen mit den Federsystemen 106, 108 sowie den Andrückringen 110, 114 ein Andrücksystem 118.
Das erste und zweite Federsystem 106, 108 übt jeweils eine Feder- bzw. Andrückkraft 107, 109 - in 2 durch Pfeile symbolisiert - auf den jeweils zugeordneten Andrückring 110, 114 und damit auf die jeweils zugeordnete Dichtung 112, 114 aus und drückt diese gegen den Gleitflansch 102.
Beide Federsysteme 106, 108 arbeiten unabhängig voneinander, d.h. die jeweils auf die Dichtungen 112, 114 wirkenden Kräfte 107, 109 können unabhängig voneinander eingestellt und verändert werden.
Zwischen der inneren Dichtung 112 sowie dem inneren Andrückring 110 einerseits und der äußeren Dichtung 116 sowie dem äußeren Andrückring 114 andererseits bildet sich ein Druckraum 121 aus, der in Richtung der Drehachse A durch den Gleitflansch 102 und entgegen der Richtung der Drehachse A durch einen ersten Kompensator 120 begrenzt ist. Bei dem ersten Kompensator 120 kann es sich um ein geeignetes gasdichtes Stoff- oder Folienelement handeln, das die erforderliche Gasdichtigkeit aufweist, für die im Betrieb herrschenden Bedingungen wie beispielsweise Temperatur, Druck, chemische Aggressivität etc. geeignet ist und gleichzeitig eine ausreichende mechanische Flexibilität aufweist, um den möglicherweise auftretenden Druck- und damit gegebenenfalls auch Volumenschwankungen folgen zu können. Beispiele sind beschichtet Gewebestrukturen, Metallfolien oder ähnliches.
Der so geschaffene Druckraum 121 weist im Grundsatz die Form eines Hohlzylinders auf. Der Druckraum 121 kann unter einem gewünschten Druck gegenüber dem Prozessraum 38 einerseits und gegenüber der äußeren Umgebung des Drehrohres 12 andererseits gehalten werden. Hierfür ist ein Gasanschluss 122 vorgesehen, der dauerhaft oder temporär mit einer Gasquelle (nicht dargestellt) verbindbar ist. Bei dem in den Druckraum 121 einbringbaren Gas kann es sich beispielsweise um ein Sperrgas handeln, welches ein Übertreten von Prozessgasen aus dem Prozessraum 38 in die Umgebung des Drehrohres 12 verhindern kann.
Um einen insgesamt gasdichten Einlaufkopf 32 zu schaffen, ist neben dem Druckraum 121 eine Abdichtung des Prozessraums 38 gegenüber dem Andrücksystem 118 als solches vorzusehen. Dies wird bei der in 2 gezeigten Ausführungsform mittels eines zweiten Kompensators 124 erzielt. Der zweite Kompensator 124 verbindet den inneren Andrückring 110 mit dem Andrückflansch 104. Alternativ oder zusätzlich könnte auch ein Kompensatorelement (nicht abgebildet) den zweiten äußeren Andrückring 114 mit dem Andrückflansch 104 verbinden.
Während der erste Kompensator 120 neben druckbedingten Volumenschwankungen im Wesentlichen eine Relativbewegung zwischen dem inneren und dem äußeren Andrückringen 110, 114 auszugleichen hat, kompensiert der zweite Kompensator 124 vorrangig eine Relativbewegung zwischen dem Andrückflansch 104 und dem Gleitflansch 102, die in erster Linie aus temperaturbedingten Längen- bzw, Lageveränderungen des Drehrohrs 12 rührt.
3 zeigt im Prinzip den gleichen Ausschnitt und die gleiche Darstellung wie die 2. Es ist im Unterschied zu der Ausführungsform der 2 eine alternativ aufgebaute Mehrfachdichtung 200 dargestellt. Gleiche oder sehr ähnliche Merkmale werden mit Bezugszeichen versehen, zu denen 100 addiert wurde. Solche Merkmale werden nicht erneut erläutert.
Im Unterschied zu der Ausführungsform der 2 weist die Mehrfachdichtung 200 zwei in radialer Richtung hintereinander angeordnete Druckräume 221, 223 auf. Beide Druckräume 221, 223 werden in Richtung der Achsrichtung A von dem gleichen Gleitflansch 202 begrenzt. In der entgegengesetzten Richtung ist neben dem ersten Kompensator 220 (und dem zweiten Kompensator 224 gegenüber dem Prozessraum 38) ein dritter Kompensator 226 vorgesehen.
Für jeden der beiden Druckräume 221, 223 ist ein eigener Gasanschluss 222, 228 vorhanden, so dass die beiden Druckräume unabhängig voneinander unter Druck gehalten werden können. Entsprechend den beiden Druckräumen 221, 223 ist neben den beiden Dichtungen 212, 214 eine weitere Dichtung 215 vorhanden, um den zweiten Druckraum 223 in Richtung radial-außen abzuschließen.
Einen weiteren Unterschied bildet die in der Ausführungsform der 3 vorhandene Labyrinthdichtung 230, die in gleicher Form auch in der Ausführungsform der 2 vorgesehen werden könnte. Die Labyrinthdichtung 230 verhindert bei einer geeigneten Auslegung hauptsächlich ein Eintragen von Staubpartikeln aus dem Prozessraum 38 in die Mehrfachdichtung 200 einerseits und gegebenenfalls ein unerwünschtes Eindringen von beispielsweise Dichtungsabrieb in den Prozessraum 38. Bei der Labyrinthdichtung 230 kämmen ein mit dem Drehrohr 12 bzw. dem Gleitflansch 202 verbundener Teil 231 - der sich also im Betrieb mit dem Drehrohr 12 mitdreht - mit einem an dem Einlaufkopf 32 bzw. dem Andrückflansch 204 angebrachten - und somit feststehenden - Teil 233.
Um eine dauerhafte Dichtwirkung der Labyrinthdichtung 230 zu gewährleisten, ist ein Spülgasanschluss 232 vorhanden, der den zwischen dem äußeren Drehrohrmantel 234 und dem zweiten Kompensator 224 gelegenen Spülraum 236 mit einem geeigneten Spülgas zu spülen. Dabei können beispielsweise bei geeigneten Betriebszuständen des Drehrohrofens - beispielsweise bei einer Wartung - eventuell in den Spülraum gelangte Partikel durch die Labyrinthdichtung ausgeblasen werden. Auch die Spülfunktionalität könnte in gleicher Form in die Ausführungsform der 2 integriert werden.
Alternativ könnte der Spülraum 236 auch während des regulären (Nicht-Wartungs-) Betriebs mit einem Sperrgas gefüllt sein und so die insgesamte Sperrwirkung der Mehrfachdichtung 200 verbessern. Während eines Wartungszyklus hingegen kann der Spülraum 236 dann wiederum mit einem Spülgas gespült werden.
4 zeigt eine zweite Alternative zu der Ausführungsform der 2. 4 zeigt wiederum den gleichen Ausschnitt und die gleiche Darstellung wie die 2 und 3. Es ist im Unterschied zu der Ausführungsform der 2 oder 3 eine alternativ aufgebaute Mehrfachdichtung 300 dargestellt. Gleiche oder sehr ähnliche Merkmale werden mit Bezugszeichen versehen, zu denen 100 bezüglich 3 und 200 bezüglich 2 addiert wurde. Solche Merkmale werden nicht erneut erläutert.
Im Unterschied zu der Ausführungsform der 2 weist die Mehrfachdichtung 300 der 4 ein alternatives Andrücksystem 318 auf. Statt federbelasteter Dichtungen sind bei der Ausführungsform der 4 Dichtungen 312, 316 vorgesehen, auf welche mittels eines gewichtsbelasteten Andrückmechanismus eine Kraft 307, 309 derart aufgeprägt wird, welche die Dichtungen 312, 316 gegen den Gleitflansch 302 pressen. Die Anpresskraft 307, 309 wird dabei durch Gewichte 338, 340 hervorgerufen, welche durch ein Seilzugsystem 339, 341 und entsprechende Hebel 342, 343 auf die Andrückringe 310, 314 und damit letztendlich auf die Dichtungen 312, 316 übertragen wird.
5 zeigt im Unterschied zu den 2-4 zwar ebenfalls eine Schnittansicht, bei welcher der Schnitt entlang einer vertikalen Schnittebene entlang der Achse A durchgeführt, allerdings zeigt die 5 einen anderen Ausschnitt. Der Ausschnitt der 5 stellt den Bereich unterhalb der Achse A dar. Es ist im Unterschied zu der Ausführungsform der 2 eine alternativ aufgebaute Mehrfachdichtung 400 dargestellt. Gleiche oder sehr ähnliche Merkmale werden mit Bezugszeichen versehen, zu denen 300 bezüglich der Darstellung in 2 addiert wurde. Solche Merkmale werden nicht erneut erläutert.
Zusätzlich zu den Merkmalen, die bereits in den 2-4 erläutert wurden, ist bei der Ausführungsform der 5 eine Partikelabsaugung 446 für sich in dem Bereich der Mehrfachdichtung ansammelnden Partikel 448 vorgesehen. Die Partikel 448 können beispielsweise durch Verschleißvorgänge im Bereich der Dichtungen 412, 414 entstehen und mittels eines Absaugstutzens 450 auf einfache Weise beispielsweise bei einer Wartung oder bei einer entsprechenden Drucksteuerung sogar im laufenden Betrieb des Drehrohrofens 10 entfernt werden. Die Anordnung der Partikelabsaugung 446 im unteren Bereich des Drehrohrs 12 ist vorteilhaft, da sich dort die meisten Abriebpartikel aufgrund der Schwerkraft und der beständigen Drehbewegung ansammeln.
6 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehrohrofens 510. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird nicht erneut der gesamte Aufbau des Drehrohrofens 510 im Detail wiederholt, sondern es wird auf die Unterschiede zu dem Aufbau des Drehrohrofens der 1 näher eingegangen.
Der Drehrohrofen 510 der 6 ist als Hochtemperaturversion ausgelegt und weist ein metallfreies Drehrohr 512 auf. Das Drehrohr 512 kann bevorzugt aus Graphit aufgebaut sein; alternativ sind auch andere Materialien wie beispielsweise Keramik oder Glas denkbar. Das Drehrohr 512 kann je nach Dimensionierung des Drehrohrofens 510 und der Wahl des Drehrohrmaterials einstückig oder aus mehreren Einzelelementen zusammengesetzt sein.
Das Drehrohr 512 ist an seinen beiden Enden 518, 520 jeweils an einer kardanischen Aufhängung 560, 561 gehalten. Die kardanische Aufhängung 560 wiederum wird an der Einlaufseite 518 innerhalb eines Antriebsrings 562 geführt. Der Antriebsring 562 selbst ist gegenüber dem feststehenden Ofenkopf 532 und einem das gesamte Drehrohr 512 umschließenden Ofendeckel 564 jeweils mittels einer Mehrfachdichtung 500 abgedichtet. Die Mehrfachdichtungen 500 können einen Aufbau gemäß den Merkmalen der 2-5, jeweils für sich oder auch geeignet kombiniert, aufweisen. Der Ofendeckel 564 kann für Hochtemperaturanwendungen mit einer geeigneten Isolierung versehen sein.
Im Einlaufbereich des Einlaufkopfs 532 ist der Antriebsring 562 mit Gleitflanschen 502 versehen, an denen Dichtungen 512, 514 anliegen. Zwischen den Dichtungen 512, 514 bilden sich Druckräume 521 unter Verwendung geeigneter Kompensatoren aus. Eine gasdichte Anbindung der Dichtungen an den feststehenden Einlaufkopf 532 oder an den Ofendeckel 564 geschieht jeweils ebenfalls über Kompensatoren 566, so dass eine Verlagerung oder Ausdehnung des Drehofenrohrs 512 möglich ist.
Im Auslaufbereich des Drehrohrofens 510 findet zunächst im Bereich des Ofendeckels 564 eine Wasserkühlung mittels umlaufender Leitungen 568 statt. Die Leitungen 568 können an einen geeigneten Kühlmittelkreislauf angeschlossen sein und als Kühlmittel beispielsweise Wasser in Kupferrohren führen. Der Auslaufkopf 534 kann mit einer weiteren Kühlzone 570 versehen sein, in der beispielsweise mittels Luft oder auch mittels einer Wasserkühlung das behandelte Gut auf die gewünschte Temperatur herabgekühlt werden kann. Auch hier können an geeigneten Stellen, etwa an dem Übergang von dem Ofendeckel 564 auf einen Antriebsring 563 oder an einem Übergang von dem Antriebsring 563 zu einem Materialauswurf 572 Mehrfachdichtungen 500 eingesetzt werden.

Claims

Drehrohrofen (10), mit einem drehbar gelagerten Drehrohr (12), das einen motorischen Antrieb (21), eine Lagerung (14, 16), einen Materialeinlauf (28) sowie einen Materialauslauf (30) aufweist, wobei der Drehrohrinnenraum (36) einen Prozessraum (38) aufweist, dessen Innenatmosphäre von der Außenatmosphäre getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessraum (38) mittels einer ersten Dichtung (112) gegen einen Druckraum (121) und der Druckraum (121) mittels einer zweiten Dichtung (116) gegen die Außenatmosphäre abgedichtet ist und die erste Dichtung (112) mittels einer Anpressvorrichtung (118) mit einer ersten Anpresskraft (107) und die zweite Dichtung (116) mit einer zweiten Anpresskraft (109) beaufschlagbar ist, die erste Anpresskraft (107) unabhängig von der zweiten Anpresskraft (109) einstellbar ist und im Betrieb der Innendruck des Druckraums (121) höher ist als der Innendruck des Prozessraums (38).
Drehrohrofen nach Anspruch 1, wobei der Druckraum (121) ein Kompensationselement (120) aufweist.
Drehrohrofen nach Anspruch 2, wobei der Druckraum (121) zumindest teilweise durch das Kompensationselement (120) begrenzt ist.
Drehrohrofen nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Kompensationselement (120) die erste Dichtung (112) und die zweite Dichtung (116) druckdicht miteinander verbindet.
Drehrohrofen nach einem der Ansprüche 2-4, wobei das Kompensationselement (120) mechanisch flexibel ist.
Drehrohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die erste Dichtung (110) und die zweite Dichtung (116) hinsichtlich Material, Anpressdruck, Verstellbereich oder/und geometrischer Anordnung voneinander unterscheiden.
Drehrohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Innendruck des Druckraums (121) höher als der Druck der Außenatmosphäre ist.
Drehrohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckraum (121) mit einem Sperrgas füllbar ist.
Drehrohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck im Druckraum (121) oder/und die erste (107) oder/und die zweite (109) Anpresskraft kontinuierlich oder bedarfsgesteuert mittels einer Steuereinrichtung einstellbar ist.
Drehrohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Dichtung (110) mit einer ersten Dichtfläche und die zweite Dichtung (109) mit einer zweiten Dichtfläche jeweils an sich mit dem Drehrohr (12) mitbewegenden Gleitflächen (102) anliegen.
Drehrohrofen nach Anspruch 10, wobei die Anpressvorrichtung (118) zur unabhängigen Ausübung der ersten (107) und der zweiten (109) Anpresskraft ausgelegt ist, welche die erste und/oder die zweite Dichtfläche gegen die Gleitflächen (102) pressen.
Drehrohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpressvorrichtung (118) zur Ausübung der ersten (107) oder/und zweiten (109) Anpresskraft durch eine elastische Vorspannung der ersten und/oder der zweiten Dichtung, durch eine Federvorspannung der ersten (110) und/oder der zweiten (116) Dichtung, eine Gewichtsbeaufschlagung der ersten (310) und/oder der zweiten (316) Dichtung, durch eine pneumatische oder/und hydraulische Anpresskraftausübung auf die erste und/oder die zweite Dichtung ausgelegt ist.
Drehrohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste oder/und die zweite Dichtung eine Labyrinthanordnung (230) aufweist.
Drehrohrofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck, die Temperatur und/oder die Sperrgaszusammensetzung des Druckraums (121) überwachbar sind.
Drehrohrofen nach Anspruch 14, wobei für den Druckraum (121) Sensoren zur Überwachung des Drucks, der Temperatur oder/und der Sperrgaszusammensetzung vorgesehen sind.