DE102022133098A1

DE102022133098A1 - Abscheidevorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102022133098A1
Application number: DE102022133098.2A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-12-13
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2024-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abscheidevorrichtung (1) für Entstaubungs- und Schweißrauchgasabsaugungsanlagen und Verfahren zum Betrieb. Die Abscheidevorrichtung (1) umfasst eine Zykloneinrichtung (2) mit wenigstens einer sich entlang einer axialen Richtung (3) erstreckenden Wirbelkammereinheit (4) und eine tangential zu der Wirbelkammereinheit (4) und quer zur axialen Richtung (3) angeordneten Zuflusseinheit (5) zur Erzeugung einer Wirbelströmung (6) innerhalb der Wirbelkammereinheit (4). Es ist eine Leitwerkseinheit (7) mit wenigstens einem Leitelement (8), und insbesondere eine Mehrzahl an Leitelementen (8) umfasst, um die Wirbelströmung (6) innerhalb der Wirbelkammereinheit (4) zu beeinflussen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abscheidevorrichtung für Entstaubungs- und Schweißrauchgasabsaugungsanlagen, welche wenigstens eine Zykloneinrichtung mit wenigstens einer sich entlang einer axialen Richtung erstreckenden Wirbelkammereinheit und eine tangential zu der Wirbelkammereinheit und quer zur axialen Richtung angeordnete Zuflusseinheit zur Erzeugung einer Wirbelströmung innerhalb der Wirbelkammereinheit umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Abscheidevorrichtung.
Durch eine Absaugung von Stäuben und/oder Partikeln und/oder auch partikelbeladenen (Rauch-)gasen lässt sich die Qualität von Fertigungsprozessen, wie von Schleifprozessen oder auch Schweißprozessen verbessern und gleichzeitig eine Belastung der Umwelt verringern. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Abscheidevorrichtungen für Absaugungsanlagen, insbesondere für Entstaubungsanlagen und Schweißrauchgasabsaugungsanlagen bekannt geworden.
Zur Reinigung von partikelbeladenen Strömungen werden grundsätzlich Filter eingesetzt, welche eine mechanische Barriere für die Partikel in der Strömung bilden. Solche Filter, wie radial durchströmte Patronenfilter, stellen ein gasdurchlässiges Filtermedium, z. B. aus Gewebe oder auch Papier, zur Verfügung. In dem Filtermedium bleiben die zu filternden Partikel hängen und das gereinigte Fluid tritt aus dem Filter aus. Durch die Reibung der Strömung an dem Filtermedium haben solche Filter grundsätzlich einen hohen Strömungswiderstand und einen hohen Druckverlust. Hinzu kommt, dass die gefilterten Partikel das Filtermedium im Betrieb immer weiter zusetzen und verstopfen, sodass ein Strömungswiderstand immer weiter steigt und eine Absaugungsleistung einer Absaugungsanlage abnimmt. Dies fällt im Betrieb jedoch erst nach einer gewissen Zeit auf, was sich zumindest in der Zwischenzeit dadurch nachteilig auf die Qualität eines Fertigungsprozesses, wie einen Schweißprozess, auswirken kann. Außerdem können Funken im Abgas, z. B. von einer Schweißanlage, dazu führen, dass ein Filter aus Papier- oder Gewebe durch die glühenden Funken beschädigt wird oder sogar Feuer fängt und dadurch der Filter oder auch die gesamte Abscheidevorrichtung zerstört wird. Dementsprechend müssen diese Filter überwacht, oft gewartet und ausgetauscht werden.
Um diese Nachteile abzumildern kann z. B. ein Zyklonabscheider vorgeschaltet werden. Der Zyklonabscheider weist einen Topf mit einem tangentialen Zufluss auf. Eine eingeleitete Strömung wird an der Wandung des Topfes wirbelförmig zu einem axialen Ende umgelenkt. Durch den Zyklonabscheider werden insbesondere größere Partikel durch eine scharfe Umlenkung der Strömung an einer Wandung durch Trägheit von der Strömung getrennt, sodass der nachgeschaltete Filter nur noch die kleinere Partikel filtern muss. Besonders kleinere Partikel, wie Funken und Staub, können jedoch durch den Zyklonabscheider nur unzureichend vor dem Eintritt in den Filter abgeschieden werden. Gerade diese kleineren Partikel führen jedoch zu einem besonders nachteiligen Zusetzen und Verstopfen des Filters, während auch ein Risiko einer Brandgefahr durch die kleinen Funken bei Schweißrauchabsaugungsanlagen weiterhin hoch ist. Folglich ist eine Auswirkung des Zyklonabscheiders auf die Betriebssicherheit und die Qualität des Fertigungsprozesses gering.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abscheidevorrichtung und ein Verfahren zu deren Betrieb zur Verfügung zu stellen, welche eine erhöhte Prozesssicherheit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abscheidevorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der Abscheidevorrichtung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
Eine erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung für Entstaubungs- und Schweißrauchgasabsaugungsanlagen umfasst wenigstens eine Zykloneinrichtung mit wenigstens einer sich entlang einer axialen Richtung erstreckenden Wirbelkammereinheit und wenigstens einer tangential zu, und insbesondere an, der Wirbelkammereinheit und quer zur axialen Richtung angeordnete Zuflusseinheit zur Erzeugung einer Wirbelströmung innerhalb der Wirbelkammereinheit. Es ist wenigstens eine Leitwerkseinheit mit wenigstens einem Leitelement umfasst, um wenigstens die Wirbelströmung innerhalb der Wirbelkammereinheit zu beeinflussen, und insbesondere abzulenken.
Die Erfindung hat viele Vorteile. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass die Wirbelströmung innerhalb der Wirbelkammereinheit durch die Leitwerkseinheit und das Leitelement zusätzlich beeinflussbar und vorzugsweise umlenkbar bzw. ablenkbar ist. Die Strömung kann so abgelenkt werden, sodass sich auch kleinere und kleinste Partikel, wie Staub und Funken, aus der Strömung deutlich besser durch die Zykloneinrichtung abscheiden lassen. Die Strömung kann hierzu durch die Leitwerkseinheit bewusst gegen eine Wand der Wirbelkammereinheit geleitet werden oder das Leitelement selbst kann als Barriere bzw. Strömungswiderstand dienen, an welchem sich Partikel aus der Strömung abscheiden. Weiter kann durch gezielte Ablenkung auch eine Abscheideleistung in Abhängigkeit des Volumenstroms, insbesondere auch bei sehr geringem Volumenströmen, verbessert werden, bei denen sonst nur eine schwache Wirbelströmung entstehen würde. Weiter vorteilhaft kann dadurch die Lebensdauer nachgeschalteter Strömungseinbauten, wie z. B. eines nachgeschalteten (Fein-)Filters insbesondere aus Papier oder Gewebe, erheblich verlängert werden. Insbesondere wird hierdurch auch eine Brandgefahr in nachgeschalteten Strömungsbauteilen, wie Filtern aus Papier, erheblich verringert. Weiter müssen deutlich weniger kleinere und kleinste Partikel in den nachgeschalteten Filtern abgeschiedenen werden, sodass diese sich weniger zusetzen und nicht so schnell verstopfen und ausgetauscht werden müssen. Vorteilhafterweise werden hierdurch eine Brandgefahr vermindert und die Prozesssicherheit der Abscheidevorrichtung erheblich verbessert und Wartungsintervalle verlängert.
Die Zuflusseinheit umfasst vorzugsweise wenigstens einen Stutzen, welcher an der Wirbelkammereinheit angeordnet und vorzugsweise daran montiert ist. Insbesondere erfolgt der Zufluss in die Wirbelkammereinheit durch den Stutzen der Zuflusseinheit.
Vorzugsweise ist im bestimmungsgemäßen Gebrauch die axiale Richtung der Wirbelkammereinheit entlang der Schwerkraftrichtung bzw. in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet. Bevorzugt dreht sich die Wirbelströmung um die axiale Richtung der Wirbelkammereinheit. Insbesondere erfolgen Abflüsse aus der Wirbelkammereinheit an den axialen Enden der Wirbelkammereinheit jeweils in axialer Richtung. Insbesondere strömt das gereinigte Abgas an einem oberen axialen Ende aus der Wirbelkammereinheit hinaus, während die abgetrennten Partikel an einem anderen (gegenüberliegenden) unteren axialen Ende durch die Schwerkraft bedingt herunterfallen.
Vorteilhaft umfasst die Leitwerkseinheit eine Mehrzahl an Leitelementen. Vorteilhaft umfasst die Leitwerkseinheit zwischen 2 und wenigstens 20 Leitelementen. Die Leitwerkseinheit kann auch noch mehr als 20 Leitelemente umfassen. Vorzugweise umfasst die Leitwerkseinheit zwischen 4 und 10 Leitelemente. Besonders bevorzugt umfasst die Leitwerkseinheit ca. 6 Leitelemente (+- 2 Leitelemente). Vorteilhafterweise hat sich gezeigt, dass sich bereits durch eine geringe Anzahl von Leitelementen der Abscheidevorgang von kleinen und kleinsten Partikeln, z. B. von Funken von Schweißanlagen, erheblich verbessert werden kann, wobei der Aufwand zur Installation der Leitelemente im Verhältnis gering ist. Insbesondere ist wenigstens ein Teil der Leitelemente als Leitflügel oder Leitschaufel ausgebildet, welche die (Abgas-) Strömung gezielt (zusätzlich zur Wirbelströmung) umlenken.
Bevorzugt ist das wenigstens eine Leitelement der Leitwerkseinheit separat, d. h. als separates Bauteil, innerhalb der Wirbelkammereinheit angeordnet. Zweckmäßig erstreckt sich das Leitelement (als flacher länglicher Körper) hierzu im Wesentlichen entlang einer Längsachse. Insbesondere ist das Leitelement wenigstens teilweise innerhalb (im Inneren der Wirbelkammereinheit, vorzugsweise in dem Bereich der Wirbelströmung) der Wirbelkammereinheit, angeordnet. Vorzugsweise kann durch separate Leitelemente eine variable und veränderliche Anordnung, vorzugweise in Abhängigkeit der Strömungsparameter eines Abgases, wie insbesondere des Volumenstroms, erreicht werden. Vorzugsweise können separate Leitelemente so ausgerichtet werden, dass ein geringer Strömungswiderstand bei einer optimierten Abscheideleistung insbesondere in Abhängigkeit des Volumenstroms (über den gesamten Umfang der Wirbelkammereinheit) gegeben ist.
Besonders bevorzugt ist das Leitelement entlang der Längsachse des Leitelements verschwenkbar an der Wirbelkammereinheit aufgenommen. Vorzugsweise ist das Leitelement beabstandet zu einer Wand der Wirbelkammereinheit an der Wirbelkammereinheit aufgenommen. Vorzugsweise ist das Leitelement einen Winkel von wenigstens 30° verschwenkbar und insbesondere um wenigstens ca. 90° oder 180° oder einen noch größeren Winkel verschwenkbar an der Wirbelkammereinheit aufgenommen. Vorzugsweise ist das Leitelement um 360° drehbar an der Wirbelkammereinheit aufgenommen. Vorteilhaft kann durch das wenigstens verschwenkbar angeordnete Leitelement eine Umlenkung der Strömung innerhalb der Wirbelkammereinheit verändert werden, um einen Abscheidevorgang im Betrieb zu verbessern, z. B. in Abhängigkeit des Volumenstroms. Vorzugsweise kann dadurch ein Widerstand auf die Strömung bei gleichzeitig hoher Abscheideleistung, insbesondere im Betrieb, optimiert werden.
Insbesondere ist das wenigstens eine Leitelement (radial) beanstandet von der Wand der Wirbelkammereinheit angeordnet, sodass durch ein Leitelement nur einen Teil(-volumenstrom) des gesamten Volumenstroms umgelenkt wird. Insbesondere sind mehrere Leitelemente auf einem konzentrischen Kreis um die axiale Richtung bzw. eine Achse der Wirbelkammereinheit angeordnet, sodass eine homogene Ablenkung der Strömung über den Umfang der Wirbelkammereinheit gegeben ist. Bevorzugt kann so bei mehreren Leitelementen eine homogene Abscheidung über den gesamten Umfang der Wirbelkammereinheit resultieren. Außerdem wird hierdurch insbesondere ein geringer Strömungswiderstand gewährleistet.
Vorzugsweise umfasst die Leitwerkseinheit wenigstens eine Kopplungseinheit zur kinematischen Kopplung (wenigstens einer Schwenkbewegung) mehrerer Leitelemente. Insbesondere sind wenigstens ein Teil der Leitelemente durch die Kopplungseinheit kinematisch bzw. mechanisch gekoppelt und durch die Kopplungseinheit abhängig voneinander verschwenkbar. Insbesondere kann durch die Kopplungseinheit auch eine Orientierung mehrerer Leitelemente in Abhängigkeit einer Orientierung der Zuflusseinheit realisiert werden.
Vorzugsweise erstreckt sich ein Profil des Leitelements quer zur Längsachse, welche insbesondere innerhalb des Leitelements verläuft, (spiegel- oder punkt-)symmetrisch um einen Schwenkpunkt und//oder einen Symmetriepunkt herum.
Vorteilhaft können die Leitelemente für beide möglichen Strömungsrichtungen (mit und gegen den Uhrzeigersinn) innerhalb der Wirbelkammereinheit genutzt werden. Vorzugsweise liegt der Schwenkpunkt des Leitelements insbesondere auf der Symmetrieachse und/oder einer Mittelachse und/oder der Längsachse des Leitelements. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass der Schwenkpunkt des Leitelements außerhalb der Symmetrieachse liegt.
Vorteilhaft ist ein Anströmwinkel wenigstens eines Leitelements, insbesondere entlang der Längsachse oder zweckmäßig auch einer anderen Achse, des Leitelements veränderlich. Vorteilhaft kann dadurch eine Ablenkung der Strömung in Abhängigkeit entlang der axialen Richtung innerhalb der Wirbelkammereinheit optimiert werden, z. B. kann die Ablenkung mit hin zu wenigstens einem axialen Ende der Wirbelkammereinheit hin zunehmen oder auch abnehmen. Ein veränderlicher Anströmwinkel kann insbesondere durch ein in sich um eine Achse, wie die Längsachse, verdrehtes Leitelement, z. B. mit einem Blechprofil, erreicht werden. Vorzugsweise können auch wenigstens einzelne Leitelemente auch einen konstanten, d. h. unveränderlichen Anströmwinkel, aufweisen. Auch ein entlang der Quererstreckung des Leitelementes in Strömungsrichtung in Richtung einer (Außen-)Wand der Wirbelkammereinheit gebogener oder geknickter Verlauf des Leitelementes ist denkbar; es können auch beide Varianten kombiniert werden.
Vorzugsweise erstreckt sich das Leitelement wenigstens über einen erheblichen und/oder sogar wesentlichen Anteil über einer Höhe der Wirbelkammereinheit in axialer Richtung. Vorteilhaft wirkt das Leitelement über einen erheblichen Anteil und insbesondere sogar die gesamte Höhe Wirbelkammereinheit in axialer Richtung.
Vorzugsweise erstreckt sich das Leitelement über wenigstens 30 %, 50 %, 70 % oder sogar bis zu einhundert Prozent der Höhe der Wirbelkammereinheit in axialer Richtung.
Insbesondere entspricht eine Höhe der Wirbelkammereinheit zwischen 10 % und 100 % der Höhe der Wirbelkammereinheit in axialer Richtung. Vorzugsweise entspricht die Höhe der Wirbelkammereinheit in axialer Richtung wenigstens der Hälfte (d. h. 50 %) eines Durchmessers der Wirbelkammereinheit. Vorteilhaft wird dadurch ein ausreichend großes Volumen in axialer Richtung zur Verfügung gestellt, so dass sich eine Wirbelströmung ausbilden kann, für die insbesondere wenigstens eine volle Umdrehung innerhalb der Wirbelkammereinheit möglich ist, bevor die Strömung an dem oberen axialen Ende austritt.
Vorzugsweise ist die Wirbelkammereinheit zylinderfömig, d. h. die Form eines Zylinders aufweisend, ausgebildet. Insbesondere weist die Wirbelkammereinheit quer zur axialen Richtung einen mehreckigen Querschnitt auf; es ist auch ein runder, insbesondere kreisförmiger Querschnitt denkbar. Vorteilhaft weist die Wirbelkammereinheit wenigstens einen 6-eckigen, 7-eckigen, 8-eckigen oder auch 10-eckigen oder auch 12-eckigen Querschnitt auf. Vorzugsweise sind auch Zwischenabstufungen möglich. Darüber hinaus ist auch ein Querschnitt mit noch mehr Ecken denkbar. Vorteilhaft begünstigt der mehreckige Querschnitt eine Strömungsumlenkung an den Wänden der Wirbelkammereinheit, insbesondere in Richtung der Wirbelströmung. Gleichzeitig ist ein mehreckiger Querschnitt kostengünstig zu fertigen. Vorzugsweise weist die Wirbelkammereinheit einen konstanten Querschnitt in axialer Richtung auf.
Bevorzugt ist das wenigstens eine Leitelement wenigstens teilweise im Wesentlichen (mittig) entlang an einer Wand des mehreckigen Querschnitts der Wirbelkammereinheit und vorzugsweise außerhalb der Ecken des mehreckigen Querschnitts angeordnet. Das Leitelement ist insbesondere wenigstens nicht direkt in einer Ecke des mehreckigen Querschnitts angeordnet. Insbesondere wird so eine gleichmäßige Anströmung des Leitelementes unabhängig von insbesondere in den Ecken auftretenden Stau(punkts-)wirbeln verbessert. Vorteilhaft wird so eine wenigstens verbesserte und vorzugsweise optimale Umlenkung der Strömung innerhalb der Wirbelkammereinheit durch das Leitelement erreicht.
Insbesondere weist die Wirbelkammereinheit eine Deckplatte mit wenigstens einem zentralen Ausschnitt auf. Unter anderem wird durch die Deckplatte erreicht, dass die in die Wirbelkammereinheit eingeleitete Strömung nicht direkt in axialer Richtung aus der Wirbelkammereinheit austreten kann und dass nur die beruhigte und gereinigte Strömung, d. h. wenn die Partikel bereits abgeschieden sind, im Zentrum aus der Wirbelkammereinheit austreten kann.
Vorzugsweise erstreckt sich die Zuflusseinheit im Wesentlichen entlang einer Längsachse. Vorteilhaft ist die Zuflusseinheit entlang ihrer Längsachse in wenigstens zwei verschiedenen Orientierungen zur axialen Richtung an der Wirbelkammereinheit anordnenbar. Insbesondere kann die Zuflusseinheit an der Wirbelkammereinheit bevorzugt montiert oder vorzugsweise wenigstens aufgenommen sein. Bevorzugt kann durch eine Änderung der Orientierung der Längsachse der Zuflusseinheit zur Wirbelkammereinheit auch die Drehrichtung der Wirbelströmung in der Zykloneinrichtung angepasst werden (mit/gegen Uhrzeigersinn).
Es ist auch möglich, dass die Zuflusseinheit über ein Drehgelenk (verschwenkbar) an der Wirbelkammereinheit angeordnet und insbesondere aufgenommen ist, wobei eine Drehachse und die Längsachse wenigstens schräg bzw. winklig zueinander angeordnet sind, sodass sich die Orientierung der Längsachse zur axialen Richtung der Wirbelkammereinheit mit der Verschwenkung um die Längsachse ändert. Vorteilhaft kann so eine besonders schnelle Umstellung der Wirbeldrehrichtung (mit/gegen den Uhrzeigersinn) in der Wirbelkammereinheit erreicht werden. Vorzugsweise kann das Drehgelenk mit der Kopplungseinheit verbunden sein, so dass eine Drehung des Drehgelenks zu einer Verschwenkung der Leitelemente führt.
Insbesondere ist wenigstens eine Patronenfiltereinheit umfasst. Vorteilhafterweise ist die Patronenfiltereinheit an einem Abluftausgang der Zykloneinrichtung und insbesondere der Wirbelkammereinheit angeordnet und vorzugsweise in Strömungsrichtung der Wirbelkammereinheit nachgeschaltet. Vorteilhafterweise kann die bereits vorgereinigte Strömung bzw. ein Abgas dann durch wenigstens ein Filterelement der Patronenfiltereinheit weiter aufbereitet und/oder gereinigt werden. Vorteilhaft können so auch besonders kleine und kleinste (Staub-)Partikel sicher gefiltert werden. Dabei ist eine Brandgefahr durch Funken praktisch nicht mehr vorhanden bzw. wenigstens deutlich minimiert.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Leitelement der Leitwerkseinheit wenigstens teilweise als metallische Blechkonstruktion und insbesondere durch Schweißen hergestellt. Insbesondere ist wenigstens die Wirbelkammereinheit wenigstens teilweise als metallische Blechkonstruktion und insbesondere durch Schweißen hergestellt. Bevorzugt ist wenigstens die Zuflusseinheit wenigstens teilweise als metallische Blechkonstruktion und insbesondere durch Schweißen hergestellt. Vorteilhafterweise sind metallische Blechkonstruktionen, die durch Schweißen hergestellt sind, kostengünstig, langlebig und besonders robust. Darüber hinaus sind metallische Werkstoffe im Allgemeinen nicht brennbar oder wenigstens sehr schwer entflammbar und daher besonders auch zur Abscheidung von glühenden Partikeln, wie Funken, geeignet. Vorteilhaftweise sind durchgängige Schweißnähte gasdicht, er sodass keine Leckageströmungen auftreten.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer anmeldungsgemäßen Abscheidevorrichtung wird eine abgesaugte Strömung, insbesondere ein abgesaugtes partikelbeladendes Abgas, wenigstens durch die Zykloneinrichtung geleitet, wobei die Wirbelströmung innerhalb der Wirbelkammereinheit wenigstens durch das eine Leitelement der Leitwerkseinheit gezielt beeinflusst und insbesondere umgelenkt wird. Insbesondere wird die Strömung nach der Zykloneinrichtung durch eine Patronenfiltereinheit geleitet.
Auch das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile. Das Verfahren ist vorteilhafterweise kostengünstig realisierbar. Vorteilhafterweise können insbesondere kleine und kleinste Partikel verbessert abgeschieden werden, und vorzugsweise auch Funken, sodass eine verminderte Brandgefahr in nachgeschalteten Strömungsbauteilen, wie Filtern, auftritt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass die Abscheideleistung der Zykloneinrichtung durch das Leitelement verbessert wird, insbesondere auch in Abhängigkeit des Volumenstroms. Weitere Vorteile ergeben sich aus der gesamten Anmeldung.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus der gesamten Beschreibung (allgemeine Beschreibung und Figurenbeschreibung) sowie den Ansprüchen.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert wird.
In den Figuren zeigen:

1 eine rein schematische Draufsicht auf eine anmeldungsgemäßen Abscheidevorrichtung;
2 eine rein schematische perspektivische Ansicht der anmeldungsgemäßen Abscheidevorrichtung;
3a,b rein schematische Ansichten eines Leitelements einer anmeldungsgemäßen Abscheidevorrichtung;
4 eine rein schematische Ansicht einer anmeldungsgemäßen Abscheidevorrichtung mit einer Zykloneinrichtung und einer Patronenfiltereinheit.

In 1 ist eine rein schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung 1 dargestellt. Die Abscheidevorrichtung 1 umfasst eine Zykloneinrichtung 2 mit einer Wirbelkammereinheit 4, welche sich zylinderförmig entlang einer axialen Richtung 3 (vgl. 4) in die Zeichenebene erstreckt. Hier ist eine Zuflusseinheit 5 vorhanden, welche tangential zur Wirbelkammereinheit 4 und quer zur axialen Richtung 3 an der Wirbelkammereinheit 4 angeordnet ist.
Die Zuflusseinheit 5 umfasst hier einen Stutzen, welcher sich entlang einer Längsachse 5a erstreckt. Die Orientierung der Zuflusseinheit 5 zur axialen Richtung 3 kann durch eine andere Anordnung der Zuflusseinheit 5 an der Wirbelkammereinheit 4 verändert werden, sodass eine Drehrichtung einer in der Wirbelkammereinheit 4 entstehenden Wirbelströmung 6 veränderbar ist (mit/gegen den Uhrzeigersinn), siehe gestrichelte Linie. Im gezeigten Beispiel läuft die Wirbelströmung 6 im Uhrzeigersinn um.
Durch die Zuflusseinheit 5 kann eine abgesaugte Strömung 14 einer Entstaubungs- oder Schweißrauchgasabsaugungsanlage in die Wirbelkammereinheit 4 eingeleitet werden, sodass eine Wirbelströmung 6 innerhalb der Wirbelkammereinheit 4 entsteht. Die Wirbelkammereinheit 4 weist im gezeigten Beispiel einen 8-eckigen Querschnitt auf, welche eine Ausprägung der Wirbelströmung 6 durch die Umlenkung der Strömung in den Ecken unterstützt. Gleichzeitig ist der mehreckige Querschnitt kostengünstig z. B. als Blechkonstruktion durch Schweißen fertigbar.
Zusätzlich ist bei der gezeigten Ausführungsform eine Leitwerkseinheit 7 mit insgesamt sechs um Schwenkpunkte 11 drehbaren Leitelementen 8 vorhanden, welche auf einem konzentrischen Kreis um die axiale Richtung 3 herum angeordnet sind. Die Leitelemente 8 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt und radial beabstandet zu den Wänden 4a der Wirbelkammereinheit 4 angeordnet. Durch jedes Leitelement 8 wird hier ein Teil des gesamten Volumenstroms abgelenkt. Die Leitelemente 8 sind hier im Wesentlichen außerhalb der Ecken der Wirbelkammereinheit 4 angeordnet, sodass eine gleichmäßige Anströmung der Leitelemente 8 erfolgt.
Die radiale Richtung 3 der Wirbelkammereinheit 4 ist hier entlang der Schwerkraftrichtung ausgerichtet. An der Oberseite der Wirbelkammereinheit 4 ist eine Deckplatte 4d angeordnet mit einem zentralen Ausschnitt. Durch die Wirbelströmung 6 scheiden sich Partikel aus dem Abgas 14 an den Wänden 4a und den Leitelementen 8 der Wirbelkammereinheit 4 ab. Das gereinigte Abgas 14 verlässt die Wirbelkammereinheit 4 an dem oberen axialen Ende durch den zentralen Ausschnitt 4e an der Deckplatte 4d der Wirbelkammereinheit 4, während die abgeschiedenen Partikel nach unten in Richtung der Schwerkraft an dem unteren axialen Ende die Wirbelkammereinheit 4 verlassen.
Durch die Leitelemente 8 der Leitwerkseinheit 7 wird die Wirbelströmung 6 innerhalb der Wirbelkammereinheit 4 beeinflusst und hier nach außen gegen die Wand 4a umgelenkt. Durch die scharfe Umlenkung können auch kleinere und kleinste Partikel wie Funken und Staub von der Strömung 14 getrennt und abgeschieden werden, sodass eine Brandgefahr nachgeschalteter Strömungseinbauten, wie Patronenfiltereinheiten, z. B. aus Papier, nicht mehr vorhanden oder zumindest deutlich verringert ist.
Die Leitelemente 8 der Leitwerkseinheit 7 sind hier verschwenkbar an der Wirbelkammereinheit 4 aufgenommen. Hier sind die Leitelemente 8 um 360° drehbar angeordnet, sodass die Leitelemente 8 in einem beliebigen Winkel innerhalb der Wirbelströmung anordenbar sind, um den Abscheidevorgang auch in Abhängigkeit des Volumenstroms zu optimieren.
2 zeigt eine rein schematische perspektivische Ansicht der anmeldungsgemä-ßen Abscheidevorrichtung 1. Die Bauteile sind hier teilweise transparent dargestellt, sodass das Innere der Abscheidevorrichtung 1 sichtbar ist. Hier ist die konzentrische Anordnung der Leitelemente 8 und die gleichmäßige, insbesondere äquidistante Anordnung, der Leitelemente 8 der Leitwerkseinheit 7 über den Umfang deutlich erkennbar. Im Betrieb wird eine Strömung 14, wie ein Abgas, durch den Stutzen der Zuflusseinheit 5 in die Wirbelkammereinheit 4 geleitet, wo die Wirbelströmung 6 entsteht. Dabei erstrecken sich die Leitelemente 8 hier über nahezu die gesamte Höhe der Wirbelkammereinheit 4, sodass diese entlang der gesamten axialen Richtung der Wirbelkammereinheit 4 wirken.
3a zeigt eine rein schematische Ansicht eines Leitelements 8 einer anmeldungsgemäßen Abscheidevorrichtung 1. Das Leitelement 8 kann an dem Schwenkpunkt 11, welcher sich entlang der Längsachse 9 bzw. Symmetrieachse des Leitelements 8 erstreckt, an der Wirbelkammereinheit 4 aufgenommen werden. Dabei erstreckt sich ein Profil 10 des Leitelements 8 symmetrisch um den Schwenkpunkt 11 und hier ebenfalls die Längsachse 9 bzw. die Symmetrieachse.
Dabei weist das Leitelement 8 in jedem Profil 10 einen konstanten Anströmwinkel 12a auf. Das Leitelement 8 ist hier als Blechkonstruktion mit einem geraden Profil 10 mit einem konstanten Querschnitt quer zur Längsachse 9 ausgebildet. Dadurch ist das Leitelement 8 besonders kostengünstig, z. B. aus Blech, fertigbar.
Alternativ kann der Anströmwinkel 12a entlang der Längsachse wenigstens teilweise veränderlich sein (gestrichelte Linie), um eine Abscheidung entlang der axialen Richtung 3 der Wirbelkammereinheit 4 zu optimieren. Hierzu ist das Leitelement 8 hier entlang der Längsachse 9 herum gebogen dargestellt.
Weiterhin kann das Leitelement 8 auch entlang seiner Quererstreckung in Strömungsrichtung in Richtung der Wand 4a gebogen oder geknickt ausgebildet sein, wie in der 3b dargestellt. Dadurch wird die umlaufende Luft zunächst stärker in Richtung der Wand 4a abgelenkt. Die umlaufende Luft kann dann leichter zwischen den Leitelementen 8 nach innen hindurchtreten. Insgesamt ergibt sich dadurch ein geringerer Strömungswiderstand der Anordnung.
4 zeigt eine rein schematische Skizze einer anmeldungsgemäßen Abscheidevorrichtung 1 mit einer Zykloneinrichtung 3 und einer Patronenfiltereinheit 13, welche an einem Abluftausgang 4f der Wirbelkammereinheit 4 der Zykloneinrichtung 2 angeordnet ist.
Die verschwenkbaren Leitelemente 8 der Leitwerkseinheit 7 sind hier durch eine Kopplungseinheit 12 kinematisch gekoppelt, sodass die Leitelemente 8 abhängig zueinander und gemeinsam verstellbar sind, um den Abscheidevorgang, z. B. in Abhängigkeit des Volumenstroms, zu optimieren. Weiter erstrecken sie die Leitelemente 8 hier über nahezu die gesamte Höhe 4b der Wirbelkammereinheit, sodass eine Umlenkung entlang der gesamte axialen Richtung 3 der Wirbelkammereinheit gewährleistbar ist. Eine Höhe 4b der zylinderförmigen Wirbelkammereinheit 4 in axialer Richtung 3 entspricht dabei hier mehr als dem halben Durchmesser 4c, damit wenigstens eine entsprechende Aufenthaltszeit der Strömung 14 gewährleistet werden kann, sodass z. B. eine volle Umdrehung der Wirbelströmung 6 innerhalb Wirbelkammereinheit 4 möglich ist.
Die Patronenfiltereinheit 13 umfasst hier einen Filterelement 13a aus Papier oder Gewebe. Die Patronenfiltereinheit 13 ist hier der Zykloneinrichtung 2 in Strömungsrichtung nachgeschaltet, sodass erst das durch die Zykloneinrichtung 2 gereinigte Abgas 14 in die Patronenfiltereinheit 14 eintritt. Dabei kann durch die Leitwerkseinheit 7 gewährleistet werden, dass auch kleinere und kleinste Partikel, wie Funken, effektiv in der Wirbelkammereinheit 4 abgeschieden werden und diese quasi nicht in die nachgeschaltete Patronenfiltereinheit 13 eintreten. Dadurch setzt sich das Filterelement 13a der Patronenfiltereinheit 13 langsamer zu und muss seltener gereinigt werden. Darüber hinaus kann eine Brandgefahr der Patronenfiltereinheit 13 deutlich verringert werden. Dadurch wird die Prozesssicherheit der Abscheidevorrichtung, welche insbesondere auch ein Ausfallrisiko umfasst, deutlich erhöht.
Bezugszeichenliste

1: Abscheidevorrichtung
2: Zykloneinrichtung
3: axialer Richtung
4: Wirbelkammereinheit
4a: Wand von 4
4b: Höhe von 4 in axialer Richtung
4c: Durchmesser von 4
4d: Deckplatte
4e: Ausschnitt in 4d
4f: Abluftausgang
5: Zuflusseinheit
5a: Längsachse von 5
6: Wirbelströmung
7: Leitwerkseinheit
8: Leitelement
9: Längsachse von 8
10: Profil von 8

Claims

Abscheidevorrichtung (1) für Entstaubungs- und Schweißrauchgasabsaugungsanlagen, umfassend wenigstens eine Zykloneinrichtung (2) mit wenigstens einer sich entlang einer axialen Richtung (3) erstreckenden Wirbelkammereinheit (4) und wenigstens eine tangential zu der Wirbelkammereinheit (4) und quer zur axialen Richtung (3) angeordneten Zuflusseinheit (5) zur Erzeugung einer Wirbelströmung (6) innerhalb der Wirbelkammereinheit (4), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Leitwerkseinheit (7) mit wenigstens einem Leitelement (8), und insbesondere mit einer Mehrzahl an Leitelementen (8), umfasst ist, um wenigstens die Wirbelströmung (6) innerhalb der Wirbelkammereinheit (4) zu beeinflussen.
Abscheidevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (8) der Leitwerkseinheit (7) sich entlang einer Längsachse (9) erstreckt und separat innerhalb der Wirbelkammereinheit (4) angeordnet ist.
Abscheidevorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (8) entlang der Längsachse (9) verschwenkbar an der Wirbelkammereinheit (4) aufgenommen ist.
Abscheidevorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwerkseinheit (7) eine Kopplungseinheit (12) zur kinematischen Kopplung mehrerer verschwenkbarer Leitelemente (8) umfasst.
Abscheidevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Profil (10) des Leitelements (8) quer zur Längsachse (9) symmetrisch um einen Schwenkpunkt (11) herum erstreckt.
Abscheidevorrichtung (1) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anströmwinkel (12a) wenigstens eines Leitelements (8) veränderlich oder konstant ist.
Abscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leitelement (8) entlang seiner Quererstreckung in Strömungsrichtung in Richtung einer Wand (4a) der Wirbelkammereinheit (4) gebogen oder geknickt ausgebildet ist.
Abscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Leitelement (8) wenigstens über einen erheblichen Anteil über einer Höhe (4b) der Wirbelkammereinheit (4) in axialer Richtung (4) erstreckt.
Abscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (4b) der Wirbelkammereinheit (4) in axialer Richtung (3) wenigstens der Hälfte eines Durchmessers (4c) der Wirbelkammereinheit (4) entspricht.
Abscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelkammereinheit (4) zylinderförmig ausgebildet ist und quer zur axialen Richtung (3) einen mehreckigen Querschnitt, und insbesondere einen 8-eckigen Querschnitt, aufweist.
Abscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelkammereinheit (4) zylinderförmig ausgebildet ist und quer zur axialen Richtung (3) einen runden Querschnittaufweist.
Abscheidevorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Leitelement (8) wenigstens teilweise im Wesentlichen entlang einer Wand (4a) des mehreckigen Querschnitts der Wirbelkammereinheit (4) angeordnet ist.
Abscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelkammereinheit (4) wenigstens eine Deckplatte (4d) mit einem zentralen Ausschnitt (4e) aufweist.
Abscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuflusseinheit (5) sich im Wesentlichen entlang einer Längsachse (5a) erstreckt, und wobei die Längsachse (5a) der Zuflusseinheit (5) in wenigstens zwei verschiedenen Orientierungen zur axialen Richtung (3) an der Wirbelkammereinheit (4) anordenbar ist.
Abscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Patronenfiltereinheit (13) umfasst ist, welche an einem Abluftausgang (4f) der Zykloneinrichtung (2) angeordnet ist.
Abscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leitelement (8) der Leitwerkseinheit (7) und/oder wenigstens die Wirbelkammereinheit (4) und/oder wenigstens die Zuflusseinheit (5) wenigstens teilweise als metallische Blechkonstruktion und insbesondere durch Schweißen hergestellt sind.
Verfahren zum Betreiben einer Abscheidevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine abgesaugte Strömung (14) wenigstens durch die Zykloneinrichtung (2) geleitet wird, wobei die Wirbelströmung (6) innerhalb der Wirbelkammereinheit (4) wenigstens durch das eine Leitelement (8) die Leitwerkseinheit (7) gezielt beeinflusst wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Strömung (14) nach der Zykloneinrichtung (2) durch eine Patronenfiltereinheit (13) geleitet wird.