Allen bekannten Stülpfilterzentrifugen
ist gemeinsam die Hindurchführung
eines Füllrohres
durch den Feststoffsammelraum, und weiterführend durch eine Öffnung im
Schleuderraumdeckel in den Schleuderraum mit dem Erfordernis einer
Abdichtung des Füllrohres
gegen den Schleuderraum mit schleifenden und damit Abrieb erzeugenden
Dichtungen, wenn der Schleuderraum mit Über- oder Unterdruck beaufschlagt
wird.
Dies führt zu einem Spalt zwischen
Füllrohr und
Schleuderraumdeckel, wenn unter normaler Atmosphäre gearbeitet wird, zur Vermeidung
von Abrieb mit dem Nachteil, dass durch diesen Spalt Spritzer oder
Aerosole aus dem Schleuderraum in den Feststoffsammelraum gelangen
können
und zu Produktablagerungen auf dem Füllrohr, die zu einer Kontamination
des Produktes im Feststoffsammelraum, entweder durch eine Alterung,
oder durch einen erzeugten Abrieb bei Ausführung einer axialen Bewegung
führen.
Die Zufuhrleitungen für die Medien,
das heißt für die Suspension,
Waschflüssigkeit
und so weiter, erfolgt bei den bekannten Stülpfilterzentrifugen durch den
vor der Stülpfilterzentrifuge
liegenden Raum, hin zur Stirnseite der Stülpfilterzentrifuge.
Bei hochreinen Produktionen ist die
Aufstellung so vorzunehmen, dass der Verfahrensraum mit der Filtertrommel
in einen Reinraum hinein ragt, das Maschinengestell mit der Lagerung
und sämtlichen Antrieben
in einem Maschinenraum aufgestellt ist, beide Räume durch ein gasdichtes, flexibles
Verbindungselement getrennt sind, und sich das gesamte Equipment
für die
Medienzufuhr im Reinraum befindet, wobei die Oberfläche des
Reinraumes, einschließlich
der unebenen Oberfläche
des Equipment für
die Medienzufuhr, wie zum Beispiel, Ventile, Schaugläser, Anzeigeinstrumente,
Leitungen, regelmäßigen mikrobiologischen Überprüfungen (Abklatschtest)
unterzogen werden muss. Ferner muss nach jedem Öffnen des in den Reinraum hineinragenden
Verfahrensraumes, zum Beispiel für
den periodisch anfallenden Filtertuchwechsel, oder das sporadisch
nötige
Tauschen der Schleuderraumdichtung, der gesamte Reinraum dekontaminiert
werden.
Bei einer bekannten Stülpfilterzentrifuge
(
DE 37 40 411 C2 )
sind zwischen der stationären
Füllleitung
und der Durchlassöffnung
eine kombinierte Dreh- und Gleitdichtung angeordnet, die es gestattet, im
Schleuderraum mit Über-
oder Unterdruck zu arbeiten. Die kombinierte Dreh- und Gleitdichtung,
die unmittelbar in der Durchlassöffnung
des Schleuderraumdeckels angeordnet ist, hat den Nachteil, dass wegen
der unvermeidlich schleifenden Dichtelemente ein starker Abrieb
im Bereich der Filtertrommel entsteht, der zu Verunreinigungen des
abgetrennten Produktes im Feststoffsammelraum oder in der Filtertrommel
führt.
Bei einer bekannten Stülpfilterzentrifuge
(
DE 39 16 266 C1 )
ist die Öffnung
im Schleuderraumdeckel beim Arbeiten mit Über- oder Unterdruck mit einem
Quetschventil verschlossen, und das Füllrohr während dieser Zeit der Druckgaszufuhr
durch Verschieben entkoppelt. Das Quetschventil muss beim Befüllen des
Schleuderraums mit Suspension oder Waschflüssigkeit geöffnet sein, so dass keine Sicherheit
gegen Überfüllspritzer
gegeben ist, und während dieser
Zeit auch nicht mit Über-
oder Unterdruck in der Filtertrommel gearbeitet werden kann.
Bei einer bekannten Stülpfilterzentrifuge
(
EP 0 551 252 B1 )
ist zur Verminderung des Abriebs das Füllrohr um seine Längsachse
drehbar gelagert und in Umlauf versetzbar. Das Füllrohr und die Filtertrommel
laufen annähernd
synchron um, so dass lediglich eine einfache aufblasbare Membrane
als Abdichtung am Schleuderraumdeckel vorgesehen ist. Zum Antrieb
des rotierenden Füllrohres
ist ein Motor auf der Verlängerung
der Füllleitung
angebracht.
Nachteilig ist bei dieser Ausführung, dass durch
eine nicht vollständige
Synchronisation zwischen dem Füllrohr
und der Durchlassöffnung
im Schleuderraumdeckel ein Abrieb entsteht, der zu einer Verunreinigung
des abgetrennten Feststoffes führt.
Bei einer bekannten Stülpfilterzentrifuge
(
DE 43 37 618 C1 )
wird die Abdichtung zwischen Füllrohr und
der drehbaren Filtertrommel durch einen Dichtkopf realisiert, der
auf einem axial verschiebbaren Füllrohr
ortsfest am freien Ende des Füllrohres
angebracht ist und um diese drehbar gelagert ist. Der Dichtkopf
ist gegenüber
dem Außenumfang
des Füllrohres
mit einer Lippendichtung abgedichtet und ist mit dem Schleuderraumdeckel
im dichtenden Zustand relativ zueinander im drehfesten Eingriff.
Der Dichtkopf weist über
einen Teil seiner Axialerstreckung eine konische Außenfläche auf,
deren Konuswinkel dem Konuswinkel der ebenfalls konisch ausgebildeten
Innenumfangsfläche
der Einfüllöffnung angepasst
ist, so dass die konische Außenfläche und die
konische Innenumfangsfläche
abdichtend zusammenwirken. Zwischen der konischen Außenfläche und
der Innenumfangsfläche
befindet sich eine als O – Ring
ausgebildete Dichtung. Zwischen dem Dichtkopf und dem Außenumfang
des Füllrohres
befinden sich zum Feststoffsammelraum hin weitere Lippendichtungen.
Nachteilig bei dieser Ausführung ist,
dass schleißende
Dichtungen zu einem Abrieb in den abgetrennten Feststoff führen. Durch
Anhaftungen von Produkt auf der Oberfläche des Füllrohres und der Ausführung der
axialen Bewegung des Füllrohres entsteht
ein Verschleiß sowie
eine thermische Überbeanspruchung
bei temperatursensiblen Produkten. Durch Produktablagerungen auf
den für
die Dichtfunktion ausgeführten
konischen Flächen
des Dichtkopfes und der Einlassöffnung
wird ein Spalt erzeugt, der die erwünschte Dichtfunktion nicht
herstellt.
Bei einer bekannten Stülpfilterzentrifuge
(
DE 197 05 788 C1 )
ist der Dichtkopf fest mit dem Schleuderraumdeckel verbunden, jedoch
gegenüber
diesem drehbar gelagert. Innerhalb der Zuführung, die als starre Füllleitung
mit einem umgebenden Mantelrohr ausgebildet ist, befinden sich ein
Vierpunktlager zur Realisierung der radialen Drehbewegung, sowie Dichtelemente
zum Schleuderraum und zum Feststoffsammelraum. Zur Abdichtung der
axialen Bewegung während
des Umstülpvorganges
befinden sich an der vorderen Hindurchführung des Mantelrohres durch
die Wand des Feststoffsammelraums schleißende Dichtungen. An dem Schleuderraum
zugewandten Ende des Mantelrohres befindet sich ein Fördergewinde
in Richtung des Schleuderraums.
Nachteilig bei dieser Ausführung ist,
dass durch Anlagerungen von Feststoff auf dem Mantelgehäuse bei
der Ausführung
der axialen Bewegung ein Abrieb und infolge eine Undichtigkeit am
Feststoffsammelraum gegenüber
der Umgebung entsteht, und dieser Raum nicht gasdicht abgeschlossen
ist. Durch die schleißenden
Dichtungen im Dichtkopf sowie den Lippendichtungen, die am Mantelrohr
in Richtung des Schleuderraums angebracht sind, entsteht ein Abrieb,
der sowohl die Suspension als auch den ausgetragenen Feststoff verunreinigt.
Bei einer bekannten Stülpfilterzentrifuge
(
EP 0 753 349 A2 )
ist ein Dichtkopf zur Aufrechthaltung eines Überdruckes im Schleuderraum
gegenüber dem
Feststoffsammelraum mit seiner konischen Außenfläche an eine konische Durchtrittsöffnung im Schleuderraumdeckel
gepresst. Die axiale Bewegung der Füllleitung wird durch eine Kolben/Zylindereinheit
realisiert, die die vordere Wand des Feststoffsammelraumes durchdringt.
Im Dichtkopf sind die mit der Filtertrommel mitrotierenden Teile
gegenüber
den Teilen, die fest mit der radial nicht beweglichen Füllleitung
verbunden sind, hinsichtlich ihrer Bewegbarkeit über zwei Gleitringdichtungen
entkoppelt. Die zwischen der Gleitringdichtung und der Füllleitung sowie
einem eingebauten Leitrohr zur Befüllung der Filtertrommel mit
Suspension entstandenen Hohlräume
werden mit einem Sperrgas versehen, wobei das Sperrgas im Kreislauf
geführt
werden kann.
Nachteilig bei dieser Ausführung ist,
dass schleißende
Dichtungen im Bereich des Feststoffsammelraumes vorliegen. Beim
Versagen der Wirkung der Gleitringdichtung kann sowohl aus dem Schleuderraum
als auch aus dem Feststoffsammelraum Produkt in den Spalt der Gleitringdichtung
gelangen, so dass diese ihre Aufgabe nicht mehr erfüllen kann.
Das Verschließen
der Einfüllöffnung durch den
Dichtkopf kann nur bei nicht rotierender Trommel erfolgen, so dass
die Einsetzbarkeit und Flexibilität der Zentrifuge eingeschränkt ist.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch den an der Dichtstelle zwischen der
Füllleitung
und dem Feststoffsammelraum entstehenden Abrieb beim Verschieben
der Füllleitung.
Bei einem bekannten Zentrifugen-Trockner (
EP 0 454 045 B1 )
mit einer horizontal gelagerten Antriebswelle, einer daran mitdrehend
geschlossenen Trommel, einem innerhalb der Trommel angeordneten
Filter, der einen von der Anschlussseite der Antriebswelle aus konisch
erweiterten Arbeitsraum umschließt, einer eine Stirnseite des
Arbeitsraums bildenden, axial verschiebbareb Stauscheibe, und mit einem
Trommel und Stauscheibe kapselnden Zentrifugengehäuse, wird
die Suspension durch die als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle
zugeführt.
Nachteilig ist bei dieser Ausführung, dass
die Betätigungseinheit
für die
axial verschiebbare Stauscheibe sich auf der der Antriebsseite der
Trommel gegenüberliegenden
Seite befindet, und dadurch die verschiebbare Achse, an der die
Stauscheibe angeordnet ist, in den Feststoffbereich dringt. Durch
Anhaftung von Produkt an der Oberfläche der verschiebbaren Achse
entsteht bei ihrer axialen Bewegung Verschleiß. Des weiteren entsteht Abrieb
an der Dichtstelle zwischen der umlaufenden Stauscheibe und der
radial statischen, verschiebbaren Achse. Da sich beide Elemente
im Feststoffbereich befinden, verunreinigt sowohl der Verschleiß wie auch
der Dichtungsabrieb den ausgetragenen Feststoff.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
gattungsgemäße Stülpfilterzentrifuge,
die mit Druck/Unterdruck oder unter normaler Atmosphäre im Schleuderraum
betrieben wird, so zu verbessern, dass die bisherige Medienzufuhr
in den Schleuderraum, mittels einem den sensiblen Feststoffsammelraum
durchquerenden und den Schleuderraumdeckel durchdringenden Füllrohr,
mit seinen verschleißbehafteten
und Abrieb erzeugenden Dichtungen, in einen unsensiblen Bereich
verlegt wird, und dass der Dichtungsabrieb nicht nur minimiert,
sondern auch schadlos abgeführt
wird, und dass Produktablagerungen am Füllrohr vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Lösungsgedanken,
sämtliche
in den Schleuderraum zu verbringenden Medien, entgegen allen bisher
bekannten Ausführungen,
nicht von der Stirnseite her durch den Feststoffsammelraum und den Schleuderraumdeckel,
sondern über
die der Stirnseite abgewandte Seite, den Schubboden und die mit
ihm verbundene Schubwelle einzuleiten.
Dieser Grundgedanke der Erfindung,
dass die bisherige nachteilige Medienzufuhr in den Schleuderraum
mittels einem den sensiblen Feststoffsammelraum durchquerenden und
den Schleuderraumdeckel durchdringenden Füllrohr mit seinen verschleißbehafteten
und Abrieb erzeugenden Dichtungen in den unsensiblen Bereich der
Schubwelle verlegt wird, minimiert nicht nur den Dichtungsabrieb, sondern
führt diesen
auch schadlos ab und vermeidet Produktablagerungen am Füllrohr.
Bei hochreinen Produktionen und der
damit verbundenen Aufstellung in einem Rein- und einem Maschinenraum, muss das gesamte
Equipment für die
Medienzufuhr zur Stülpfilterzentrifuge
nicht mehr im Reinraum angesiedelt sein, wodurch der Aufwand für den in
regelmäßigen Zeitabständen durchzuführenden
mikrobiologischen Oberflächentest
unter Verkleinerung des Reinraumes, sowie des darin befindlichen
Equipment, erheblich reduziert wird.
Weiterhin eröffnet die erfindungsgemäße Lösung die
Möglichkeit,
den Verfahrensraum der Stülpfilterzentrifuge
mit einer Glove Box zu umkapseln und mittels flexibler Handschuhe
das Filtertuch und die Schleuderraumdichtung bei geschlossenem Verfahrensraum
zu wechseln.
Dadurch entfällt das Öffnen des Verfahrensraumes
für den
periodisch anfallenden Filtertuchwechsel, beziehungsweise das Wechseln
der Schleuderraumdichtung und damit die aufwendige, kostenintensive
Dekontamination des Reinraumes, der damit bisher verbundene Produktionsausfall
ist auf die seltenen Fälle
einer Havarie oder die in großen
Zeitabschnitten anfallenden sicherheitsbedingten Überprüfungen beschränkt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird im Zusammenhang mit den Zeichnungen weiter erläutert. Es
zeigen:
1 eine
schematische Schnittansicht einer Stülpfilterzentrifuge in der Arbeitsphase
des Zentrifugierens, und, mittels unterbrochen gezeichneter Linie
dargestellt, in der Arbeitsphase des Feststoffabwurfs;
2 eine
schematische Schnittansicht entlang der Schnittlinie 2-2 in 1;
3 schematisch
eine vergrößerte Teilansicht
im Bereich des strichpunktiert gezeichneten Kreises A in 1;
4 und 5 Teilansichten abgewandelter Ausführungsbeispiele
gegenüber 3;
6 schematisch
eine vergrößerte Teilansicht
im Bereich des strichpunktiert gezeichneten Kreises B in 1;
7 eine
schematische Schnittansicht entlang der Schnittlinie 7-7 in 2;
8 eine
schematische Schnittansicht einer gegenüber 1 abgewandelten Ausführungsform des Feststoffraums;
9 eine
schematische Schnittansicht entlang der Schnittlinie 9-9 in 8;
10 schematische
Darstellung der Aufstellung der erfindungsgemäßen Stülpfilterzentrifuge über zwei
getrennte Räume,
und
11 eine
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stülpfilterzentrifuge.
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
Die in 1 dargestellte
bevorzugte Ausführungsform
der Stülpfilterzentrifuge
umfasst ein den gesamten Verfahrensraum dicht umschließendes Gehäuse 1,
das an ein stationäres
Maschinengestell 2 angeschlossen ist, in dem eine Hohlwelle 3 in Hauptlagern 4 , 5 drehbar
gelagert ist. Das in 1 rechts
gelegene, über
das Hauptlager 5 hinausragende Ende der Hohlwelle 3 ist
mit einem Antriebsrad 7 drehfest verbunden, über welches
die Hohlwelle 3, zum Beispiel mittels eines Keilriemens 6,
von einem Motor 8 in Umlauf versetzbar ist.
Die zwischen den Hauptlagern 4 , 5 starr durchgehende
Hohlwelle 3 weist eine axial gerichtete Keilnute 10 auf,
in welcher ein Keilstück 9 axial
verschiebbar ist. Dieses Keilstück 9 ist
starr mit einer im Innern der Hohlwelle 3 verschiebbaren
Schubwelle 12 verbunden. Die Schubwelle 12 läuft daher
gemeinsam mit der Hohlwelle 3 um, ist jedoch in dieser axial
verschiebbar.
Die Hohlwelle 3 und die
Schubwelle 12 verlaufen in einem auch der Halterung der
Hauptlager 4, 5 dienenden Tragkörper 13,
der auf dem Maschinengestell 2 abgestützt ist.
An dem in 1 links gelegenen, über das Hauptlager 4 und
die Radialdichtung 11 hinausragenden Ende der Hohlwelle 3,
ist eine Filtertrommel 16 mit ihrem Boden 17 drehfest
angeflanscht. An ihrer zylindrischen Außenwand weist die Filtertrommel 16 radial
verlaufende Durchlassöffnungen 18 auf.
An ihrer dem Boden 17 gegenüberliegenden Seite ist die Filtertrommel 16 offen.
An dem diese offene Stirnseite umgebenden, flanschartigen Öffnungsrand 19 ist mittels
eines Halterings 21 der eine Rand eines im wesentlichen
zylindrisch ausgebildeten Filtertuchs 22 dicht eingespannt.
Der andere Rand des Filtertuchs 22 ist in entsprechender
Weise dicht mit dem Schubboden 23 verbunden, welcher starr
mit der verschiebbaren, den Boden 17 frei durchdringenden
Schubwelle 12 verbunden ist.
An dem Schubboden 23 ist über Stehbolzen 24 unter
Freilassung eines Zwischenraums starr ein Schleuderraumdeckel 25 befestigt,
der in 1 den Schleuderraum 14 der
Filtertrommel 16 mittels einer Schleuderraumdichtung 20 dicht
verschließt,
und gemeinsam mit dem Schubboden 23 durch axiales Herausschieben
der Schubwelle 12 aus der Hohlwelle 3, die Filtertrommel 16 öffnet (in 1 mittels unterbrochen gezeichneter
Linie dargestellt).
An der in 1 rechts gelegenen Seite ist ein Einlasskanal 26 vorgesehen,
welcher zum Zuführen
einer in ihre Feststoff- und Flüssigkeitsbestandteile
zu zerlegende Suspension, oder von Waschflüssigkeit dient. Der Einlasskanal 26 ist über das
Einlassrohr 51 und die die gesamte Schubwelle 12 durchdringende Öffnung 15 mit
dem Schleuderraum 14 verbunden.
Eine in 2 dargestellte Antriebseinrichtung 69 umfasst
zwei symmetrisch angeordnete, synchron mit gleicher Drehzahl umlaufende
Schraubspindelachsen 70 und 71, welche die axiale
Schubbewegung der Schubplatte 74 hervorrufen. Die Antriebseinrichtung
wird im folgenden anhand einer Schraubspindelachse beschrieben,
wobei die Schraubspindelachsen, da sie infolge der symmetrischen
Anordnung aus den selben Maschinenelementen bestehen, nur auf einer
Seite mit Positionsnummern gekennzeichnet, sind.
Das vom Hauptlager 5 abgestützte Ende
der drehbar gelagerten Schubwelle 12 ist am rechten Ende über Schublager 45 und 46 mit
einer radial starren Schubplatte 74 axial verbunden, so
dass die Schubplatte 74 und die Schubwelle 12,
sowie alle weiteren verbundenen Maschinenelemente gemeinsam verschiebbar
sind. Eine Gewindespindel 72 ist auf der linken Seite durch
ein im Tragkörper 13 angeordnetes
Lager 84 abgestützt
und über
einen Keil starr mit einem Spindelrad 86 verbunden, das,
wie 7 zeigt, über Zwischenräder 87 in
ein direkt mit einem Motor 89 verbundenes Antriebsrad 88 eingreift.
Wie insbesondere aus 7 hervorgeht, sind die beiden Gewindespindeln 72 mit
dem Motor 89 mittels eines die Spindelräder 86, die Zwischenräder 87 und
das Antriebsrad 88 beinhaltendes Zahnradgetriebes 81 kraftschlüssig verbunden.
Diese beispielhaft dargestellte Ausführung eines
synchronen Antriebes der beiden Gewindespindeln 72 kann
auch durch andere bekannte kraftschlüssige Übertragungssysteme, wie zum
Beispiel Ketten- oder Zahnriementriebe, ersetzt werden.
Die Gewindespindel 72 ist
auf der rechten Seite durch ein im Maschinengestell 2 angeordnetes Lager 85 abgestützt. Das
Außengewinde
der Gewindespindel 72 greift in eine mit einem entsprechenden Innengewinde
versehene Gewindebuchse 73 ein, die über eine herkömmliche
Passfederverbindung 94 drehfest, jedoch axial geringfügig verschiebbar,
mit der Schubplatte 74 verbunden ist. Zwischen der Schubplatte 74 und
einem links und rechts rechtwinklig abstehenden Stirnbund 90 und 91 an
der Gewindebuchse 73 ist eine Tellerfeder 76 und 75 angeordnet,
welche die Gewindebuchse 73 gegenüber der Schubplatte 74 vorspannt,
wobei die erwähnte
Passfederverbindung 94 eine geringfügige Axialbewegung zwischen
Gewindebuchse 73 und Schubplatte 74 nach links
oder rechts ermöglicht.
Der an beiden Seiten der Gewindebuchse 73 rechtwinklig
abstehende Stirnbund 90 und 91 ist abhängig von
dem jeweiligen Betriebszustand entweder nach rechts verschoben (mit
durchgehend gezeichneter Linie dargestellt) oder der Stirnbund 90 und 91 ist
nach links verschoben (mit strichpunktiert gezeichneter Linie dargestellt).
Die Schubplatte 74 ist nach
rechts verschoben (in 1 und 2 mit durchgezeichneter Linie
dargestellt) und liegt mit einer Anlagefläche 93 an einer Anschlagfläche 77 des
Maschinengestells 2 an, und ist in dieser Stellung mit
einem von der Anlagefläche 93 vorstehenden
Rundbund 82 in einer Aufnahmebohrung 83 des Maschinengestells 2 zentriert.
In diesem Betriebszustand ist der Schleuderraumdeckel 25 mit
seiner Schleuderraumabdichtung 20 dichtend in den Haltering 21 am Öffnungsrand 19 der
Filtertrommel 16 eingeschoben und somit der Schleuderraum 14 geschlossen.
Die Schubplatte 74 wird
in diesem Betriebszustand mit dem Maschinengestell 2 durch
mehrere in Nuten 80 verschiebbar angeordnete Keile 79 über Keilflächen 78 starr
und selbsthemmend verbunden. Die starre Verriegelung der Schubplatte 74 mit
dem Maschinengestell 2 kann auch durch andere bekannte
Spannelemente durchgeführt
werden.
Wie insbesondere aus 3 hervor geht, ist am rechten Ende die
drehbar gelagerte Schubwelle 12 über die Schublager 45 und 46 mit
der radial starren Schubplatte 74 axial verbunden, so dass
die Schubplatte 74 und die Schubwelle 12 gemeinsam axial
verschiebbar sind. Einer zwischen der Schubwelle 12 und
Schubplatte 74 angeordneten Dichtung 47, vorzugsweise
eine Gleitringdichtung, sind eine oder mehrere Schutzzonen vorgelagert.
Beispielhaft wird eine Ausführung mit
zwei Schutzzonen 48 und 49 gezeigt. Die Schutzzone 48 ist über eine
Zufuhrleitung 43 mit einem nicht dargestellten Zuflussventil,
das wahlweise offen oder geschlossen sein kann, an eine Druckgasquelle
angeschlossen, und über
einen Spalt 54 mit der Öffnung 15 der
Schubwelle 12 verbunden. Von der Schutzzone 48 führt eine
Abflussleitung 44 zu einem nicht dargestellten Ablassventil,
das wahlweise geöffnet
oder geschlossen sein kann.
Die Schutzzone 49 wird über eine
Zufuhrleitung 41 einem nicht dargestellten Zuflussventil,
das wahlweise offen oder geschlossen sein kann, mit einer für Reinigungszwecke
geeigneten Flüssigkeit versorgt.
Von der Schutzzone 49 führt
eine Abflussleitung 42 zu einem nicht dargestellten Ablassventil, das
wahlweise offen oder geschlossen sein kann. Die Schubplatte 74 ist
rechts starr mit dem Einlassrohr 51 verbunden und ragt
links in die Öffnung 15 der Schubwelle 12 hinein.
Am rechten Ende der Schubwelle 12 ist die Öffnung 15 um
einen Absatz 40 auf einen kleineren Durchgang eingeengt.
Ein Entlüftungsrohr 50 ist
rechts starr mit der Schubplatte 74 verbunden, durchdringt
das Einlassrohr 51 auf der gesamten Länge und ragt anschließend in
die Öffnung 15 hinein.
Des weiteren wird das dünne
schwingungsempfindliche Entlüftungsrohr 50 durch
Stützstreben 52 an
der Innenwand des Einlassrohres 51 abgestützt. Aus
schwingungsbedingten Gründen
kann das Einlassrohr 51 mit dem in seinem Zentrum befindlichen
Entlüftungsrohr 50 nicht bis
zum Schleuderraum 14 geführt werden. Abhängig von
der zu filtrierenden Suspension ist es jedoch vorteilhaft, den Schleuderraum 14 über das
Entlüftungsrohr 50 direkt
mit einem Entlüftungsanschluss 57 zu verbinden.
4 zeigt
gegenüber 3 ein aufwendigeres Ausführungsbeispiel,
in dem ein langes, die gesamte Öffnung 15 in
der Schubwelle 12 und das Einlassrohr 51 durchdringendes
Entlüftungsrohr 50 den
Schleuderraum 14 über
einen Verbindungsraum 58 direkt mit dem Entlüftungsanschluss 57 und
einem nicht dargestellten Ventil, das wahlweise offen oder geschlossen
sein kann, verbindet. Das Entlüftungsrohr 50 ist
mit mehreren radial und axial verteilten Stützstreben 53 an der
Innenwand der Schubwelle 12 abgestützt und läuft gemeinsam mit ihr um. Am rechten
Ende wird das Entlüftungsrohr 50 durch
ein Stützlager 56 aufgefangen,
des weiteren trennt ein Dichtring 55 den Einlasskanal 26 vom
Verbindungsraum 58.
5 zeigt
ein weiteres gegenüber 3 und 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel. Ein Einlassrohr 51 überragt
in seiner kürzesten
Ausführung axial
nur wenig den radialen Absatz 40 der Schubwelle 12,
und ist in seiner längsten
Ausführung
(mittels unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt) durch schwingungsbedingte
Einflüsse
begrenzt. Durch einen oder mehrere Kanäle 63 in der Schubwelle 12,
die eine Verbindung vom Schleuderraum 14 zu dem Zwischenraum 65,
der rechts durch die Dichtung 47 und links durch die Wellendichtung 64 begrenzt
ist, herstellen, ist der Schleuderraum 14 mit einer Entlüftungsleitung 66 verbunden.
Durch ein nicht dargestelltes Ventil kann die Entlüftungsleitung 66 offen
oder geschlossen sein.
6 zeigt
eine Weiterentwicklung des in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiels.
Das linke Ende des statischen Entlüftungsrohr 50 ist
mit einem Verbindungsstück 59 fest
verbunden, dessen Bohrung 67 das rechte Ende einer mit
der Schubwelle 12 umlaufenden Entlüftungsrohrverlängerung 68 aufnimmt
und über
ein Lager 60 abstützt.
Die umlaufende Entlüftungsrohrverlängerung 68 wird
durch ein Labyrinth 61, oder andere herkömmliche
nicht dargestellte Dichtungssysteme, gegen ein radial statisches Verbindungsstück 59 abgedichtet.
In Verbindung mit 1 und 3 ist
ersichtlich, dass der Schleuderraum 14 über die Entlüftungsrohrverlängerung 68 und
das Entlüftungsrohr 50 direkt mit
dem Entlüftungsanschluss 57 verbunden
ist.
8 zeigt
ein gegenüber 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel
des Feststoffsammelraums 32. Die links gelegene Stirnwand
des Gehäuses 1 hat
eine groß dimensionierte
Zugangsöffnung 34,
die durch einen Deckel 28 verschlossen ist. Durch Verschwenken
des Deckels 28 um einen Bolzen 30 wird die Zugangsöffnung 34 für Inspektions- und
Reinigungszwecke im Feststoffsammelraum 32 frei. Der Deckel 28 kann
in einem großen
Bereich 29 durchsichtig ausgebildet sein, so dass auch
im geschlossenen Zustand der Feststoffsammelraum 32 inspizierbar
ist. Des weiteren ist im Schleuderraumdeckel 25 ein durchsichtiger
Einsatz 27 angebracht, so dass auch bei geschlossenem Feststoffsammelraum 32 der
Schleuderraum 14 von außen einsehbar ist.
Wie aus 9 ersichtlich, ist das Gehäuse 1 um
eine vertikale Achse 97, die durch einen Vorsprung 95 am
Gehäuse 1 und
einen Vorsprung 96 am Maschinengestell 2 läuft, schwenkbar.
Das Gehäuse 1 kann
nach links in eine nicht dargestellte Offenstellung verschwenkt
werden, so dass ein völlig
unbehinderter Zugang zur Filtertrommel 16, Feststoffsammelraum 32,
Filtratsammelraum 31 und eine die beiden Räume abgrenzende
Trennwand 33 möglich
ist. Das Gehäuse 1 ist
mittels bekannten Elementen aus dem Maschinenbau, zum Beispiel Schraube
oder Schnellverschluss, unter Zwischenschaltung einer Dichtung,
mit dem Maschinengestell 2 verbunden.
Die in 10 und 11 dargestellte Stülpfilterzentrifuge
zeigt eine Aufstellung, bei der der vom Gehäuse 1 umschlossene
Verfahrensraum, bestehend aus dem Schleuderraum 14, Filtratsammelraum 31 und
Feststoffsammelraum 32, durch eine Gebäudetrennwand 100 in
einen Reinraum 101 hinein ragt. Eine Feststoffaustrittsöffnung 36 ist
durch eine trennbare Verschlusseinrichtung 110 mit einem
Feststoffbehälter 115 verbunden,
wobei bei einer Trennung ein Verschlussoberteil 111 das
Gehäuse 1 dicht
verschließt
und ein Verschlussunterteil 112 an dem abgekoppelten Feststoffbehälter 115 verbleibt.
Das Filtrat wird durch eine vom Filtratsammelraum 31 ausgehende,
das Maschinengestell 2 durchquerende Filtratabfuhrleitung 114 abgeführt.
Weiterhin ist aus 10 und 11 ersichtlich, dass
das Maschinengestell 2 einschließlich der mit ihm vereinigten
Baugruppen, Tragkörper 13 mit
den Hauptlagern 4 und 5, Translationsantrieb mit
dem Motor 89, sowie Rotationsantrieb mit dem Motor 8, unter
Zwischenschaltung von Schwingungslagern 106 und 107 auf
einem Stützgestell 117 befestigt
ist, das seinerseits auf dem Boden 105 des Maschinenraumes 102 verankert
ist. Das gesamte Medienzufuhrequipment 120 ist im Maschinenraum 102 installiert.
Der sich translatorisch bewegende Einlasskanal 26 ist über einen
flexiblen Schlauch 121, mit einer ortsfesten Übergabestelle 123 verbunden,
an die die gesamten Medienzufuhrleitungen mit ihren zugeordneten
Ventilen, in diesem Ausführungsbeispiel
jeweils ein Ventil für
Suspension 124, Waschflüssigkeit 125,
Druckgas 126 und Entlüftung 127,
angekoppelt sind.
11 zeigt
gegenüber 10 ein weiter entwickeltes
Ausführungsbeispiel.
Das in den Reinraum 101 hineinragende, den Verfahrensraum
der Stülpfilterzentrifuge
umfassende Gehäuse 1,
ist seinerseits von einer Glove Box 130 umschlossen. In die
Vorder-, Hinter-, und Stirnseite der Glove Box 130 sind
großflächige Sichtscheiben 133 eingesetzt,
die jeweils mit mehreren Öffnungen 131 (dargestellt
sind zwei) versehen sind. In die Öffnungen 131 sind
mittels Fassungen hochflexible Handschuhe 132 gasdicht
eingearbeitet, mittels derer ein Operator 134 innerhalb
der Glove Box 130 arbeiten kann, ohne den Reinraum 101 zu
kontaminieren.
Das Gehäuse 1 kann gemeinsam
mit der Glove Box 130 um die in 9 gezeigte Achse 97 verschwenkt
werden. Das Gehäuse 1 ist
mittels bekannten Elementen aus dem Maschinenbau, zum Beispiel Schraube
oder Schnellverschluss, unter Zwischenschaltung einer Dichtung,
mit dem Maschinengestell 2 verbunden.
Im Betrieb nimmt die Stülpfilterzentrifuge
zunächst
die in 1 mittels durchgezeichneter
Linie dargestellte Betriebsstellung ein. Die verschiebbare Schubwelle 12 ist
in die Hohlwelle 3 zurückgezogen, wodurch
der mit der Schubwelle 12 verbundene Schubboden 23 in
der Nähe
des Boden 17 der Filtertrommel 16 liegt, und das
Filtertuch 22 derart in die Filtertrommel 16 eingestülpt ist,
dass es in deren Innerem liegt. Der Schleuderraumdeckel 25 hat
sich dabei mit seiner Schleuderraumdichtung 20, dichtend
in den Haltering 21 am Öffnungsrand 19 der
Filtertrommel 16 eingeschoben. Bei umlaufender Filtertrommel 16 wird
durch den Einlasskanal 26, das Einlassrohr 51 und
die Öffnung 15 in
der Schubwelle 12 die zu filtrierende Suspension eingeführt. Zum
störungsfreien
Füllen
des Schleuderraums 14 beim Einbringen der Suspension oder
der Waschflüssigkeit wird
der Schleuderraum 14 über
das Entlüftungsrohr 50 und über den
Anschluss 57, der mit einem nicht dargestellten, aber während des
Füllvorgangs
offenen Ventil verbunden ist, drucklos gehalten. Die flüssigen Bestandteile
der Suspension, treten in Richtung der Pfeile 35 durch
die Durchlassöffnungen 18 der
Filtertrommel 16 hindurch und werden in eine Filtrataustrittöffnung 37 geleitet.
Die Feststoffteilchen der Suspension werden vom Filtertuch 22 aufgehalten.
Bei weiterhin rotierender Filtertrommel 16 wird
nun die Schubwelle 12 nach links verschoben (in 1 mit unterbrochen gezeichneter
Linie dargestellt), wodurch sich das Filtertuch 22 nach
außen umstülpt und
die an ihm haftenden Feststoffteilchen nach außen in Richtung der Pfeile 38 in
den Feststoffsammelraum 32 abgeworfen werden. Von da aus können sie
leicht durch die Feststoffaustrittsöffnung 36 abgefördert werden.
Nach beendetem Abwurf der Feststoffteilchen unter dem Einfluss der
Zentrifugalkraft wird die Filterzentrifuge durch Zurückschieben der
Schubwelle 12 wieder in Betriebsstellung entsprechend 1 gebracht, wobei sich das
Filtertuch 22 in entgegengesetzter Richtung zurückstülpt. Auf diese
Weise ist ein Betrieb der Zentrifuge mit ständig umlaufender Filtertrommel 16 möglich.
Durch die Antriebseinrichtung 69 wird
die Stülpfilterzentrifuge
in zwei Betriebszustände überführt. Der Übergang
der beiden in 1 und 2 dargestellten Betriebszustände, Schleuderraum 14 geschlossen
(mittels durchgezeichneter Linie dargestellt) und Schleuderraum 14 offen
(mittels unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt) wird durch
die Antriebseinrichtung 69 vermittelt.
Die axiale Bewegung der Schubplatte 74 und der
mit ihr verbundenen Maschinenelemente wird, wie in 1, 2,
und 7 gezeigt, durch
den Motor 89, das Zahnradgetriebe 81 und die Schraubspindelachsen 70 und 71 hervorgerufen;
je nach Drehrichtung des Motor 89 bewegt sich die Schubplatte 74 nach rechts
oder nach links und wird dabei in einen der beiden Betriebszustände überführt, wobei
die Bewegungsgeschwindigkeit durch eine Drehzahlregelung des Motor 89 veränderbar
ist.
Ausgehend von dem in 1 und 2 (mit
unterbrochen gezeichneter Linie) dargestellten Betriebszustand Schleuderraum 14 offen,
Schubplatte 74 in linker Position wird durch Einschalten
des Motor 89 die Schubplatte 74 solange nach rechts
bewegt, bis die Schubplatte 74 mit ihrer Anlagefläche 93 an der
Anschlagfläche 77 des
Maschinengestells 2 zur Anlage kommt. Kurz vor dieser (mit
durchgezeichneter Linie dargestellte) Betriebszustand erreicht wird, beginnt
sich in diesem Beispiel die Schubplatte 74 mit ihrem vorstehenden
Rundbund 82 in der Aufnahmebohrung 83 des Maschinengestells 2 abzustützen, so
dass die Schubplatte 74 nach ihrer Anlage am Maschinengestell 2 in
mehreren Achsen fixiert ist.
Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die Schubplatte 74, bevor sie an der Anschlagfläche 77 des
Maschinengestells 2 zur Anlage kommt, durch Auffangbolzen,
die vom Maschinengestell 2 vorstehen und die in die entsprechende
Gegenstücke
in ihr eindringen, aufgefangen.
Bei einem weiteren, nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel
wird die Schubplatte 74 auf ihrem gesamten Verfahrweg mittels
einer stabilen Führung abgestützt.
Nach Anlage der Schubplatte 74 am
Maschinengestell 2 bewegt sich bei weiter drehender Gewindespindel 72 die
verschiebbar gelagerte Gewindebuchse 73 von ihrer linken
Position (in 2 mit strichpunktiert
gezeichneter Linie dargestellt) gegen die Vorspannung der Tellerfeder 76 in
die rechte Position (mit durchgezeichneter Linie dargestellt), so dass
nach Beendigung der Drehbewegung die zwischen dem rechten Stirnbund 91 und
der Gewindebuchse 73 angeordnete Tellerfeder 75 entspannt
ist und die Schubplatte 74 durch die Kraft der Tellerfeder 76 gegen
die Anschlagfläche 77 des
Maschinengestells 2 gepresst wird.
Die von der Tellerfeder 76 erzeugte
Kraft ist auch gleichzeitig die maximale Zuhaltekraft für den Schleuderraum 14.
Diese Kraft wird auch nach Abschalten des Motor 89, durch
die selbsthemmende Gewindespindel 72 aufrecherhalten.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
ist zwischen der Hohlwelle 3, beziehungsweise dem mit der
Hohlwelle 3 starr verbundenen Antriebsrad 7, und
dem Schublager 45 eine die Schubwelle 12 umgebende
und mit ihr umlaufende, die Axialverschiebung zulassende, gegen
die Umgebungsatmosphäre
dicht abgrenzende Schutzeinrichtung, zum Beispiel ein Faltenbalg,
vorgesehen, welche bei keimfreier oder steriler Produktion eine
Verbindung zwischen dem Verfahrensbereich im Gehäuse 1 und der umgebenden
Atmosphäre
verhindert.
Bei einem weiteren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist zwischen der Schubplatte 74 und dem Tragkörper 13 auf
der einen Seite, und zwischen der Schubplatte 74 und dem
Maschinengestell 2 auf der andern Seite, ein die Gewindespindel
umgebende, gegen Verschmutzung schützende, die Axialbewegung zulassende
Schutzeinrichtung, zum Beispiel ein Faltenbalg, vorgesehen.
Bei einem weiteren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind die beiden Gewindebuchsen 73 nicht direkt in der Schubplatte 74 angeordnet,
sondern in einem Pendelstück,
das über
eine Schwenkachse, deren Mitte die Schubwellenmitte schneidet, mit
der Schubplatte 74 verbunden ist. Bei dieser Anordnung
wird ein unterschiedlicher Kraftaufbau in den Schraubspindelnachsen 70 und 71 durch
eine geringfügige
Schwenkbewegung des Pendelstücks vermieden.
Des weiteren sind die Gewindebuchsen 73 so in die Schubplatte
integriert, dass sie ebenfalls eine leichte Pendelbewegung ausführen können.
Bei einem weiteren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist die Gewindespindel eine Spindel ohne Selbsthemmung, beispielsweise
eine herkömmliche
Kugelumlaufspindel. In diesem Fall wird die für das sichere Zuhalten des
Schleuderraum 14 erforderliche Zuhaltekraft entweder durch
den ständig
eingeschalteten Motor 89 oder durch eine an entsprechender
Stelle im Antriebsstrang zuschaltbare Bremse aufgebracht.
Bei einem weiteren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind die Schraubspindelachsen 70 und 71 durch
kostengünstigere
hydraulische Hubzylinder unter in Kaufnahme der auf Leckage beruhenden
Nachteile ersetzt.
Bei einem weiteren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist die Antriebseinrichtung 69 anstatt mit zwei Schraubspindelachsen,
wie in 2 dargestellt,
einseitig mit einer Schraubspindelachse realisiert. Nachteilig ist
bei dieser kostengünstigeren Variante
die dabei auftretende Querkraft, die zu einem erhöhten Verschleiß in den
Translationslagern führt,
die die verschiebbare Schubwelle 12 abstützen.
Bei einem weiteren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel,
besteht die Antriebseinrichtung aus einer Schraubspindelachse, die
zentral in einer Verlängerung
der Schubwelle 12 angeordnet ist. Nachteilig bei dieser
kostengünstigen
Ausführung
ist, dass die Baulänge
der Stülpfilterzentrifuge
mindestens um den Verfahrweg der Schubwelle 12 ansteigt.
In einer weiteren, in 2 dargestellten, beispielhaften
Ausführung
der Erfindung wird die Schubplatte 74 durch eine lösbare, aber
im geschlossenen Zustand selbsthemmende Verriegelung fest mit dem
Maschinengestell 2 verbunden, mit dem Vorteil, dass die
beim Zuhalten des Schleuderraum 14 benötigte Kraft nicht von den Schraubspindelachsen 70 und 71 aufgenommen,
sondern direkt über
die Schubplatte 74 von dem stabilen Maschinengestell 2 aufgefangen
wird.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil
dieses Ausführungsbeispiels
liegt in einer gravierenden Verbesserung des dynamischen Verhaltens
der Schubplatte 74, mit ihren schwingungsempfindlichen
Einbauten, Dichtung 47, Einlassrohr 51 und Entlüftungsrohr 50 (in 3, 4, 5 und 6 dargestellt) während ihres
Verbundes mit dem Maschinengestell 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel
können
vorteilhafterweise das Einlassrohr 51 und das Entlüftungsrohr 50 wesentlich länger ausgebildet
werden.
Erfindungsgemäß wird wie in 1 dargestellt, der Schleuderraum 14 durch
Einschieben des Schleuderraumdeckels 25 mit der zugeordneten Schleuderraumdichtung 20 geschlossen,
und die Positionierung in der axialen Richtung erfolgt durch die Festanlage
der Schubplatte 74 am Maschinengestell 2. Die
von der Antriebseinrichtung 69 erzeugte Axialkraft muss
mindestens so groß sein
wie die unter ungünstigsten
Bedingungen aufgrund der zugelassenen Betriebsparameter entstehende
axiale Komponente der sich im Schleuderraum 14 einstellenden hydraulischen
Kraft.
Die axiale Komponente wird hervorgerufen durch
den Flächenunterschied
zwischen dem Schleuderraumdeckel 25 und dem Schubboden 23, die
den Schleuderraum 14 seitlich begrenzen. Die maximale Komponente
tritt jedoch nur auf, wenn bei maximaler Schleuderdrehzahl und voller
Filtertrommel nur langsam ein Filterkuchenaufbau stattfindet, ein
seltener Vorgang, der nur bei feststoffarmen Suspensionen auftritt.
In den meisten Fällen baut sich schon bei der Fülldrehzahl,
die üblicherweise
weit unter der maximalen Drehzahl liegt, ein Feststoffkuchen auf,
der den Flächenunterschied
zwischen dem Schleuderraumdeckel 25 und dem Schubboden 23 überbrückt, so
dass bei der anschließend
hohen Schleuderdrehzahl, die sich einstellende, aus dem hydraulischen Druck
abgeleitete axiale Komponente, nicht nur vom Fließverhalten
der Flüssigkeit,
sondern auch vom Schüttwinkel
des Feststoffkuchens geprägt
wird.
Unabhängig von der durch die Antriebseinrichtung 69 erzeugten
axialen Kraft verlaufen bei der erfindungsgemäßen Ausführung nur die beim Öffnen und
Schließen,
sowie die zuvor beschriebene, durch die axiale Komponente hervorgerufene
Kraft, über das
Hauptlager 5 und die Schublager 45 und 46,
was eine erhebliche Verlängerung
der Lebensdauer bewirkt.
Nach Abschluss des Filtrationsvorgangs
wird die die Schubplatte 74 mit dem Maschinengestell 2 verbindende
Verriegelung gelöst
und durch Einschalten des Motor 89 eine Axialbewegung der
Schubplatte 74 nach links eingeleitet. Bei einsetzender
Drehung der Gewindespindel 72, bewegt sich zuerst die verschiebbar
gelagerte Gewindebuchse 73 in 2 von ihrer rechten Position (mit durchgezeichneter
Linie dargestellt) solange nach links, bis die zwischen dem Stirnbund 91 und
der Gewindebuchse 73 angeordnete Tellerfeder 75 gespannt
ist und die (in 2 mit
strichpunktiert gezeichneter Linie dargestellte) Position einnimmt.
Bei sich weiter drehender Gewindespindel 72 wird nun die
Schubplatte
74 in ihre linke (mit unterbrochen gezeichneter
Linie dargestellte) Ausgangsposition verbracht, dabei wird über die
mit ihr verbundene Schubwelle 12 der Schleuderraum 14 geöffnet, das
Filtertuch 22 nach außen
umgestülpt, und
der Feststoff in den Feststoffsammelraum 32 abgeworfen.
Durch den Einlasskanal 26,
das Einlassrohr 51 und die Öffnung 15 in der Schubwelle 12 kann nach
Einbringen der Suspension auch unter Druck stehendes Gas, insbesondere
Inertgas, in den Schleuderraum 14 der Filtertrommel 16 eingleitet werden.
Der hierdurch in der Filtertrommel 16 hervorgerufene Innendruck
erhöht
den im Fliehkraftfeld der rotierenden Filtertrommel 16 entstehenden
hydraulischen Druck und wirkt sich hierdurch insgesamt auf das Filtrationsergebnis
günstig
aus.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
ist es auch möglich
durch den Einlasskanal 26, Dampf in die Filtertrommel 16 einzuleiten
und hierdurch den am Filtertuch 22 haftenden Filterkuchen
einer Dampfwäsche
zu unterziehen. Ebenfalls ist es möglich dem anliegenden Feststoff
einen Wirkstoff mittels Extraktion zu entziehen. Bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel
ist es auch möglich,
statt eines Überdrucks
in der Filtertrommel 16 ein Unterdruck zu erzeugen, beispielsweise
dadurch, dass über
den Einlasskanal 26 der Schleuderraum 14 mit einer
nicht dargestellten Saugeinrichtung verbunden ist. Ein derartig
zeitweise eingebrachter Unterdruck kann sich beispielsweise günstig auf
das Filtrationsverhalten des Filterkuchens auswirken.
Wenn im Schleuderraum 14 ein Über- oder Unterdruck
herrscht, muss zwischen dem statischen Einlasskanal 26,
dem ebenfalls statischen Einlassrohr 51 und dem Schleuderraum 14 eine
druckdichte Abdichtung hergestellt werden. Dies wird anhand 1, 3, 4,
und 5 näher erläutert.
Wie aus 3 hervorgeht, ist die drehfeste Schubplatte 74 mit
ihren starr verbundenen Elementen Einlassrohr 51 und Entlüftungsrohr 50 durch
die Dichtung 47 von der umlaufenden Schubwelle 12 getrennt.
Jeder Dichtungsart, die an dieser
Stelle einsetzbar ist, ob Gas- oder Flüssigkeitsgeschmierte Gleitringdichtung,
Lippendichtung, oder ein anderes bekanntes Dichtelement, ist zu
eigen, dass sie an ihrer kritischen Stelle, an der die Relativbewegung
zwischen dem statischen- und dem umlaufenden Bauteil stattfindet,
obwohl sie selber Abrieb erzeugt, sehr sensibel auf Anlagerung von
Fremdstoff, das heißt Verschmutzung,
reagiert. Zur langzeitigen Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit
der Dichtung 47 werden erfindungsgemäß Maßnahmen gegen eine Verschmutzung
ergriffen, es wird verhindert, dass sich Fremdstoff an den sensiblen
Bereich der Dichtung 47 anlagern kann.
Die durch den Einlasskanal 26 zugeführte Suspension
wird durch das Einlassrohr 51 über die Öffnung 15 in der Schubwelle 12 zum
Schleuderraum 14 geleitet. Durch das Fließverhalten
der Suspension in der Öffnung 15 in
der Schubwelle 12 entsteht ein gleichmäßiger Flüssigkeitsring, der auf der
rechten Seite durch den Absatz 40 an einer weiteren Ausbreitung
gehindert wird, und wie 1 zeigt,
auf der linken Seite in den Schleuderraum 14 abfließt.
In anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen
ist zum Beispiel die Öffnung 15 in
der Schubwelle 12 nicht mit dem in 3 gezeigten Absatz 40 versehen,
sondern am rechten Ende eingeengt und vergrößert sich im Verlauf ihrer
Erstreckung zur anderen Seite hin, so dass sie erweitert in den Schleuderraum 14 mündet, oder
die gesamte Maschinenkonzeption ist so angelegt, dass sich die Zentrifugenachse
zum Schleuderraum 14 hin neigt. Solchen Ausführungsformen
ist zu eigen, dass nach Beendigung der Suspensions- oder Waschflüssigkeitszufuhr
eine Selbstentleerung durch die Öffnung 15 in der
Schubwelle 12 eintritt.
Wie aus 3 ersichtlich, wird durch Gaszufuhr in
die Schutzzone 48 ein Sperrgasfluss, in dem das radial
statische Einlassrohr 51 von der umlaufenden Schubwelle 12 trennenden
Spalt 54 erzeugt, und dadurch ein Eindringen von Suspension
in die der Wellendichtung 47 vorgelagerten Schutzzonen 48 und 49 verhindert.
Nach Einbringen der Suspension in
den Schleuderraum 14 wird nach einer von dem zu bearbeitenden
Produkt abhängigen
Schleuderzeit der im Schleuderraum 14 aufgebaute Feststoffkuchen
mit über
den Einlasskanal 26 eingeleiteter Waschflüssigkeit
durchströmt.
Die Zufuhr der Waschflüssigkeit, oder
nur eine Teilmenge, kann auch über
die Zufuhrleitung 43 erfolgen, und somit gleichzeitig als
Reinigungsflüssigkeit
für die
Schutzzone 48, den Spalt 54 und die Öffnung 15 in
der Schubwelle 12 wirksam werden. Das der Zufuhrleitung 43 vorgelagerte,
nicht dargestellte Zuflussventil, ist in diesem Fall ein Dreiwegeventil,
das wahlweise Gas- oder
Waschflüssigkeitszufuhr
ermöglicht.
Durch Einbringen von Reinigungs-
oder Waschflüssigkeit über die
Zufuhrleitung 41, anschließender Weiterführung durch
die Schutzzone 49, und Ableitung über Abfuhrleitung 42,
wird der entstandene Dichtungsabrieb, auch wenn es sich je nach
eingesetzter Dichtung nur um geringste Mengen handelt, sicher abgeführt, und
somit sichergestellt, dass weder die Suspension noch der Feststoff
verunreinigt werden.
Über
das Entlüftungsrohr 50 wird
das während
dem Füllvorgang
im Schleuderraum 14 verdrängte Gas, sowie das zugeführte Sperrgas
abgeführt,
so dass sich der dadurch drucklose Schleuderraum 14 problemlos
füllen
lässt.
Verfahrenstechnisch kann es jedoch im Einzelfall vorteilhaft sein,
bereits beim Füllen
den Schleuderraum 14 unter statischem Druck zu halten,
dies wird ermöglicht,
in dem nach dem Entlüftungsanschluss 57 vor
dem nicht dargestellten Ventil ein ebenfalls nicht dargestelltes
Druckhalteventil installiert wird.
Obwohl erfindungsgemäß die in
einem Block zusammengefassten Elemente, Schubplatte 74,
Einlassrohr 51 und Entlüftungsrohr 50,
beim Füllen
und Schleudern starr und damit schwingungsstabil mit dem Maschinengestell 2 verbunden
sind, kann das Entlüftungsrohr 50,
wie 1 und 3 zeigt, zwar sehr lang ausgeführt werden,
mangels genügender
Stabilität
erstreckt es sich jedoch nicht hin bis zum Schleuderraum 14.
Da die Entlüftungsöffnung des Entlüftungsrohr 50 dem
Einlass in den Schleuderraum 14 sehr nahe kommt, führt diese
einfache, kostengünstige Anordnung
des Entlüftungsrohres 50,
sehr oft zu zufriedenstellenden Ergebnissen.
In 4, 5 und 6, sind in Verbindung mit 1 gegenüber 3 aufwendigere Ausführungsbeispiele dargestellt,
bei denen jedoch vorteilhaft eine direkte Verbindung vom umlaufenden
Schleuderraum 14 über
den Verbindungsraum 58 zum radial statischen Entlüftungsanschluss 57 gegeben
ist, beziehungsweise, wie aus 5 ersichtlich,
die direkte Verbindung über
den Zwischenraum 65 zur Entlüftungsleitung 66 führt.
Bei einem weiteren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel,
sind in 5 gezeigte Kanäle 63 in der
Schubwelle 12 kurz vor ihrem dem Schleuderraum 14 abgewandten
Ende, beispielsweise durch ein Rohr, zur Schubwellenmitte geführt und
dort in einem zentralen Rohr zusammengefasst, das sich dann durch
das Einlassrohr 51, den Einlasskanal 26 hin zum
Verbindungsraum 58 erstreckt, der eine direkte Verbindung
zum Entlüftungsanschluss 57 herstellt,
und somit eine direkte Verbindung von dem umlaufenden Schleuderraum 14 zum
radial statischen Entlüftungsanschluss 57 gegeben
ist.
Bei allen Ausführungsformen der Entlüftung besteht
die Möglichkeit
einer Suspension- oder Feststoffverschleppung durch das entweichende
Gas und damit verbundene Ablagerungen im Entlüftungsrohr 50, beziehungsweise
im Kanal 63. Es ist somit erforderlich, das gesamte Entlüftungssystem
periodisch mit Reinigungs- oder
Waschflüssigkeit
zu spülen. Dazu
wird das dem Entlüftungsanschluss 57,
beziehungsweise der Entlüftungsleitung 66 vorgelagerte, nicht
dargestellte Ventil, als Dreiwegeventil ausgebildet, das wahlweise
eine Gas- oder Waschflüssigkeitszufuhr
ermöglicht.
Den Betrieb einer Anlage, die von
dem Gedanken beherrscht ist, die Crosskontamination zwischen dem
Produkt und der Umwelt so weit wie möglich zu vermeiden, zeigen
die Ausführungsbeispiele in 10 und 11, mit einer gesplitteten Aufstellung der
Stülpfilterzentrifuge,
bei der sich der Verfahrensraum in einem Reinraum 101,
und das Maschinengestell 2 mit der Lagerung, den Antrieben,
sowie dem gesamten Medienzufuhrequipment 120, in einem Maschinenraum 102 befindet.
Die Stülpfilterzentrifuge ist mit
ihrem Maschinengestell 2 über Schwingungslager 106 und 107 ortsfest
im Maschinenraum 102 aufgestellt und ragt mit ihrem Verfahrensraum
durch die Gebäudetrennwand 100,
mit der sie über
flexible, gasdichte Verbindungselemente 103 und 104 gekoppelt
ist, in den Reinraum 101 hinein. Durch diese Anordnung
ergibt sich vorteilhafterweise, dass beim Öffnen des Verfahrensraumes
der Stülpfilterzentrifuge,
durch die absolute Trennung der beiden Räume keine Kontamination des
geöffneten
Verfahrensraumes, durch den im Antriebsteil der Stülpfilterzentrifuge
entstehenden Abrieb, dessen Feinpartikel sich als Aerosole im gesamten
Maschinenraum 102 befinden, stattfinden kann. Durch die
elastische Aufstellung auf den Schwingungslagern 106 und 107,
und eine Koppelung mit der Gebäudewand 100 mittels
flexibler Verbindungselemente 103 und 104, kann
die strikte Trennung der beiden Räume 101 und 102 trotz
den bei Zentrifugen unvermeidbaren Unwuchten und der damit verbundenen
Eigenbewegung, aufrecht erhalten werden.
Durch das erfindungsgemäße Verlegen
des gesamten Medienzufuhrequipments 120 vom Reinraum 101 in
den Maschinenraum 102 wird nicht nur die bei allen bisherigen
Ausführungen
bekannte Kontamination des Produktes durch den Abrieb von den schleifenden
Füllrohrdichtungen
eliminiert, sondern auch der Reinraum 101, sowie der Feststoffsammelraum 32,
von dem Medienzufuhrequipment 120 befreit. Dadurch ist
bei einer Konfiguration der Stülpfilterzentrifuge,
wie sie 8 zeigt, während der
Produktion sowohl der Feststoffsammelraum 32, wie auch
der Schleuderraum 14 einsehbar, was prozesstechnisch äußerst hilfreich
ist. Des weiteren wird aus der 10 und 11 auch offensichtlich, dass
die Verlegung des Medienzufuhrequipments 120 eine Verkleinerung
des Reinraumes 101 ermöglicht.
Die Verkleinerung des Reinraumes 101 verbunden mit dem Wegfall
des Medienzufuhrequipments 120, senkt drastisch die Aufwendungen
für die
in regelmäßigen Abständen durchzuführende mikrobiologische
Untersuchung des Reinraumes 101.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Verlegung
des Medienzufuhrequipments 120 vom Reinraum 101 in
den Maschinenraum 102 bestehen darin, dass die Querschnitte
der Medien führenden Durchlässe, zum
Beispiel die Öffnung 15 in
der Schubwelle 12, wesentlich größer dimensioniert werden können als
bei den bisher bekannten Ausführungsformen.
Dadurch kann der Gasdurchsatz gesteigert werden, wenn im Schleuderraum 14 mit Über- oder
Unterdruck gearbeitet, beziehungsweise, wenn der Feststoffkuchen
zur Trocknung mit Gas durchströmt wird,
was zu einer äußerst vorteilhaften Reduktion
der Zykluszeit und damit einer Produktionssteigerung führt.
Ferner kann durch die groß dimensionierten Durchlässe, das
beim Umstülpen
des Filtertuches 22 im Feststoffsammelraum 32 verdrängte Gas,
unter Vermeidung eines Druckaufbaues, durch die Öffnung 15 in der Schubwelle 12,
das Einlassrohr 51 und den Einlasskanal 26, abströmen. Dabei
ist es hilfreich, bevor der Umstülpvorgang
eingeleitet wird, im Schleuderraum 14 einen Unterdruck
aufzubauen, damit beim einsetzenden Umstülpvorgang das zu verdrängende Gas
sofort in die gewünschte
Richtung strömt.
Außerdem
kann bei Bedarf der infolge der Entfernung der Medienzufuhr durch
den Feststoffsammelraum 32 frei gewordene Bereich anderweitig genutzt
werden. Beispielsweise kann durch die Stirnseite des Gehäuses 1,
den Feststoffsammelraum 32, und den Schleuderraumdeckel 25 innerhalb
einer Umhüllung,
zum Beispiel einem Rohr, eine Vorrichtung, beispielsweise ein Füllstandssensor,
Mikrowellensender, Probeentnahmeeinrichtung oder ein anderes Hilfsmittel,
in den Schleuderraum 14 eingebracht werden.
Das den Verfahrensraum umschließende Gehäuse 1,
ist an seiner Feststoffaustrittsöffnung 36, über eine
teilbare, aus einem Oberteil 111 und einem Unterteil 112 bestehende
Verschlusseinrichtung 110 mit dem Feststoffbehälter 115 verbunden.
In dem dargestellten angekoppelten Zustand bildet bei geöffneter
Klappe in der Verschlusseinrichtung 110, der Feststoffsammelraum 32 mit
dem Feststoffbehälter 115 einen
gemeinsamen Raum, so dass beim Umstülpen des Filtertuches 22 der
Feststoff durch die Verschlusseinrichtung 110 in den Feststoffbehälter 115 fällt. Nach
der Befüllung
des Feststoffbehälters 115 wird
die Klappe in der Verschlusseinrichtung 110 geschlossen,
und anschließend
die Verschlusseinrichtung 110 getrennt, dabei bleibt das
Gehäuse 1 durch
das an ihm verbleibende Verschlussoberteil 111 ebenso gasdicht
verschlossen, wie der Feststoffbehälter 115 mit seinem
an ihm befindlichen Verschlussunterteil 112. Der Feststoffbehälter 115 ist nunmehr
im geschlossenen Zustand handhabbar, und kann, unter Ausschluss
einer Crosskontamination, seiner weiteren Bestimmung zugeführt werden. An
der Trennstelle wird ein weiterer, leerer Feststoffbehälter 115 angedockt.
Bei dieser Vorgehensweise kann ohne Produktionsunterbrechung, der Feststoff aus
dem Feststoffsammelraum 32 kontaminationsfrei ausgeschleust
werden.
Eine weitere Fortbildung der erfindungsgemäßen Stülpfilterzentrifuge
ist aus 11 ersichtlich. Das
den Verfahrensraum umfassende Gehäuse 1 wird seinerseits
von einer Glove Box 130 umschlossen. Durch Öffnungen 131,
die mit hochflexiblen Handschuhen verbunden sind, kann durch nicht
dargestellte Luken, in dem mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellten
Teil des Gehäuses 1 von
einem Operator 134 mittels Handschuhen 132 in
den Verfahrensraum eingegriffen werden. Es ist somit möglich, den
periodisch anfallenden Wechsel des Filtertuches 22 sowie
das sporadisch anfallende Wechseln der Schleuderraumdichtung 20 bei
geschlossenem Verfahrensraum und damit ohne Dekontaminationsaufwand
durchzuführen,
da bei diesen Arbeiten die Trennung zwischen Verfahrensraum und
Reinraum nicht aufgehoben wird.
Die nicht dargestellten Luken im
Gehäuse 1, durch
die der Operator 134 in den Verfahrensraum eingreift, sind
mit ebenfalls nicht dargestellten Deckeln versehen, die so gestaltet
sind, dass sie der Operator 134 innerhalb der Glove Box 130 handhaben
kann. Der Operator 134 kann die Luke sowohl öffnen wie
auch verschließen,
wobei es von Vorteil ist, dass die Luke nur staubdicht, jedoch nicht
gasdicht verschlossen sein muss, da die gasdichte Trennung zwischen
dem Verfahrensraum und dem Reinraum durch die Glove Box bewirkt
wird.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Feststoffbehälter 115 nicht
an das Gehäuse 1 angedockt,
sondern separat unter der Feststoffaustrittsöffnung 36 positioniert.
Der Feststoffbehälter 115 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel
mit einem Plastiksack ausgelegt, der nach der Aufnahme des Feststoffes
ebenso verschlossen wird wie der Feststoffbehälter 115 selbst. Um
beim Ausschleusen des Feststoffes aus dem Feststoffsammelraum 32 und
dem Einbringen in den Feststoffbehälter 115 eine Crosskontamination
zu vermeiden, wird der Übergabebereich
ebenfalls in eine Glove Box integriert.
In einem weiteren nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel
befindet sich der Feststoffbehälter 115 in
einer separaten Glove Box, und wird durch eine Schleuse in den Reinraum 101 verbracht.
Dem in 11 gezeigten
Ausführungsbeispiel,
und den nicht dargestellten, sondern nur beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist zu eigen, dass der durch die Entfernung des Medienzufuhrequipments 120 aus
dem Reinraum 101 gesenkte Aufwand, für die beim Öffnen des Gehäuses 1 anfallenden
Dekontaminationsarbeiten drastisch weiter reduziert wird, da sich
die Häufigkeit
des Öffnens
nur noch auf den Havariefall, und die in großen Zeitabschnitten durchzuführenden
sicherheitstechnischen Überprüfungen beschränkt. Dies
ist ein außerordentlicher Vorteil
insbesondere beim Umgang mit toxischen beziehungsweise cancerogenen
Stoffen.