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Maschine zur Herstellung von Flockeneis Die Erfindung betrifft eine
Maschine zur Herstellung von Flockeneis mit einer Reihe in einem gleichbleibenden
axialen Abstand übereinander angeordneter umlaufender Klingen, die das an der Innenfläche
eines von außen gekühlten, feststehenden zylindrischen Gehäuses sich bildende Eis
ablösen, wobei an jeder Klinge nur eine in das Eis eingreifende Schneide vorgesehen
ist.
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Bekannte Vorrichtungen zur Herstellung von Eis in kleinen Stücken
oder Teilchen haben den Nachteil, daß sie Eis liefern, das naß oder matschig ist.
Derartiges Eis kann nicht kälter als 0° C sein; es ist schwierig zu handhaben und
zu lagern, da es zu einem starren Kuchen zusammenfriert, wenn es in einem Kühlbehälter
gelagert wird. Das nasse Eis hat daher nur eine kurze Lagerungszeit, bevor es erstarrt,
im Vergleich mit Eis, welches trocken und unterkühlt ist, welches also eine Temperatur
unter 0° C hat. In vielen Industriezweigen muß das Eis sogar eine Temperatur unter
-12° C haben.
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Bei anderen bekannten Vorrichtungen dieser Art wird das Wasser auch
auf einer äußeren Fläche zum Frieren gebracht. Hierdurch wird der Dampfgehalt der
umgebenden Atmosphäre erhöht, was oft unerwünscht ist. Ferner sind solche Maschinen
auch schwierig zu isolieren.
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Zur Entfernung des Eises von einer starren gekühlten Fläche sind verschiedene
Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen das Eis von der Oberfläche abgeschabt
oder abgespalten wird.
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Bei einer weiteren bekannten Maschine zur Herstellung von Flockeneis
greifen die Klingen in das an der Behälterwand sich bildende Eis ein und sind zu
diesem Zweck mit einer Schneide versehen. Der in das Eis zuerst eingreifende Teil
der Schneide ist waagerecht gestellt und dringt zunächst in das Eis ein; hieran
schließt sich mit einem Knick ein schräggestellter Teil der Schneide an, der aber
geradlinig ausgebildet und der gewölbten eisbildenden Behälterfläche gegenübergestellt
ist. Infolge dieser Schneidenform wird das Eis durch eine plötzliche mechanische
Bewegung abgesprengt, wobei erhebliche Teile der Eisschicht an der Wand hängenbleiben,
so daß in der Regel 25 % Eis an der Wand verbleiben. Diese nur teilweise Ablösung
ist darauf zurückzuführen, daß die untere Fläche der Klinge praktisch eine zusätzliche
schräggestellte Sehne zur zylindrischen, eisbildenden Fläche darstellt, so daß auf
sie von der abzulösenden Eisschicht eine nach außen und oben gerichtete Kraftkomponente
ausgeübt wird. Eine auf das Eis senkrecht einwirkende Kraft oder Kraftkomponente,
die von einer sich über die Eisschicht bewegenden Schneide ausgeübt wird, führt
jedoch zur Bildung von Eispulver.
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Aufgabe der Erfindung ist die Anordnung und Ausbildung der das Eis
ablösenden Schneide in einer Weise, daß an der Berührungsstelle zwischen der umlaufenden
Klinge und dem Eis keine Kraftkomponente vorhanden ist, die senkrecht auf der eisbildenden
Fläche steht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schneide
auf ihrer ganzen Länge einen Teil einer an der eisbildenden Fläche entlanglaufenden
Schraubenlinie mit schwacher Steigung bildet und die untere Fläche der Schneide
in der Neigungsebene der Klinge verläuft, so daß beim Umlauf der Klinge eine ablösende
Kraft auf das Eis im wesentlichen nur nach unten in axialer Richtung ausgeübt wird.
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Diese Anordnung und Ausbildung der Schneide hat den Vorteil, daß die
sich auf der Wand bildende Eisschicht beinahe zu 100% abgelöst wird, so daß praktisch
nach einem Umlauf der Ablösevorrichtung keine Eisstückchen an der Wand verbleiben.
Insbesondere verursacht die schwache Steigung der Schneide einen langsamen Ablösevorgang,
der zur Bildung von Eispulver keinen Anlaß gibt. Da nach einem Umlauf der Schneiden
praktisch kein Eis an der Behälterwand zurückgeblieben ist, läuft das Wasser vor
dem Erstarren als gleichmäßige Schicht an der Behälterwand abwärts. Die abzulösende
Eisschicht weist daher eine gleichbleibende Dicke auf. Auch die Bildung von Eisflocken,
die noch teilweise naß sind, ist praktisch ausgeschlossen, weil keine an der Wand
haftenden Eisstückchen den Wärmeentzug aus dem Wasser verhindern. Die anhaftenden
Eisstückchen
können nämlich mitunter als Wärmeisolatoren wirken,
da eine Strömungs- und Wirbelbewegung wie beim Wasser ausgeschlossen ist. Außerdem
lenken etwaige zurückbleibende Eisstückchen das einströmende Wasser ab, so daß dieses
leicht in Rinnsalen und nicht in einer gleichförmigen Schicht abwärts fließt. Die
Folge ist eine unregelmäßige Flockenbildung.
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Als weiterer Vorteil ist daher die Ausbildung gleichförmiger Eisflocken
anzusehen, deren Außenflächen trocken sind, so daß ein nachträgliches Zusammenbacken
größerer Eisflockenmengen zu einem Eisklumpen praktisch ausgeschlossen ist, wenn
eine nachträgliche Kühlung des Eises vorgenommen wird.
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Zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes wird ein Ausführungsbeispiel
näher beschrieben.
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F i g. 1 ist ein Schnitt durch die Mitte der Maschine gemäß der Erfindung;
F i g. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 4-4 der Fig.1; F i g. 3 ist eine Ansicht
von zwei Klingen; F i g. 4 ist eine schaubildliche Teilansicht des Abstreifers und
der Schutzvorrichtung.
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Die Maschine zur Herstellung von Flockeneis ist gemäß F i g. 1 auf
einem Eisvorratsbehälter 2, der nur teilweise dargestellt ist, aufgebaut. Sie enthält
als Hauptbestandteile einen Vorkühler und Ölabscheider 3, eine Gastrennkammer 4,
einen ringförmigen Verdampfer 5, einen Fundamentring 6, einen oberen Abschluß 7
und eine Rotoranordnung B. Der Verdampfer 5 weist einen aufrechten inneren zylindrischen
Behälter 10 auf, an dessen innere Fläche 11
eine dünne Schicht von
Eis gebildet wird, die in Form von kleinen Flocken abgelöst wird; er enthält ferner
einen äußeren Behälter 12, der in einem gewissen Abstand konzentrisch zu dem inneren
Behälter 11 liegt; ferner sind ein oberer Abschlußring 13
und ein unterer
Abschlußring 14 vorgesehen. Zwischen den Behältern befindet sich eine ringförmige
Trennwand 15, die in Längsrichtung und Umfangsrichtung über die ringförmige Verdampfungskammer
und bis zu den Abschlußringen reicht, jedoch von den Ringen 13,14 und den Behältern
10,12 einen gewissen Abstand aufweist. Der Verdampfer wird dadurch betrieben, daß
ein Kühlmittel 16, vorzugsweise Ammoniak, von dem Vorkühler 3 über den Separator
4 ins äußere Gehäuse 12 geleitet wird und dann über die Trennwand 15 fließt. Die
Außenseite des äußeren Gehäuses 12 ist mit einer Isolation bedeckt, die nicht dargestellt
ist. Ebenso sind auch der Vorkühler und der Separator mit Isoliermaterial bedeckt.
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Der Verdampfer 5 ist auf dem Fundamentring 6 aufgebaut, der in seinem
Inneren einen Wassersammelbehälter trägt, der nach oben offen ist und von einem
äußeren Ring 21, einem inneren Ring 22 und einem Bodenring 23 gebildet wird. Das
Oberschußwasser, das am unteren Rand der Eisbildungsfläche 11 abläuft, und das Wasser,
welches aus einer Überlaufkammer zuströmt, sammeln sich in diesem Behälter und werden
durch Abflußöffnungen 24 abgeleitet. Arme 25, 26 sind radial an den Ringen
21 und 22 befestigt und tragen ein radiales Stützlager 27, daß die Achse der Rotoranordnung
8 trägt.
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Auf dem Verdampfer ist oben ein ringförmiger Abschluß 7 angebracht,
der in radialer Richtung verlaufende Arme und ein Endlager 32 trägt, das die Achse
8 abstützt. Die ringförmige öffnung in dem oberen Abschluß 7 kann von Abschlußplatten
33 abgeschlossen sein.
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Die Rotoranordnung 8 wird durch einen Motor angetrieben, der auf der
festen Abschlußplatte 33 montiert ist. Der Motor treibt ein Zahnrad 41 und ein Zahnrad
42 an, die koaxial zu einer zusammengesetzten Welle 43, 44 angeordnet und
an ihr befestigt sind. In der F i g. I dreht sich die Welle 43, 44
in der
Draufsicht entgegen dem Uhrzeigersinn. An dem unteren Abschnitt 44 der Welle sind
ein unterer und ein oberer Träger 45 und 46 befestigt. Diese Träger tragen eine
Schiene 47, welche rechteckigen Querschnitt hat, von dem oberen Rand bis zum unteren
Rand des Verdampfers 5 durchläuft und dicht gegenüber der eisbildenden Fläche
11 angeordnet ist.
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An der einen Seite der Schiene 47 sind gegenüber der eisbildenden
Fläche eine Reihe von Klingen 48
angeordnet, die etwa die Form einer flachen
Platte haben, deren einer Rand an einem Träger 48a befestigt ist, der mit der einen
Seite der Schiene 47 verbunden ist (F i g. 2 und 3). Alle Klingen 48 gehen von der
Schiene 47 und dem Träger 48 a aus und erstrecken sich über die rückwärtige
Kante der Schiene 47 hinaus. Die in der Bewegungsrichtung hinteren Abschnitte
49 der Klingen bilden eine Art Rechen an der Schiene 47. Dieser Abschnitt
49 weist eine scharfe Schneide 50 gegenüber der eisbildenden Fläche auf.
Die Oberseite der Klinge 48 ist abgeschrägt, so daß sich die Schneide 50 in der
Ebene der Unterseite der Klinge bildet. Die Klinge und die Schneide sind um einen
kleinen Winkel von etwa 4 bis 5° gegenüber der zur Achse der eisbildenden Fläche
senkrechten Ebene geneigt.
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In einer Maschine, bei der der Radius der eisbildenden Fläche etwa
60 cm oder mehr beträgt, können die Schneiden 50 des Rechens in einer Ebene liegen,
jedoch nimmt bei kleineren Maschinen die Schneide 50 die Form eines Abschnittes
einer zylindrischen Schraubenlinie an, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser
der eisbildenden Fläche ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel hat, wenn der Radius der eisbildenden
Fläche 50 cm beträgt, die Schneide 50 eine Länge von 5,6 cm, liegt in einer Ebene
und ist mit einem Radius von 50 cm gekrümmt. Das hintere Ende der Schneide liegt
5,5 mm unter dem vorderen Rand der Schneide. Durch diese Neigung der Schneide wird
das Eis von der eisbildenden Fläche 11 abgelöst. Die Klingen 48 sind etwa 3,7 cm
voneinander entfernt. Der gekrümmte Teil der Schneide 50 liegt ganz oder
zum größten Teil in Bewegungsrichtung hinter der Schiene 47. Die Klingen
48 können an der Schiene durch Schweißen, Schrauben oder Keile befestigt sein.
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Der Winkel, den die Schneide 50 mit einer zur Achse 8 des Verdampfers
5 senkrechten Ebene einschließt, kann als Steigungswinkel oder als Steigung eines
Schraubengewindes betrachtet werden. Dieser Winkel ist kritisch, da ein zu großer
Winkel eine Pulverisierung des Eises herbeiführt, und ein zu kleiner Winkel das
Eis nicht in genügend großer Menge entfernt. Bei richtiger Ausbildung und Anordnung
der Schneide und einer Trockeneisschicht von einer Dicke von etwa 3,2 bis 1,6 mm
wird das Eis bei jedem Umlauf der Klingen bis zu 981/o entfernt. Bei dieser Ausbildung
der Schneiden sind alle auf das Eis von den Klingen ausgeübten Kräfte parallel oder
tangential zur Oberfläche des Eises gerichtet, mit Ausnahme von solchen Kräften,
die am
vorderen, in das Eis eindringenden Ende der Schneide 50 entstehen.
Es ist an der Berührungsstelle von Klinge und Eis keine Kraftkomponente vorhanden,
die senkrecht zu der eisbildenden Fläche steht. Eine solche senkrechte Kraft bewirkt,
daß das Eis an der Schneide 50 zu Pulver wird; die Kräfte werden nämlich vom Eis
nicht genügend weit übertragen, damit es zwischen den benachbarten Klingen abgelöst
wird. Dies führt dazu, daß ein großer Teil oder der größte Teil des Eises auf der
eisbildenden Fläche verbleibt, bis sich nach mehreren Umläufen der Klingen eine
sehr dicke Eisschicht gebildet hat.
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Die Schiene 47 trägt außerhalb ihres hinteren Randes einen Gummiabstreifer
54 und eine Schutzplatte 55, die vom oberen bis zum unteren Rand des Verdampfers
5 läuft. Dieser Abstreifer 54 und die Schutzplatte 55 verhindern ein Herumspritzen
des Eises, das von den Schneiden 50 gelöst wird, und das Abstreifmesser entfernt
loses Eis, welches noch an der eisbildenden Fläche 11 haftet. Der Abstreifer und
die Platte sind an der Schiene 47 durch gebogene Stützen 56 befestigt.
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Das Wasser wird der eisbildenden Fläche 11 durch eine Wasserleitung
60 zugeführt, die sich in das obere Ende des hohlen oberen Abschnittes 43 der zusammengesetzten
Welle entleert. Das untere Ende dieses oberen Abschnittes 43 ist durch einen Stöpsel
verschlossen, durch den ein kurzes Stück eines überlaufrohres 62 hindurchragt. Das
Wasser wird durch Röhren 63, 64 einem Düsenring 65 zugeführt, der konzentrisch zu
dem Verdampfer 5 am oberen Rand der eisbildenden Fläche angeordnet ist und von Armen
66 getragen, die radial am oberen Ende des unteren Abschnittes 44 der Welle befestigt
sind. Der Düsenring 65 ist hohl, hat einen viereckigen Querschnitt und trägt an
seinem unteren Rand eine Reihe von Öffnungen oder Düsen, die Wasserstrahlen nach
außen, unten und ringsherum in der Drehrichtung gegen die eisbildende Fläche 11
leiten. Diese Richtung des Wassers gegen und am Umfang der eisbildenden Fläche verteilt
das Wasser über die Fläche und verhindert die Bildung von Rinnsalen. Sie ergibt
am oberen Rand der eisbildenden Fläche 11 eine vollständige sofortige Bedeckung
mit Wasser.
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Die durch den Ring 11 zugeführte Wassermenge wird dabei konstant gehalten.
Wenn die Temperatur der eisbildenden Fläche 11 bis zum und unter den Gefrierpunkt
des Wassers fällt, bildet sich Eis auf dieser Fläche. Der offene Teil in dem Wasserdüsenring
65 sorgt dafür, daß während eines kurzen Zeitraumes jeweils einem Teil der eisbildenden
Fläche kein Wasser zugeführt wird, so daß das Eis trocknen, sich verfestigen und
abkühlen kann. Dieses trockene Eis wird von der eisbildenden Fläche mit Hilfe der
Klingen 48 entfernt und fällt nach unten an dem Abstreifmesser 54 und der Schutzplatte
55 entlang in den Vorratsbehälter 2. Das Eis hat nicht die Neigung sich festzusetzen
und zwischen den Klingen 48 anzusammeln, weil der rechenförmige Abschnitt hinter
der Schiene 47 liegt, auf der die Klingen montiert sind.