DE19903948C2 - Zentrifugalkraft-Sichterrad - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zentrifugalkraft-Sichterrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Windsichter weisen ein rotierendes Sichterrad auf, daß entgegen seiner Schleuderrichtung von der Sichtluft von außen nach innen durchströmt wird und dessen Sichterradschaufeln kranzförmig angeordnet sind und parallel zur Rotationsachse verlaufen, wobei die Enden der Sichterradschaufeln in Ausnehmungen von gegenüberliegenden Endbegrenzungen konzentrisch zur Sichterradnabe eingesetzt sind.

Ein gattungsgemäßer Windsichter ist aus der DE 196 13 902 C2 bekannt. Bei dem Windsichter nach diesem Stand der Technik sind die Sichterradschaufeln in gegenüberliegenden Endbegrenzungen eingesetzt, die durch eine sich über die gesamte Sichterradhöhe erstreckende, torsionssteife Sichterradnabe verbunden sind und die Sichterradschaufeln am äußeren Umfang des so gebildeten Grundkörpers in ihrer gegenseitigen Lage fixiert und lösbar eingesetzt sind.

Um die eingesetzten Sichterradschaufeln in ihrer axialen und/oder radialen Position zu fixieren, sind Halteringe vorgesehen, welche die Sichterradschaufeln an dessen axialen Enden über den äußeren Umfang umgreifen.

Durch diese umgreifenden Halteringe wird an der Mantelfläche des Sichterrades ein Absatz im Übergangsbereich von Haltering zu den Sichterradschaufeln geschaffen.

Ähnliche Verhältnisse bestehen an der Mantelfläche des Sichterrades nach dem Patent DE 35 08 889 C2. Die dortigen Sichterradschaufeln sind ganz aus einem verschleißfesten, keramischen Werkstoff hergestellt und zwischen einer Kreisscheibe und einer Deckscheibe in ihrer gegenseitigen Lage fixiert eingesetzt.

Aus verfahrenstechnischen Gründen ist es jedoch wünschenswert, daß die Sichterräder an ihren Mantelflächen keine Absätze aufweisen. Bei einer weitgehend ebenen Mantelfläche kann sich kein Sichtgut am Sichterrad ansetzen. Durch das Vermeiden von Ecken und Kanten im Bereich der Mantelfläche verbessert sich das Verschleißverhalten, insbesondere bei der Sichtung von stark schleißenden Gütern.

Gerade bei der Sichtung von stark schleißenden Gütern werden Sichträder aus Vollkeramik, Sichträder mit Keramikschaufeln oder mit Keramikbeschichtung eingesetzt.

Im Patent DE 41 40 656 C1 sind Sichträder offenbart, die einstückig aus Keramik hergestellt sind und bevorzugt bei kleinen Baugrößen (Durchmesser ca. 50 bis 100 mm) eingesetzt werden. Sichträder für größere Baugrößen (Durchmesser über 100 mm) werden bevorzugt nach Patent DE 196 13 902 C2 hergestellt, dies insbesondere aufgrund der leichten Austauschbarkeit von einzelnen Sichterradschaufeln. Dadurch wird eine kostengünstige Instandsetzung von verschlissenen Sichterrädern möglich, da nicht das komplette Sichterrad ausgetauscht werden muß, sondern nur einzelne verschlissene Sichterradschaufeln zu ersetzen sind.

Im Stand der Technik gemäß DE 196 13 876 C2 ist ein Sichtrad beschrieben, dessen Sichterradschaufeln kranzförmig und parallel zur Rotationsachse angeordnet sind und deren Enden in Ausnehmungen von gegenüberliegenden Kreisscheiben konzentrisch angeordnet sind. Die Sichtradschaufeln bilden zusammen mit zwei Ringscheiben einen Schaufelkorb. Die beiden gegenüberliegenden Kreisringscheiben weisen kranzförmig angeordnete, radial verlaufende Schlitze auf, die durch Brennscheiden hergestellt sind. Die aus der gleichen Stahlsorte hergestellten quaderförmigen Sichtradschaufeln sind mit ihren Enden in den Schlitzen der Kreisscheiben eingesetzt und im Verbindungsbereich mit diesen verschweißt. Bei Bedarf kann der Schaufelkorb ausgetauscht werden, ohne das gesamte Sichterrad aus dem Sichter auszubauen. Ein Ausstausch einzelner Sichterradachaufeln ist in des nicht möglich.

Die Sichterräder nach DE 196 13 902 C2 weisen an ihren Mantelflächen Absätze auf. Zur Verbesserung des Verschleiß- und Ansatzverhaltens werden daher die Sichterradschaufeln so ausgebildet, daß die radial äußere Grenzfläche jeder Sichterradschaufel bündig mit dem äußeren radialen Umfang des Sichterrades abschließt. Dabei haben die Sichterradschaufeln eine im wesentlichen quaderförmige Gestalt und weisen an den beiden äußeren Ecken Aussparungen auf (siehe Fig. 7, Position 74 zum Stand der Technik). So lassen sich die Sichterradschaufeln durch kreis- oder ringförmige Deckscheiben oder zusätzlich durch Halteringe begrenzen und fixieren, ohne daß diese über die radial äußere Grenzfläche der Sichterradschaufeln hinausragen.

Sofern die Sichterradschaufeln aus sprödem Werkstoff, wie z. B. Keramik bestehen, sind derartige Aussparungen jedoch nachteilig, da sie aufgrund der abgesetzten Form Kerben bilden, die Spannungskonzentrationen verursachen und es sich Risse bilden können, die zum Bruch und somit zur Zerstörung der Sichterradschaufeln führen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Zentrifugalkraft-Sichtrad mit Sichterrad­ schaufeln zu schaffen, die trotz Aussparungen keine Spannungskonzentrationen in dem spröden Werkstoff verursachen, die zum Bruch und somit zur Zerstörung der Sichterradschaufeln führen können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1.

Eine bevorzugte und kostengünstig herzustellende Grundform der Elemente aus sprödem Werkstoff ist die Quaderform. Die Flächen der Sichterradschaufeln, die dem Produktstrom ausgesetzt sind, werden durch einen einzigen keramischen Quader gebildet. Als keramischer Werkstoff kann Aluminiumoxid, Wolframkarbid, Sinterkorund oder jede andere Keramik eingesetzt werden.

An jedem axialen Ende des keramischen Quaders ist ein kleinerer Quader befestigt. Die Befestigung erfolgt in einfacher Weise durch Kleben, insbesondere mit einem selbstaushärtenden, oder warmaushärtenden Epoxidharz-Kleber. Es können aber auch andere Fügemittel eingesetzt werden, so können bei der Verbindung von keramischen Quadern mit Quadern aus duktilem Werkstoff wie z. B. Stahl, die Elemente z. B. durch Ultraschallschweißen verbunden werden.

Die axial an die quaderförmige, keramische Sichterradschaufel befestigten Quader dienen zusätzlich der Fixierung und Befestigung der Sichterradschaufeln an den ring- oder kreisförmigen Deckscheiben des Sichterrades. In den üblichen Fällen bestehen diese aus Stahlwerkstoffen. Dies ist vorteilhaft, da die an den axialen Enden angefügten Elemente aus Stahl nach dem Fügevorgang leicht bearbeitet werden können. Zur Einstellung einer gleichmäßigen Gewichtsverteilung der gesamten Sichterradschaufel können diese durch spanende Bearbeitung, z. B. Bohren, Fräsen oder Schleifen bearbeitet werden

Bei bestimmten zu sichtenden Produkten wird eine eisenfreie Sichtung gefordert, d. h. in dem fertigen gesichteten Produkt dürfen keine Partikel enthalten sein, die aus Eisen- oder Stahlwerkstoffen bestehen. Um dies Sicherzustellen dürfen keine Eisen- oder Stahlteile dem Produktstrom ausgesetzt sein. Für diese Anwendungen können die Quader zur Fixierung und Befestigung der Sichterradschaufeln auch aus keramischem Werkstoff hergestellt sein.

Die quaderförmigen Endelemente können entweder auf einer Seitenfläche bündig mit der Sichterradschaufel abschließen oder mittig an die keramische Sichterradschaufel angebracht sein. Durch diese spiegelsymetrische Form können die Sichterradschaufeln in zwei Positionen in das Sichterrad eingebaut werden, wodurch die Sichterradschaufeln wendbar werden und somit bei Verschleiß der ersten äußeren Kante gewendet werden können und die bisher innere, nicht verschlissene Kante zur äußeren Kante wird. Dadurch können die Sichterradschaufeln über eine doppelt so lange Dauer eingesetzt werden.

Neben der Kombination von keramischen Elementen mit Stahlelementen können selbstverständlich auch mehrere keramische Elemente miteinander kombiniert werden. Die Trennfuge muß nicht zwangsläufig radial zur Rotationsachse des Sichterrades verlaufen, sondern kann in jede andere gewünschte Richtung verlaufen. In einer Variationsmöglichkeit verläuft die Trennfuge in axialer Richtung zur Rotationsachse des Sichterrades. Die quaderförmige Sichterradschaufel ist dabei mit ihrer schmalen Längsseite mit einem stabförmigen Trägerelement verbunden. Um eine Wendbarkeit zu ermöglichen kann das stabförmige Trägerelement mittig angeordnet sein und an den beiden schmalen Längsseiten mit quaderförmigen Elementen versehen sein, die jeweils die Außenkante der so gebildeten Sichterradschaufel bilden.

In den Zeichnungen sind eine Auswahl an unterschiedlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sichterradschaufeln dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße keramische Sichterradschaufel mit aufgeklebten Elementen aus Stahl.

Fig. 2 zeigt eine keramische erfindungsgemäße Sichterradschaufel mit aufgeklebten Elementen, bei einer wendbaren Ausführung.

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes stabförmiges Trägerelement aus Keramik mit einer angefügten Außenkante aus Keramik.

Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes stabförmiges Trägerelement aus Keramik mit angefügten Außenkanten bei wendbarer Ausführung.

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäßes stabförmiges Trägerelement aus Stahl mit einer angefügten Außenkante aus Keramik.

Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Elementverbindung mit alternativ verlaufenden Richtungen der Trennfugen.

Fig. 7 zeigt einen Windsichter nach dem Stand der Technik, in den die erfindungsgemäßen Sichterradschaufeln einsetzbar sind.

In Fig. 1 ist die quaderförmige Sichterradschaufel 1 aus keramischem Werkstoff ausgebildet. An den beiden axialen Enden der Sichterradschaufel 1 sind jeweils ein quaderförmiges Element 2 und 3 aus Stahlwerkstoff angefügt. Die Trennfugen 4 und 5 sind mit wärmeaushärtendem Epoxidharz ausgefüllt. Zur Einstellung der gleichmäßigen Gewichtsverteilung nach dem Fügen, sind soweit erforderlich, Bohrungen 6 und 7 angebracht, die in ihren Bohrtiefen entsprechend der Gewichtsverteilung unterschiedlich tief ausgeführt sind.

In Fig. 2 sind die quaderförmigen Element 22 und 23 ebenfalls aus Stahlwerkstoff hergestellt und mittig an der Sichterradschaufel 21 angebracht. Die Trennfugen 24 und 25 sind mit wärmeaushärtendem Epoxidharz ausgefüllt. Zur Einstellung der gleichmäßigen Gewichtsverteilung nach dem Fügen, sind soweit erforderlich, Bohrungen 26 und 27 angebracht, die in ihren Bohrtiefen entsprechend der Gewichtsverteilung unterschiedlich tief ausgeführt sind.

In Fig. 3 ist ein keramisches Trägerelement 31 stabförmig ausgebildet und ersteckt sich über die gesamte Schaufelhöhe. An der schmalen Längsseite des Trägerelements 31 ist eine keramische stabförmige Außenkante 32 angefügt. Die Trennfuge 33 verläuft dort in Richtung der Längserstreckung der Sichterradschaufel. Diese Längserstreckung läuft parallel zur Rotationsachse des Sichterrotors.

In Fig. 4 ist eine Variante der Fig. 3 dargestellt, die jedoch neben dem stabförmigen, keramischen Trägerelement 41 mit über die Trennfuge 44 angefügter Außenkante 42 noch zusätzlich eine weitere Außenkante 43 aufweist, die über die Trennfuge 45 mit dem stabförmigen, keramischen Trägerelement 41 verbunden ist. Dadurch ist die Sichterradschaufel spiegelsymetrisch und somit im Sichterrad wendbar ausgebildet.

In Fig. 5 ist das stabförmige Trägerelement 51 aus einem Stahlwerkstoff gefertigt und über die Trennfuge 53 mit der Außenkante 52 aus keramischen Werkstoff zusammengefügt.

In Fig. 6 verbinden die Trennfugen 64 und 65 die keramischen oder aus Stahl gefertigten Elemente 62 und 63 mit der keramischen Sichterradschaufel 61. Die Trennfugen 64 und 65 verlaufen entlang der beforzugten Rißbildungsrichtung, die sich ergeben würde, wenn die derart gestallteten Sichtradschaufel einstückig ausgearbeitet wäre.

In Fig. 7 ist ein Querschnitt eines Sichterrades nach dem Stand der Technik dargestellt, in den die erfindungsgemäßen Sichterradschaufel einsetzbar sind. Das Sichterrad bildet einen Grundkörper 71 in den Sichterradschaufeln 74 bzw. 75 einsetzbar sind. Die Sichterradschaufeln 74 und 75 werden an ihren axialen Enden durch Endbegrenzungen 72 und 73 axial und radial in dem Grundkörper 71 fixiert. Die Sichterradschaufeln 74 gemäß dem Stand der Technik sind einstückig ausgebildet. Die Sichterradschaufeln 75 gemäß der Erfindung sind aus mehreren Elementen gebildet

Claims (8)

1. Zentrifugalkraft-Sichtrad mit kranzförmig angeordneten Sichtradschaufeln (1), welche zusammen mit zwei gegenüberliegenden Kreisringscheiben, die radial verlaufende Schlitze aufweisen, einen Schaufelkorb bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Sichterradschaufeln (1) aus mehreren Elementen (1, 2, 3) aus sprödem Werkstoff bestehen und aus geometrischen Grundformen gebildet werden, die zur bündigen Befestigung zwischen den Kreisringscheiben Aussparungen bilden und derart zusammengefügt sind, dass mindestens eine Ebene der Trennfugen (4, 5) zweier benachbarter Elemente durch die Kerbgrundlinie der Aussparungen verläuft.

2. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichterradschaufeln (1) aus quaderförmigen Grundelementen (1, 2, 3) gebildet werden.

3. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente aus sprödem Werkstoff, insbesondere aus Keramik, mit Elementen aus duktilem Werkstoff kombiniert werden.

4. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichterradschaufeln (1) aus einem mittleren Element (1) spröden Werkstoffs und zwei Elementen (2, 3) duktilen Werkstoffs an den beiden axialen Enden des mittleren Elements (1) gebildet werden.

5. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (1, 2, 3) verklebt sind.

6. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff ein wärmeaushärtender Epoxydharzkleber ist.

7. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2, 3) duktilen Werkstoffs mit den Elementen spröden Werkstoffs (1) durch Ultraschallschweißen verbunden sind.

8. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichterradschaufeln (1) eine zur axial verlaufenden Mittellinie spiegelsymetrische Form aufweisen.