DE19922237A1 - Zentrifuge und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge und ein Verfahren zum Betreiben der Zentrifuge. Die Zentrifuge weist folgendes auf: eine Schleudertrommel (2), ein in die Schleudertrommel (2) mündendes Zulaufrohr (4) zur Zuleitung eines Schleudergutes in die Schleudertrommel (2) und eine mit Steuerfluid beaufschlagbare Einrichtung zur Kühlung der Schleudertrommel. Dabei wird das Steuerfluid derart gekühlt, daß es als Kühlmedium wirkt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, die folgendes aufweist:
eine Schleudertrommel, ein in die Schleudertrommel mündendes Zulaufrohr zur Zuleitung eines Schleudergutes in die Schleudertrommel und eine Einrichtung zur Kühlung der Schleudertrommel. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Zentrifuge.

Eine gattungsgemäße Zentrifuge ist aus der DE OS 26 31 110 bekannt. Diese Schrift zeigt eine Zentrifuge mit einer zylindrischen, vollwandigen Schleudertrom­ mel, deren Mantel mittels eines im Feststoffraum angeordneten Einsatzes durch ein im Kreislauf geführtes Kühlmedium kontinuierlich kühlbar ist, wobei sich der Ein­ satz an mehreren Stellen im Trommelmantel abstützt und gegenüber dem Trenn­ raum der Trommel abdichtend geführt ist.

Dieses Kühlsystem ist zwar an sich gut funktionsfähig. Problematisch ist aber der zur Erreichung einer Kühlung der Schleudertrommel erforderliche konstruktive Aufwand, welcher die Herstellung der Zentrifuge gerade bei geringeren Kühlanfor­ derungen zu stark verteuert.

Die DE PS 24 23 319 zeigt eine Zentrifuge mit einer zylindrischen, vollwandigen Schleudertrommel, deren Mantel durch ein im Kreislauf geführtes erstes Kühlmedi­ um kontinuierlich kühlbar ist, wobei dieses Kühlmedium den Trommelmantel an einer radial außenliegenden Stelle verläßt und gegen einen gestellfesten, die Trom­ mel umgebenden Mantel geschleudert wird. Der gestellfeste Mantel ist wiederum zusätzlich fortlaufend durch ein zweites Kühlmedium kühlbar. Auch dieses Kühlsy­ stem hat sich an sich bewährt, verteuert aber ebenfalls die Herstellung der Zentrifu­ ge bei geringeren Kühlanforderungen zu stark.

Die Erfindung zielt ausgehend von diesem Stand der Technik darauf ab, eine Zen­ trifuge und ein Verfahren zum Betreiben der Zentrifuge zu schaffen, mit welchen bei geringem konstruktivem Aufwand eine Kühlung der Zentrifuge realisierbar ist. Die Kühlung soll insbesondere auch für den Einsatz bei Zentrifugen mit einem au­ tomatischen Öffnungs- und/oder Schließmechanismus einsetzbar sein.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 11. Danach ist die Kühleinrichtung in einen mit einem Steuerfluid betätigbaren Öff­ nungs- und/oder Schließmechanismus der Schleudertrommel integriert, wobei das Steuerfluid derart gekühlt wird, daß es als Kühlmedium wirkt. Die Erfindung nutzt damit auf überraschende Weise den Öffnungs- und/oder Schließmechanismus der Schleudertrommel auch als Kühleinrichtung. Eine separate Kühleinrichtung ist nicht mehr erforderlich.

Besonders vorteilhaft läßt sich eine Kühlwirkung dadurch erzielen, daß der Öff­ nungs- und/oder Schließmechanismus während des Schleuderbetriebes der Zentri­ fuge mit einer ersten Sterilluft-Volumenstromrate und während eines Öffnens eines Kolbenschiebers mit einer zweiten Sterilluft-Volumenstromrate beaufschlagt wird, welche größer ist als die erste Volumenstromrate. Die erste Volumenstromrate er­ zielt eine Kühlwirkung, verschiebt den Kolbenschieber aber noch nicht. Dieses Ver­ schieben wird vielmehr erst mit der zweiten Volumenstromrate realisiert.

Besonders vorzugsweise wird als Steuerfluid gekühlte Sterilluft verwendet, da diese preisgünstig und besonders unkompliziert handhabbar ist. Alternativ sind auch andere gasförmige Medien auswählbar.

Aus der DE 28 22 478 ist eine Zentrifuge bekannt, die eine Zentrifuge mit ei­ ner Schleudertrommel umfaßt, die einen Kolbenschieber aufweist, dem eine Schließkammer zugeordnet ist, welche über Kanäle in einer Spindel mit einem Hy­ drauliksystem verbunden ist. Der Einlauf des Produktes erfolgt über ein zentrales Zulaufrohr von oben. Die Spindel befindet sich an der Unterseite der Schleuder­ trommel. Diese Konstruktion hat sich an sich bewährt, sie stößt jedoch an ihre Grenzen, wenn der Produktbereich aus Hygienegründen vom Antriebsbereich der Zentrifuge und den Steuerelementen des Antriebs sowie den Steuerelementen der Steuerfluidzufuhr außerhalb der Trommel (Ventile usw.) getrennt liegen soll.

An dieser Stelle setzt die Erfindung bei dem weiteren Gedanken an, den Zuführka­ nal für das Steuerfluid direkt dem Zulaufrohr für das Schleudergut zuzuordnen. Da die Steuerfluidzuleitung und die Schleudergutzuleitung somit gemeinsam in die Schleudertrommel geführt werden und vorzugsweise auch direkt nebeneinander verlaufen, kann eine konstruktiv getrennte Zuleitung des Steuerfluides vermieden werden.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für eine Zentrifuge, bei welcher die Schleu­ dertrommel an einem Zentrifugenrahmen hängt, wobei das Zulaufrohr für das Schleudergut und der Zuführkanal für das Steuerfluid gemeinsam von oben in die Schleudertrommel geführt sind. Bei Zentrifugen mit hängenden Schleudertrommeln ist eine separate Zuleitung des Steuerfluides von unten in die Trommel nicht prakti­ kabel, da es nötig sein kann, die bei dem Trennungsvorgang abseparierten Feststof­ fe unterhalb der Trommel in einem sterilen Behälter zu sammeln. Dies wird durch die Steuerfluidzufuhr "von oben" deutlich vereinfacht.

Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird am Zulaufrohr eine Doppelwandung ausgebildet, wobei beispielsweise der innenlie­ gende Rohrabschnitt zur Zuleitung des Schleudergutes dient und der konzentrisch außen liegende Rohrabschnitt als Zuleitung für das Steuerfluid. Ein doppelwandiges Rohr ist besonders platzsparend. Zudem wird das innenliegende Schleudergut- Zuleitungsrohr auf einfachste Weise von dem Fluid im äußeren Rohrbereich ge­ kühlt. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß eine separate Steu­ erluftzuleitungseinrichtung nach Art einer Spindel vermieden wird.

Vorzugsweise dient das Steuerfluid auch dazu, einen verschieblichen Kolbenschie­ ber zum Öffnen und Schließen von Feststoff-Austragsöffnungen in der Schleuder­ trommel zu betätigen. Dabei grenzen an den Kolbenschieber eine Öffnungskammer und eine Schließkammer an. Durch Druckbeaufschlagung mit dem Steuerfluid wird der Kolbenschieber bewegt, wobei es auch möglich ist, den Kolbenschieber feder­ gespannt in einer seiner Arbeitsstellungen zu halten und ihn in die jeweils andere Arbeitsstellung durch Druckaufbau in der entsprechenden Steuerkammer zu bewe­ gen.

Besonders bevorzugt wird nach einer weiteren Variante der Erfindung durch eine Austrittsöffnung in der Trommelwandung das Steuer- und Kühlmedium in einen Feststoff-Sammelbehälter geleitet, um derart sowohl die gesammelten Feststoffe als vorzugsweise auch die rotierende Trommel an sich, an der durch Rotation der Trommel Reibungswärme entsteht, zu kühlen. Der Steuerdruck kann dabei so ge­ wählt werden, daß die entsprechende Arbeitsstellung trotz der "Leckage" durch die Austrittsöffnung beibehalten wird.

Die Öffnung in der Trommelwandung kann auch zur Ab-/Durchleitung eines in die Steuerfluidwege der Zentrifuge geleiteten Reinigungsmediums genutzt werden.

Zusammengefaßt realisiert die Erfindung auch einen platzsparenden, automatischen Öffnungs- und/oder Schließmechanismus, der auch zur Kühlung nutzbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den übrigen Unteran­ sprüchen zu entnehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zentrifuge mit einem Kolbenschieber, der im linken Abschnitt der Zeichnung in seiner Öff­ nungsstellung und im rechten Abschnitt in seiner Schließstellung dar­ gestellt ist.

Angemerkt sei, daß sich die nachfolgend verwendeten Begriffe wie "unten", "oben" auf eine Zentrifuge beziehen, bei welcher das Zulaufrohr im wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist und die Schleudertrommel unten an einem Zentrifugenrahmen hängt. Diese Begriffe sollen jedoch in keiner Weise beschränkend gewertet werden.

Fig. 1 zeigt eine als Separator ausgebildete Zentrifuge, die in an sich bekannter Weise eine (hier nur ansatzweise dargestellte, nach unten hin angesetzte) Schleu­ dertrommel 2 zur Auftrennung eines Schleudergutes in verschiedene Komponenten aufweist. Das Schleudergut bzw. die Schleuderflüssigkeit wird von oben nach unten durch ein zentrales Zulaufrohr 4 in die Schleudertrommel 2 geleitet.

Die Schleudertrommel 2 ist an einem Zentrifugenrahmen 6 mit einem unteren Rahmenansatz 8 aufgehängt. Der Antriebsabschnitt 10 der Zentrifuge - welcher in an sich bekannter Weise ausgebildet werden kann und daher hier nicht detailliert dargestellt wird - wird oberhalb der Schleudertrommel 2 im und/oder am Zentrifu­ genrahmen 6 angeordnet und ist über einen - hier ebenfalls nicht detailliert darge­ stellten - Dichtabschnitt 12 im Rahmenansatz 8 gegen die Schleudertrommel 2 ab­ gedichtet. Die Schleudertrommel 2 ist damit von ihrem Antriebsanschnitt nebst des­ sen Steuerelementen baulich klar getrennt.

An das untere Ende des Rahmenansatzes 8 ist ein Behälterdeckel 14 angeflanscht, welcher mittig vom Zulaufrohr 4 durchsetzt wird. Der Behälterdeckel 14 weist eine im wesentlichen radial ausgebildete Bohrung 16 auf, welche als Ableitungskanal für eine mittels einer Schälscheibe 18 aus einer Schälkammer 20 abgeleitete Flüssig­ keitsphase aus der Schleudertrommel 2 dient. Die Bohrung 16 mündet in einem Ablaufrohr 22.

An den Behälterdeckel 14 ist ein die Schleudertrommel 2 in ihrem oberen Bereich umgebender oberer Behältermantel 24 angeformt, der als oberer Abschluß eines kegeligen Behälters 26 zur Feststoffaufnahme dient, wobei der untere Abschnitt 28 des Behälters nach unten hin von der Zentrifuge abnehmbar ist und in einem Be­ hälterrahmen 30 steht.

Die eigentliche Schleudertrommel 2 weist einen das Zulaufrohr 4 umgebenden - in der Praxis vorzugsweise mehrteilig realisierten und hier vereinfacht einstückig dar­ gestellten - Verteiler 32 mit einem außen an den Verteiler 32 angesetzten Tellerpa­ ket 34 auf. Das Tellerpaket 34 befindet sich in einem nach oben und unten hin hier konisch verengenden Schleuderraum 36, der nach oben hin von einem konisch ge­ formten Trommeldeckel 38 und nach unten hin von einem unten an den Verteiler 32 angeformten, konisch verlaufenden Schleuderraumboden 40 begrenzt wird. Der Trommeldeckel 38 ist in ein Trommelunterteil 42 eingesetzt und im Trommelunter­ teil 42 mit einem Verschlußring 44 verschraubt.

Zwischen dem Schleuderraumboden 40 und der unteren Gehäusewandung des Trommelunterteiles 42 ist ein verschieblich geführter, ringförmiger Kolbenschieber 46 mit einem hier im wesentlichen L-förmigen Wandungsquerschnitt angeordnet, an den nach oben hin eine Öffnungskammer 48 und nach unten hin eine Schließ­ kammer 50 angrenzt. Als unterer Schließkammerboden 52 dient die untere Wan­ dung des Trommelunterteiles 42. Zwischen der unteren Wandung des Kolbenschie­ bers 46 und dem Schließkammerboden 52 - also in der Schließkammer 50 - sind Schließfedern 54 angeordnet, welche den Kolbenschieber 46 in seiner Schließstel­ lung halten, in welcher er die Feststoff-Austrittsöffnungen 56 im äußeren Mantel der Trommelunterteiles 42 verschließt (rechter Teil der Fig. 1).

Die Öffnungskammer 48 ist zwischen dem Kolbenschieber 46 und der unteren Wandung des Verteilers 32 bzw. dem Schleuderraumboden 40 ausgebildet. Die Steuerfluidzufuhr in die Öffnungskammer 48 erfolgt über eine Steuerfluid- Zuleitung 58 im Verteiler 32.

Die Steuerfluid-Zuleitung 58 mündet in einem das Zulaufrohr 4 umgebenden, ring­ förmigen Zuführkanal 60 zwischen der Innenwandung des Verteilers 32 und dem in den Verteiler 32 eingesetzten Zulaufrohr 4. Die Innenwandung des Verteilers 32 und die Wandung des Zulaufrohres 4 bilden dabei eine Art "Rohr mit Doppelwan­ dung" aus, wobei der eigentliche Zuführkanal 60 für das Steuerfluid das Zulaufrohr 4 für das Schleudergut konzentrisch umgibt.

Oberhalb des oberen Endbereiches des Zentrifugenrahmens 6 ermöglicht ein axialer Anschluß 62 die Zuleitung des Schleudergutes in das Zulaufrohr 4. Ein hier radial nach außen gerichteter Anschluß 64 dient zur Zuleitung des Steuerfluides - insbe­ sondere die Zufuhr von steriler Steuerluft - in den das Zulaufrohr umgebenden Zu­ führkanal 60.

Die Funktion der Zentrifuge der Fig. 1 ist wie folgt.

Die Zuleitung des Schleudergutes erfolgt durch den Anschluß 62 und das Zu­ laufrohr 4 sowie durch die Axialbohrung 66 des Verteilers 32 und eine hier im we­ sentlichen radial verlaufende Bohrung 68 im Schleuderraumboden 40 in den Schleuderraum 36. Feststoffe werden aus dem Schleuderraum 36 durch die Öffnun­ gen 56 ausgetragen, flüssige Phasen durch die Schälkammer 20 mit der Schälschei­ be 18.

Steuerluft (oder ein anderes Gas) wird als Steuerfluid durch den Anschluß 64 in den das Zulaufrohr 4 kon­ zentrisch umgebenden Zuführkanal 60 geleitet. Von dort strömt die Steuerluft in die Steu­ erfluidzuleitung 58 und von dort in die Öffnungskammer 48. Dadurch wird bei entspre­ chendem großem Druckaufbau in der Öffnungskammer 48 der Kolbenschieber 46 gegen die Federkraft der Schließfedern 54 nach unten gedrückt, was die Feststoff- Austrittsöffnungen 56 öffnet (linker Abschnitt der Fig. 1). Eine Absenkung des Druckes in der Öffnungskammer 48 resultiert dagegen aufgrund der Federkraft der Schließfedern 54 in einem Verschieben des Kolbenschiebers 46 nach oben, was die Feststoff- Austrittsöffnungen 56 wieder verschließt.

Da der Kolbenschieber 46 und die Außenwandung der Schleudertrommel 2 Durch­ gangsbohrungen 70, 72 aufweisen, welche in einer der Arbeitsstellungen des Kol­ benschiebers miteinander in Wirkverbindung stehen und mit einem Stopfen 74 ver­ schließbar sind, ergibt sich nach dem Entfernen des Stopfens eine einfache Mög­ lichkeit zur Reinigung der Steuerfluidwege (40, 58, 48) sowie weiterer Zentrifu­ genelemente z. B. mit einer Spülflüssigkeit oder einem Spülgas, beispielsweise zur besonders unkomplizierten Durchführung eines CP-(Cleaning in Place) Vorganges. Die Bohrungen können auch düsenartig so ausgelegt sein, daß durch Austritt des gekühlten Steuerfluides in den Behälter 26 eine Kühlung der gesammelten Feststof­ fe sowie der Trommel erfolgt.

Die Kühlwirkung wird dadurch erzielt, daß als Steuerfluid gekühlte Sterilluft ver­ wendet wird. Während des Schleuderbetriebes werden die Kanäle 58, 60, 48 des Öffnungs- und/oder Schließmechanismus mit einer ersten Sterilluft- Volumenstromrate beaufschlagt. Diese erste Volumenstromrate erzielt eine Kühl­ wirkung, verschiebt den Kolbenschieber aber noch nicht. Dieses Verschieben wird vielmehr erst mit einer deutlich höheren, zweiten Volumenstromrate realisiert.

Bezugszeichen

2

Schleudertrommel

4

Zulaufrohr

6

Zentrifugenrahmen

8

Rahmenansatz

10

Antriebsabschnitt

12

Dichtabschnitt

14

Behälterdeckel

16

Bohrung

18

Schälscheibe

20

Schälkammer

22

Ablaufrohr

24

Behältermantel

26

Behälter

28

unterer Behälterabschnitt

30

Behälterrahmen

32

Verteiler

34

Tellerpaket

36

Schleuderraum

38

Trommeldeckel

40

Schleuderraumboden

42

Trommelunterteil

44

Verschlußring

46

Kolbenschieber

48

Öffnungskammer

50

Schließkammer

52

Schließkammerboden

54

Schließfedern

56

Feststoff-Austrittsöffnungen

58

Steuerfluidzuleitung

60

Zuführkanal

62

axialer Anschluß

64

radialer Anschluß

66

Axialbohrung

68

Radialbohrung

70

,

72

Durchgangsbohrungen

74

Stopfen

Claims (17)

1. Zentrifuge, die folgendes aufweist:

• a) eine Schleudertrommel (2),
• b) ein in die Schleudertrommel (2) mündendes Zulaufrohr (4) zur Zuleitung eines Schleudergutes in die Schleudertrommel (2),
• c) eine Einrichtung zur Kühlung der Schleudertrommel,

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Kühleinrichtung in einen mit einem Steuerfluid betätigbaren Öff­ nungs- und/oder Schließmechanismus der Schleudertrommel (2) inte­ griert ist, wobei das Steuerfluid derart gekühlt ist, daß es als Kühlmedi­ um wirkt.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerfluid ein gekühltes gasförmiges Medium ist.

3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerfluid ge­ kühlte Sterilluft ist.

4. Zentrifuge nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öff­ nungs- und/oder Schließabschnitt der Schleudertrommel (2) einen Zuführkanal (60) für das Steuerfluid aufweist, welcher direkt dem Zulaufrohr (4) für das Schleudergut zugeordnet ist.

5. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleudertrommel (2) an einem Zentrifugenrahmen (8) hängt, wobei das Zulaufrohr (4) für das Schleudergut und der Zuführkanal (2) für das Steuer­ fluid gemeinsam von oben in die Schleudertrommel geführt sind.

6. Zentrifuge nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Zu­ laufrohr (4) eine äußere und eine innere Rohrwandung ausgebildet sind.

7. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring- Zwischenraum zwischen der äußeren und der inneren Rohrwandung als Zu­ führkanal (60) für das Steuerfluid dient.

8. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungs- und/oder Schließmechanismus der Schleudertrommel (2) ei­ nen verschieblichen Kolbenschieber (46) zum Öffnen und Schließen von Fest­ stoff-Austragsöffnungen (56) in der Schleudertrommel nebst einer Öffnungs­ kammer (48) und einer Schließkammer (50) sowie Zuleitungen zu diesen Kammern umfaßt.

9. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zuführkanal (60) und der Öffnungskammer (58) eine Steuer­ fluidzuleitung (48) in einem Verteiler (32) der Schleudertrommel (2) ausgebil­ det ist.

10. Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber (46) und/oder die Außenwandung der Schleudertrom­ mel (2) Durchgangsbohrungen (70, 72) aufweisen, welche vorzugsweise in ei­ ner der Arbeitsstellungen des Kolbenschiebers (46) miteinander in Wirkverbin­ dung stehen und verschließbar sind.

11. Verfahren zum Betreiben einer Zentrifuge nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Öffnungs- und/oder Schließ­ mechanismus ein Kühlmedium zum Kühlen der Zentrifuge geleitet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium ein gekühltes Steuerfluid verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als kombi­ niertes Steuerfluid und Kühlmedium ein gekühltes gasförmiges Medium ver­ wendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Medium Sterilluft verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungs- und/oder Schließmechanismus während des Schleuderbetrie­ bes der Zentrifuge mit einem ersten Steuerfluid-Volumenstrom und während eines Öffnens des Kolbenschiebers mit einem zweiten Steuerfluid- Volumenstrom beaufschlagt wird, der größer ist als der erste Volumenstrom.

16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reinigung von Steuerfluidwegen (40, 58, 48) und/oder weiteren Zen­ trifugenelementen mittels Durchleitung einer Spülflüssigkeit oder eines Spülga­ ses oder eines Spüldampfes durch die Steuerfluidwege erfolgt.

17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Austrittsöffnung in der Trommelwandung das Steuer- und Kühlmedium in einen Feststoff-Sammelbehälter geleitet wird, um die gesam­ melten Feststoffe zu kühlen.