DE19925082A1 - Naßklassiereinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Naßklassiereinrichtung in Form einer Zentrifuge mit einem stationären Außengehäuse, einer im Außengehäuse vertikal angeordneten und fliegend gelagerten Schleudertrommel, einer vertikal angeordneten Welle zum Rotierenlassen der Schleudertrommel, einer Reinigungsvorrichtung sowie Zu- und Abführungen beschrieben. Die Naßklassiereinrichtung zeichnet sich durch ein besonders hohes Schlankheitsverhältnis aus, wodurch die zur Verfügung stehende Klassierfläche vergrößert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Naßklassiereinrich­ tung in Form einer Zentrifuge mit einem stationären Außen­ gehäuse, einer im Außengehäuse vertikal angeordneten und fliegend gelagerten Schleudertrommel, einer vertikal ange­ ordneten Welle zum Rotierenlassen der Schleudertrommel, ei­ ner Reinigungsvorrichtung sowie Zu- und Abführungen.

Eine derartige Naßklassiereinrichtung ist bekannt. Sie fin­ det beispielsweise zur Abtrennung des Grobanteils von Pul­ vern, wie Titandioxid, Verwendung. So finden heutzutage im­ mer mehr ultrafeine Materialien mit einer Partikelgröße zwischen 0,1-5 µm Verwendung. Derartige Partikelgrößen können durch Feinmahlen von Rohsubstanzen erzielt werden, was jedoch mit relativ hohen Betriebskosten verbunden ist, da hierzu sehr viel Energie verbraucht wird, Kühlsysteme benötigt werden, eine relativ starke Verschmutzung der Um­ welt gegeben ist und ein großer Anteil von Partikeln mit Untergröße erzeugt wird etc. Solche Probleme treten bei Naßklassierzentrifugen nicht auf. Hierbei wird der Fest­ stoff (Pulver) mit einer Flüssigkeit (üblicherweise Was­ ser) in einem Vormischtank vermischt, um eine Suspension zu erhalten. Die Suspension wird, falls erforderlich, in einem nachfolgenden Verdünnungstank verdünnt und dann in die als Zentrifuge ausgebildete Naßklassiereinrichtung eingeführt. Innerhalb der rotierenden Schleudertrommel werden die schwereren und gröberen Partikel schneller als die leichte­ ren und feineren der Suspension radial nach außen gegen die Trommelwand geführt, wo sie sich als Sediment absetzen. Das Sediment wird in Reinigungsphasen der Naßklassiereinrich­ tung von der Trommelwand gelöst, wobei hierzu, je nach Aus­ führungsform, Reinigungsflüssigkeiten, mechanische Reini­ gungseinrichtungen, wie Messer etc., eingesetzt werden. Das in der Reinigungsflüssigkeit redispergierte Sediment wird schließlich aus der Schleudertrommel abgeführt und bei­ spielsweise einer getrennt angeordneten Kugelmühle zuge­ führt, in der der Grobanteil der redispergierten Suspension gemahlen wird. Die aufbereitete Suspension kann dann erneut in das System eingeführt werden, beispielsweise dem Vor­ mischtank zugeführt werden.

Die klassierte Suspension wird während des Klassiervorgan­ ges kontinuierlich von der Naßklassiereinrichtung abgezogen und der weiteren Verwendung zugeführt.

Zur fliegenden Lagerung der Schleudertrommeln auf der An­ triebswelle weist die vertikal angeordnete Schleudertrommel eine zentrale Nabe im unteren Bereich auf, die am Wellenen­ de befestigt ist. Die Welle ist über geeignete Lagerein­ richtungen gelagert.

Um die Verweilzeit des zu klassierenden Materiales inner­ halb der Schleudertrommel auf einen möglichst großen Wert zu bringen und auf diese Weise eine bessere Klassierung zu erreichen, ist man bestrebt, den Innendurchmesser der Schleudertrommel möglichst groß zu machen. Andererseits will man die Schleudertrommel auch möglichst hoch bauen, um einen entsprechend hohen Materialdurchsatz zu erreichen. Bei einer fliegend gelagerten Schleudertrommel ergeben sich jedoch, wenn diese relativ hoch ausgebildet ist, Probleme, da wegen des auf diese Weise entstehenden großen Hebelarmes sehr hohe Lagerbelastungen entstehen, die zu Taumeleffekten etc. führen. Es müssen daher entsprechend größere Lager vorgesehen werden, oder es muß mit geringeren Drehzahlen gefahren werden, was wiederum zu einer Beschränkung des Schleuderfaktors führt.

Versucht man, den Hebelarm zu verkleinern, indem man das Wellenlager möglichst nahe am Schwerpunkt der Schleuder­ trommel anordnet, so hat dies den Nachteil, daß die radiale Abmessung der Schleudertrommel durch die Anordnung von Na­ be, Welle und Lager stark reduziert wird, so daß in diesem Trommelbereich nur eine verkürzte Radialabmessung zur Ver­ fügung steht, was zu einer Verringerung der Verweilzeit des zu klassierenden Materials führt.

Aufgrund dieser Gegebenheiten hat man im Stand der Technik die Schleudertrommel relativ gedrungen gebaut. So weisen die bekannten Naßklassiereinrichtungen ein Schlankheitsver­ hältnis der Schleudertrommel L/D, wobei L die Länge oder Höhe der in der Schleudertrommel zur Verfügung stehenden Klassierfläche und D der Innendurchmesser der Schleuder­ trommel ist, auf, das beim überwiegenden Teil der bisher gebauten Naßklassiereinrichtungen bei 0,5-0,64 liegt. Mit anderen Worten, die Naßklassiereinrichtungen des Stan­ des der Technik besitzen eine Schleudertrommel, bei der der Innendurchmesser größer ist als die Länge oder Höhe der in der Schleudertrommel zur Verfügung stehenden Klassierflä­ che. Auf diese Weise läßt sich eine problemlose fliegende Lagerung der Schleudertrommel erreichen, ohne daß Lagerpro­ bleme oder Laufprobleme der Trommel entstehen. Schlankere Trommeln hielt man wegen der hierdurch entstehenden Lauf- und/oder Lagerprobleme sowie der eingeschränkten Radialab­ messung und der damit verbundenen geringeren Verweilzeiten für nicht zweckmäßig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Naßklassiereinrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die sich bei hohen Schleuderfaktoren durch eine besonders große Klassierfläche auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Naßklas­ siereinrichtung der angegebenen Art dadurch gelöst, daß das Schlankheitsverhältnis der Schleudertrommel L/D < 1,2 ist, wobei L die Länge oder Höhe der in der Schleudertrommel zur Verfügung stehenden Klassierfläche und D der Innendurchmes­ ser der Schleudertrommel ist.

Erfindungsgemäß wurde im Gegensatz zur herrschenden Auffas­ sung des Standes der Technik festgestellt, daß keine lange Verweilzeit des zu klassierenden Materiales innerhalb der Schleudertrommel erforderlich ist, um eine scharfe Klassie­ rung zu erreichen. Es ergibt sich somit, daß die radiale Abmessung der Schleudertrommel ohne das Inkaufnehmen von Nachteilen in bezug auf die Klassierung relativ kurz gehal­ ten werden kann. Diese erfindungsgemäße Erkenntnis ermög­ licht es, die Welle möglichst tief in die Schleudertrommel einzubauen und damit auch das zugehörige Hauptlager der Welle möglichst nahe am Schwerpunkt der Schleudertrommel anzuordnen, so daß auch bei einem großen Schlankheitsver­ hältnis gute Laufeigenschaften der Trommel erzielt werden. Erfindungsgemäß wurde daher eine neue Trommelbauart konzi­ piert, nämlich eine solche mit einem Schlankheitsverhältnis < 1,2, wodurch eine große Klassierfläche bei kleinem Trom­ meldurchmesser und hohen Schleuderfaktoren (hohen Drehzah­ len) erreicht wird, ohne daß eine schlechte Laufqualität in kauf genommen werden muß.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Distanz zwischen der Aufgabe der zu klassie­ renden Suspension und der Entnahme der klassierten Suspen­ sion erhöht wird. Bei derartigen Naßklassiereinrichtungen erfolgt nämlich in der Regel die Aufgabe im Bereich des un­ teren Trommelendes, während die Entnahme im Bereich des oberen Trommelendes erfolgt. Auf diese Weise wird die Ge­ fahr des Entstehens von Kurzschlußströmungen sowie eines Spritzkorndurchschlages weiter reduziert.

Es ist bekannt, die Schleudertrommel durch horizontale Trennwände in voneinander getrennte und übereinander ange­ ordnete Kammern aufzuteilen. Bei der erfindungsgemäßen Lö­ sung, die eine große Länge bzw. Höhe der in der Schleuder­ trommel zur Verfügung stehenden Klassierfläche ermöglicht, kann somit die Anzahl der übereinander angeordneten Kammern erhöht werden. So werden bei der erfindungsgemäßen Lösung vorzugsweise 6, 7 oder mehr Kammern übereinander angeordnet.

Es wurde bereits erwähnt, daß sich bei der erfindungsgemä­ ßen Lösung die Welle vorzugsweise möglichst weit von der Unterseite der Schleudertrommel aus in diese hinein er­ streckt und daß das Hauptlager der Welle dementsprechend möglichst weit innerhalb der Schleudertrommel angeordnet ist. Besonders bevorzugt wird eine Lösung, bei der die ver­ tikale Mitte des Hauptlagers der Welle auf einer Höhe, ge­ messen vom inneren unteren Ende der Schleudertrommel aus, angeordnet ist, die mehr als 25% der Länge oder Höhe der in der Schleudertrommel zur Verfügung stehenden Klassier­ fläche beträgt. Auf diese Weise gelingt es, die erwähnten stabilen Laufeigenschaften zu erreichen. Vorzugsweise ist das Hauptlager dabei möglichst nahe am Schwerpunkt der Schleudertrommel angeordnet.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Naßklassierein­ richtung ein weiteres Wellenlager auf, das unterhalb des Hauptlagers angeordnet ist. Dieses zweite Wellenlager ist vorzugsweise in einem Bereich angeordnet, der dem unteren Ende der Schleudertrommel entspricht.

Die Welle besitzt zweckmäßigerweise einen direktgekuppelten Antrieb, um durch den Antrieb bewirkte Momente zu vermei­ den. Auf diese Weise lassen sich die Laufeigenschaften wei­ ter verbessern.

Die Schleudertrommel ist so ausgebildet, daß sie eine sich von ihrem unteren Ende aufwärts erstreckende zentrale zy­ lindrische Ausnehmung besitzt, die die Antriebswelle nebst Lagern aufnimmt. An die Ausnehmung schließt sich oben eine zentrale Nabe an, die den oberen Endbereich der Antriebs­ welle umgibt. Dabei weist die Antriebswelle vorzugsweise in ihrem oberen Endbereich einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser auf, an dem die Nabe der Schleudertrommel durch Reibkontakt fixiert ist.

Es versteht sich, daß durch die tiefe Einführung der Welle mit Lagern sowie die Ausbildung der Nabe der Schleudertrom­ mel oberhalb des Wellenhauptlagers ein relativ hoher Be­ reich innerhalb der Schleudertrommel entsteht, in dem der zur Verfügung stehende Klassierraum in der Draufsicht nur die Form eines Kreisringes anstelle eines Kreises besitzt, so daß in diesem Bereich eine relativ geringe Radialabmes­ sung des Klassierraumes bzw. der Klassierkammern zur Verfü­ gung steht. Wie vorstehend ausgeführt, wurde jedoch erfin­ dungsgemäß festgestellt, daß dieser "radial verkürzte" Klassierraum vollständig ausreichend ist, um eine scharfe Klassierung zu erreichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen be­ schrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine Naßklassiereinrichtung.

Die in der einzigen Figur dargestellte Naßklassiereinrich­ tung besitzt ein stationäres Gehäuse 1 mit einem darauf an­ geordneten Deckel 15. Das stationäre Gehäuse 1 ist über ge­ eignete Vibrationsdämpfungseinrichtungen auf einem Lagerge­ stell gelagert. Innerhalb des stationären Gehäuses 1 ist eine Schleudertrommel 2 mit vertikaler Achse angeordnet, die von einer vertikalen Welle 8 in Rotation versetzt wird. Die vertiakle Welle 8 erstreckt sich von unten in die Schleudertrommel 2 hinein. Sie wird von einem Lagergehäuse 11 umgeben, das ein oberes Hauptlager 9 und ein unteres zweites Lager 10 zum Lagern der Welle 8 enthält. Das Lager­ gehäuse 11 ist an einer Platte 17 befestigt, welche wieder­ um am stationären Gehäuse 1 befestigt ist. Die Welle 8 er­ streckt sich durch das Lagergehäuse 11 und die Platte 17 nach unten über eine geeignete Kupplungseinrichtung 18 bis zu einem einen Direktantrieb bildenden Elektromotor 12. Die Drehzahl der Welle 8 ist regelbar.

Die Schleudertrommel 2 weist eine geeignete Zuführung 13 für die zu klassierende Suspension auf, die sich in der Form eines Rohres durch die oben offene Schleudertrommel in diese hinein bis zu deren unterem Endbereich erstreckt und dort eine Austrittsöffnung aufweist. Die klassierte Suspen­ sion wird über ein Abzugsrohr 16 vom oberen Ende der Schleudertrommel 2 abgezogen. Ein Abzugsrohr 14 am unteren Ende der Schleudertrommel dient zum Abziehen des Sedimen­ tes.

Wie man der Figur entnehmen kann, ist die Schleudertrommel somit in ihrem unteren Bereich kreisringförmig und in ihrem oberen Bereich kreisförmig ausgebildet. Horizontale Trenn­ wände 4 unterteilen das Innere der Schleuderkammer in 6 übereinander angeordnete Klassierkammern 3, in deren radia­ len Endbereichen das Sediment abgelagert wird. Dieses wird von dort über geeignete Reinigungseinrichtungen (nicht ge­ zeigt) entfernt.

Wie vorstehend erwähnt, besteht die erfindungsgemäße Ziel­ setzung darin, die Schleudertrommel 2 möglichst schlank auszubilden und dabei das Hauptlager 9 der Welle möglichst mittig, d. h. im Bereich des Schwerpunktes der Schleuder­ trommel, anzuordnen. Dies ist bei der vorliegenden Ausfüh­ rungsform realisiert. Man erkannt, daß hierbei das Hauptla­ ger 9 so tief in der Schleudertrommel angeordnet ist, daß die vertikale Mitte des Hauptlagers 9 der Welle 8 auf einer Höhe h, gemessen vom inneren unteren Ende der Schleuder­ trommel aus, angeordnet ist, die etwa 40% der Länge oder Höhe L der in der Schleudertrommel 2 zur Verfügung stehen­ den Klassierfläche beträgt. Ferner besitzt das Schlank­ heitsverhältnis L/D der Schleudertrommel, d. h. das Verhält­ nis zwischen der Länge oder Höhe der in der Schleudertrom­ mel zur Verfügung stehenden Klassierfläche und dem Innen­ durchmesser der Schleudertrommel, einen Wert von etwa 1,24. Es versteht sich, daß die vorstehend wiedergegebenen Werte rein beispielhaft sind. Bei dieser Ausführungsform ergeben sich in der Schleudertrommel 2 sechs übereinander angeordnete Klassierkammern 3.

Wie erwähnt, sind im Lagergehäuse 11 ein oberes Hauptlager 9 und ein unteres zweites Lager 10 für die Welle 8 angeord­ net. Hierdurch ergibt sich eine stabile Lagerung. Die Welle 8 erstreckt sich oben aus dem Lagergehäuse 11 heraus und endet in einem Abschnitt mit reduziertem Durchmesser. An diesem Abschnitt ist die zentrale Nabe 6 der Schleudertrom­ mel fixiert, die in axialer Verlängerung der zylindrischen Innenwand 5 der Schleudertrommel ausgebildet ist. Die Fi­ xierung ist dabei über Reibkontakt (bei 7) realisiert. Am oberen Ende ist die Nabe 6 über einen Deckel geschlossen.

Die Funktionsweise einer derartigen Naßklassiereinrichtung ist bekannt und soll an dieser Stelle nicht mehr erläutert werden. Wesentlich ist, daß sich durch das hohe Schlank­ heitsverhältnis eine große Distanz zwischen Aufgabe und Entnahme und somit eine Reduzierung der Gefahr von Kurz­ schlußströmungen ergibt, die letztendlich zu einer besseren Trennung führt. Ferner werden ein hoher Schleuderfaktor (es kann mit großen Drehzahlen gefahren werden) und eine große Klassierfläche durch eine Vielzahl von übereinander ange­ ordneten Kammern erreicht.

Claims (7)

1. Naßklassiereinrichtung in Form einer Zentrifuge mit einem stationären Außengehäuse, einer im Außengehäuse angeordneten und fliegend gelagerten Schleudertrommel, einer vertikal angeordneten Welle zum Rotierenlassen der Schleudertrommel, einer Reinigungsvorrichtung so­ wie Zu- und Abführungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlankheitsverhältnis der Schleudertrommel (2) L/D < 1,2 ist, wobei L die Länge oder Höhe der in der Schleudertrommel (2) zur Verfügung stehenden Klassier­ fläche und D der Innendurchmesser der Schleudertrommel (2) ist.

2. Naßklassiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schleudertrommel (2) durch hori­ zontale Trennwände (4) voneinander getrennte Kammern (3) aufweist.

3. Naßklassiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Mitte des Hauptla­ gers (9) der Welle (8) auf einer Höhe (h), gemessen vom inneren unteren Ende der Schleudertrommel (2) aus, angeordnet ist, die mehr als 25% der Länge oder Höhe (L) der in der Schleudertrommel (2) zur Verfügung ste­ henden Klassierfläche beträgt.

4. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptlager (9) möglichst nahe am Schwerpunkt der Schleudertrommel (2) angeordnet ist.

5. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein weite­ res Wellenlager (10) aufweist, das unterhalb des Hauptlagers (9) angeordnet ist.

6. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (8) einen direkt gekuppelten Antrieb (12) besitzt.

7. Naßklassiereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (8) in ihrem oberen Endbereich einen Abschnitt mit redu­ ziertem Durchmesser besitzt, an dem die Nabe (6) der Schleudertrommel (2) durch Reibkontakt fixiert ist.