DE202005017638U1

DE202005017638U1 - Führungsvorrichtung für ein Tauchrührwerk

Info

Publication number: DE202005017638U1
Application number: DE202005017638U
Authority: DE
Original assignee: ENVICON KLAERTECH VERWALT; Envicon Klartechnik Verwaltungsgesellschaft Mbh
Current assignee: STREISAL GMBH, DE
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2015-11-10

Abstract

Führungsvorrichtung (1) für ein Tauchrührwerk (2), bestehend aus einer um einen Punkt (7) schwenkbaren Halterung (10) und einem Schwenklager (7) in unmittelbarer Nähe zur oder in der Wandung (3) eines Behälters (30), welches dem Tauchrührwerk (2) eine Verschwenkung in mindestens einer Raumrichtung ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung aus einer Schiene (10) besteht und der Antrieb des Tauchrührwerkes (2) elektrisch oder hydraulisch erfolgt, wobei die Zuführung (20) der Antriebsenergie oder des Antriebsmediums innerhalb der Schiene (10) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Führungsvorrichtung für ein Tauchrührwerk, bestehend aus einer um einen Punkt schwenkbaren Halterung und einem Schwenklager in unmittelbarer Nähe zur oder in der Wandung eines Behälters, welches dem Tauchrührwerk eine Verschwenkung in mindestens einer Raumrichtung ermöglicht.
Zur Herstellung von Biogas wird Biomasse, meist Gülle, mit nachwachsenden Rohstoffen (Nawaros) vermischte Gülle oder ausschließlich Nawaros in einem sogenannten Fermenter durchmischt und dieser Biomasse Gelegenheit gegeben, zu gären und dabei die erwünschten Faulgase zu produzieren. Ein großes Problem der Biomassenbehälter besteht darin, dass Bestandteile der Biomasse sich zu einer Schwimmdecke verfilzen können, die sich im Laufe der Zeit auf den Boden absenkt. Um zu verhindern, dass sich feste und faserige Stoffe in der Biomasse zu einer die Gasproduktion hemmenden Schwimmdecke verfilzen oder am Boden des Fermenters absetzen, wird die Biomasse umgewälzt, wodurch sich die Feststoffe und die faserigen Bestandteile in der Biomasse verteilen und so der Gärung zugänglich sind, statt sich beispielsweise am Boden des Fermenters zu einem festen Klumpen zu verbacken. Die zur Umwälzung notwendigen Rührwerke sind beim Einsatz in der Schwimmdecke wirkungslos, bedingt durch den kleinen Propellerdurchmesser. Erst beim Eintauchen in das dünnflüssige Substrat wird ein Rührstrudel erzeugt, wobei die Rührwerke häufig in ihrer Position geändert werden müssen, um eine gleichmäßige Konsistenz der Biomasse zu gewährleisten und vorhandene Feststoffe zu suspendieren. Die Führungsvorrichtungen für Tauchrührwerke können dabei erheblichen Belastungen ausgesetzt sein, weil die Rührwerke ein relativ großes Gewicht aufweisen und die umwälzende Biomasse zusätzliche hohe Scherkräfte an den Tauchrührwerken ausübt. Durch die unterschiedliche Konsistenz der Biomasse schwankt die Scherkraft, so dass eine Führungsvorrichtung für die oben beschriebenen Tauchrührwerke außerdem Schwingungen ausgesetzt ist, durch welche die eingesetzten Materialien frühzeitig ermüden und gegebenenfalls brechen.
In der DE 295 06 730 U1 wird ein teleskopischer Mast zur variablen Positionierung eines Tauchrührwerkes offenbart. Derartige Teleskopmasten haben jedoch den Nachteil, dass das Teleskopgeschiebe durch die festen und faserigen Stoffe in der Biomasse verklemmen können und dadurch die Funktion eines derartigen Teleskopgeschiebes langfristig nicht gewährleistet ist. Durch die hohen Scherkräfte ist dieses Teleskopgeschiebe für Tauchrührwerke außerdem nur bei stillstehender Biomasse zu bedienen. Während des Bewegungszustandes der Biomasse kann das Geschiebe verklemmen und sperrt damit die Positionierung eines daran befestigten Tauchrührwerkes.
In der DE 41 20 987 C2 wird ein mechanischer Manipulator beschrieben, der im Wesentlichen aus einem festen, in der Biomasse stehenden Mast besteht, an dem ein Tauchrührwerk entlang läuft. Die Höhe des Tauchrührwerkes wird dabei mit einem Seilzug eingestellt. Diese Seilzug-Manipulatoren weisen aber den Nachteil auf, dass das Seil hoher mechanischer Belastung ausgesetzt ist und dass das Seil durch stetiges Schwingen ermüdet und vorzeitig bricht. Eine Zerstörung des damit aufgehängten Tauchrührwerkes ist somit wahrscheinlich und dem Zweck dieser Vorrichtung abträglich. Auch wird in dieser Vorrichtung die Versorgung des Tauchrührwerkes mit elektrischer Energie durch ein frei durch die Biomasse verlaufendes Kabel vorgenommen, wobei das Kabel ungeschützt ist und aufgrund von Schwingungen durch die vorhandene Rührströmung einer ständigen mechanischen Belastung ausgesetzt ist, wodurch unter anderem Kabelbrüche auftreten können und die Funktionsfähigkeit des Rührwerks beeinträchtigt wird. Ferner können gelöste Komponenten oder Faserbestandteile der Biomasse an dem Kabel oder der Seilzugeinrichtung anhaften oder infolge einer Rührwerksströmung mit diesen verflochten werden, wodurch das Heben und Absenken der Rührwerke nachteilig beeinflusst wird. Die Gefahr ist immer dann besonders hoch, wenn in Abhängigkeit der Positionshöhe des Rührwerks die Kabel oder Seilzugeinrichtung schlaufenförmig angeordnet sind und einerseits die Strömung beeinflusst und andererseits eine Verfilzung der Faserbestandteile begünstigt. Ähnliche seilzugbasierte Führungsvorrichtungen für Tauchrührwerke werden in der DE 196 15 325 A1 und der DE 41 23 664 A1 offenbart, wobei die vorgenannte Problematik ebenfalls nicht gelöst ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Führungsvorrichtung für ein Tauchrührwerk zur Verfügung zu stellen, welche robust ist, keine frei schwingenden mechanischen oder elektrischen Komponenten aufweist und dabei dennoch einfach zu warten ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Halterung aus einer Schiene besteht und der Antrieb des Tauchrührwerkes elektrisch oder hydraulisch erfolgt, wobei die Zuführung der Antriebsenergie oder des Antriebsmechanismus innerhalb der Schiene vorgesehen ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die Einspeisung der Antriebsenergie oder des Antriebsmediums innerhalb der Schiene liegen in der Biomasse keine Schlaufen der Energiezuführung vor und zudem kann auf eine Seilzugeinrichtung verzichtet werden, wodurch die Anhaftung von Bestandteilen der Biomasse ausgeschlossen ist und zu dem kein Strömungswiderstand entsteht. Hierdurch ist beispielsweise sichergestellt, dass die Durchmischung der Biomasse im Behälter durch die Rührwerke nicht oder nur gering beeinflusst wird. Soweit von Fachleuten der Einsatz eines Elektromotors in der Biomasse für nicht möglich gehalten wird, weil eine Explosionsgefahr bestünde, wäre dieses Argument ebenfalls entkräftet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen tauchbaren Elektromotor oder Hydraulikmotor zur Umwälzung der Gülle einzusetzen, wobei der Antriebsmotor an einer Schiene aufgehängt ist, die lediglich in einem Punkt gelagert und am dem dem Tauchrührwerk gegenüberliegenden Ende der Schiene durch eine Vorrichtung zur Repositionierung des Tauchrührwerkes widergelagert ist. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau ergibt sich der Vorteil, dass keine elektrischen Komponenten, wie elektrische Kabel oder Hydraulikzuführungen, frei durch die Biomasse geleitet werden müssen und keine mechanischen Komponenten, wie Geschiebe oder Seilzüge, innerhalb der Biomasse vorliegen, die durch Anhaftungen von Faser- und Feststoffen zu einer Inhomogenität führen . Die Schiene führt selbst auch keine mechanisch beweglichen Teile, die bei mechanischer Belastung, wie Durchbiegung bei hoher Strömung im Fermenter, beschädigt werden könnten. Das Tauchrührwerk kann einfach über die Zuführung in die Biomasse geschoben werden und durch eine Vorrichtung zur Repositionierung, wie eine Hydraulik, eine Zahnstange oder auch ein Flaschenzug, gegebenenfalls widergelagert sein.
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Schiene zur Aufnahme des Tauchrührwerkes in einer Gabel oder einer Mulde aufgehängt ist. Dabei kann die Lagerung in einer Kardan-Lagerung oder in einem Kugelgelenk vorgesehen sein. Durch die Gabel oder Mulde, beispielsweise in der Wandung des Fermenters, kann die Schiene einfach aus der Gabel oder der Mulde befreit werden, ohne dass hierzu eine komplexe Demontage der Führungseinrichtung notwendig wäre. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schiene in einer um die vertikale Achse drehbaren Gabel gelagert, wobei die Gabel einen mit der Gabel drehbaren Tisch aufweist. Auf diesem drehbaren Tisch ist eine Hydraulik oder eine andere Vorrichtung zur Repositionierung des Tauchrührwerkes angeordnet. Der Tisch dient dabei als Widerlager für die Aufhängung der Schiene in der Gabel und ebenso als Hebel zur seitlichen Positionierung des Tauchrührwerkes. Beispielsweise ist es möglich, die vertikale Positionierung durch einen Hydraulik-Stempel, der mit der Schiene lösbar verbunden ist, vorzunehmen und die seitliche Positionierung wird durch eine Zahnstange vorgenommen, die mit dem Tisch einerseits und einem festen Punkt neben dem Fermenter über ein Zahnradgetriebe andererseits verbunden ist. Durch Bewegung von Hydraulik und Zahnstangengetrieben ist es somit möglich, die vertikale, wie auch die horizontale Position des Tauchrührwerkes zu bestimmen.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung ist die Schiene in der Gabel in einem Gleitlager gelagert, wodurch es möglich ist, die Schiene auch in der Eintauchlänge zu variieren, in dem die Schiene aus der Biomasse gezogen oder in diese hineingestoßen wird. Durch die Kombination von Vertikal-, Horizontal- und Längsverschiebung ist es somit möglich, das Tauchrührwerk in drei Freiheitsgraden zu positionieren.
Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung ist eine Vorrichtung zur Einstellung des Strahlwinkels des Tauchrührwerkes. Hierzu wird der Motor des Tauchrührwerkes so auf der Schiene angeordnet, dass durch Verstellen einer Befestigung die Rührachse, die kollinear mit der Propellerstrahlachse verläuft, mit der Schienenachse verstellbar ist. In einer einfachen und bewährten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung wird dieser Winkel α durch eine einmalig feststellbare Verbindung mit der Schiene der Führungsvorrichtung gewählt und nicht verändert. Zwar verändert sich dann der Winkel bei einer Repositionierung des Tauchrührwerkes, die Strahlachsenrichtung ändert sich dabei aber in Bezug auf die Umwälzung der Biomasse nur unwesentlich, so dass von einer variablen Winkeleinstellung abgesehen werden kann, was eine Verringerung des mechanischen Aufwandes bedeutet, der im Betrieb Störungen verursachen kann. Alternative kann eine Verstellbarkeit des Winkels zwischen Schiene und Tauchrührwerk vorgesehen sein.
Zur Abdichtung des Fermenters ist vorgesehen, dass die Durchführung der Schiene durch die Lagerhalterung, besonders der Gabel, durch eine Gummi-Manschette vorgenommen wird. Die Gummi-Manschette ist dabei über die Schiene gestülpt und ein Rahmen, der die Gummi-Manschette aufspannt, ist in dem Umfang der Manschette vorgesehen. Die so gespannte Gummi-Manschette wird nach oben herausschiebbar in der Gabel befestigt, sodass bei einer Demontage des Tauchrührwerkes mitsamt Schiene, die Manschette nicht aufwändig demontiert werden braucht. Die Zuführung der Antriebsenergie oder des Antriebsmediums erfolgt hierbei im wesentlichen innerhalb der Schiene und lediglich am Schienenende tritt die Versorgungsleitung aus der Schiene heraus und wird unmittelbar mit dem Rührwerk verbunden, welches in einem festen oder einstellbaren Winkel mit der Schiene verbunden ist. Eine Änderung der Kabellänge beziehungsweise der Versorgungsleitung ist daher nicht erforderlich und insbesondere befinden sich keine Leitungen im Umfeld der Schiene und damit in der Biomasse, wodurch eine negative Beeinflussung der Strömung ausgeschlossen werden kann und somit der Strömungswiderstand auch nicht verändert wird. Die tauchrührwerkseitige Kabeldurchführung von Schieneninnerem zum Inneren des Tauchrührwerkes kann in vorteilhafter Weise zusätzlich wasserdicht und explosionsgeschützt ausgeführt sein. Hierdurch wird verhindert, dass Feuchtigkeit in das Innere des Tauchrührwerk-Motors oder in das Innere der Schiene gelangt und so die Funktionstüchtigkeit der gesamten Anordnung in Frage stellt.
In Verbindung mit einem Lecksensor im Inneren der Schiene, der Feuchtigkeit oder Faulgase detektiert, kann beispielsweise bei positiver Detektion von Feuchtigkeit oder Faulgas die Energiezufuhr zum Tauchrührmotor unterbrochen werden, um zu verhindern, dass durch einen Kurzschluss der Fermenter in Brand gesetzt wird. Vorgenannte Störungen können ferner zusätzlich durch einen optischen und/oder akustischen Alarm angezeigt werden, um eine schnelle Reaktion herbeizuführen und die Störung zu beseitigen.
Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht durch eine innerhalb der Schiene verlaufende Energieversorgung, wodurch eine Beeinflussung der Strömung durch schlaufenförmige Versorgungsleitungen vermieden wird.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigt
1 eine erfindungsgemäße Führungsvorrichtung in einem Fermenter in zwei verschiedenen Stellungen und
2 eine erfindungsgemäße Führungsvorrichtung in einer ersten Phase eines Ausbaus.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Führungsvorrichtung 1 mit einem daran befestigten Tauchrührwerk 2 in einem Fermenter 30 zur Biogaserzeugung dargestellt. Die Führungsvorrichtung 1 ist an der Wandung 3 des Fermenters 30 um die vertikale Achse verschwenkbar angeordnet und das Tauchrührwerk 2 wird mit Hilfe der Führungsvorrichtung 1 in die Biomasse 13 getaucht und verhindert das Entstehen einer Schwimmdecke innerhalb des Fermentes 30 aus den vorhandenen Bestandteilen der Biomasse, wodurch die Gasproduktion gefördert wird. Ferner wird in einem späteren Stadium das Absinkens der Schwimmdecke auf den Grund des Fermenters 30 verhindert. Der Fermenter 30 ist über eine Gashaube 5 geschlossen und bildet mit dieser eine gasdrucksichere Umgebung, in welcher die Biomasse 13 gären und dabei Biogas erzeugen kann. Zur Umwälzung und Suspendierung der Biomasse 13 wird das Tauchrührwerk 2 erfindungsgemäß innerhalb einer Schiene 10 mit elektrischem Strom versorgt, wodurch ein Motor 11 einen Propeller 12 antreiben kann und wälzt somit die Biomasse 13 um. Zur Leckagekontrolle ist beispielhaft und optional ein Lecksensor 100 in der Schiene 10 vorgesehen, der das Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Faulgas detektiert. Detektiert der Lecksensor 100 eine Leckage, die sich durch Feuchtigkeit oder durch Faulgase in der Schiene 10 bemerkbar macht, so ist vorgesehen, dass beispielsweise die elektrische Stromversorgung des Motors 11 des Tauchrührwerkes 2 unterbrochen wird, um eine Entzündung des Biogases zu vermeiden.
In Arbeitsstellung wird die Schiene 10 in einer Gabel 6 durch ein Lager 7 gehalten und der aus dem Fermenter 30 herausragende Teil der Schiene 10 wird über die widerlagernde Wirkung eines mit der Gabel 6 um die vertikale eines drehbaren Tisches 8 mit einer Hydraulik 9 in seiner Winkelposition verstellt. Die Stellung des Motors 11 und damit der Winkel α zwischen der Schienenachse 14 und der Rührachse 15 der Propeller 12 wird über eine Winkeleinstellung 21 fest oder veränderlich eingestellt. Wird die Hydraulik 9 bewegt, so verändert sich der Abstand zwischen dem aus dem Fermenter 30 herausragenden Teil der Schiene 10 und dem Tisch 8 der erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung 1. Zur Wartung des Tauchrührwerkes 2 wird die Hydraulik so weit eingefahren, dass das Tauchrührwerk 2 aus der Biomasse herausragt und über die Wandung 3 des Fermenters 30 bei geöffneter Gashaube 5 verholt werden kann.
In 2 ist eine angehobene Stellung der erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung 1 zur Entnahme des Tauchrührwerkes 2 gezeigt, wobei das Tauchrührwerk 2 bereits über die Wandung 3 des Fermenters 30 bei geöffneter Gashaube 5 ragt und auf der Wandung 3 zu liegen kommt. In dieser Stellung ist die Schiene 10 noch mit der Hydraulik 9 am drehbaren Tisch 8 verbunden. Dabei liegt die Schiene 10 in einer Gabel 6 und wird dort durch eine nicht eingezeichnete Gummimanschette abgedichtet. Zu weiteren Entnahme kann die Gummimanschette entfernt und die lösbare Verbindung zwischen Hydraulik 9 und Schiene 10 gelöst werden. Alternativ kann die Schiene 10 in einer Rollenführung der Gabel 6 geführt sein, sodass die Schiene 10 zusätzlich seitlich innerhalb der Gabelführung herausgezogen werden kann.

1: Führungsvorrichtung
2: Tauchrührwerk
3: Wandung
4: Boden
5: Gashaube
6: Gabel
7: Schwenklager
8: Tisch
9: Hydraulik
10: Schiene
11: Motor
12: Propeller
13: Biomasse
14: Schienenachse
15: Rührachse
20: Stromkabel
21: Winkeleinstellung
30: Fermenter
100: Lecksensor

Claims

Führungsvorrichtung (1) für ein Tauchrührwerk (2), bestehend aus einer um einen Punkt (7) schwenkbaren Halterung (10) und einem Schwenklager (7) in unmittelbarer Nähe zur oder in der Wandung (3) eines Behälters (30), welches dem Tauchrührwerk (2) eine Verschwenkung in mindestens einer Raumrichtung ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung aus einer Schiene (10) besteht und der Antrieb des Tauchrührwerkes (2) elektrisch oder hydraulisch erfolgt, wobei die Zuführung (20) der Antriebsenergie oder des Antriebsmediums innerhalb der Schiene (10) vorgesehen ist.
Führungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenklager (7) aus einer kardanischen Aufhängung, aus einem Kugelgelenk oder einem in einer Gabel (6) gesicherten Lager besteht.
Führungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenklager (7) um die Vertikale verdrehbar gelagert ist und ein mit der Schiene (10) und dem Schwenklager (7) drehbarer Tisch (8) für ein Widerlager (9) vorgesehen ist.
Führungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (10) über das Schwenklager (7) aus dem Behälter (30) herausragt und dass an diesem herausragendem Teil der Schiene (10) eine Vorrichtung, bevorzugt eine Hydraulik (9) und/oder eine Zahnstange und/oder ein Flaschenzug, zur Verschwenkung der Schiene (10) angeordnet ist.
Führungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) zur Verschwenkung der Schiene (10) an einem drehbaren Tisch (8) befestigt ist.
Führungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (9) zur Verschwenkung der Schiene (10) lösbar an der Schiene (10) befestigt ist und dass das Tauchrührwerk (2) lösbar mit der Schiene (10) verbunden ist.
Führungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenklager (7) durch eine Gummimanschette eine Abdichtung des Behälters (30) aufweist.
Führungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schiene (10) eine Vorrichtung (21) zur Einstellung des Winkels (α) zwischen der Rührachse (15) und der Schienenachse (14) vorgesehen ist.
Führungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (10) eine wasserdichte und explosionsgeschützte Kabeldurchführung zum Tauchrührwerk (2) aufweist.
Führungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Schiene (10) zumindest ein Lecksensor (100) vorgesehen ist.
Führungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lecksensor (100) Feuchtigkeit und/oder Faulgas detektiert.
Führungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lecksensor (100) mit der elektrischen Versorgung des Tauchrührwerks (2) gekoppelt ist und im Falle der Detektion eines Lecks zum Innern der Schiene (10) eine Unterbrechung der elektrischen Versorgung vorgesehen ist.
Führungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lecksensor (100) einen optischen und/oder akustischen Alarm auslöst.