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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trocknung von Granulatkörnern, z. B. aus einem Kunststoffmaterial, mit einem Gehäuse mit einem Granulatkörner-Prozessfluid-Einlass, einem Granulatkörner-Auslass und einem Fluid-Auslass, wobei in dem Gehäuse ein drehbarer Rotor angeordnet ist mit daran angeordneten Rotorschaufeln, welche den Granulatkörnern und einem Prozessfluid, bevorzugt Wasser, jeweils eine Bewegungsrichtung aufprägt, so dass das Prozessfluid, in welchem sich die Granulatkörner ursprünglich befinden, dort von den Granulatkörnern in einem Fluidabführbereich mit zumindest einem den Rotor zumindest abschnittsweise außen umgebenden Sieb mit Sieböffnungen mit einer Größe kleiner als die Granulatkörner, mittels Durchtritt von einer Siebvorderseite zu einer Siebrückseite abtrennbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Generell werden solche Vorrichtungen beispielsweise als Zentrifugaltrockner unter der Produktbezeichnung CENTRO vom Unternehmen Maag Automatik GmbH angeboten und vertrieben. Zur Trocknung von Granulatkörnern sind dabei gelegentlich zusätzliche Vor- und/oder Nachtrockner, wie etwa Vorentwässerungsstrecken oder Trockenbetten, erforderlich, was zum einen konstruktiven Mehraufwand bedeutet, zusätzlichen Raum beansprucht und aufgrund der zusätzlichen entsprechenden Gerätschaften zum anderen auch den Wartungsaufwand und den Energieverbrauch der Gesamtanlage erhöht.
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Die Europäische Patentanmeldung
EP 0 653 277 A2 beschreibt einen Granulattrockner für abrasive und schlagempfindliche Kunststoffgranulate, bei welchem feuchte luft zusätzlich durch den dortigen Siebkorb als auch durch in dem dortigen Rotor eingebrachte Bohrungen abgesaugt wird.
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Die Deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2007 040 135 A1 zeigt einen Zentrifugaltrockner mit konischer Sieb- und Rotorschaufelanordnung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Trocknung von Granulatkörnern aus einer Schmelze vorzusehen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet, und insbesondere eine Vorrichtung vorzusehen, welche auf konstruktiv einfache Weise die Trocknung von Granulatkörnern automatisiert, zuverlässig und mit möglichst geringem Energieaufwand ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zur Trocknung von Granulatkörnern mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trocknung von Granulatkörnern weist ein Gehäuse und eine sich darin befindliche Bewegungsaufprägungseinrichtung auf, welche den Granulatkörnern und einem Prozessfluid jeweils lokal eine voneinander abweichende Bewegungsrichtung aufprägt, so dass das Prozessfluid, in welchem sich die Granulatkörner ursprünglich befinden, dort, d. h. in dem Gehäuse, von den Granulatkörnern in einem Entwässerungsbereich mit zumindest einem Sieb mit Sieböffnungen mit einer Größe kleiner als die Granulatkörner mittels Durchtritt von einer Siebvorderseite zu einer Siebrückseite abtrennbar ist. Die Begriffe Siebvorderseite bzw. Siebrückseite bezeichnen dabei die beiden Seiten der Siebfläche, nämlich die Seite, auf der das Siebgut verbleibt, bzw. die Rückseite der Siebfläche, in deren Bereich das Prozessfluid und die Gegenstände, d. h. Granulatkörner und Staub, welche kleiner als die Sieböffnungen sind, nach Durchtritt durch die Sieböffnungen gelangen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Gestaltung der Rotorschaufeln auf, bei welcher die Rotorschaufeln zumindest abschnittsweise wendelartig an der Rotorwelle angeordnet sind und dabei zumindest abschnittsweise eine Außenkontur aufweisen, welche der Innenkontur des Siebs entspricht. D. h., in Einbaulage sind die entsprechenden Rotorschaufeln mit ihren Außenkonturen, d. h. mit den jeweiligen Außenkanten, jeweils im dortigen Bereich mit einem vorgegebenen Abstand von der Innenkontur des Siebs beabstandet angeordnet, wobei zur Verbesserung des Transports der Granulatkörner die entsprechenden Rotorschaufeln erfindungsgemäß wendelartig ausgeführt sind. Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Rotorschaufeln kann somit auf konstruktiv einfache Weise zum einen ein effektiver Transport der Granulatkörner mit einer effektiven Trennung von Granulatkörnern und Prozessfluid erfolgen, wobei gleichzeitig der Betrieb der so gestalteten Trocknungsvorrichtung dahingehend verbessert ist, dass die Neigung von Granulatkörnern, sich im Bereich des Rotors zu verklumpen dadurch vermieden werden kann.
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Erfindungsgemäß bevorzugt können die wendelartig angeordneten Rotorschaufeln in Einbaulage der Rotorwelle von unten nach oben eine veränderte, besonders bevorzugt eine koninuierlich über die Höhe veränderte, Wendelsteigung aufweisen. Dadurch können die Verweildauer und die aufgeprägten Bewegungskomponenten entsprechend an den jeweiligen Orten beeinflusst werden.
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Erfindungsgemäß bevorzugt weist der Rotor eine hohle Rotorwelle mit Rotorbohrungen auf, welche zumindest abschnittsweise in der hohlen Rotorwelle angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist zusätzlich ein Lüfterrad koaxial auf der Rotorwelle so angebracht, dass mittels des Lüfterrads Luft über den Granulatkörnerauslass und die Rotorbohrungen ins Innere der hohlen Rotorwelle ansaugbar ist und über einen Lüfterradluftauslass aus dem Gehäuse abführbar ist. Die Rotorbohrungen können im Wortsinn als Bohrungen, als Ausstanzungen oder als sonst im Rahmen eines Herstellungsverfahrens in der Rotorwelle eingebrachte Öffnungen verstanden werden. Die ansaugbare Luft kann zum einen, wie beansprucht, über den Granulatkörnerauslass angesogen werden, gegebenenfalls aber auch über andere Öffnungen im Trocknergehäuse.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den entsprechenden technischen Merkmalen nutzt die aufgeprägten Kräfte bzw. Kraftkomponenten auf die Granulatkörner bzw. das Prozessfluid, aufgeprägt durch den Rotor mit den Rotorschaufeln, so dass dadurch eine Bewegung der Granulatkörner bzw. des Prozessfluids in Richtung der Entwässerungssieböffnungen zwangsweise geprägt wird, damit so die Granulatkörner bestimmter Größe bzw. das Prozessfluid durch den Durchtritt durch die entsprechenden Sieböffnungen voneinander getrennt werden. Insbesondere kann die dabei verwendete Kraftkomponente eine Zentrifugalkraftkomponente sein, welche das Prozessfluid bzw. die Granulatkörner zentrifugal in einer ansonsten aufgeprägten Kurvenbewegung, insbesondere einer Wendelbewegung, bewegt, nämlich durch den Rotor mit den Rotorschaufeln.
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Durch den erfindungsgemäßen Rotor mit hohler Rotorwelle und das zusätzliche Lüfterrad wird bevorzugt im Gegenstrom eine zusätzliche Luftströmung in der erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung so aufgeprägt, dass eine Entwässerung bzw. eine Trennung von Granulatkörnern und Prozessfluid besonders einfach und zuverlässig erfolgen kann. Die Integration eines zusätzlichen Lüfterrads koaxial angebracht an der Rotorwelle ergibt eine konstruktiv einfache Maßnahme, welche insbesondere zusätzliche Lager erfindungsgemäß vermeiden kann.
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Zur weiteren Vermeidung der Verklumpungsneigung von Granulatkörnern im Bereich des Rotors weisen Hüllkurven der Außenkontur der Rotorschaufeln und der Innenkontur des Siebes eine koaxiale Anordnung auf, d. h. sie sind im jeweiligen Bereich axial voneinander einheitlich weit entfernt, und erfindungsgemäß weist die innenliegende Hüllkurve der Rotorschaufeln radial einen Abstand von der außen liegenden Hüllkurve des Siebs im Bereich des vier- bis zwanzigfachen des durchschnittlichen Durchmessers der Granulatkörner auf.
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Erfindungsgemäß bevorzugt können die Rotorschaufeln und das Sieb zumindest abschnittsweise in Einbaulage in der erfindungsgemäßen Vorrichtung von oben nach unten im vertikalen Querschnitt davon gesehen einen konisch verjüngenden Verlauf aufweisen. D. h., im Querschnitt sind die radialen Durchmesser des Rotors mit den daran angebrachten Rotorschaufeln und des umgebenden Siebes dabei von unten nach oben im Durchmesser zunehmend gestaltet. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Entwässerung und erlaubt gleichzeitig eine weitgehend zusätzlich verbesserte Vermeidung der Verklumpungsneigung der im oberen Bereich schon im Wesentlichen vom Prozessfluid befreiten Granuulatkörner.
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Besonders einfach in der Gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein bevorzugter Aufbau, bei welchem der Rotor und das Lüfterrad so aneinander angebracht sind, dass sie mit gleicher Drehzahl drehbar sind. Der Rotor und das Lüfterrad können dabei miteinander verschraubt sein, aneinander angeschweißt sein, oder in sonstiger Weise miteinander entsprechend verbunden sein.
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Besonders effektiv und einfach in der Konstruktion ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Rotor und das Lüfterrad von einem gemeinsamen Motor angetrieben werden.
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Erfindungsgemäß drehen sich dabei Rotor und Lüfterrad mit der gleichen Drehzahl.
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Um auch die Schwerkraftkomponente bei der Entwässerung effizient auszunutzen und um eine Gegenstromsituation bzgl. der Luft in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ermöglichen, ist das Lüfterrad gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der Einbaulage in der erfindungsgemäßen Vorrichtung oberhalb des Rotors angeordnet.
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Erfindungsgemäß bevorzugt sind die Rotorbohrungen zumindest in einem mittleren Bereich des Rotors angeordnet. Damit kann die Gegenstromsituation, welche eine besonders effektive Entwässerung bzw. Trennung von Granulatkörnern und Prozessfluid ermöglicht, besonders einfach realisiert werden. Außerdem kann somit vermieden werden, dass in der Einbaulage des erfindungsgemäßen Rotors Prozessfluid über Rotorbohrungen im unteren Bereich des Rotors dort in die hohle Rotorwelle gelangen könnte.
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Um zum einen eine zusätzliche Querströmung zwischen der Hauptbewegungsrichtung der von Prozessfluid zu befreienden Granulatkörner und der Luft in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzusehen, können die Rotorbohrungen zumindest im mittleren Bereich des Rotors einen Durchmesser im Bereich vom 0,25 bis 0,4 fachen des Innendurchmessers der hohlen Rotorwelle aufweisen. Somit kann ein besonders starker Luftstrom durch die erfindungsgemäße Anordnung realisiert werden.
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Zusätzlich kann zur Verbesserung des Querstromanteils der erfindungsgemäß geförderten Luft die Anordnung der Rotorbohrungen so ausgeführt sein, dass zumindest im unteren oder oberen Bereich des Rotors diese einen Durchmesser im Bereich vom 0,5 bis 2-fachen des Durchmessers der Granulatkörner aufweisen. Somit kann auch im oberen und unteren Bereich des Rotors in Einbaulage eine entsprechend zusätzliche Luftströmung vorgesehen werden, wobei allerdings durch die Wahl der Größe der Rotorbohrungen dann zum einen ein Eindringen von Prozessfluid in die hohle Rotorwelle als auch von Granulatkörnern in die hohle Rotorwelle weitgehend vermeidbar ist.
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Generell entspricht ein Durchmesser der Rotorbohrungen im Bereich vom 0,5 bis 2-fachen des Durchmessers der Granulatkörner einem wesentlich kleineren Durchmesser im Vergleich zum 0,25 bis 0,4 fachen des Innendurchmessers der hohlen Rotorwelle. D. h., erfindungsgemäß bevorzugt sind die Rotorbohrungen im mittleren Bereich der hohlen Rotorwelle des Rotors wesentlich größer als im oberen oder unteren Bereich des Rotors.
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Um eine besonders effektive Reinigung und auch eine verbesserte Servicemöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzusehen, kann der Rotor zusammen mit dem Lüfterrad aus der Einbaulage nach oben aus dem Gehäuse erfindungsgemäß bevorzugt entnehmbar sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beispielhaft erläuterten Ausführungsformen näher beschrieben werden. In den Figuren zeigt:
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1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Trocknung von Granulatkörnern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Längsschnittansicht der Vorrichtung zur Trocknung von Granulatkörnern der 1;
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3 eine schematische Ansicht der Rotor- und Lüfterradanordnung der Vorrichtung zur Trocknung von Granulatkörnern der 1 und 2; und
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4 eine schematische Längsschnittansicht der Rotor- und Lüfterradanordnung der 3.
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Trocknung von Granulatkörnern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Gehäuse 1 mit einem Granulatkörner-Prozessfluid-Einlass 6, einem Granulatkörner-Auslass 7 und einem Fluidauslass (in den Figuren nicht gezeigt) auf. Das Innere der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann, wie später beschrieben wird, durch Abheben des oberen Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung (in 1 durch den Doppelpfeil im oberen Bereich dargestellt) nach oben aus dem Gehäuse 1 der Vorrichtung entnommen werden.
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Die 2 zeigt eine schematische Längsschnittansicht der Vorrichtung zur Trocknung von Granulatkörnern der 1.
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Im Gehäuse 1 ist darin ein drehbarer Rotor 2 angeordnet, mit darin angeordneten Rotorschaufeln, welche den Granulatkörnern und einem Prozessfluid jeweils eine Bewegungsrichtung aufprägen, so dass das Prozessfluid, in welchem sich die Granulatkörner ursprünglich noch befinden, dort im Bereich der Drehung des Rotors von den Granulatkörnern im Fluidabführbereich mittels einem den Rotor zumindest abschnittsweise außen umgebenden Sieb mit Sieböffnungen 5 mit einer Größe kleiner als die Granulatkörner, mittels Durchtritt von der Siebvorderseite zur Siebrückseite abtrennbar sind.
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Der Rotor 2 weist eine hohle Rotorwelle 9 auf, in welcher zumindest abschnittsweise Rotorbohrungen 10 ausgebildet sind. Die Rotorbohrungen 10 im mittleren Bereich der Rotorwelle 9 sind dabei größer als die Rotorbohrungen 10 im oberen bzw. unteren Bereich der Rotorwelle 9. Mittels einfachen Pfeilen ist der Luftweg in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Mittels der Blockpfeile ist der Weg der Granulatkörner in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Wie ersichtlich, wird das Granulatkörnerprozessfluidgemisch im unteren Bereich des Gehäuses 1 dort zugeführt und durch Drehung des Rotors und durch die entsprechend angeordneten Rotorschaufeln 3 an dem Rotor mit einer Bewegungsrichtung nach oben geführt, wobei durch die Drehung des Rotors das Prozessfluid unter Einfluss dieser Drehung radial nach außen durch das Sieb 4 mit Sieböffnungen 5 gedrückt wird und dann über den Prozessfluidauslass (in den Figuren wie gesagt nicht gezeigt) vom Gehäuse abgeführt wird. Durch das koaxial auf der Rotorwelle 9 angebrachte Lüfterrad wird Luft über den Granulatkörnerauslass 7 und die Rotorbohrungen 10 ins Innere der hohlen Rotorwelle 9 angesaugt und über einen Lüfterradluftauslass 8 aus dem Gehäuse abgeführt. Dies ist durch entsprechende Pfeile in 2 gezeigt. Insbesondere ist darin auch zu sehen, dass im oberen Bereich der hohlen Rotorwelle Öffnungen zum äußeren Bereich des Lüfterrads hin vorgesehen sind.
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Das Lüfterrad und der Rotor werden von einem gemeinsamen Motor 12 mit gleicher Drehzahl drehbar angetrieben. Zur leichteren Reinigung, wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben, kann der Rotor 2 zusammen mit dem Lüfterrad 11 aus der Einbaulage nach oben aus dem Gehäuse 1 entnommen werden.
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Die Rotorschaufeln 3 sind zumindest abschnittsweise wendelartig an der Rotorwelle 9 angeordnet und weisen dabei zumindest abschnittsweise eine Außenkontur im Bereich ihrer Außenkante auf, welche der Innenkontur des Siebes an der jeweiligen Stelle entspricht. D. h. in der Darstellung der 2, dass die jeweiligen Außenkanten der einzelnen Rotorschaufeln in konstantem Abstand zur Innenseite des Siebes 4 verlaufen. Generell sind Hüllkurven der Außenkontur der Rotorschaufeln und der Innenkontur des Siebes dabei koaxial angeordnet und die innenliegende Hüllkurve der jeweiligen Rotorschaufeln weist radial einen Abstand von der außenliegenden Hüllkurve des Siebes auf, nämlich im Bereich des in 2 dargestellten etwa 5-fachen des durchschnittlichen Durchmessers der mit einer solchen Vorrichtung vom Prozessfluid zu trennenden Granulatkörner. Wie in der entsprechenden Schnittdarstellung der 2 eindeutig zu sehen, weisen die Rotorschaufeln 3 und das Sieb 4 zumindest abschnittsweise in Einbaulage von oben nach unten im vertikalen Querschnitt einen konisch verjüngenden Verlauf auf.
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Wie ebenfalls in der Darstellung der 2 zu sehen, sind die Rotorbohrungen 10 im mittleren Bereich des Rotors 2 größer, nämlich ungefähr im Bereich des 0,3 fachen des Innendurchmessers der hohlen Rotorwelle. Im oberen und unteren Bereich des Rotors sind die Rotorbohrungen mit wesentlich kleinerem Durchmesser ausgeführt, nämlich mit etwa dem 1,5 fachen des Durchmessers der Granulatkörner.
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Die 3 zeigt eine schematische Ansicht der Rotor- und Lüfteranordnung der Vorrichtung zur Trocknung von Granulatkörnern der 1 und 2. Wie in der Darstellung der 3 zu sehen, sind das Lüfterrad 11 und der Rotor 2 aneinander fixiert angebracht. Die hohle Rotorwelle 9 weist insbesondere im mittleren Bereich Rotorbohrungen 10 auf und die erfindungsgemäß gestalteten Rotorschaufeln 3 sind zumindest abschnittsweise wendelartig an der Rotorwelle 9 angeordnet. Dabei nimmt die Steigung der Wendel von unten in 3 nach oben in 3 gesehen jeweils zu, wodurch den Granulatkörnern im jeweiligen Bereich jeweils eine unterschiedliche Strömungskomponente nach oben aufprägbar ist. Im unteren Bereich ist die aufgeprägte Bewegungskomponente durch die entsprechend wendelartig angeordneten Rotorschaufeln höher als im oberen Bereich, wobei im oberen Bereich in der Einbaulage des erfindungsgemäßen Rotors bereits eine weitgehende Trennung von Granulatkörnern und Prozessfluid erfolgt sein dürfte. Erfindungsgemäß könnte es auch funktionale Vorteile z. B. hinsichtlich in bestimmten Bereichen gewünschter Verweilzeiten oder aufgeprägter Bewegungsrichtungen bieten, wenn die Steigung entgegen der Darstellung in der 3 nicht zu- sondern abnehmen würde, was prinzipiell auch möglich wäre.
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Die 4 zeigt eine schematische Längsschnittansicht der Rotor- und Lüfteranordnung der 3. Dabei ist insbesondere zu sehen, dass die im oberen und unteren Bereich der hohlen Rotorwelle 9 angeordneten Rotorbohrungen 10 wesentlich kleineren Durchmesser aufweisen, als die Rotorbohrungen 10 im mittleren Bereich der hohlen Rotorwelle 9.
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Mit der erfindungsgemäß gestalteten Rotorwelle mit den daran erfindungsgemäß angebrachten wendelartig ausgestalteten Rotorschaufeln 3 kann eine besonders effiziente Trennung von Granulatkörnern und Prozessfluid erfindungsgemäß erfolgen. Die zusätzliche Verbindung von Lüfterrad 11 und Rotor 2 steigert durch eine zusätzlich dadurch mögliche Luftförderung den Vorgang der Trennung von Granulatkörnern und Prozessfluid in besonderer Weise.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0653277 A2 [0003]
- DE 102007040135 A1 [0004]
