DE202018100291U1

DE202018100291U1 - Zentrifuge

Info

Publication number: DE202018100291U1
Application number: DE202018100291.0U
Authority: DE
Original assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2028-01-19
Also published as: WO2019141605A1; RU2769126C9; RU2020115546A; RU2020115546A3; CA3081915A1; RU2769126C2; EP3740321A1; EP3740321B1

Abstract

Zentrifuge, in der ein fließfähiges Ausgangsprodukt (AP) in einem kontinuierlichen Betrieb in einem Zentrifugalfeld in einer sich drehenden Trommel (1) von Feststoffen F klärbar ist, wobei die Trommel (1) ein Trommeloberteil (4) und ein Trommelunterteil (3) aufweist, und wobei das Trommeloberteil (4) oder das Trommelunterteil (3) einen bewegbaren Kolbenschieber (11) aufweist, durch den Auslassöffnungen (2) in der Trommel (1) geöffnet oder geschlossen werden können, wobei ferner eines oder mehrere Verschleißschutzelemente zum Schutz gegen Abrasivverschleiß vorgesehen sind, gekennzeichnet durch eines oder beide folgender Merkmale: a. die Trommel ist an einer Axial-Ringfläche (4a) des Trommeloberteils (4) oder des Trommelunterteils mit einem oder mehreren ersten Verschleißschutzelement(en) (16) versehen, b. der Kolbenschieber (11) ist an einer korrespondierenden Axial-Ringfläche (11a) mit einem oder mehreren zweiten Verschleißschutzelement(en) (17) versehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, in der ein fließfähiges Ausgangsprodukt in einem kontinuierlichen Betrieb in einem Zentrifugalfeld in einer sich drehenden Trommel von Feststoffen klärbar ist, wobei die Trommel ein Trommeloberteil und ein Trommelunterteil aufweist, und wobei das Trommeloberteil oder das Trommelunterteil einen bewegbaren Kolbenschieber aufweist, durch den Auslassöffnungen in der Trommel geöffnet oder geschlossen werden können, wobei ferner eines oder mehrere Verschleißschutzelemente zum Schutz gegen Abrasivverschleiß vorgesehen sind.
Das mit einer Zentrifugentrommel zu klärende Ausgangsprodukt und somit auch die darin enthaltenen Feststoffe – die Abfallstoffe aber auch Wertstoffe sein können – sind einer hohen Zentripetalbeschleunigung ausgesetzt, die in einem Separator mit vertikaler Drehachse mehr als das 10.000 fache der Erdbeschleunigung (mehr als 10.000 g) betragen kann. Durch die geschlossene Trommel werden die Stoffe im rotierenden System gehalten, in welchem sich ein Druck aufbaut, der proportional zum Quadrat der Winkelgeschwindigkeit „ω²” ist.
Öffnen sich bei einer Feststoffentleerung der Trommel zum Auslass von Feststoffen vorgesehene eine oder mehrere Auslassöffnung(en) am Außenumfang der Trommel, so wird der unter Druck stehende Feststoff mit hoher Geschwindigkeit und somit Energie durch diese Auslassöffnung(en) gepresst. Bei der Feststoffentleerung eines selbstentleerenden Separators bei voller Drehzahl können insofern die Feststoffe, insbesondere abrasive Feststoffe, einen Verschleiß an der/den Austragsöffnung(en) des Trommelunterteils, am Trommeloberteil und insbesondere auch am Kolbenschieber verursachen.
Um diesen Verschleiß zu verringern, ist es bekannt, gefährdete Stellen außen an der Trommel durch besondere Elemente oder durch eine Beschichtung aus einem geeigneten harten Material, z. B. aus Hartmetall, zu schützen (sie z. B. die WO 2004/054719 A1 ).
Die Erfindung hat die Aufgabe, weitere konstruktive Wege zum Schutz von Elementen von und an Zentrifugentrommeln gegen Abrasivverschleiß zu schaffen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Gekennzeichnet ist diese Zentrifuge durch eines oder beide folgender Merkmale:

a) die Trommel ist an einer Axial-Ringfläche des Trommeloberteils oder des Trommelunterteils mit einem oder mehreren ersten Verschleißschutzelement(en) versehen, und/oder
b) der Kolbenschieber ist an einer korrespondierenden Axial-Ringfläche mit einem oder mehreren zweiten Verschleißschutzelement(en) versehen.

Derart wird jeweils auf einfache Weise der Verschleißschutz an der Trommel und/oder an dem Kolbenschieber verbessert.
Nachfolgend werden vorteilhafte Varianten dieser Erfindung erläutert, mit denen jeweils der Verschleißschutz optimierbar ist.
Wird der Kolbenschieber im Trommelunterteil verschieblich geführt, ist das Trommelteil, an dem die ersten Verschleißschutzelemente angeordnet werden, das Trommeloberteil (wozu ggf. auch ein am Trommeloberteil angeordnetes Element wie ein Ring gehört). Wird der Kolbenschieber hingegen im Trommeloberteil verschieblich geführt – was weniger bevorzugt aber realisierbar ist – ist das Trommelteil, an dem die ersten Verschleißschutzelemente angeordnet werden, das Trommelunterteil.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente so ausgestaltet sind, dass sie die gesamte Axial-Ringfläche des Bauteils, an dem sie angeordnet bzw. angebracht sind, abdecken. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass das oder die Bauteile bzw. Funktionsträger, die durch mechanisches Öffnen und Verschließen der Feststoffaustragsöffnungen den Feststoffauslass ermöglichen, an ihrem gesamten Umfang bzw. in Umfangsrichtung ganz mit Verschleißschutzelementen ausgestattet und entsprechend geschützt werden.
Es kann alternativ vorgesehen sein, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente so ausgestaltet sind, dass sie nur einen Teil der Axial-Ringfläche des Bauteils, an dem sie angeordnet sind (also entweder einerseits Trommeloberteil oder – unterteil und/oder andererseits der Kolbenschieber) abdecken. Dann werden entsprechend jeweils Abschnitte der entsprechend abgedeckten Flächen verbessert geschützt.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass an beiden entsprechenden Bauteilen – insbesondere an dem Trommeloberteil und an dem Kolbenschieber – Verschleißschutzelemente vorgesehen sind und dass diese axial im geschlossenen Zustand der Feststoffaustragsöffnungen der Trommel aneinanderstoßen. Derart ergibt sich ein besonders vorteilhafter Schutz beider Bauteile.
Nach einer Variante kann vorgesehen sein, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente so ausgestaltet sind, dass sie nur einen radialen Teil der Axial-Ringfläche des Bauteils, an dem sie angeordnet sind, abdecken.
Nach einer anderen Variante kann hingegen vorgesehen sein, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente so ausgestaltet sind, dass sie nur einzelne Umfangsabschnitte der Axial-Ringfläche des Bauteils, an dem sie angeordnet sind, abdecken, so dass sie keinen umfangsgeschlossenen Ring bilden.
Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente gemeinsam im Zusammenspiel einen umfangsgeschlossenen Ring ausbilden. Derart wird ein besonders vorteilhafter Verschleißschutz realisiert.
Nach einer Variante steht dieser Ring jeweils axial nach innen über das jeweilige Bauteil vor. Derart kann sich hier etwas Feststoff ansammeln, der einen weiteren Verschleißschutz bildet. Dies wird weiter unten und auch anhand der Figurenbeschreibung noch näher erläutert werden. Der Ring kann aber radial nach innen auch bündig mit dem jeweiligen Bauteil abschließen.
Es kann ferner zur Realisierung eines guten Verschleißschutzes und einer guten Montierbarkeit vorgesehen sein, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente (z. B. in zwei Richtungen) formschlüssig an dem Bauteil, dessen Fläche sie abdecken, angeordnet sind.
Unter „Feststoff” werden im Kontext dieser Schrift die Stoffe verstanden, welche durch die Auslassöffnungen der Trommel entleert werden. Dies können z. B. Trübstoffe oder Verschmutzungen sein, aber auch Hilfsstoffe wie Bentonit oder auch Wertstoffe wie Algen, Hefen, Zellkulturen oder Mikroorganismen. Der Begriff Feststoff ist nicht zu eng zu verstehen. Es fällt auch eine ggf. fließfähige Phase darunter, welche durch die vom Kolbenschieber freigebbaren und verschließbaren Öffnungen entleerbar ist.
Das oder die ersten Verschleißschutzelemente können somit so gestaltet sein, dass sie die gesamte Axial-Ringfläche des Trommeloberteils bedecken. Sie können alternativ aber auch so gestaltet sein, dass sie sich radial und/oder in Umfangsrichtung nur über einen Teil der Axial-Ringfläche des Trommeloberteils erstrecken und diese nur teilweise abdecken. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das oder die ersten Verschleißschutzelemente einen umfangsgeschlossenen Ring bilden. Es oder sie können aber jeweils in Umfangsrichtung auch nur abschnittsweise vorgesehen sein, so dass kein umfangsgeschlossener Ring gebildet wird. Es ist aber vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest der radiale Bereich radial vor jeder Austragsöffnung ein Verschleißschutzelement des Trommeloberteils zugeordnet ist. Derart wird der abrasive Verschleiß am Trommeloberteil in diesem gefährdeten Bereich wirksam verringert. Dies ist eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Ein besonders vorteilhafter Verschleißschutz ergibt sich, wenn der Ring aus Verschleißschutzelementen am Trommeloberteil umfangsgeschlossen ausgebildet ist.
Das oder die zweiten Verschleißschutzelemente können entsprechend so gestaltet sein, dass sie die gesamte Axial-Ringfläche des Kolbenschiebers bedecken. Sie können alternativ aber auch so gestaltet sein, dass sie sich radial und/oder in Umfangsrichtung nur über einen Teil der Axial-Ringfläche des Kolbenschiebers erstrecken und diese nur teilweise abdecken. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das oder die zweiten Verschleißschutzelemente einen umfangsgeschlossenen Ring bilden. Es oder sie können aber jeweils in Umfangsrichtung auch nur abschnittsweise vorgesehen sein, so dass kein umfangsgeschlossener Ring gebildet wird. Es ist aber vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest der radiale Bereich radial vor jeder Austragsöffnung ein Verschleißschutzelement des Kolbenschiebers zugeordnet ist. Derart wird der abrasive Verschleiß am Kolbenschieber in diesem gefährdeten Bereich wirksam verringert. Dies ist eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Ein besonders vorteilhafter Verschleißschutz ergibt sich, wenn der Ring aus Verschleißschutzelementen am Kolbenschieber umfangsgeschlossen ausgebildet ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung können die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente als Platten ausgebildet sein, insbesondere als bogenförmige Plattenabschnitte eines ansonsten wenigstens an einer Seite vorzugsweise ebenen Ringes. Sie können dann vorzugsweise eine kreisringsegmentartige Form aufweisen. Dadurch können die Verschleißschutzelemente vorteilhaft kostengünstig ohne großen Verschnitt hergestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die mehreren Verschleißschutzelemente gemeinsam mit jeweils einem (wenn z. B. zwei Halbkreise einen Ring bilden) oder ggf. zwei jeweils angrenzenden Verschleißschutzelementen (wenn z. B. drei oder mehr Ringsegmente einen Ring bilden) jeweils eine gemeinsame Stoßkante auf. Zwischen aneinander grenzenden bzw. stoßenden Stoßkanten ist somit eine Fuge ausgebildet.
Diese Fuge kann zwar nach einer Ausgestaltung ganz oder teilweise radial verlaufen. Bevorzugt wird aber, dass sie ganz oder abschnittsweise nicht radial verläuft sondern um einen Winkel α in Drehrichtung der Trommel geneigt ist. Hierdurch wird verhindert, dass der radial austretende Feststoff dem Verlauf der Fuge folgt und diese erodiert. Da die Richtung des austretenden Feststoffes den Verlauf der Fuge im Wesentlichen mit dem Winkel α kreuzt, wird eine Erosion der Fuge minimiert.
Die Fuge kann auch eine wellenförmige oder zickzack-artige Kontur aufweisen, in der Art, dass benachbarte Verschleißschutzelemente in Umfangsrichtung formschlüssig aneinanderreihbar bzw. aneinander gereiht sind.
Dies bewirkt, dass die radial austretenden abrasiven Feststoffpartikel nicht einer Fuge, die die jeweilige Stoßkante zwischen zwei Verschleißschutzelemente bildet, unmittelbar folgen, sondern durch den wellenförmigen oder zick-zack-artigen Verlauf der Stoßkante vorteilhaft abgebremst werden und somit die Fuge nicht erweitern oder weiter aufschleifen können. Ferner ermöglicht die Wellen- oder Zick-Zackform der Stoßkante außerdem ein Festsetzen der abrasiv wirkenden Feststoffpartikel in der Fuge, wodurch sich ein weiterer vorteilhafter Schutz der Stoßkante vor einer weiteren abrasiven Erweiterung der Fuge ergibt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Stoßkante jeweils eine wechselweise Aneinanderreihung von einen oder mehrere Winkelabschnitt(en) auf. Dadurch wird der wellen- oder zick-zack-artige Verlauf der Stoßkante vorteilhaft einfach gebildet.
In die Fuge eingedrungener Feststoff wird durch den Winkelabschnitt gebremst und am Weiterströmen gehindert wird. Der so gesammelte Feststoff verschließt die Fuge, wodurch sich ein vorteilhafter Schutz der Stoßkante vor einer weiteren abrasiven Erweiterung der Fuge ergibt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnungsrichtung des Winkels α in die Drehrichtung der Trommel gerichtet. Da der austretende Feststoff entgegen der Drehrichtung abgebremst wird, begünstigt ein Winkel α in Drehrichtung das Kreuzen des austretenden Feststoffes und der Fuge.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die ersten Verschleißschutzelemente und die zweiten Verschleißschutzelemente so gestaltet, dass sie jeweils ein definiertes Stück radial über die Innenkante des Trommeloberteils bzw. Kolbenschiebers in den Innenraum der Trommel hineinragen.
Dies ist vorteilhaft, da dadurch trotz geöffneter Auslassöffnung(en) noch Feststoff an der Innenseite der Verschleißschutzelemente und somit auf der Innenfläche des Kolbenschiebers bzw. auf der Innenfläche der Trommeloberteils verbleibt. Auf dieser verbleibenden Schicht gleitet der Feststoff bei weiteren Entleerungen. Dies ist vorteilhaft, da dadurch die Oberflächen des Trommeloberteils bzw. des Kolbenschiebers zusätzlich gegen Abrasivverschleiß geschützt sind, da die anhaftende Feststoffschicht die Flächen überdeckt und dadurch eine vorteilhafte Schutzwirkung entsteht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1: eine schematische Schnittansicht einer Zentrifuge, welche nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;
2: in a) eine Ausschnittsvergrößerung der Trommel im Bereich einer Auslassöffnung mit geschlossener Auslassöffnung und in b) die Ausschnittsvergrößerung aus 2a) mit geöffneter Auslassöffnung
3: in a) eine Ausführungsvariante der Erfindung und in b) die Ausschnittsvergrößerung aus 3a) mit geöffneter Auslassöffnung:
4: eine Draufsicht auf die geöffnete Auslassöffnung nach 3a bzw. 3b, wobei das Trommeloberteil ausgeblendet wurde.
1 zeigt eine Zentrifuge – hier als Separator ausgeführt – zum Klären von feststoffhaltigen, fließfähigen Ausgangsprodukten AP von Feststoffen mit einer drehbaren Trommel 1 mit einer vertikalen Drehachse D. Die Verarbeitung des Ausgangsproduktes AP erfolgt im kontinuierlichen Betrieb.
Der hier dargestellte Separator ist ein selbstentleerender Separator. Dies bedeutet, dass der Zulauf der zur klärenden Suspension bzw. des zu klärenden Ausgangsprodukts AP kontinuierlich erfolgt und auch das Ableiten wenigstens einer geklärten Flüssigkeitsphase, Klarphase KP genannt, kontinuierlich erfolgt. Die Trommel 1 der Zentrifuge verfügt in der Ausgestaltung als selbstentleerender Separator hingegen über einen diskontinuierlichen Feststoffauslass, wobei der aus dem Ausgangsprodukt AP durch Klärung abgetrennte Feststoff F intervallartig durch das Öffnen und Wiederverschließen von einer oder mehreren Auslassöffnungen 2 entfernt wird.
Die drehbare Trommel 1 weist ein Trommelunterteil 3 und ein Trommeloberteil 4 auf. Die Trommel 1 ist hier von einer von ihr beabstandeten, sich im Betrieb nicht drehenden Haube 5 umgeben. Die Trommel 1 ist zudem auf eine Antriebsspindel 6 aufgesetzt, die drehbar gelagert und durch einen Antriebsmotor antreibbar ist. Die drehbaren Teile bilden insgesamt ein rotierendes System, zu dem die Trommel 1 und die Antriebsspindel 6 gehören. Das rotierende System wird im Betrieb in eine Drehrichtung U gedreht.
Die Trommel 1 weist einen Produktzulauf 7 auf, durch welchen das Ausgangsprodukt AP in die Trommel 1 geleitet wird. Sie weist ferner wenigstens einen Ablauf 8 – mit einem Greifer versehen –, auf, der zur Ableitung einer Klarphase KP aus der Trommel 1 dient. Der Greifer – auch Schälscheibe genannt – ist hier als eine Zentripetalpumpe ausgestaltet. Der Ablauf 8 kann konstruktiv auch auf andere Weise bzw. mit anderen Mitteln erfolgen. Zudem ist es auch denkbar, neben der Klärung auch eine Trennung des Ausgangsproduktes AP in zwei Flüssigkeitsphasen verschiedener Dichte vorzunehmen. Hierzu ist dann ein weiterer Flüssigkeitsablauf erforderlich.
Die Trommel 1 weist vorzugweise ein Tellerpaket 9 aus axial beabstandeten Trenntellern auf. Zwischen dem Außenumfang des Tellerpakets 9 und dem Innenumfang der Trommel 1 im Bereich ihres größten Innendurchmessers ist ein Feststoffsammelraum 10 ausgebildet. Feststoffe, welche im Bereich des Tellerpakets 9 von der Klarphase KP getrennt werden, sammeln sich in dem Feststoffsammelraum 10, aus dem die Feststoffe F über eine oder mehrere Auslassöffnung(en) 2 aus der Trommel 1 ausgetragen werden können.
Die Auslassöffnung(en) 2 kann/können dazu hier mittels eines Kolbenschiebers 11, welcher im Trommelunterteil 3 angeordnet ist und in diesem parallel zur Drehachse (insbesondere vertikal) verschiebbar ist, geöffnet und geschlossen werden. Bei geöffneter/geöffneten Auslassöffnung(en) 2 wird der Feststoff F aus der Trommel 1 in einen Feststofffänger 12 ausgelassen.
Zur Bewegung des Kolbenschiebers 11 weist die Trommel 1 einen Betätigungsmechanismus auf. Hier umfasst dieser wenigstens eine Zuleitung 22 für ein Steuerfluid, wie z. B. Wasser oder Klarphase KP und eine Ventilanordnung 23 in der Trommel 1 und weitere Elemente außerhalb der Trommel 1. So wird der Zulauf des Steuerfluides über eine außerhalb der Trommel 1 angeordnete Dosieranordnung 24 ermöglicht, welche einer außerhalb der Trommel 1 angeordnete Hydraulikleitung 25 für das Steuerfluid zugeordnet ist, so dass für eine Feststoffentleerung des Feststoffs F durch Freigabe der Ventilanordnung 23 das Steuerfluid in die Trommel 1 einleitbar ist oder umgekehrt der Zustrom an Steuerfluid unterbrochen werden kann, um den Kolbenschieber 11 entsprechend zu bewegen, um die Auslassöffnung(en) 2 freizugeben.
An der Antriebsspindel 6 und/oder der Trommel 1 kann zumindest eine Sensoreinrichtung 26 angeordnet sein, die dazu ausgelegt ist, den momentanen Betrag der Drehzahl der Antriebsspindel 6 bzw. die momentane Drehzahl der Trommel 1 bzw. des rotierenden Systems der Zentrifuge zu bestimmen. Am oder im Produktzulauf 7 für das Ausgangsprodukt AP in die Trommel 1 kann ebenfalls eine Sensoreinrichtung 27 zur Bestimmung des Durchflussstromes Volumen/Zeit oder eines oder mehrerer Parameters, wie z. B. Masse/Zeit, des in die Trommel 1 zu leitenden Ausgangsprodukts AP angeordnet sein. Dies ist vorteilhaft, aber nicht zwingend.
Die Sensoreinrichtungen 26, 27 sind über Datenverbindungen 28, 29 mit einer Auswerte- und Steuerungseinheit 30 (vorzugsweise ein Steuerungsrechner der Zentrifuge) verbunden, welche die ermittelten Messwerte auswertet und die Bewegung des Kolbenschiebers 11 und damit auch das Zeitintervall bis zur Öffnung der Auslassöffnung(en) 2 steuert oder regelt. Der Betätigungsmechanismus für den Kolbenschieber 11 – hier insbesondere die Dosieranordnung 24 – kann über eine Datenverbindung 31 mit einer Auswerte- und Steuerungseinheit 30 verbunden sein, die auch eine Programmroutine zur Steuerung und/oder Regelung des Feststoffauslass aufweist. Die Dosieranordnung 24 kann beispielsweise nach Art der DE 10 2005 049 941 A1 ausgestaltet sein. Es kann zudem vorzugsweise eine weitere ansteuerbare Einrichtung 32 – beispielsweise ein ansteuerbares Ventil – in den Produktzulauf 7 geschaltet sein, mit welcher der Volumenstrom im Zulauf veränderlich ist, um die Zulaufmenge bzw. das aktuelle Zulaufvolumen V_AP an zu verarbeitendem Ausgangsprodukt AP pro Zeiteinheit zu verändern. Diese ansteuerbare Einrichtung 32 ist über eine Datenverbindung 33 mit der Steuerungseinheit 30 verbunden.
Die vorgenannten Datenverbindungen 28, 29, 31, 33 ermöglichen eine Datenübertragung von oder zur Steuerungs- und Auswerteeinheit. Sie können jeweils als Leitungen ausgestaltet sein oder aber jeweils als drahtlose Verbindungen.
In 2a ist eine Ausschnittsvergrößerung des Abschnitts der Trommel 1, in der die Auslassöffnung(en) 2 im Schnitt dargestellt ist. Angedeutet ist hier ebenfalls ein radial äußerer Bereich des Trommelinnenraums, in dem sich Feststoff F radial innen vor der hier dargestellten Auslassöffnung 2 gesammelt hat.
Der Kolbenschieber 11 ist konisch torusförmig – und vorzugsweise zudem ringförmig – ausgebildet und axial im Trommelunterteil 3 beweglich geführt. In einer oberen Stellung liegt er mit einer oberen Axial-Ringfläche 11a an einer korrespondierenden unteren Axial-Ringfläche 4a des Trommeloberteils 4 an, oder an einer Dichtung, welche in dieser Axial-Ringfläche angeordnet ist. Wird er in eine untere Stellung – vergleiche 2a und 2b – bewegt, bildet sich ein Ringspalt RS zwischen diesen beiden Axial-Ringflächen 11a und 4a aus.
An einem Außenumfang weist der Kolbenschieber 11 eine Dichtung 13 (einen Dichtring) auf, mit der der Umfangsspalt zwischen dem äußeren Umfang des Kolbenschiebers 11 und dem inneren Umfang des Trommelunterteils 3 abgedichtet ist.
Das Trommeloberteil 4 weist ferner an seiner unteren Axial-Ringfläche 4a eine Nut 15 auf, in welche ein Dichtring 14 eingesetzt ist. Dieser dichtet in dem Zustand, in welchem der Kolbenschieber 11 den Ringspalt RS verschließt diesen Ringspalt RS ergänzend ab.
Um einen Abrasivverschleiß der Auslassöffnung(en) 2 bei der Entleerung des Feststoffs F durch die Auslassöffnung(en) 2 zu vermeiden, weist das Trommeloberteil 4 auf seiner dem Ringspalt RS zugewandten unteren Axial-Ringfläche 4a mindestens eines, zwei oder mehr erste Verschleißschutzelemente 16 auf.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Trommeloberteil 4 eine stufenartige Stufung bzw. Ringfreimachung 4b aufweist, in welche diese ersten Verschleißschutzelemente 16 formschlüssig eingesetzt sind. Die Ringfreimachung 4b kann derart bemessen und ausgestaltet sein, das die ersten Verschleißschutzelemente 16 axial eine bündige Fläche mit dem übrigen, nicht von den Verschleißschutzelementen 16 bedeckten Teil 4c der Axial-Ringfläche 4a bilden. Dabei kann ergänzend nach einer Variante vorteilhaft vorgesehen sein, dass sich die Ringfreimachung 4b bis an die Nut 15 erstreckt, in welche der Dichtring 14 eingesetzt ist.
Die ersten Verschleißschutzelemente 16 können ferner nach einer bevorzugten Ausgestaltung so ausgestaltet sein, dass sie ein (definiertes) Stück radial über die Innenkante des Trommeloberteils 4 in den Innenraum der Trommel 1 hineinragen. Dies bewirkt, dass trotz einer Entleerung des Feststoffes F immer eine Restmenge dieses Feststoffes F vor der beschriebenen Kante in der Trommel verbleibt, welcher wie eine Schutzschicht auf dem Trommeloberteil 4 wirkt. Auf dieser Schicht gleitet der Feststoff F bei weiteren Entleerungen, was die Abrasion der betroffenen Fläche im Trommeloberteil reduziert.
Alternativ oder optional kann vorgesehen sein, dass der Kolbenschieber 11 an seiner dem Ringspalt RS zugewandten oberen Axial-Ringfläche 11a mindestens eines, zwei oder mehr zweite Verschleißschutzelemente 17 aufweist.
Die zweiten Verschleißschutzelemente 17 können so gestaltet sein, dass sie die gesamte Axial-Ringfläche 11a des Kolbenschiebers bedecken. Sie können alternativ aber auch so gestaltet sein, dass sie sich radial nur über einen Teil der Axial-Ringfläche 11a erstrecken und diese nur teilweise abdecken.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kolbenschieber nach oben hin eine stufenartige Ringfreimachung 11b mit einer äußeren Umfangskante 18 aufweist, in welche die zweiten Verschleißschutzelemente 17 eingesetzt sind. Die Ringfreimachung 11b kann dabei derart bemessen und ausgestaltet werden, dass die zweiten Verschleißschutzelemente 17 axial etwas über die übrige, nicht von den Verschleißschutzelementen 17 bedeckte Teilfläche 11c der oberen Axial-Ringfläche 11a des Kolbenschiebers 11 vorstehen. Derart liegen im geschlossenen Zustand nur die ersten und zweiten Verschleißschutzelemente 16, 17 axial aneinander. Auf diese Weise kann der Ringspalt RS in diesem Bereich weiter gut geschlossen werden.
Die zweiten Verschleißschutzelemente 17 sind hier derart gestaltet, dass sie an der Umfangskante 18 anschlagen. Die zweiten Verschleißschutzelemente 17 können ferner ein definiertes Stück radial über die Innenkante des Kolbenschiebers 11 in den Innenraum der Trommel 1 hineinragen. Dies bewirkt, dass trotz einer Entleerung des Feststoffes F immer eine Restmenge dieses Feststoffes F vor der beschriebenen Kante in der Trommel verbleibt, welcher wie eine Schutzschicht auf dem Kolbenschieber 11 wirkt. Auf dieser Schicht gleitet der Feststoff F bei weiteren Entleerungen, was die Abrasion der betroffenen Fläche im Kolbenschieber 11 reduziert.
Die ersten und zweiten Verschleißschutzelemente 16, 17 können plattenartig gestaltet sein, so dass sie kostengünstig herstellbar und leicht montierbar sind.
Im geschlossenen Zustand der Auslassöffnung(en) 2 kontaktiert/kontaktieren die ersten Verschleißschutzelemente 16 vorzugsweise die zweiten Verschleißschutzelemente 17.
Ferner liegt die Dichtung 14 auf den zweiten plattenartigen Verschleißschutzelementen 17 auf und dichtet so den Innenraum der Trommel 1 gegen die Auslassöffnung(en) 2 ab.
In 2b ist/sind die Auslassöffnung(en) 2 in einem geöffneten Zustand dargestellt. Erkennbar sind zwei Bereiche im Innenraum der Trommel 1, an denen trotz geöffneter Auslassöffnung(en) 2 noch Feststoff F anhaftet. Auf dieser Schicht gleitet der Feststoff F bei weiteren Entleerungen. Dies ist vorteilhaft, da dadurch die betroffenen Flächen des Trommeloberteils 4 bzw. des Kolbenschiebers 11 zusätzlich gegen Abrasivverschleiß geschützt sind, da die anhaftende Feststoffschicht die Flächen überdeckt und dadurch eine vorteilhafte Schutzwirkung entsteht.
Erreicht wird diese vorteilhafte Anhaftung von Feststoff F durch die um einen definierten Betrag in den Innenraum der Trommel 1 hineinragenden Kanten des/der ersten plattenartigen Verschleißschutzelement(e) 16 und des/der zweiten plattenartigen Verschleißschutzelement(e) 17.
In 3a ist alternative Ausführung der Erfindung dargestellt. Abweichend zu der Ausführung nach 2a bzw. 2b ist hier vorgesehen, dass (nur) die zweiten plattenartigen Verschleißschutzelemente 17 das gesamte auslassöffnungsseitige Ende des Kolbenschiebers 11 bzw. die gesamte Axial-Ringfläche 11a abdecken. In diesem Fall werden die zweiten plattenartigen Verschleißschutzelemente 17 formschlüssig durch jeweils einen Ringabsatz 19, 20 in radialer Richtung festgelegt, den jeweils der Kolbenschieber 11 und die zweiten plattenartigen Verschleißschutzelemente 17 ausbilden.
In 3b ist ist/sind die Auslassöffnung(en) in einem geöffneten Zustand dargestellt. Erkennbar sind zwei Bereiche im Innenraum der Trommel 1, an denen trotz geöffneter Auslassöffnung(en) 2 noch Feststoff F anhaftet. Erreicht wird diese vorteilhafte Anhaftung von Feststoff F durch die um einen definierten Betrag in den Innenraum der Trommel 1 hineinragenden Kanten des/der ersten plattenartigen Verschleißschutzelement(e) 16 und des/der zweiten plattenartigen Verschleißschutzelement(e) 17. Dadurch werden die betroffenen Flächen des Trommeloberteils 4 bzw. des Kolbenschiebers 11 zusätzlich gegen Abrasivverschleiß geschützt sind, da die anhaftende Feststoffschicht die Flächen überdeckt und dadurch eine vorteilhafte Schutzwirkung entsteht.
In 4 ist dargestellt, wie die zweiten plattenartigen Verschleißschutzelemente 17 entlang des Umfangs des axialen Endes des Kolbenschiebers 11 angeordnet sind.
Analog gilt das Folgende auch für die ersten plattenartigen Verschleißschutzelemente 16, die entlang des Umfangs des Trommeloberteils 4 angeordnet sind (hier jeweils nicht dargestellt).
Um der ringförmigen Kontur des Kolbenschiebers 11 oder des Trommeloberteils 4 folgen zu können, weisen die Verschleißschutzelemente die Form von Kreisringsegmenten auf. Aneinandergereiht bilden sie dadurch einen kreisförmigen Ring. Dadurch können die Verschleißschutzelemente 17 vorteilhaft kostengünstig ohne großen Verschnitt hergestellt werden.
Jedes Verschleißschutzelement 17 weist gemeinsam mit den jeweils angrenzenden Verschleißschutzelementen 17 Stoßkanten 21 auf.
Die Stoßkante 21 ist derart gestaltet, dass die Stoßkante 21 ausgehend von einem Tangentenpunkt T, die eine erste Radiale R1 mit dem Kreisbogen des Umfangs des auslassöffnungsseitigen Ende des Kolbenschiebers 11 bildet, der ersten Radiale R1 folgt und so mindestens einen ersten Radialabschnitt r1 bildet. An dem ersten Radialabschnitt r1 schließt sich mindestens ein erster unter einem Winkel α zum ersten Radialabschnitt r1 verlaufender Winkelabschnitt w1 an.
Die Stoßkante 21 ist ferner derart gestaltet, dass jeder weitere Radialabschnitt r Teil einer weiteren Radiale R ist, die durch den jeweiligen Endpunkt E des vorangehenden Winkelabschnitts w verläuft oder eine Parallele zur ersten Radialen R1 ist.
Im Beispiel der Stoßkante 21 nach 4 weist die Stoßkante 21 jeweils drei Radialabschnitte r1, r2, r3 und zwei Winkelabschnitte w1, w2 auf. Die Anzahl der Radialabschnitte r und der Winkelabschnitte w können auch davon abweichen.
Die Länge der jeweiligen Abschnitte r, w ergibt sich aus der Länge der Stoßkante 21 und der Wahl des Betrages und der Öffnungsrichtung – hier im Uhrzeigersinn – des Winkels α und ist demnach jeweils variabel, wobei eine Stoßkante 21 mit mindestens zwei Winkelabschnitten w bevorzugt ist.
Die Stoßkante 21 weist also jeweils eine wechselweise Aneinanderreihung von einen oder mehrere Radialabschnitt(en) r und Winkelabschnitt(en) w auf.
Die jeweilige Stoßkante 21 weist demnach eine wellenförmige oder zickzack-artige Kontur auf, in der Art, dass benachbarte Verschleißschutzelemente 17 formschlüssig aneinanderreihbar sind.
Dies bewirkt, dass die radial austretenden abrasiven Feststoffpartikel nicht einer Fuge, die die jeweilige Stoßkante 21 zwischen zwei Verschleißschutzelemente 17 bildet, folgen, sondern durch den wellenförmigen oder zick-zack-artigen Verlauf der Stoßkante 21 vorteilhaft abgebremst werden und somit die Fuge nicht erweitern oder weiter aufschleifen können.
Die Wellen- oder Zick-Zackform der Stoßkante 21 ermöglicht außerdem ein Festsetzen der abrasiv wirkenden Feststoffpartikel in der Fuge, wodurch sich ein weiterer vorteilhafter Schutz der Stoßkante 21 vor einem weiteren abrasiven Erweitern der Fuge ergibt.
Die Verschleißschutzelemente 16, 17 sind aus einem harten, verschleißfesten Werkstoff hergestellt. Hinsichtlich der wirkenden Zentrifugalkräfte ist die Werkstoffauswahl jedoch beschränkt, bevorzugt wird deshalb technische Keramik oder Hartmetall verwendet.
Die Verschleißschutzelemente 16, 17 sind jeweils durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren an dem Kolbenschieber 11 bzw. an dem Trommeloberteil 4 befestigt. Bevorzugte Fügeverfahren sind Schweißen, Löten oder Kleben.
Bezugszeichenliste

1: Trommel
2: Auslassöffnung
3: Trommelunterteil
4: Trommeloberteil
4a: Axial-Ringfläche
4b: Ring-Freimachung
4c: Teilfläche
5: Haube
6: Antriebsspindel
7: Produktzulauf
8: Ablauf
9: Tellerpaket
10: Feststoffsammelraum
11: Kolbenschieber
11a: Axial-Ringfläche
11b: Ringfreimachung
11c: Teilfläche
12: Feststofffänger
13: Dichtung
14: Dichtung
15: Nut
16: Verschleißschutzelement
17: Verschleißschutzelement
18: Umfangskante
19: Ringabsatz
20: Ringabsatz
21: Stoßkante
22: Zuleitung
23: Ventilanordnung
24: Dosieranordnung
25: Hydraulikleitung
26: Sensoreinrichtung
27: Sensoreinrichtung
28: Datenverbindung
29: Datenverbindung
30: Steuerungseinheit
31: Datenverbindung
32: Ansteuerbare Einrichtung
33: Datenverbindung
KP: Klarphase
AP: Ausgangsprodukt
F: Feststoff
D: Drehachse
RS: Ringspalt
R, R1, R2: Radiale
R, r1, r2, r3: Radialabschnitt
T: Tangentenpunkt
E: Endpunkt
w, w1: Winkelabschnitt
α: Winkel
U: Drehrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2004/054719 A1 [0004]
DE 102005049941 A1 [0045]

Claims

Zentrifuge, in der ein fließfähiges Ausgangsprodukt (AP) in einem kontinuierlichen Betrieb in einem Zentrifugalfeld in einer sich drehenden Trommel (1) von Feststoffen F klärbar ist, wobei die Trommel (1) ein Trommeloberteil (4) und ein Trommelunterteil (3) aufweist, und wobei das Trommeloberteil (4) oder das Trommelunterteil (3) einen bewegbaren Kolbenschieber (11) aufweist, durch den Auslassöffnungen (2) in der Trommel (1) geöffnet oder geschlossen werden können, wobei ferner eines oder mehrere Verschleißschutzelemente zum Schutz gegen Abrasivverschleiß vorgesehen sind, gekennzeichnet durch eines oder beide folgender Merkmale: a. die Trommel ist an einer Axial-Ringfläche (4a) des Trommeloberteils (4) oder des Trommelunterteils mit einem oder mehreren ersten Verschleißschutzelement(en) (16) versehen, b. der Kolbenschieber (11) ist an einer korrespondierenden Axial-Ringfläche (11a) mit einem oder mehreren zweiten Verschleißschutzelement(en) (17) versehen.
Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente (16, 17) so ausgestaltet sind, dass sie die gesamte Axial-Ringfläche (4a, 11a) des Bauteils, an dem sie angeordnet sind, abdecken.
Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente (16, 17) so ausgestaltet sind, dass sie nur einen Teil der Axial-Ringfläche (4a, 11a) des Bauteils, an dem sie angeordnet sind, abdecken.
Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente (16, 17) so ausgestaltet sind, dass sie nur einen radialen Teil der Axial-Ringfläche (4a, 11a) des Bauteils, an dem sie angeordnet sind, abdecken.
Zentrifuge nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente (16, 17) so ausgestaltet sind, dass sie nur einzelne Umfangsabschnitte der Axial-Ringfläche (4a, 11a) des Bauteils, an dem sie angeordnet sind, abdecken, so dass sie keinen umfangsgeschlossenen Ring bilden.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente (16, 17) gemeinsam im Zusammenspiel einen umfangsgeschlossenen Ring ausbilden.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ersten und/oder zweiten Verschleißschutzelemente (16, 17) formschlüssig an dem Bauteil, dessen Fläche sie ganz oder teilweise abdecken, angeordnet sind.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil das Trommeloberteil (4) und/oder der Kolbenschieber (11) oder beide ist/sind.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzelemente (16, 17) plattenartig gestaltet sind.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzelemente (16, 17) die Form von Kreisringsegmenten aufweisen.
Zentrifuge nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trommeloberteil (3) mindestens zwei erste Verschleißschutzelemente (16) und/oder der Kolbenschieber (11) mindestens zwei zweite Verschleißschutzelemente (17) aufweisen.
Zentrifuge nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verschleißschutzelemente (16 bzw. 17) gemeinsam mit einem oder zwei jeweils angrenzenden Verschleißschutzelementen (16 bzw. 17) jeweils eine Stoßkante (21) aufweist, so dass zwischen aneinander liegenden Stoßkanten eine Fuge ausgebildet ist.
Zentrifuge nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Fugen jedenfalls abschnittweise radial verlaufen.
Zentrifuge nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Fugen abschnittsweise oder ganz nicht radial verlaufen.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Stoßkante (21) zwischen zwei Verschleißschutzelementen (16 bzw. 17) eine wellenförmige oder zickzack-artige Kontur aufweist, in der Art, dass benachbarte Verschleißschutzelemente (16 bzw. 17) formschlüssig aneinanderreihbar sind.
Zentrifuge nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Verschleißschutzelemente (16) und die zweiten Verschleißschutzelemente (17) so gestaltet sind, dass sie jeweils ein definiertes Stück radial über die Innenkante des Trommeloberteils (4) bzw. Kolbenschiebers (11) in den Innenraum der Trommel (1) hineinragen.
Zentrifuge nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzelemente (16, 17) aus einem harten, verschleißfesten Werkstoff hergestellt sind.
Zentrifuge nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzelemente (16, 17) aus technischer Keramik oder Hartmetall hergestellt sind.
Zentrifuge nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzelemente (16, 17) jeweils durch ein stoffschlüssige Fügeverfahren an dem Kolbenschieber (11) bzw. an dem Trommeloberteil (4) befestigt sind.
Zentrifuge nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trommel (1) ein Tellerpaket (9) angeordnet ist und/oder dass sie eine vertikale Drehachse (D) aufweist.