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Die Erfindung betrifft eine Separatorvorrichtung, umfassend eine Pumpe mit einem Pumpenantrieb, eine Separatoreinheit zum Separieren eines Mediums in eine dünnflüssige Phase und in eine dickflüssige Phase und einen Antriebsmotor zum Antreiben der Separatoreinheit.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Separatorvorrichtungen sind bspw. Drucksortierer, welche zum Fraktionieren von Feststoffen aus einem Medium geeignet sind. Derartige Drucksortierer weisen einen Siebkörper auf, der den Drucksortierer in einen Zulaufraum und in einen Gutstoffraum aufteilt. Der Siebkörper rotiert entweder selbst oder ist feststehend. Sofern der Siebkörper feststehend ist, weist der Drucksortierer einen durch einen Motor angetriebenen Rotor auf, sodass der Zulaufraum einerseits durch den Siebkörper und andrerseits durch den Rotor begrenzt ist. Das Medium, welches in den Zulaufraum eintritt, strömt gegen den Siebkörper, wobei der Siebkörper Öffnungen aufweist, die das Filtrat in den Gutstoffraum durchlassen und das Konzentrat bzw. die Verunreinigung in dem Zulaufraum zurückhalten.
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Bei Drucksortieren dieser Art besteht grundsätzlich das Problem, dass die Öffnungen des Siebkörpers verstopfen können, zudem können sich Faservliese auf der Zulaufseite des Siebkörpers bilden.
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Aus dem Stand der Technik sind daher Lösungen bekannt, die ein Rückspülen des Mediums aus dem Gutstoffraum in den Zulaufraum bewirken und somit einer Verstopfung der Öffnungen des Siebkörpers entgegenwirken. Gelöst wird dieses Problem insbesondere durch Profilelemente an der Umfangsfläche des Rotors, welche eine erste Flanke zum Beschleunigen des Mediums in Rotationsrichtung und eine zweite Flanke zum Zurücksaugen von Flüssigkeit aus dem Gutstoffraum durch den Siebkörper in den Zulaufraum aufweisen. Einen derartigen Drucksortierer mit entsprechenden Profilelementen offenbart z.B. das Dokument
EP 0 646 199 B1 .
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Darüber hinaus offenbart das Dokument
EP 0 646 199 B1 eine Regelung eines Frequenzwandlers nach Differenzdrücken, welche zwischen der Zulaufseite des Siebkörpers und der anderen Siebkörperseite herrschen, wobei der Frequenzwandler dem Motor, der den Rotor antreibt, vorgeschaltet ist. Diese Regelung resultiert aus der Überlegung, dass die Stärke der Faservliesbildung auf der Zulaufseite des Siebs von der Rotordrehzahl abhängt und die Stärke der Faservliesbildung wiederum die Größe der Druckdifferenz beeinflusst. Die offenbarte Regelung ermöglicht, dass der Siebkörper freigehalten wird.
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Bei der in
EP 0 646 199 B1 offenbarten Regelung wird jedoch vernachlässigt, dass die Druckdifferenz zwischen der Zulaufseite des Siebkörpers und der anderen Siebkörperseite unter anderem auch vom Volumenstrom und der Viskosität des einströmenden Mediums abhängt.
EP 0 646 199 B1 berücksichtigt lediglich die Faservliesbildung als Störgröße. Folglich kann durch Steuern des Frequenzwandlers nur teilweise auf das Separationsergebnis Einfluss genommen werden. Für nachfolgende Prozessschritte definiert sich das Separationsergebnis meist über eine möglichst hohe Viskosität des Konzentrats. Es ist daher wünschenswert, dass die Viskosität des Konzentrats eingestellt und konstant gehalten werden kann. Mit der in
EP 0 646 199 B1 offenbarten Regelung ist ein Einstellen der Viskosität des Konzentrats nicht möglich.
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Ziel der Erfindung ist es daher, ein Medium in eine dünnflüssige Phase und eine dickflüssige Phase zu trennen, wobei die Viskosität der dickflüssigen Phase einstellbar ist und konstant gehalten werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Separatorvorrichtung, umfassend eine Pumpe mit einem Pumpenantrieb, eine Separatoreinheit zum Separieren eines Mediums in eine dünnflüssige Phase und in eine dickflüssige Phase und einen Antriebsmotor zum Antreiben der Separatoreinheit. Die Separatoreinheit umfasst ein Gehäuse, das wenigstens einen Einlass für das Medium, wenigstens einen ersten Auslass für die dünnflüssige Phase und wenigstens einen zweiten Auslass für die dickflüssige Phase aufweist. Innerhalb des Gehäuses sind ein stationärer Siebkörper, welcher einen Innenraum der Separatoreinheit in eine Siebkammer und in eine Filtrationskammer trennt, und ein durch den Antriebsmotor angetriebenen Rotor innerhalb des Siebkörpers angeordnet.
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Eine Regeleinrichtung ist mit dem Pumpenantrieb der Pumpe und dem Antriebsmotor gekoppelt. Die Regeleinrichtung weist eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines Istwerts eines Antriebswerts des Antriebsmotors, eine Vergleichereinheit zum Ermitteln einer Abweichung zwischen dem Istwert und einem Sollwert des Antriebswerts, und ein Regelglied zum Erzeugen eines Ausganssignals basierend auf der Abweichung und zum Ausgeben des Ausgangssignals an den Pumpenantrieb auf. Sofern der Istwert unter dem Sollwert liegt, veranlasst das Ausgangssignal den Pumpenantrieb, eine Pumpendrehzahl zu verringern. Sofern der Istwert über dem Sollwert liegt, veranlasst das Ausgangssignal den Pumpenantrieb, die Pumpendrehzahl zu erhöhen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Viskosität der dickflüssigen Phase unter anderem vom Zuführvolumenstrom des Eingangsmediums abhängt. Anhand des Zuführvolumenstroms kann die Verweilzeit des Mediums in der Siebkammer reguliert werden. Je kürzer die Verweilzeit (hoher Volumenstrom), desto weniger Zeit hat der Siebkörper zum Entwässern des Mediums; infolgedessen wird das Medium in der Siebkammer weniger angedickt. Je höher die Verweilzeit des Mediums in der Siebkammer ist, desto mehr Zeit hat der Siebkörper zum Entwässern des Mediums und folglich wird das Medium stärker angedickt.
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Darüber hinaus macht sich die Erfindung den Zusammenhang zunutze, dass die Viskosität eines Mediums, das sich in einem Ringspalt zwischen einem inneren, rotierenden Zylinder und einem äußeren, feststehenden Zylinder befindet, proportional zum Drehmoment des inneren Zylinders ist.
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Insofern kann als Regelgröße zum Regeln der Pumpendrehzahl ein Antriebswert des Antriebsmotors genutzt werden, welcher proportional zur Viskosität des Mediums bzw. zum Drehmoment des Antriebsmotors, welcher den Rotor antreibt, ist. Proportional zum Drehmoment des Antriebsmotors kann je nach Art des Antriebsmotors der Motorstrom (Synchronmotor) oder der Schlupf (Asynchronmotor) sein. Vorzugsweise ist der Antriebswert des Antriebsmotors der Motorstrom des Antriebsmotors. Es ist daher besonders bevorzugt, dass die Erfassungseinheit einen Istwert des Motorstroms des Antriebsmotors erfasst, und dass die Vergleichereinheit den Istwert mit einem Sollwert des Motorstroms des Antriebsmotors vergleicht und ein Ergebnis des Vergleichs angibt.
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Durch die offenbarte Erfindung ist die Viskosität der dickflüssigen Phase unabhängig von Schwankungen in den stofflichen Eigenschaften des Mediums einstellbar.
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In einer bevorzugten Weiterbildung weist die Separatorvorrichtung eine Benutzeroberfläche mit einer Einstelleinheit zum Einstellen des Sollwerts auf. Aufgrund der Proportionalität zwischen dem Antriebswert und der Viskosität kann der Sollwert im Verhältnis zu einer angestrebten Viskosität eingestellt werden. Für den Fall, dass die einzustellende bzw. angestrebte Viskosität der dickflüssigen Phase vergleichsweise gering sein soll, kann ein vergleichsweise geringer Sollwert eingestellt werden. Für den Fall, dass die einzustellende Viskosität der dickflüssigen Phase vergleichsweise hoch sein soll, kann ein vergleichsweise hoher Sollwert eingestellt werden. Zum Einstellen des Sollwerts ist es daher keine Voraussetzung, dass Absolutwerte der angestrebten Viskosität bekannt sind.
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Es ist bevorzugt, dass die Einstelleinheit eine erste Einstelltaste zum Erhöhen des Sollwerts aufweist. Hierdurch kann der Sollwert erhöht werden, wenn die Viskosität der dickflüssigen Phase erhöht werden soll. Es ist bevorzugt, dass der Sollwert in gleichmäßigen Schritten erhöht werden kann, bspw. in dekadischen Schritten oder in dezimalen Schritten. Es sind aber auch andere Schrittabstände möglich.
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Vorzugsweise weist die Einstelleinheit eine zweite Einstelltaste zum Verringern des Sollwerts auf. Hierdurch kann der Sollwert verringert werden, wenn die Viskosität der dickflüssigen Phase verringert werden soll. Vorzugsweise kann der Sollwert in gleichmäßigen Schritten verringert werden, z. B. in dekadischen Schritten oder in dezimalen Schritten. Es sind aber auch andere Schrittabstände möglich. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Einstelleinheit einen Schieberegler aufweist. Der Schieberegler kann analog oder digital ausgebildet sein. Der Schieberegler weist vorzugsweise einen horizontalen odervertikalen Balken auf. Entlang des Balkens kann vorzugsweise ein Schleifer bewegt werden. Es ist bevorzugt, dass der Schleifer mittels einer Maus, Fingern eines Benutzers oder weiteren Hilfsmitteln bewegbar ist. Im Falle eines digitalen Schiebereglers kann der Benutzer bevorzugt über einen Touchscreen den Schleifer bewegen. Durch Verschieben des Schleifers kann ein Benutzer den Sollwert einstellen. Entlang des Balkens ist bevorzugt eine numerische Skala angezeigt. Ebenfalls bevorzugt ist, dass entlang des Balkens Symbole angeordnet sind, die objektiv mit einer Erhöhung bzw. mit einem Verringern eines Wert verbunden sind. Beispielsweise kann ein Plus- und ein Minuszeichen an zwei sich gegenüberliegenden Ende des Balkens angeordnet sein. Zum Einstellen des Sollwerts sind infolgedessen keine Absolutwerte notwendig.
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Die eingestellten Sollwerte werden vorzugsweise an einem Speicher bereitgestellt, der mit der Benutzeroberfläche gekoppelt ist. Über die Benutzeroberfläche kann ein Benutzer auf die in dem Speicher hinterlegten Sollwerte zugreifen und sie erneut aufrufen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Benutzeroberfläche samt Einstelleinheit mit der Regeleinrichtung gekoppelt zum Bereitstellen des eingestellten Sollwerts an der Regeleinrichtung. Vorzugsweise wird der Sollwert an der Vergleichereinheit bereitgestellt. Die Vergleichereinheit kann dann den eingestellten Sollwert mit dem erfassten Istwert vergleichen und eine Abweichung zwischen den beiden Werten ermitteln.
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Es ist bevorzugt, dass die Benutzeroberfläche an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet ist. Ein Benutzer der Separatorvorrichtung kann den Sollwert an der Benutzeroberfläche somit leicht einstellen. Vorzugsweise weist die Benutzeroberfläche einen Touchscreen auf, sodass ein Benutzer den Sollwert durch Berühren des Touchscreens einstellen kann. Es ist zudem bevorzugt, dass die Benutzeroberfläche über ein Endgerät, z.B. Laptop, Tablett oder Ähnliches, aufrufbar ist. Der Benutzer kann den Sollwert dann über das Endgerät an der Einstelleinheit der Benutzeroberfläche einstellen und mittels der ersten und zweiten Einstelltaste und/oder mittels des Schiebereglers erhöhen bzw. verringern.
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Vorzugsweise weist die Separatorvorrichtung ein Antriebsmotorsteuergerät zum Ansteuern des Antriebsmotors auf. Hierdurch kann beispielsweise die Drehrichtung oder die Drehzahl des Antriebsmotors gesteuert werden. Zudem können mittels des Antriebsmotorsteuergeräts die Drehrichtung, das Drehmoment oder weitere Antriebswerte des Antriebsmotors gesteuert werden.
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Es ist besonders bevorzugt, dass der Rotor eine von einer kreiszylindrischen Form abweichende Form aufweist. Im Gegensatz hierzu weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Drucksortierer meist einen kreiszylindrischen Rotor auf. Der Rotor der vorliegenden Erfindung ist dennoch vorzugsweise ein senkrechter Zylinder.
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Es ist bevorzugt, dass ein Querschnitt des Rotors eine geschlossene, konvexe Kurve definiert. Vorzugsweise ist die Kurve der Schnittfläche eine Kurve mit konstanter Breite. Die Breite einer Kurve ist definiert als der Abstand zwischen zwei parallelen Geraden, die die Kurve tangieren. Bei einer Kurve konstanter Breite bleibt die Breite gleich, unabhängig davon, an welcher Stelle der Kurve die Geraden angreifen. In der Rotation erzeugt der Rotor eine gleichmäßige Belastung des Siebkörpers. Die Druck- und Zugkräfte, welche an dem Rotor angreifen, lösen sich weitestgehend gegenseitig auf. Wenn der Rotor um die Rotorachse rotiert, erzeugt der Rotor Zug- und Druckzonen innerhalb der Siebkammer. In den Druckzonen wird das Medium aus der Siebkammer durch den Siebkörper in die Filtrationskammer gedrückt. In den Zugzonen wird das Medium aus der Filtrationskammer durch den Siebkörper in die Siebkammer zurückgesogen. Die Öffnungen des Siebkörpers werden durchgespült. Der Siebkörper weist vorzugsweise Öffnungen auf, die an das zu trennende Medium angepasst sind. Zu trennende Medien sind beispielweise Gülle, Gärreste oder Medien, welche Mikroplastik aufweisen.
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Vorzugsweise weist der Rotor eine im Wesentlichen erhebungsfreie Rotorumfangsfläche auf. Da aufgrund der geometrischen Form des Rotors Druck- und Zugzonen innerhalb der Filtrationskammer gebildet werden, benötigt der Rotor zum Durchspülen der Öffnungen des Siebkörpers keine zusätzlichen Profilelemente an der Rotorumfangsfläche. Eine erhebungsfreie Rotorumfangsfläche sorgt zudem für einen geringeren Verschleiß des Rotors. Zudem kann der Rotor verbessert gereinigt werden.
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Es ist bevorzugt, dass der Rotor schraubenförmig ausgebildet ist. Durch die schraubenförmige bzw. verwundene Ausbildung des Rotors erhält das Medium bei einer ersten Drehrichtung des Antriebsmotors eine zusätzliche Förderwirkung innerhalb der Siebkammer. Hierdurch kann die Verweilzeit des Mediums innerhalb der Siebkammer verkürzt werden. Bei einer entgegengesetzten Drehrichtung des Antriebsmotors erzeugt der Rotor durch die schraubenförmige Ausbildung eine Bremswirkung auf das Medium. Das Medium hat folglich eine höhere Verweilzeit innerhalb der Siebkammer. Durch Ändern der Drehrichtung des Rotors kann die Viskosität der dickflüssigen Phase weiter gesteuert werden.
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Vorzugsweise weist das Gehäuse einen Deckel zum Verschließen des Gehäuses auf, wobei der Deckel an dem Gehäuse verschwenkbar gelagert ist. Der Deckel kann also zwischen einer Schließstellung und einer Kippstellung bewegt werden, wobei der Deckel in der Schließstellung das Gehäuse verschließt. Vorzugsweise ist eine Mechanikeinheit, bspw. eine Scharniereinheit, zum Verschwenken des Deckels an dem Gehäuse angeordnet. Durch einen verschwenkbaren Deckel werden Servicearbeiten der Separatoreinheit, wie z.B. Wartung oder Reinigung, erleichtert, da der Deckel für diese Servicearbeiten nicht vollständig abmontiert werden muss.
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Vorzugsweise ist der Rotor ein im Wesentlichen zylindrischer Hohlkörper. Ein Rotormantel, welcher die Rotorumfangsfläche bildet, ist bevorzugt aus einem Blech gewalzt. Damit in den Rotor das Medium nicht eintritt, ist der Rotor an der Deckfläche und an der Grundfläche bzw. an den axialen Stirnseiten bevorzugt abgedichtet ausgebildet.
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Es ist bevorzugt, dass die Separatorvorrichtung eine Antriebswelle aufweist, die den Antriebsmotor mit dem Rotor koppelt. Eine Längsachse der Antriebswelle ist bevorzugt koaxial zu der Rotorachse des Rotors. Vorzugsweise ist die Antriebswelle mit einem Nabenkörper verbunden, der den Rotor trägt. Der Nabenkörper trägt den Rotor vorzugsweise mittels wenigstens einer Stützstrebe. Es ist bevorzugt, dass die Stützstrebe senkrecht zu dem Rotormantel angeordnet ist, und dass die Stützstrebe den Nabenkörper mit dem Rotor koppelt. Antriebswelle und Nabenkörper bilden eine erste Welle-Nabe-Verbindung.
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Vorzugsweise ist die erste Welle-Nabe Verbindung eine axial bewegliche Verbindung. Aufgrund der axial beweglichen Welle-Nabe Verbindung wird zwischen Welle und Nabe keine Axialkraft, sondern nur ein Drehmoment übertragen. Das Drehmoment kann demnach von der Antriebswelle auf den Nabenkörper und damit auf den mit dem Nabenkörper verbundenen Rotor übertragen werden. Im Bereich der ersten Welle-Nabe Verbindung weist die Antriebswelle vorzugsweise ein Zahnwellenprofil auf. Zum Koppeln des Antriebsmotors mit der Antriebswelle ist bevorzugt eine zweite Welle-Nabe Verbindung vorgesehen.
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Es ist bevorzugt, dass die Separatorvorrichtung einen hohlen Achsendorn aufweist, durch den die Antriebswelle verläuft. Vorzugsweise ist der Achsendorn starr ausgebildet. Es ist bevorzugt, dass eine Zentralachse des Achsendorns koaxial zu der Längsachse der Antriebswelle ausgerichtet ist. Achsendorn und Antriebswelle sind bevorzugt berührungsfrei zueinander angeordnet.
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Der Nabenkörper ist vorzugsweise an dem Achsendorn gelagert. Es ist bevorzugt, dass der Nabenkörper mittels einer Fest-Los-Lagerung an dem Achsendorn gelagert ist. Vorzugsweise ist der Nabenkörper einteilig ausgebildet, er kann aber ebenso zweiteilig, dreiteilig oder mehr als dreiteilig ausgebildet sein.
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Ferner ist ein Verfahren zum Einstellen einer Viskosität einer dickflüssigen Phase innerhalb einer Separatorvorrichtung, vorzugsweise innerhalb der vorstehend beschriebenen Separatorvorrichtung, offenbart. Das Verfahren umfasst die Schritte Erfassen eines Istwerts eines Antriebswerts eines Antriebsmotors, Ermitteln einer Abweichung zwischen dem Istwert und einem Sollwert des Antriebswerts des Antriebsmotors, Erhöhen einer Pumpendrehzahl eines Pumpenantriebs, falls der Istwert über dem Sollwert liegt und Verringern der Pumpendrehzahl, falls der Istwert unter dem Sollwert liegt.
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Der Istwert des Antriebswerts des Antriebsmotors wird vorzugsweise mittels einer Erfassungseinheit erfasst. Es ist bevorzugt, dass der Antriebswert proportional zu der Viskosität der dickflüssigen Phase ist. Es ist besonders bevorzugt, dass ein Istwert eines Antriebsstroms des Antriebsmotors erfasst wird. Vorzugsweise wird der Istwert mit dem Sollwert des Antriebswerts des Antriebsmotors mittels einer Vergleichereinheit verglichen. Der Sollwert ist vorzugsweise ein Sollwert des Antriebsstroms des Antriebsmotors. Es ist besonders bevorzugt, dass der Sollwert ein von einem Benutzer eingestellter Sollwert ist. Vorzugsweise wird ein Ausgangssignal basierend auf der ermittelten Abweichung erzeugt. Das Ausgangssignal wird vorzugsweise von einem Regelglied erzeugt und an den Pumpenantrieb ausgegeben. Es ist besonders bevorzugt, dass das Ausgangsignal den Pumpenantrieb veranlasst, die Pumpendrehzahl proportional zu der Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert anzupassen.
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Es ist besonders bevorzugt, dass der Sollwert im Verhältnis zu einer angestrebten Viskosität der dickflüssigen Phase eingestellt wird. Für den Fall, dass die einzustellende bzw. angestrebte Viskosität der dickflüssigen Phase vergleichsweise gering sein soll, kann ein von einem Benutzer ein vergleichsweise geringer Sollwert eingestellt werden. Für den Fall, dass die einzustellende Viskosität der dickflüssigen Phase vergleichsweise hoch sein soll, kann von einem Benutzer ein vergleichsweise hoher Sollwert eingestellt werden. Der Benutzer stellt den Sollwert vorzugsweise an einer Benutzeroberfläche ein, die mit der Vergleichereinheit gekoppelt ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Viskosität der dickflüssigen Phase durch Erhöhen des Sollwerts erhöht wird. Der Benutzer kann hierzu vorzugsweise an einer Einstelleinheit der Benutzeroberfläche den Sollwert erhöhen. Es ist bevorzugt, dass der Sollwert auch im Betriebszustand erhöht werden kann. Insofern kann der Benutzer, wenn er während des Betriebs bemerkt, dass die dickflüssige Phase nicht ausreichend viskos ist, den Sollwert jederzeit erhöhen.
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Zum Verringern der Viskosität der dickflüssigen Phase wird der Sollwert vorzugsweise verringert. Es ist bevorzugt, dass der Benutzer den Sollwert an der Einstelleinheit der Benutzeroberfläche verringern kann. Dies ist vorzugsweise auch im Betriebszustand möglich, damit ein Benutzer, wenn er während des Betriebs bemerkt, dass die dickflüssige Phase zu hochviskos ist, den Sollwert jederzeit verringern kann. Zum Erhöhen bzw. Verringern des Sollwerts können ein Schieberegler, Einstelltasten oder ähnliches vorgesehen sein.
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In einem bevorzugten Schritt des Verfahrens wird der eingestellte Sollwert an einen Speicher bereitgestellt. Auf dem Speicher können die eingestellten Sollwerte zwischengespeichert und für nachfolgende Einstellvorgänge aufgerufen und erneut eingestellt werden.
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Ein bevorzugter Schritt des Verfahrens ist das Ansteuern des Antriebsmotors mit einem Antriebsmotorsteuergerät zum Wechseln der Drehrichtung des Antriebsmotors. Vorzugsweise wird hierdurch die Durchströmung eines Mediums durch eine Siebkammer beeinflusst. Die Durchströmung kann insbesondere dann beeinflusst werden, wenn ein Rotor, welcher von dem Antriebsmotor angetrieben wird, schraubenförmig ausgebildet ist. Bei einer ersten Drehrichtung wird durch die schraubenförmige Ausbildung des Rotors eine Förderwirkung erzielt. Die Verweilzeit des Mediums in der Siebkammer wird verkürzt, das Medium wird weniger stark angedickt und die dickflüssige Phase weist folglich eine vergleichsweise geringere Viskosität auf. Bei einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung wird eine Bremswirkung erzielt. Die Verweilzeit des Mediums in der Siebkammer wird erhöht, das Medium wird verstärkt angedickt und die dickflüssige Phase weist infolgedessen eine vergleichsweise höhere Viskosität auf.
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Die Erfindung betrifft zudem eine Regeleinrichtung zum Regeln einer Viskosität einer dickflüssigen Phase innerhalb einer Separatorvorrichtung, vorzugsweise innerhalb einer vorstehend beschriebenen Separatorvorrichtung. Die Regeleinrichtung umfasst eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines Istwerts eines Antriebswerts eines Antriebsmotors, eine Vergleichereinheit zum Ermitteln einer Abweichung zwischen dem Istwert und einem Sollwert des Antriebswerts des Antriebsmotors und ein Regelglied zum Erzeugen eines Ausgangssignals an einen Pumpenantrieb. Das Ausganssignal veranlasst den Pumpenantrieb eine Pumpendrehzahl zu verringern, falls der Istwert unter dem Sollwert liegt. Falls der Istwert über dem Sollwert liegt, veranlasst das Ausgangssignal den Pumpenantrieb, die Pumpendrehzahl zu erhöhen.
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Die Regeleinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, den Sollwert über eine Benutzeroberfläche zu empfangen. Es ist besonders bevorzugt, dass die Vergleichereinheit der Regeleinrichtung den Sollwert über die Benutzeroberfläche empfängt. Der von der Benutzeroberfläche empfangene Sollwert ist vorzugsweise ein Sollwert, den ein Benutzer im Verhältnis zu einer angestrebten Viskosität der dickflüssigen Phase an der Benutzeroberfläche eingestellt hat. Für den Fall, dass die einzustellende bzw. angestrebte Viskosität der dickflüssigen Phase vergleichsweise gering sein soll, kann von einem Benutzer ein vergleichsweise geringer Sollwert eingestellt werden. Für den Fall, dass die einzustellende Viskosität der dickflüssigen Phase vergleichsweise hoch sein soll, kann von einem Benutzer ein vergleichsweise hoher Sollwert eingestellt werden.
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Es ist bevorzugt, dass die Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, die Viskosität der dickflüssigen Phase zu erhöhen, falls ein Sollwert empfangen wird, der höher als ein zuvor empfangener Sollwert ist. Es ist besonders bevorzugt, dass das Ausgangsignal den Pumpenantrieb veranlasst, die Pumpendrehzahl proportional zu der Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert zu erhöhen bzw. zu verringern. Wenn ein Sollwert empfangen wird, der höher als ein zuvor empfangener Sollwert ist, verändert sich die von der Vergleichereinheit ermittelte Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert. Durch eine zu der Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert proportionale Anpassung der Pumpendrehzahl können bereits minimale Anpassungen des Sollwerts berücksichtigt werden.
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Es ist bevorzugt, dass die Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, die Viskosität der dickflüssigen Phase zu verringern, falls ein Sollwert empfangen wird, der geringer als ein zuvor empfangener Sollwert ist. Wenn ein Sollwert empfangen wird, der geringer als ein zuvor empfangener Sollwert ist, verändert sich die von der Vergleichereinheit ermittelte Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert. Bei einer zu der Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert proportionalen Anpassung der Pumpendrehzahl führt ein im Vergleich zu einem vorher empfangenen verringerter Sollwert dazu, dass die Pumpendrehzahl, für den Fall, dass der Sollwert noch über dem Istwert liegt, proportional weniger stark verringert, und für den Fall, dass der Sollwert unter dem Istwert liegt, proportional stärker erhöht wird.
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Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung dazu eingerichtet, einen an einem Speicher zwischengespeicherten Sollwert zu empfangen. Es ist bevorzugt, dass die an der Benutzeroberfläche eingestellten Sollwerte an dem Speicher zwischengespeichert werden, um von einem Benutzer in einem folgenden Einstellvorgang erneut aufgerufen werden zu können.
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Es ist bevorzugt, dass die Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, die Viskosität der dickflüssigen Phase unter Berücksichtigung der Drehrichtung des Antriebsmotors zu regeln. Die Drehrichtung des Antriebsmotors kann vorzugsweise mittels eines Antriebsmotorsteuergerät gewechselt werden. Es ist bevorzugt, dass der Rotor der Separatorvorrichtung derart ausgebildet ist, dass bei einer ersten Drehrichtung einer Förderwirkung und bei einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung eine Bremswirkung erzielt wird. Durch die Förderwirkung wird die Verweilzeit des Mediums in der Siebkammer verkürzt, das Medium wird weniger stark angedickt und die dickflüssige Phase weist folglich eine vergleichsweise geringere Viskosität auf. Durch die Bremswirkung wird die Verweilzeit des Mediums in der Siebkammer erhöht, das Medium wird verstärkt angedickt und die dickflüssige Phase weist infolgedessen eine vergleichsweise höhere Viskosität auf. Es ist daher bevorzugt, dass die Pumpendrehzahl unter Berücksichtigung der Förderwirkung bzw. Bremswirkung angepasst wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zur Steuerung der vorstehend beschriebenen Regeleinrichtung vorgeschlagen, wobei das Computerprogramm Programmcodemittel aufweist, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens, umfassend die Schritte Erfassen eines Istwerts eines Antriebswerts eines Antriebsmotors, Ermitteln einer Abweichung zwischen dem Istwert und einem Sollwert des Antriebswerts des Antriebsmotors, Erhöhen einer Pumpendrehzahl eines Pumpenantriebs, falls der Istwert über dem Sollwert liegt, und Verringern der Pumpendrehzahl, falls der Istwert unter dem Sollwert liegt, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner der Regeleinrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese sollen die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr sind die Zeichnungen, wenn dies zur Erläuterung dienlich ist, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus den Zeichnungen unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, den Zeichnungen und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, diese zeigen in:
- 1 eine schematische Darstellung der Separatorvorrichtung;
- 2 eine isometrische Ansicht des Rotors;
- 3A eine Draufsicht auf den Rotor samt Bewegungsbahn des Rotors
- 3B eine Draufsicht auf den Rotor ohne Bewegungsbahn des Rotors;
- 4 eine Schnittdarstellung der Separatoreinheit;
- 5 eine Darstellung der Kräfte an dem Rotor;
- 6 eine Detailansicht der Lagerungsanordnung;
- 7 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Konstruktionsstands der Separatorvorrichtung;
- 8 eine weitere Darstellung des Konstruktionsstands der Separatorvorrichtung; und in
- 9 eine Benutzeroberfläche.
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In 1 ist die Separatorvorrichtung 1 dargestellt. Sie umfasst eine Pumpe 2 mit einem Pumpenantrieb 4, eine Separatoreinheit 6, einen Antriebsmotor 8 sowie eine Regeleinrichtung 10. Die Regeleinrichtung 10 weist eine Erfassungseinheit 12, eine Vergleichereinheit 14 und ein Regelglied 16 auf. In der in 1 gezeigten Ausführung der Separatorvorrichtung 1 sind die Vergleichereinheit 14 und das Regelglied 16 in einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst.
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Die Separatoreinheit 6 ist geschnitten dargestellt. Die Separatoreinheit 6 umfasst ein Gehäuse 18 mit einem Einlass 20 für ein Medium M, einem ersten Auslass 22 für eine dünnflüssige Phase F und einem zweiten Auslass 24 für eine dickflüssige Phase A. Das Medium M wird mittels der Pumpe 2 durch den Einlass 20 mit einem Zuführvolumenstrom Q in die Separatoreinheit 6 gefördert. Der Zuführvolumenstrom Q ist abhängig von einer Pumpendrehzahl des Pumpenantriebs 4. Je höher die Pumpendrehzahl ist, desto höher ist der Zuführvolumenstrom Q. Vorzugsweise besteht zwischen Zuführvolumenstrom Q und Pumpendrehzahl des Pumpenantriebs 4 eine lineare, besonders bevorzugt eine proportionale Abhängigkeit.
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Das Medium M tritt in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 zunächst in einen dritten Rohrstutzen 54, im Folgenden auch als Einlassstutzen bezeichnet, ein. Der Einlassstutzen 54 ist Teil des Gehäuses 18 und ist bevorzugt an einem unteren Abschnitt des Gehäuses 18 angeordnet. Der Einlassstutzen 54 ist in fluider Verbindung mit einer Siebkammer 26. Die Siebkammer 26 wird radial einerseits durch einen Siebkörper 28 und andrerseits wenigstens teilweise durch einen Rotor 30 begrenzt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Siebkörper 28 ein stationärer Siebkörper.
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Der Rotor 30 ist ein zylindrischer Hohlkörper. Der Rotor 30 weist einen Rotormantel 32 auf, der eine Rotorumfangsfläche 34 bildet (vgl. 2). Die Rotorumfangsfläche 34 ist erhebungsfrei ausgebildet, d.h. an der Rotorumfangsfläche 34 sind keine Profilelemente angeordnet. Der Rotor 30 ist axial abgedichtet ausgebildet, sodass das Medium M nicht in den zylindrischen Hohlkörper des Rotors 30 eindringen kann. Der Rotor 30 rotiert um eine Rotorachse LR. Die Rotorachse LR ist bevorzugt koaxial zu einer Siebkörperachse LS des Siebkörpers 28 angeordnet. Der Siebkörper 28 ist zylindrisch ausgebildet. Zwischen dem Rotor 30 und dem Siebkörper 28 ist ein Ringspalt 36 gebildet, durch den das Medium M von einem Eingangsabschnitt 38 zu einem Ausgangsabschnitt 40 hindurchfließt. Der Ringspalt 36 bildet den Teil der Siebkammer 26, innerhalb dem das zugeführte Medium M angedickt wird. Das Medium M, welches an dem Eingangsabschnitt 38 in den Ringspalt 36 der Siebkammer 26 eintritt und an dem Ausgangsabschnitt 40 aus dem Ringspalt 36 der Siebkammer 26 austritt, wird durch die Rotationsbewegung des Rotors 30 in Rotationsrichtung beschleunigt und wenigstens teilweise aus der Siebkammer 26 durch Öffnungen (nicht gezeigt) des Siebkörpers 28 in eine Filtrationskammer 42 befördert. Das in der Siebkammer 26 verbleibende Medium M wird entwässert und folglich angedickt. In der Filtrationskammer 42 sammelt sich die gefilterte Flüssigkeit und bildet eine dünnflüssige Phase F des eintretenden Medium M, wohingegen sich in der Siebkammer 26 eine dickflüssige Phase A des eintretenden Mediums M bildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 1 erstreckt sich der Rotor 30 nicht über die gesamte Länge des Siebkörpers 28. Es ist bevorzugt, dass sich der Rotor 30 in einem Bereich von etwa 20 % bis 100%, bevorzugt 50 % bis 100 %, besonders bevorzugt 70 % bis kleiner 100% der Länge des Siebkörpers 28 erstreckt.
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Die Filtrationskammer 42 wird radial einerseits durch den Siebkörper 28 und andrerseits durch das Gehäuse 18 begrenzt. Die Filtrationskammer 42 ist in fluider Verbindung mit dem ersten Auslass 22 für die dünnflüssige Phase F. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 1 gelangt die dünnflüssige Phase F über einen ersten Rohrstutzen 50 zu dem ersten Auslass 22. Das in der Siebkammer 26 und insbesondere in dem Ringspalt 36 angedickte Medium M tritt als dickflüssige Phase A durch den zweiten Auslass 24 des Gehäuses 18 aus. Die dickflüssige Phase A gelangt über einen zweiten Rohrstutzen 52 zu dem zweiten Auslass 24 für die dickflüssige Phase A. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der zweite Rohrstutzen 52 gebogen ausgebildet.
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Das Gehäuse 18 weist einen Deckel 56 auf, der zum Verschließen des Gehäuses 18 ausgebildet ist. Der Deckel 56 ist verschwenkbar gelagert. Gemäß 1 befindet sich der Deckel 56 in einer Schließstellung. An dem Gehäuse 18 ist eine Mechanikeinheit 60 ausgebildet, wodurch der Deckel 56 von der in 1 gezeigten Schließstellung in eine Kippstellung (nicht gezeigt) verbracht werden kann. Wenn der Deckel 56 in einer Schließstellung ist, wird der Deckel 56 an einer der Mechanikeinheit 60 gegenüberliegenden Seite kraftschlüssig mit dem Gehäuse 18 verbunden. Der Deckel 56 kann sich folglich in der Schließstellung nicht selbstständig lösen. Zum Verbringen des Deckels 56 von der Schließstellung in die Kippstellung kann ein Benutzer die kraftschlüssige Verbindung lösen und den Deckel 56 händisch in die Kippstellung verbringen. In der Kippstellung wird die Separatoreinheit 6 für den Benutzer leicht zugänglich und es können Servicearbeiten wie bspw. Reinigungen durchgeführt werden. Der erste Rohrstutzen 50 und der zweite Rohstutzen 52 sind vorzugsweise keine Elemente des Deckels 56 (vgl. 8). Infolgedessen kann der Deckel 56 geöffnet werden, ohne die Rohrstutzen 50, 52 zu demontieren. Die Servicezeiten werden reduziert.
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Der Rotor 30 wird von dem Antriebsmotor 8 angetrieben. Eine Antriebswelle 62 koppelt den Antriebsmotor 8 mit dem Rotor 30. Die Lagerungsanordnung zwischen der Antriebswelle 62 und dem Rotor 30 wird mit Bezug auf 6, welche eine Detailansicht der Lagerungsanordnung zeigt, beschrieben.
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Die Erfassungseinheit 12 ist mit dem Antriebsmotor 8 gekoppelt und dazu ausgebildet, einen Istwert IW eines Antriebswerts AW des Antriebsmotors 8 zu erfassen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Erfassungseinheit 12 ein Strommessgerät. Es wird demnach ein Istwert IW eines Motorstroms des Antriebsmotors 8 erfasst. Es ist bevorzugt, dass eine Abhängigkeit des Motorstroms von der Geschwindigkeit des Durchströmens (Volumenstrom) der Separatoreinheit 6 ermittelt wird. Unter Berücksichtigung dieser Abhängigkeit kann vorzugsweise ein korrigierter Istwert IW des Motorstroms an der Vergleichereinheit 14 bereitgestellt und mit einem Sollwert SW verglichen werden.
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Das Strommessgerät bzw. die Erfassungseinheit 12 ist mit der Vergleichereinheit 14 gekoppelt und stellt dieser den erfassten Istwert IW bereit. Der Vergleichereinheit 14 wird zudem ein Sollwert SW des Antriebswerts AW des Antriebsmotors 8 zugeführt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Sollwert SW ein Sollwert des Motorstroms des Antriebsmotors 8. Der Sollwert SW kann ein vorgegebener Sollwert SW sein. Besonders bevorzugt ist der Sollwert SW jedoch ein von einem Benutzer der Separatorvorrichtung 1 einstellbarer Sollwert SW. Die Vergleichereinheit 14 ist dazu ausgebildet, den Sollwert SW mit dem Istwert IW zu vergleichen und eine Abweichung von dem Sollwert SW zu dem Istwert IW zu ermitteln. Das Regelglied 16 ist mit der Vergleichereinheit 14 gekoppelt und erzeugt ein Ausgangssignal AS, welches auf der von der Vergleichereinheit 14 ermittelten Abweichung zwischen dem Sollwert SW und dem Istwert IW basiert. Das Ausgangssignal AS wird von dem Regelglied 16 an dem Pumpenantrieb 4 bereitgestellt.
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In 2 ist eine Detailansicht des Rotors 30 gezeigt. Der Rotor 30 ist, wie bereits beschrieben, ein zylindrischer Hohlkörper. Der Rotormantel 32 ist bevorzugt aus einem Blech gewalzt. Eine Deckfläche 64 des Rotors ist als Rotorabdichtung 66 ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Rotorabdichtung 66 eine Öffnung 68 auf. Diese Öffnung 68 ist jedoch im Betriebszustand der Separatorvorrichtung nicht geöffnet, sondern verschlossen ausgebildet (vgl. 4), sodass im Betrieb das Medium M nicht in den Rotor 30 eindringen kann.
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3A und 3B zeigen eine Draufsicht auf die Deckfläche 64 des Rotors 30. 3A zeigt zudem die Bewegungsbahn 70 (gestrichelte Linie) des Rotors 30, wenn er von dem Antriebsmotor 8 um die Rotorachse LR angetrieben wird. Der Rotor 30 weist gemäß den 2, 3A und 3B eine von der kreiszylindrischen Form abweichende Form auf. In der Draufsicht gemäß 3A und 3B bildet der Rotormantel 32 eine geschlossene, konvexe Kurve 72, wobei die Kurve 72 eine Kurve konstanter Breite B ist. Zur Veranschaulichung der Breite B sind in 3B zwei parallele Hilfsgeraden 74, 76, die die Kurve 72 an zwei gegenüberliegenden Seiten tangieren, eingezeichnet. Die Breite B zwischen diesen beiden Hilfsgeraden 74, 76 bleibt konstant, unabhängig davon, an welcher Stelle die parallelen Geraden 74, 76 die Kurve 72 tangieren. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Kurve 72 eine Art Dreieck, wobei Ecken 78, 80, 82 des Dreiecks abgerundet ausgebildet sind. Es ist auch möglich, dass die Kurve 72 eine Art Viereck, Fünfeck oder ein Mehreck mit mehr als fünf Ecken bildet, wobei die Ecken bevorzugt abgerundet ausgebildet sind. 3A zeigt, dass die Bewegungsbahn 70 des Rotors eine um die Rotorachse LR konzentrische Kreisbahn bildet, wobei die Rotorachse LR senkrecht zur Betrachtungsebene der 3A verläuft und die Öffnung 68, welche als Kreis ausgebildet ist, in ihrem Mittelpunkt MP (vgl. 3B) schneidet. Dies bedeutet, dass ein beliebiger Punkt auf der Rotorumfangsfläche 34 auf einer Kreisbahn um die Rotorachse LR bewegt wird.
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In 4 ist eine zur Rotorachse LR und zur Siebkörperachse LS horizontale Schnittansicht der Separatoreinheit 6 dargestellt. Gezeigt sind der Rotor 30, der Siebkörper 28 und das Gehäuse 18. Rotor 30 und Siebkörper 28 begrenzen die Siebkammer 26. Siebkörper 28 und Gehäuse 18 begrenzen die Filtrationskammer 42. Der Rotor 30 weist die oben beschriebene Form auf. Rotorachse LR und Siebkörperachse LS sind koaxial zueinander angeordnet. Die Öffnung 68 des Rotors ist geschlossen ausgebildet. Der Ringspalt 36, der sich zwischen dem Rotor 30 und dem Siebkörper 28 bildet, ist ungleichmäßig breit ausgebildet. Das heißt, dass der Raum wischen Rotor 30 und Siebkörper 28 ein sich in der Spaltbreite veränderlicher Raum ist. An den Stellen, an denen die abgerundeten Ecken 78, 80, 82 des Rotors 30 dem Siebkörper 28 gegenüberliegen, ist der Ringspalt 36 deutlich keiner als an den Stellen, an denen die Kurvenabschnitte, welche zwischen den abgerundeten Ecken 78, 80, 82 ausgebildet sind, dem Siebkörper 28 gegenüberliegen.
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5 zeigt eine gemessene Druckbelastung an dem rotierenden Rotor 30 sowie eine schematische Ansicht der Kraftanordnung an dem Rotor 30. Die an dem Rotor 30 gemessenen Drücke (in bar) ergeben eine zentrische 3-Punkt Anordnung 84. Die gezeigten Druckkurven 86, 88, 90 von einem ersten Punkt 92 zu einem benachbarten Punkt 94 zeigen zunächst eine steigende Druckbelastung von dem Rotor 30 auf den Siebkörper 28. Der Druck steigt bis zu einer maximalen Druckbelastung Pmax an, danach fällt der Druck ab. Die Druckkurven 86, 88, 90 zeigen, dass der Druck an dem rotierenden Rotor 30 nahezu gleichmäßig auf- und abgebaut werden. Druckkräfte 96 und Zugkräfte 98, welche an dem Rotor 30 angreifen, lösen sich also weitestgehend auf, und auch der Siebkörper 28 wird nahezu gleichmäßig belastet.
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In den Abschnitten, in denen Druck der aufgebaut wird bzw. Druck von dem Rotor 30 auf den Siebkörper 28 ausgeübt wird, entstehen Druckzonen. In den Abschnitten, in denen der Druck abgebaut wird bzw. Zugkräfte auf den Rotor 30 wirken, entstehen Zugzonen.
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In den Druckzonen wird das Medium M, welches in die Siebkammer 26 und somit in den Ringspalt 36 zwischen dem Rotor 30 und dem Siebkörper 28 strömt, aus der Siebkammer 26 durch den Siebkörper 28 in die Filtrationskammer 42 gedrückt. In den Zugzonen wird das Medium M aus der Filtrationskammer42 durch den Siebkörper 28 in die Siebkammer 26 zurückgesogen. Durch die abwechselnden Druck- und Zugzonen können die Öffnungen (nicht gezeigt) des Siebkörpers 28 durchgespült werden.
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6 zeigt eine Schnittdarstellung der Separatoreinheit 6 im Bereich der Antriebswelle 62, wobei die Lageranordnung zwischen Antriebswelle 62 und Rotor 30 detailliert dargestellt ist. Der Rotor 30 selbst ist in 6 nicht dargestellt, jedoch eine erste Stützstrebe 100 und eine zweite Stützstrebe 102, die senkrecht zu dem Rotormantel 32 des Rotors 30 angeordnet sind (vgl. 1). Die zweite Stützstrebe 102 bildet zudem eine axiale Abdichtung des Rotors 30. Die Stützstreben 100, 102 stützen den Rotor 30 auf einem Nabenkörper 104 ab. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist der Nabenkörper 104 dreiteilig ausgebildet. Es ist aber ebenso möglich, dass der Nabenkörper einteilig, zweiteilig oder mehr als dreiteilig ausgebildet. Der erste Nabenkörperabschnitt 106, der zweite Nabenkörperabschnitt 108 und der dritte Nabenkörperabschnitt 110 sind vorzugsweise formschlüssig miteinander verbunden. Zwischen dem ersten Nabenkörperabschnitt 106 und der Antriebswelle 62 ist gemäß 6 eine erste Welle-Nabe Verbindung 112 ausgebildet. Die Antriebswelle 62 weist hierzu an einem ersten axialen Ende 113 bzw. im Bereich der ersten Welle-Nabe Verbindung 112 ein Profil auf, welches in eine korrespondierende Aussparung des ersten Nabenkörperabschnitts eingreifen kann.
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Die in 6 gezeigte erste Welle-Nabenverbindung 112 zwischen der Antriebswelle 62 und dem Nabenkörper 104 ist eine axial bewegliche Verbindung. Infolgedessen werden zwischen der Antriebswelle 62 und dem Nabenkörper 104 keine Axialkräfte übertragen.
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Lediglich das Drehmoment wird von der Antriebswelle 62 auf den Nabenkörper 104 übertragen. Da der Nabenkörper 104 über die Stützstreben 100, 102 mit dem Rotor 30 gekoppelt ist, wird der Rotor 30 folglich in Rotation versetzt.
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In 6 ist zudem ein hohler Achsendorn 114 abgebildet. Die Antriebswelle 62 verläuft durch den Achsendorn 114 hindurch. Eine Zentralachse des Achsendorns LA ist koaxial zu der Längsachse der Antriebswelle LW ausgerichtet. Die Zentralachse des Achsendorns LA und somit ebenfalls die Längsachse der Antriebswelle LWsind zudem koaxial zur Rotorachse LR und zur Siebkörperachse LS ausgebildet. Achsendorn 114 und Antriebswelle 62 sind bevorzugt berührungsfrei zueinander angeordnet. Der Achsendorn 114 ist starr ausgebildet und an einem Gehäuseabschnitt befestigt (vgl. 1). In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist der Nabenkörper 104 an dem starren Achsendorn 114 mittels einer Fest-los-Lagerung gelagert, wobei das Loslager 116 der ersten Welle-Nabe Verbindung 112 axial näher ist als das Festlager 118. Zum Fixieren der Innenringe des Festlagers 118 und des Loslagers 116 an dem Achsendorn 114 sind zudem eine Hülse 120 sowie ein axiales Fixierungselement 122 vorgesehen. Gemäß 6 ist das axiale Fixierungselement 122 kraftschlüssig mittels einer Schraube mit dem Achsendorn 114 verbunden.
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Eine zweite Welle-Nabe Verbindung 124 ist zwischen einer Motornabe 126 und der Antriebswelle 62 vorgesehen. Die Antriebswelle 62 weist hierzu an einem zweiten axialen Ende 128, welches dem ersten axialen Ende 113 gegenüberliegt, ein Profil auf, welches in eine korrespondierende Aussparung der Motornabe 126 eingreift. Über diese zweite Welle-Nabe Verbindung 124 wird das Drehmoment des Antriebsmotors 8 auf die Antriebswelle 62 übertragen.
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7 zeigt einen Konstruktionsstand der Separatorvorrichtung 1, wobei die Separatoreinheit 6 geschnitten dargestellt ist. Die Spearatoreinheit 6 gemäß 7 entspricht im Wesentlichen der Separatoreinheit 6 gemäß 1, sodass hierfür auf die Beschreibung bzgl. der 1 verwiesen wird. Die Separatoreinheit 6 ist auf einem Standkörper 130 aufgebaut und kann hierüber auf einem Boden aufgestellt werden. Der Standkörper 130 weist eine ausreichend große Aussparung auf, innerhalb der der Antriebsmotor 8 angeordnet ist. Der Antriebsmotor 8 ist folglich zwischen der Separatoreinheit und dem Boden angeordnet. Gemäß 7 ist der Antriebsmotor 8 in einem Motorgehäuse 132 angeordnet.
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Der Antriebsmotor 8 ist mit einem Antriebsmotorsteuergerät 134 gekoppelt. Das Antriebsmotorsteuergerät 134 steuert den Motor an. Über das Antriebsmotorsteuergerät 134 können bspw. die Drehrichtung, das Drehmoment, der Motostrom oder weitere Antriebswerte des Antriebsmotors gesteuert werden. Der Antriebsmotor 8 ist zudem mit der Erfassungseinheit 12 bzw. dem Strommessgerät zum Erfassen des Motorstroms gekoppelt. Der mittels des Strommessgeräts erfasste Motostroms wird als Istwert IW an der Vergleichereinheit 14 bereitgestellt. Als Vergleichswert wird der Vergleichereinheit 14 zudem ein Sollwert SW des Motorstroms bereitgestellt. Zum Einstellen des Sollwerts SW weist die Separatorvorrichtung 1 eine Benutzeroberfläche 136 mit einer Einstelleinheit 138 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist die Benutzeroberfläche 136 an dem Gehäuse 18 der Separatoreinheit 6 angeordnet.
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Der Sollwert SW kann von einem Benutzer im Verhältnis zu einer angestrebten Viskosität der dickflüssigen Phase A eingestellt werden, wobei der Sollwert SW (Motorstrom) proportional zur Viskosität der dickflüssigen Phase A ist. Je höher die Viskosität sein soll, desto höher wird der Sollwert SW vom Benutzer eingestellt. Zum Erhöhen des Sollwerts SW ist eine erste Einstelltaste 140 vorgesehen. Über die erste Einstelltaste 140 kann ein Benutzer, vorzugsweise auch während des Betriebs der Separatorvorrichtung 1, den Sollwert SW erhöhen. Vorzugweise kann der Sollwert SW sukzessive in gleichmäßigen Schritten erhöht werden. Zum Verringern des Sollwerts SW ist eine zweite Einstelltaste 142 vorgesehen. Mittels der zweiten Einstelltaste 142 kann ein Benutzer den Sollwert SW vorzugsweise in gleichmäßigen Schritten erhöhen. Zum Erhöhen und Verringern des Sollwert SW kann alternativ oder zusätzlich ein Schieberegler vorgesehen sein. Es ist zudem möglich, dass der Benutzer auf in einem Speicher 180 hinterlegte Sollwerte SW zugreifen kann. Die in dem Speicher 180 hinterlegten Sollwerte SW sind vorzugsweise Sollwerte SW, die der Benutzer in vorherigen Einstellvorgängen an der Einstelleinheit 138 eingestellt und an dem Speicher 180 bereitgestellt hat (vgl. 9). Ferner ist es möglich, dass der Sollwert SW in Abhängigkeit von der Separatorvorrichtung nachgeordneten Vorrichtungen oder Verfahren automatisch einstellbar ist. Hierzu ist es bevorzugt, dass der Speicher 180 Sollwerte SW aufweist, die nachgeordneten Vorrichtungen oder Verfahren zugeordnet sind, und die in Abhängigkeit der nachgeordneten Vorrichtungen oder Verfahren automatisch aufgerufen und an der Einstelleinheit 138 eingestellt werden.
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Die Vergleichereinheit 14 ermittelt eine Abweichung zwischen dem von der Erfassungseinheit 12 bzw. dem Strommessgerät erfassten Istwert IWund dem eingestellten Sollwert SW. Die ermittelte Abweichung wird von der Vergleichereinheit 14 an dem Regelglied 16 bereitgestellt. Die Vergleichereinheit 14 und das Regelglied 16 sind gemäß 7 (wie in 1) in einer gemeinsamen Baugruppe angeordnet. Basierend auf der Abweichung erzeugt das Regelglied 16 ein Ausgangssignal, das dem Pumpenantrieb 4 zugeführt wird. Wenn der Istwert IW unter dem Sollwert SW liegt, veranlasst das erzeugte Ausgangssignal AS, den Pumpenantrieb 4 die Pumpendrehzahl zu verringern. Ein Verringern der Pumpendrehzahl führt dazu, dass das Medium M mit einem verringerten Zuführvolumenstrom Q durch den Einlass 20 in die Separatoreinheit 6 und damit in die Siebkammer 26 gefördert wird. Aufgrund des verringerten Zuführvolumenstroms Q erhöht sich die Verweilzeit des Medium M in der Siebkammer 26 und das Medium M hat mehr Zeit zum Entwässern. In der Folge wird das Medium M innerhalb der Siebkammer 26 verstärkt angedickt und weist eine höhere Viskosität auf. Wenn der Istwert IW über dem Sollwert SW liegt, veranlasst das erzeugte Ausgangssignal AS, den Pumpenantrieb 4 die Pumpendrehzahl zu erhöhen. Ein Erhöhen der Pumpendrehzahl führt dazu, dass das Medium M mit einem erhöhten Zuführvolumenstrom Q in die Siebkammer 26 einströmt. Aufgrund der erhöhten Zuführvolumenstroms Q verringert sich die Verweilzeit des Mediums M in der Siebkammer 26. Je kürzer die Verweilzeit (hoher Volumenstrom), desto weniger Zeit hat der Siebkörper 28 zum Entwässern des Mediums M. Hierdurch wird das Medium M weniger angedickt und die Viskosität verringert sich.
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8 zeigt eine weitere Darstellung des Konstruktionsstands der Separatorvorrichtung 1. Der Standkörper 130 ist mittels vier Standfüßen 144 auf dem Boden aufgestellt.
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In 8 ist keine Innenansicht des Separatoreinheit 6 dargestellt, sondern die 8 zeigt lediglich das Gehäuse 18 der Separatoreinheit 6. Das Gehäuse 18 weist den Deckel 56 auf, der an dem Gehäuse 18 verschwenkbar gelagert ist. Zum Verbringen des Deckels 56 von der Schließstellung in die Kippstellung weist der Deckel 56 einen Haltegriff 150 auf. Ein Benutzer kann den Haltegriff 150 greifen und den Deckel 56 um eine Kippachse K verschwenken. Die Kippachse K verläuft durch Scharniere 200 der Mechanikeinheit 60. Der erste und der zweite Auslass 22, 24 sind gemäß 8 parallel nebeneinander angeordnet. An dem Gehäuse 18 sind der erste Rohrstutzen 50 für die dünnflüssige Phase F und der zweite Rohrstutzen 52 für die dickflüssige Phase A angeordnet. Der erste Rohrstutzen 50 mündet in den ersten Auslass 22, der zweite Rohrstutzen 52 mündet in den zweiten Auslass 24. Die Rohstutzen 50, 52 bilden vorzugsweise einen Gegenanschlag, der den Deckel 56 in einer Kippstellung (nicht gezeigt) hält. Der Einlass 20 ist an einer dem Deckel 56 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 18 angeordnet. Es ist vorgesehen, dass der Einlass 20 mit der Pumpe 2 koppelbar ist (in 8 nicht dargestellt). An dem Einlass 20 ist vorzugsweise ein Druckmanometer 148 angeordnet. Das Druckmanometer 148 ist dazu eingerichtet, den Druck des durch den Einlass 20 strömenden Mediums M zu erfassen.
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Die in 9 dargestellte Benutzeroberfläche 160 weist einen Touchscreen 162 auf, der von einem Begrenzungsrand 164 umgeben ist. Die Einstelleinheit 138 wird auf dem Touchscreen 162 digital dargestellt. Die Einstelleinheit 138 umfasst die erste Einstelltaste 140 und die zweite Einstelltaste 142 sowie zusätzlich einen Schieberegler 170. Es ist ebenso möglich, dass die Einstelleinheit 138 entweder einen Schieberegler 170 oder Einstelltasten 140, 142 aufweist. Der Schieberegler umfasst einen Schleifer 172, der entlang eines Balkens bewegt werden kann. Der Schleifer 172 kann in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 9 mittels Berührung eines Benutzers verschoben werden. Durch Verschieben des Schleifers 172 kann der Sollwert SW erhöht bzw. verringert werden. Zusätzlich sind Einstelltasten 140, 142 vorgesehen, über die der Sollwert SW ebenfalls eingestellt werden kann. Die Einstelltasten können durch eine punktuelle Berührung betätigt werden. Die erste Einstelltaste 140 zum Erhöhen des Sollwert SW weist ein Pluszeichen auf, welches objektiv mit einer Erhöhung eines Werts verbunden wird. Die zweite Einstelltaste 142 zum Verringern des Sollwerts weist ein Minuszeichen auf, welches objektiv mit einem Verringern eines Wert verbunden wird. Es ist bevorzugt, dass der Sollwert SW mittels der Einstelltasten 140, 142 in gleichmäßigen Schritten erhöht bzw. verringert werden kann. Vorzugsweise bewegt sich der Schleifer 172 automatisch bei Betätigen der Einstelltasten 140, 142 in Richtung der jeweils betätigten Einstelltaste 140, 142. Das heißt, bei Betätigen der ersten Einstelltaste 140 bewegt sich der Schleifer automatisch entlang des Balkens in Richtung der ersten Einstelltaste 140, und bei Betätigen der zweiten Einstelltaste 142 automatisch in Richtung der zweiten Einstelltaste 142.
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Der eingestellte Sollwert SW wird über eine Sollwertanzeige 168 angezeigt. Zudem kann eine Istwertanzeige 166 vorgesehen sein, die den erfassten Istwert IWanzeigt. Die Benutzeroberfläche 136 ist mit der Regeleinrichtung 10 gekoppelt. Hierüber kann der eingestellten Sollwert SW an der Vergleichereinheit 14 (in 9 nicht gezeigt) bereitgestellt werden. Zudem kann hierüber der mittels der Erfassungseinheit 12 (in 9 nicht gezeigt) erfasste Istwert an der Benutzeroberfläche 160 bereitgestellt und an der Sollwertanzeige 168 angezeigt werden.
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Die Benutzeroberfläche 160 ist ferner mit einem Speicher 180 gekoppelt, an dem die eingestellten Sollwerte SW bereitgestellt werden. In dem Speicher 180 können eingestellte Sollwerte SW zwischengespeichert und für nachfolgende Einstellvorgänge erneut aufgerufen werden. Die in dem Speicher 180 hinterlegten Sollwerte SW werden vorzugsweise in einer Speicheranzeige 182 angezeigt. Der Benutzer kann sich in der Speicheranzeige 182 die hinterlegten Sollwert SW ansehen und mittels Berührung einen gewünschten Sollwert SW auswählen. Der hierdurch ausgewählte Sollwert SW wird dann an der Einstelleinheit 138 eingestellt. Es ist bevorzugt, dass die an dem Speicher 180 bereitgestellten Sollwerte SW spezifischen, der Separatorvorrichtung nachgeordneten Vorrichtungen oder Verfahren zugeordnet sind. Der Benutzer kann dann bspw. an der Speicheranzeige 182 oder an einer weiteren, nicht dargestellten Anzeige die nachgeordnete Vorrichtung oder das nachgeordnete Verfahren auswählen und der Speicher 180 stellt automatisch den entsprechenden Sollwert SW an der Einstelleinheit 138 bereit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0646199 B1 [0004, 0005, 0006]
