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Flichkraft-Zerstäuberaggregat für Trocknungsapparate Die Erfindung
bezieht sich auf ein Flienhkraft-Zerstäuberaggregat fir Trocknungsapparate, das
tiit einer am oberen Ende angetriebenen, mehrfach gelagerten senkrechten Welle ausgerüstet
und zum größten Teil innerhalb des Trocknungsraumes angeornet ist.
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t)as Trocknen durch Zerstäubung wird in den verschiedensten Industriezweigen
angewendet. wesentlich für diese Anwendungen ist, daß das zu trockende produkt als
pumpbare Lösung, Emulsion oder Suspension vorliegt. Insbesondere kann es sich bei
diesen Produkten z.B. um Milch, Kaffe, Tee oder auch anorganische Salzlösungen oder
-emulsionen oder als Emulsion vorliegende Kunststoffe handeln.
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Pur die Trocknung sind unterschiedliche Bedingungen zu berückwichtigen
und mehrere Forderungen zu erfüllen. Die Teilchengröße bei der Zentrifur:,alzerstäubung
ist u.a. abhängig von der Tourenzahl der Zerstäuberscheibe und der Viskosität und
Oberflächenspannung der zu zerstäubenden und zu trocknenden Produkte.
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iierzu kann ein in der Drehzahl regelbares Getriebe vorgesehen erden,
damit z.B. anfangs feinste Tröpfchen abgeschleudert werden, die die Wände des Trocknungsraumes
nicht erreichen, wodurch ein Verkrusten der Wände verhindert wird. Abhängig von
der tourenzahl und den physikalischen Eigenschaften des zu zerstäubenden und zu
trocknenden Produktes ist der Durchmesser des Trocknungsraumes zu bemessen.
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Aus der DT-AS 1 27 355 ist ein Antrieb für Fliehkraftzerstäuberquellen
beltarlnt. Die bei der dort beschriebenen Ausführungsform
vorgesehende
Welle ist in mehreren Lagern geführt und wird während des Betriebes in einem Zerstäubungstrocker
über ein Getriebe schnell gedreht.- Die Aufgabe der in dieser Patentanmeldung beschriebenen
Erfindung ist es, Biegeschwingungen der Welle zu verhindern, die bei ungleichmäßigen
Umfangskräften, z.B. bei Rimentrieben, auftreten können. Zur Lösung dieser Aufgabe
wird dort die Zerstäuberwelle Liit einem zu ihrer Achse parallelen, um eine gehäusefeste
Buchse im oberen bereich der Welle drehbaren, von außen angetriebenen Ring versehen,
an dem in axialer Richtung ein Kupplungskranz mit innenverzahnung befestigt ist,
in welchen die Außenverzahnung eines auf der Zerstäuberwelle befestigten Kupplungskrenzes
eingreift.
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Die Erfindung zielt darauf ab, ffjr Trocknungsapparate ein Fliehkraft-Zerstäuberaggregat
zu schaffen, bei dem der Einfluß hoher Temperaturen 1r.i Trocknungsraum auf die
Welle und deren Laerung in einer solchen Weise beherrscht werden kann, daß keine
nachteiligen Auswirkungen auftreten. Dabei sollen die für diesen Zweck vorgesehenen
konstruktiven nahen erlauben, das Aggregat mit geringfügigen Änderunrren an verschiedene
Verwendungszwecke anzupassen und Inspektionen oder den Ersatz von Verschleißteilen
ohne komplizierte Werkzeuge zu ermöglichen.
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Gemäß der Erfindung sind im Gehäuse des Aggregats ein äußerer Raum
für den Wärmeschutz gegenüber dem Trocknungsraurn und/oder Einrichtungen vorgesehen,
die von der Welle bzw. deren Lagern die aus dem Trocknungsraum aufgenommene Wärme
abführen. Der äußere Raum kann z.. durch ein doppelwandiges Gehäuse des Aggregats
gebildet werden und für den Betrieb bei Temperaturen im Trocknungsraum um 1000C
mit einem isoliermaterial, L..B.
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Schlackenwolle, gefüllt sein.
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Die Einrichtungen,-die die von der Welle bzw. deren Lagern aufgenommene
Wärme abführen, arbeiten vorteilhaft mit einem Warmeübertraungsmedium, das an besonders
gefährdete Stellen herangeführt wird und z.B. in einem in sich geschlossenen System
wnläuft.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der äußere
Raum im Gehäuse von einem Gas durchströmt werden und dazu mit einer Gas zuführung
außerhalb des Trocknungsraumes und einem zur Welle konzentrischen, auf die Zerstäuberscheibe
weisenden ringformigen Auslaß versehen sein. Bei dieser Ausführungsform, bei der
Temperaturen bis zu 400°C im Trocknungsraum herrschen können, führt das durch den
äußeren Raum strömende Gas die aus dem Trocknungsr aum in das Gehäuse des Aggregats
eintretende Wärme von dort ab. Gleichzeitig wird dafür gesorgt, daß immer ein geringer
Unterdruck im Trocknungsraum herrscht, damit nicht Produkt und Gas aus dem Trocknungsraum
über das Aggregat in die Atmosphäre gedrückt werden. Erfordert das zu trocknende
Material eine Behandlung mit einem Inertgas, wird ein solches durch den üußeren
Raum geleitet, während in anderen Fällen mit Luft gearbeitet werden kann.
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Als besonders vorteilhaft haben sich Ausführungsformen der Erfindunr
nerausgestellt, bei denen für eine die Wärme von der Welle abführende Einrichtung
im Aggregat ein von einem Gas durchströniter innerer Raum vorgesehen ist, in dem
sich ein auf der vielle sitzender Kühlrippenkörper befindet. Dieser Kühirippenkörper
kann unmittelbar im Bereich des unteren Lagers der Zerstäuberwelle befestigt und
mit einer ausreichend großen Oberflache ausgebildet sein, die von dem durch den
inneren Raum strömenden Gas umflutet wird. Ein guter Wäruieübergang von den lippen
auf das Gas wird allein schon durch die Rotation des Kühlippenkörpers gewährleistet.
Der Bereich des unteren Wellenlagers ist deshalb für eine solche Einrichtung besonders
änstig, weil dort praktisch an der Fntstehunp;sstelle die uner-Wünschten Temperaturerhöhungen
in der Welle und deren Lagern unterangden werden.
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Gas zufuhr und AuSlaß des von Gas durchströmten inneren Raumes werden
vorzugsweise außerhalb des Trocknungsraumes vorgesehen.
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Dabei kann z.b. auch Luft als Wärmeübertragungsmedium angewendet werden.
Bei Ausführungsformen der erfindung mit einen ebenfalls von Gas durchströmten äußeren
Raum lassen sich die Gas strömungen durch diese beiden Räume auch hintereinander
schalten. Die Zuführung des Gases erfolgt dann zwm inneren Gasraum, und der zugehörige
Auslaß wird mit der Zuführung für den äußeren Gasraum verbunden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung können für die Abführung
von Wärme von den Wellenlagern auch mitt Schmiermittelumlaufsystemen ausgerüstet
sein. Besonders wichtig ist auch hier die Kühlung des unteren Lagers. Als vorteilhaft
hat sich erwiesen, wenn jedes Lager über ein eigenes .chrliermittelumlaufsystein
verfügt und am Boden des Aggregats eine gemein same Auffangkammer vorgesehen ist.
Das sich dort ansammelnde Schmiermittel läßt sich kontinuierlich absaugen, z.B.
durch einen ölkühler leiten und sodann wieder den Lagern zuführen.
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Ebenfalls für die Abführung der Wärme von der Welle kann bei Ausführungsformen
der Erfindung in der Welle eine zentrale Bohrung vorgesehen werden, über die die
Zuleitung des Produkts zur Zerstäuberscheibe erfolgt. Diese Art der Zuleitung eignet
sich für dünnflüssige Flüssigkeiten mit geringer Oberflächenspannung. Die Gesamtmasse
des zugeführten Produkts in der zentralen Bohrung ist im Verhältnis zu den anderen
um die Welle rotierenden Massen sehr klein und ihre Verteilung durch die Rotation
so gleichmäßig, daß keine störende Unwucht auftritt. Das durch die Bohrung nach
unten laufende Produkt wird durch die Ventilatorwirkung der Zerstäuberscheibe abgesaugt,
kann jedoch auch mit Überdruck zugeführt werden. Bei dieser Ausführungsform wird
Wärme aus der Welle in voller Länge abgeführt.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann
für die Abführung der Wärme von der Welle ebenfalls eine zentrale Bohrung in der
Welle vorgesehen sein, die sich allerdings nur bis in den Bereich des unteren Lagers
erstreckt und in der mit Abstand ein dünneres, unten etwas kürzeres Rohr fiir die
Hin- und Rückführung eines iLühlmediums, z.B. Luft, befestigt ist. Das eingesetzte
Rohr ragt oben über das wellenende hinaus und ist dort trichterförmig erweitert.
Unterhalb dieser trichterförmigen Erweiterung kann für die Förderung des Kühlmediums
auf der Welle ein Schaufelrad voresehen sein. dabei strömt dann z.B. Kühlluft oder
ein anderes geeignetes Medium durch Saugwirkung von oben durch das Rohr nach unten
und von dort zwischen Rohr und Bohrungswandung jeder nach oben. Das in die Bohrung
eingesetzte Rohr kann für seine befestingung außen mit Abstand s- und Haltenocken
in verschiedenen höhen versehen sein, die sich an der Bohrungswandung abstützen.
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3ei dieser Ausführungsform der Erfindung mit Luft als Kühlmedium
ist es außerdem möglich, eine haube vorzusehen, die das Schaufelrad abdeckt und
auf das Antriebsrad der Welle gerichtet Luftleitfl'chen aufweist. Damit läßt sich
der Kühlluftstrom z.f3. noch zur Kühlung eines Treibriemensatzes nutzen, der für
den Antrieb der Zerstäuberscheibe dient.
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Wesentlich für die Erfindung ist es, daß die Welle des Zerstäuberaggregates
unabhängig von der Temperatur im Trocknungsraum immer unter möglichst geringer Temperaturbeanspruchung
der Lager läuft. Das wird bei den unterschiedlichsten Verwendungszwecken durch die
verschiedenen Möglichkeiten, die Welle vor einer Erwärmung zu schützen oder die
von ihr bereits aufgenommene Wärme abzuführen, in ausreichendem Maße gewährleistet.
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Dabei können die vorgesehenen Möglichkeiten in beliebiger Zusammenstellung
zur Anwendung kommen. Dies ist auch unter einem anderen Gesichtspunkt von wesentlicher
Bedeutung. Fliehkraft-
Zerstäuberaggregate nach der Erfindung lassen
sich nämlich in Trocknungsapparaten verwenden, in denen zu verschiedenen Zeiten
verschiedene Produkte getrocknet werden. Bei einer Umstellung der Trockner brauchen
an Zers täubera;£regaten nach der Erfindung den jeweiligen Erfordernissen entsprechend
nur z .B. die Zuf,lhrungen für Gasströmmungen durch den inneren oder äußeren Raum
eröffnet oder (eschlossen und/oder der Schmiermittelumlauf diesen Anforderungen
entsprechend eingestellt zu werden. Auch die Zuleitung des Produkts ur Zerstäuberscheibe
kann bei ein- und demselben Aggregat entweder durch die zentrale Bohrung in der
Welle oder durch eine besondere Rohrleitung erfolgen, wobei dann die Bohrung verschlossen
wird. Ist ein Zerstäuberaggregat mit einer zentralen T30hrung und dort eingesetzte-
Rohr für einen Kühlmedienstrom versehen, wird das Produkt immer aber die besondere
Rohrleitung zugefilhrt.
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Die konstruktiven Einzelheiten sind bei der Erfindung so gewählt,
daß der Welle die von ihr benötigte Freiheit f ir eine Längenausdehnung gegeben
ist. Dazu braucht lediglich im oberen Lager ein Rillenlager zur Aufnahme der Axialkräfte
vorgesehen zu sein. Rollenlager in den anderen Lagerstellen ermöglichen eine axiale
Verschiebung der Welle.
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In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung schematisch
dargestellt. Dabei zeigen: Fig. 1 ein Fliehkraft-Zerstäuberaggregat, teilweise aufgeschnitten
Fig. 2 eine Welle mit Zerstäuberscheibe, teilweise geschnitten Fig. 3 den oberen
Teil einer Welle mit zentraler Bohrung.
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Das Zerstäuberaggregat 1 ist in einem Trocknungsraum am Deckel 2 des
trocknungsapparates befestigt. Auf der Welle 3 sitzt am unteren
kunde
des Aggregats die Zerstäuberscheibe 4. Der Antrieb efollft über die Riemenscheibe
5 am oberen Ende der Welle 3.
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Die Welle 3 ist dreifach gelagert, und zwar iBl oberen Lager 6, iii
Mittellager 7 und in unteren Lager 8. Diese Lagerstellen sind im einzelnen nicht
näher dargestellt. Das mittlere Lager 7 und das untere Lager 8 sind jedoch als Rollenlager
ausgebildet, während das obere Lager 6 zusätzlich ein Rillenlager zur Aufnahme der
Axialkräfte besitzt. Unterhalb des unteren Lagers 8 ist ein Schleuderring 9 vorgesehen,
mit dem abtropfendes Schmiermittel in die Auffangkarniner 29 gelangt.
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Zwn Wärnieschutz des Zerstäuberaggregats gegenüber dem Trocknungsraum
ist ein äußerer Raum 10 vorgesehen, der mit einem Isoliermaterial gefüllt sein kann.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird dieser Raum 10 von Gas durchströmt,
welches durch die Zuführung 1 die außerhalb des Trocknungsraumes liegt, eingeleitet
wird und über den ringförmlgen Auslaß 12 zur Zerstäuberscheibe li gelangt. Mit diesem
Gasstrom wird auch der Ansaugbedarf der Zerstäuberscheibe 4 gedeckt, so daß keine
unerwünschten Rückströmungen im Trocknungsraum entstehen, mit denen su zerstäubendes
und zu trocknendes Produkt an das Aggregat zurückgeführt werden würde. Ein im Trocknungsraum
immer aufrecht erhaltener Unterdruck und diese Ventilationsbedingungen an der Zerstäuberscheibe
4 wirken in gleicher eise einer Rückströmung entgegen.
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Für die Zuleitung des Produkts stehen zwei Möglichkeiten zur Wahl.
Entweder wird - wie in Fig. 1 dargestellt - eine Produktleitung 13 vorgesehen, die
in einen Produktaustritt 16 mündet, qer konzentrisch zur Wellenachse zwischen dieser
und dem Auslaß 12 für das durch den äußeren Gasraum 10 strömende Gas angeordnot
ist. Die andere Möglichkeit besteht darin, als Produkt letun: 14 (Fig. 3) eine zentrale
Rohrung 22 in der Welle 3 zu u verwenden. Dann entfallen die Teile 23 und Llr und
es sind Producktaustritte 15 am unteren Ende der Bohrung 22 vergesehen (Fig. 2),
die unmittelbar in der Zerstäuberscheibe 4 münden.
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Zur Abführung der Wärme von der Welle bzw. deren Lager ist ein Kühlrippenkörper
17 unmittelbar oberhalb des unteren Lagers 6 auf der Welle 3 befestigt. Dieser Kühlrippenkörper
17 befindet sich in einem inneren Gasraum 20. Die Zuleitung des Durch diesen inneren
Gasraum strömenden Mediums erfolgt über die Gaszuführung 18. Eine Verbindung zwischen
den Teilen des inneren Gasraumes 20 ober- und unterhalb ccs mittleren Lagers 7 wird
durch Gaskanäle 21 im Block des mittleren Lagers 7 hergestellt. Die Gasbausgung
erfolgt über den Auslaß 19, der, wie die Gaszuführung 18, außerhalb des Trocknungsraumes
liegt.
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In der zentralen Bohrung 22 kann zur Kühlung auch ein Rohr 23 angeordnet
sein. Dieses Rohr 23 besitzt mehrere Abstands- und Haltenocken 23a (Fig,. 1 und
Fig. 2) und ist ai, seinem oberen Ende, das über die Welle 3 herausragt, bei 24
trichterförmig erweitert. Mit den Schufelrad 25, das unmittelbar über der Rie menscheibe
5 befestigt ist, wird z.B, Kühlluft oder ein anderes geeignetes Medium durch das
Rohr 23 von oben nach unten gesaugt dort (s. Fig. 2 mit allerdings verschlossenen
bzw. nicht vorgesehenen Producktaustritten 15) umgelenkt und strömt zwischen derl
Rohr 23 und der Wandung cier zentralen Bohrung 22 wieder nach oben. Eine Haube 26
leitet einen auf diese Weise durchgesaugten Kühlluftstrom auf den Treibriemen, der
damit zusätzlich geküiilt wird.
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Die eineelnen Layer 6, 7 und 8 sind mit Schmiermittelumlaufsystemen
ausgerüstet. Die Zuleitung des Schmiermittels erfolgt vorteilhaft für jedes Lager
getrennt. Dargestellt ist der Schmiermittelzulauf 27 für das obere Lager 6. Ein
Ablaufrohr 28 voin unteren Lager 3 leitet das Schmiermittel in die Auffangkammer
29. Entsprechende Zu- und Ablaufrohre sind bei einer Paral lelschaltung der Lage
für die anderen Lager vorgesehen. Über
die Saugleitung 30 gelangt
das Schmiermittel aus der Auffangkamer 2;1 z.B. in einen nicht dargestellten Ölkühler
und von dort wieder zurück über den jeweiligen Schmiermittelzulauf 27 zu den einzelnen
Lagern. Die Lager können hinsichtlich des Schmiermittelaumlaufes auch hintereinander
geschaltet sein.
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12 Ansprüche 3 Figuren