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Beschreibung
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Titel (technische Bezeichnung): Vem Feststoffkuchen zugewandte Oberfläche
des Schubbodens von Schubzentrifugen.
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Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft die Gestaltung der dem Peætstoffkuchen
zugewandten Kreisringoberfläche des Schubbodens von Schutzentrifugen mit dem äußeren
Balbmesser ra und dem inneren Halbmesser ri gleich ra - s, wobei s die natürliche
Schichthöhe des Feststoffkuchens ist.
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Zweck: Bei den Schubböden von Schubzentrifugen ist eine besondere
Gestaltung der dem Peststoffkuchen zugewandten Oberfläche erforderlich, die einerseits
während der Yorwärtsbewegung des Schubbodens durch die konkave Ausbildung einen
Teil der sich aufstauenden und einfließenden Suspension in der Schubzone speichert
und die andererseits eine der Kuchenbildung in der Schubzone entsprechende Neigung
aufweist und somit bei der RUckwärtsbewegung des Schubbodens eine weniger stark
mit Peststoffkuchen belegte Piltrationsfläche bereitstellt. Die besondere Gestaltung
der Oberfläche des Schubbodens läßt eine Steigerung des Suspensionsdurchsattes verwirklichen.
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Stand der Technik mit Fundstellen: Es ist bekannt, daß zum Austrag
des Feststoffkuchens in Schubzentrifugen Schubböden mit flacher Oberfläche verwendet
werden, deren vordere Fläche im Rechten Winkel zum Spaltsieb steht.
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W. J. Sokolow schreibt in [1, S. 380]: "Der Zentrifugierprozeß in
Schubzentrifugen ist praktisch kontinuierlich. Bei diesen Maschinen wird der Filterkuchen
bei kontinuierlicher Einspeisung der Suspension in die Trommel mit Hilfe von Kolben
oder Schubböden in einzelnen Portionen ausgestoßenn".
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In C1, S. 382] ist eine Einfach-Schubzentrifuge NGP-800" abgebildet.
Aus diesem Bild ist die Konstruktion des Schubbodens ersichtlich.
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Eine ähnliche Einfachschubzentrifuge ist von S.B. Kantorowitsch in
[2, S. 188] erklärt: "Die kontinuierliche Arbeitsweise der Schubzentrifugen wird
dadurch erreicht, daß der axial hin- und herbewegte Schubboden den Filterkuchen
fortwährend aus der Trommel hinausschiebt" (s. dazu Bild 2.48 auf S. 188 der Fundstelle
[2]).
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P.W. Schneider schreibt in [3]: "Der rückwärtige Abschluß der Trommel
wird von dem sogenannten Schubboden gebildet, welcher über einen Teil der Trommellänge
oszillierend axial hin- und herbewegt wird".
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Weitere Beispiele für die Gestaltung des Schubbodens zeigen die Fundstellen
[4], [5], [6], [7] und [8] von Firmenprospekten.
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Fundstellen: [1] w.J. Sokolow Moderne Industriezentrifugen; YEB-Verlag
Technik Berlin; (1971); 5. 380 ... 398; [2] 5.3. tantoro- Chemiemaschinen; TEB-Terlag
Technik Berlin; witsch (1970); 8. 187 ... 193; [3] P.W. Schnei- Schubzentrifugen
- Konstruktiver Aufbau, Ander wendung und Beistungsberechaung; iufb ere itunge technik;
(1967); S. 630 ... 636;
Pirmenproskt e: [4] Escher Wyss; Schubzentrifugen;
Escher Wyss AG; CH-8203 Zürich Schweiz; 24.04.31 ZCgd 20; S. 1 ... 13; [5] Heine
- Information; kontinuierlich arbeitende Heine-Schub-Zentrifugen für mittlere bis
große Leistungen in der chemischen und artverwandten Industrie; Gebr. Heine; Zentrifugenfabrik;
D 4060 Viersen 1, Greefsallee 1; C 601; r6] Krauss-Maffei; Schubzentrifuge SZ; Krauss-Maffei
Aktiengesellschaft; D 8000 München 50, Rrauss-Maffei-Straße 2; B 7751.5 2.Auflage;
Bestell-Nr. 2201 d; S. 1 ... 11; [73 Deutsche Sharples GmbH; Hochleistungs-Schubzentrifugen
Type "DSP"; Deutsche Sharples GmbH; 41 Duisburg-Meiderich, Baldusstraße 13; S. 1
... 10; C83 Siebtechnik; Unsere Zentrifugen trennen kontinuierlich Peststoffe von
Plüssigkeiten; Siebtechnik GmbH; 433 Mülheim (Ruhr) 1, Platanenallee 46; SYlb 556/673;
S. 1 ... 16; Kritik des Standes der Technik: Die Steigerung des Peststoffdurchsatzes
in Schubzentrifugen kann solange durchgeführt werden, bis sich "Spucken" oder "Fluten"
in der Zentrifugentrommel einstellt. Wenn mehr Suspension in die Trommel aufgegeben
wird, als die Filtrationszentrifuge verarbeiten kann, entsteht ein Stau im Einlaufkonus
und die Suspension spritzt aus dem Spalt zwischen Einlaufkonus und Einlaufrohr hinaus,
die Zentrifuge "spuckt". Dies geschieht vornehmlich bei kalibrierten Kuchen während
der Wende des Schubbodens im vorderen Umkehrpunkt. Die andere Art der Uberlastung
ist das "Fluten". Hier schwappt Suspension über den Rand des Suspensionssumpfes
auf die Oberfläche des Feststoffkuchens, erodiert diesen und bricht in einem "Flutkanal"
unmittelbar zum offenen Trommel ende hin durch, ohne filtriert zu werden.
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Die bisherigen flachen Schubböden berücksichtigen nicht die Art und
Weise - der Bildung des Peststoffkuchens in der Schubzone und - der Entstehung der
Schichtungen innerhalb des weiterwandernden Kuchens in der Trommel. Außerdem berücksichtigen
sie nicht die Tatsache, daß beim Betrieb der Schubzentrifugen die Einspeisung (Zulauf
der Suspension) kontinuierlich ist, der Austrag des Filterkuchens aber in einzelnen
Portionen mit Hilfe des Schubbodens von statten geht. Bedingt durch die unterschiedliche
Größe des Ringraumes zwischen dem Pilterkuchen und dem Schubboden während eines
Hubes kann beim Vorwärtshub des Schubbodens weniger Flüssigkeit abfiltriert werden
als beim Rückwärtshub des Schubbodens.
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Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schubboden
von Schubzentrifugen so zu gestalten, daß unter der Berücksichtigung der kontinuierlichen
Einspeisung und des quasi kontinuierlichen Peststoffaustrages durch eine längere
Verhinderung des Flutens und die Bereitstellung einer weniger stark mit Peststoffkuchen
belegten Piltrationsfläche in der Schubzone eine deutliche Steigerung des Suspensionsdurchsatzes
in Schubzentrifugen zu erreichen ist.
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Lösung: (Wiedergabe des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs
1) Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß der zentrale, innere Teil
der dem Peststoffkuchen zugewandten Kreisringoberfläche des Schubbodens mit dem
äußeren Halbmesser ra und dem inneren Halbmesser ri gleich ra minus s, wobei s die
natürliche Schichthöhe des Peststoffkuchens ist, schüsselartig ausgebildet wird.
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(Wiedergabe des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 2) Der mittlere
Teil der dem Feststoffkuchen zugewandten Kreisringoberfläche des Schubbodens mit
dem äußeren Halbmesser ra und dem inneren Halbmesser ri gleich ra - a, wobei 8 die
natürliche Schichthöhe des Feststoffkuchens ist, wird erfindungsiäßig so gestaltet,
daß seine Fläche im spitzen Winkel zum Spaltsieb geneigt ist.
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(Wiedergabe des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 3) Nach
einer weiteren Ausbildung der Erfindung endet der äußerste Teil der dem Feststoffkuchen
zugewandten Kreisringoberfläche des Schubbodens mit dem äußeren Halbmesser ra und
dem inneren Halbmesser ri gleich ra - 5, wobei s die natürliche Schichthöhe des
Peststoffkuchens ist, in einer zum Spaltsieb senkrechten Fläche.
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Erzielbare Vorteile: Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß durch die schüsselartige Ausbildung des Schubbodens während
des Vorwärtshubes des Schubbodens ein Teil der sich aufstauenden und zufließenden
Suspension in der Schubzone wie in einem Reservoir zurückbehalten wird; d.h. die
Neigung zum Fluten kann so lange hinausgezögert werden, bis sich das Auffangvolumen
des Reservoirs erschöpft oder bei sehr großem Reservoir die Stabilität des vorgelagerten
Feststoffkuchens in der Xrommel (Deich) nicht mehr den Druckkräften der aufgestauten
Suspension in axialer Richtung standhalten kann. Der bei Schubzentrifugen konstant
eingetellte Zulauf kann somit größere Werte annehmen, da während der Wende des Schubbodens
im vorderen Umkehrpunkt (kritischer Zustand) mehr Suspension sich aufstauen und
nachfließen kann als zu diesem Zeitraum nach den Piltrationsbedingungen abfiltriert
werden kann.
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Bin weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Neigung
des Schubbodens dem Neigungswinkel der Kuchenbildung, der sich während des Rtlcklaufes
des Schubbodens ausbildet, angepaßt wird. Dadurch sackt der während des Vorwärtshubes
aufgeschobene bzw. vorgeschobene Kuchen beim Zurückweichen des Schubbodens nicht
wie beim herkönlichei Senkrechten wieder sofort in den frei werdenden Ringraum (hauptsächlicher
Piltrationsraua) nach. Somit steht eine weit weniger stark an Feststoffkuchen belegte
Filtrationsfläche während des Rückwärtshubes des Schubbodens zur Verfügung, und
durch die geringe Schichthöhe im Piltrationsraum läßt sich nach der Darcy-Piltergleichung
eine größere Piltratienge abfiltrieren. Durch verschiedene Neigungswinkel der Vorschubfläche
des Schubbodens ist die Schichthöhe des Filterkuchens beeinflußbar. Sinne Zunahme
der Schichthöhe kann u. a. zu einer Verringerung der zulässigen Trommeldrehzahl
und zu einer Erhöhung der Endfeuchte des Kuchens führen.
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Die Neigung des Schubbodens, die sehr oder minder dem Xeigungswinkel
der Kuchenbildung entspricht, wird nicht bis an den äußersten Rand des Schubbodens
fortgesetzt, sondern der vom Zentrum entfernteste Teil der dem Peststoffkuchen zugewandten
Kreisringoberfläche des Schubbodens 8011 mit dem Spaltsieb mindestens einen Rechten
Winkel bilden. Würde der spitze Neigungswinkel bis zum äußersten Rand beibehalten
werden, so bestünde die Gefahr, daß sich Feststoffpartikel während des Vorwärtshubes
bevorzugt in den Spalt zwischen Spaltsieb und Schubboden verkeilen.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispieles: In den Zeichnungen ist ein
Außfühtungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. 4 Pig. 1 zeigt schematisch
in einem Ausschnitt aus einem Länge schnitt durch eine Schubzentrifuge den bisher
gebräuchlichen flachen Schubboden.
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Fig. 2 veranschaulicht in einem Schema im Gegensatz zu Fig. 1 die
Neugestaltung der dem Peststoffkuchen zugewandten Oberfläche des Schubbodens; Fig.
3 zeigt von der Erfindung nur den wesentlichen Teil und zwar den auswechselbaren
äußeren Ring 9 des Schubbodens.
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In Fig. 1 und Fig. 2 ist schematisch die Zuordnung des Schubbodens
1 zum Einlaufkonus 2, zur Trommel 3 mit Spaltsieb 4 dargestellt. Ebenfalls ist in
Fig. 1 und Fig. 2 der Zulauf 5, der austragbare Feststoffkuchen 6, der Suspensionssumpf
7 und der Ablauf des Piltrats 8 angedeutet. Die Vorwärtsbewegung des Schubbodens
geht von rechts nach links, beim Rückwärtshub bewegt sich der Schubboden also von
links nach rechts.
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Der Schubboden ist mit einem auswechselbaren Ring 9 versehen.
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Dadurch ist es möglich, verschiedene Schubbodenformen in ein und derselben
Maschine zum Einsatz zu bringen. Der Innendurchmesser des Ringes 9 ist so gewählt,
daß er ausgewechselt werden kann, ohne daß der Einlaufkonus 2 abmontiert werden
muß.
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Zum Herausnehmen des Ringes 9 muß lediglich das Einlaufrohr (nicht
dargestellt) aus dem Einlaufkonus herausgezogen werden.
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Pig. 3 zeigt von der Erfindung den auswechselbaren äußeren Ring 9
des Schubbodens 1 und zwar rechts im Längsschnitt durch die Zentrifuge und links
in der Ansicht vom offenen Trommelende her.
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Dieser Ring 9 ist im Ausführungsbeispiel konzipiert für eine natürliche
Schichthöhe s von 25 mm des Feststoffkuchens 6 in der Trommel 3 der Schubzentrifuge.
Der Ring 9 ist in seinem zentralen Teil 10 echüsselartig ausgebildet. Die Schüssel
endet bei dem Radius r5 11, der circa ra - s/2 ist. Die Innenwand der Schüssel 10
ist konisch (Neigungswinkel p zwischen 100 und 150) und geht in einem Radius r1
12 über in die Stirnfläche des Schubbodens 13. Die Tiefe der schüsselartigen Ausbildung
14 sollte mindestens eine Länge haben, die der halben Schichthöhe s des Peststoffkuchens
6 entspricht. Damit die Schüssel 10 während des Betriebes der Schubzentrifuge sich
nicht mit anlagerndem Feststoff zusetzen kann, muß die Einlaufkanalbreite 1 15,
also
der Abstand zwischen Schubbodenfront 13 und Einlaufkonus 2,
kleiner oder gleich der Tiefe der Schüssel 14 sein.
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Der mittlere Teil der Oberfläche des Kreisringes 16 ist im spitzen
Winkel Cc zum Spaltsieb 4 geneigt. Gebräuchliche Winkel für g werden zwischen 400
und 650 liegen. Der Winkel als ist einerseits von dem zu filtrierenden Feststoff
der Suspension, andererseits von den eingestellten Maschinenparametern wie Drehzahl,
Schubfrequenz, Trommellänge, Vorschublänge u.a. abhängig.
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Der uebergang der Flächen 10 und 16 soll leicht abgerundet r2 11 sein,
um einer Zerstörung der Feststoffteilchen vorzubeugen.
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Der äußerste Teil der dem Feststoffkuchen zugewandten Oberflache des
Kreisringes endet in einer zum Spaltsieb 4 senkrechten Fläche 17. Die Höhe der Fläche
17 sollte mindestens etwa 10 * der Höhe s des Feststoffkuchens 6 betragen. Durch
die schüsselartige Ausbildung 10 des Schubbodens ist dieser in axialer Richtung
breiter als der herkömmliche. Es ist zweckmäßig, daß der Mantel des Schubbodenringes
nur in einer Länge a 18 von 20 % der Feststoffkuchenhöhe s die Schubzone 19 gegen
den Raum hinter dem Schubboden 20 abdichtet. Der übrige Teil des Schubbodenmantels
21 besitzt einen deutlich größeren Abstand gegenüber dem Sieb 4 der Schleudertrommel
3, damit unnötiges Verklemmen von Teilchen zwischen dem Schubboden und dem Spaltsieb
4 möglichst vermieden wird. Weil die Vorschublänge des Schubbodens im Regelfall
größer als die Länge a 18 ist, werden tatsächlich eingeklemmte Feststoffteile beim
Vorwärtshub bald wieder zwischen dem Sieb 4 und dem Mantelteil 21 freigegeben.
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Mit dem neu erfundenen Schubboden (s. Pig. 2) läßt sich der Suspensionsdurchsatz
bis zu 30 s steigern gegenüber dem herkömmlichen Schubboden, der einer glatten Platte
entspricht (s. Fig. 1).
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Die Abmessungen der Erfindung müssen nicht mit diesem Ausführungsbeispiel
identisch sein. Da die Schichthöhe in Schubzentrifugen eine Funktion u. a. der Xrommellänge,
der äußeren und inneren Reibung ist, sind auch der Radius r5 11 bei der die schüsselartige
Ausbildung der vorderen Seite des Schubbodens endet und die Tiefe der Schüssel 14
eine Funktion dieser Größen.
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