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Vorrichtung zur Bewegung der sedimentierten
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Stoffschicht in einem Eindicker für Suspensionen -mit einem Absetzbecken
und einem antreibbaren Krählwerk Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung
der sedimentierten Stoffschicht in einem Eindicker für Suspensionen mit einem antreibbaren
Krählwerk, dessen Rührorgane bei zunehmenden Widerstand der Stoffschicht aus dieser
wenigstens teilweise herausgehoben werden, und umgekehrt.
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Absetzvorrichtungen der genannten Gattung sind bekannt.
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Beispielsweise beschreibt die DE-OS 21 48 875 eine Absetzvorrichtung
zur Konzentrierung einer Festkörper/ Flüssigkeits- Suspension durch Abscheidung
von Flüssigkeit, mit einem eine Zuleitung für die Suspension, eine Auslaßleitung
für das Sediment, und einen Uberlauf für geklärte Flüssigkeit aufweisenden Absetzbehälter
mit einer über dem Boden des Absetzbehälters, rotierend angetriebenen Schaberanordnung,
die zusammen mit ihrer Antriebswelle durch eine druckmittelbetätigte Kolben/ Zylinder-
Anordnung vertikal beweglich angeordnet und
durch einen Strömungsmittelmotor
angetrieben ist. Dabei ist die Kolben/ Zylinder- Anordnung mit der Zuführleitung
für das Druckmedium zum Strömungsmittelmotor verbunden, wodurch deren Kolben bei
entsprechend hohem Druckanstieg des Druckmediums zusammen mit der Antriebswelle
und den daran angeordneten rotierend angetriebenen Schabern angehoben wird.
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Die bekannte Absetzvorrichtung der eingangs genannten Gattung ist
demnach so ausgebildet, daß sich die vertikale Höhenlage der Schaberanordnung automatisch
nach Maßgabe der darauf durch das Drehmoment wirkenden Last einstellt, wodurch erreicht
wird, daß mit der konstant gehaltenen Belastung der Schaberanordnung auch die vom
Antriebsmotor aufzubringende Leistung innerhalbTeines bestimmten Bereiches konstant
gehalten wird.
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Bei der bekannten Absetzvorrichtung wird als Nachteil empfunden, daß
ihre Funktion nur zu verwirklichen ist, wenn der Antrieb der Rührorgane durch ein
hydraulisches Antriebs- System erfolgt. Dies bedingt einen hohen Aufwand für das
Hydraulikaggregat, einschließlich dessen Pflege und Wartung, sowie Verbrauch an
Hydrauliköl. Darüberhinaus ergibt sich ein nicht unbeträchtlicher Leistungsverlust
bei der Umwandlung elektromechanischer Primärenergie in die durch das hydraulische
Antriebssystem geleistete
Arbeit. Solche Wirkungsgradverluste betragen
bei Leistungen der in Frage kommenden Größenordnungen bekanntlich zwischen 30 und
40 % der aufgewendeten Energie, die in Form von Wärme durch im Hydrauliksystem angeordnete
Kühler an die Umgebung abgeführt wird.
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Es stellt sich demnach die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung
zur Bewegung der sedimentierten Stoffschicht in einem Absetzbehälter für Suspensionen
mit einem antreibbaren Krählwerk, dessen Rührorgane bei zunehmendem Widerstand der
Stoffschicht aus dieser wenigstens teilweise herausgehoben werden, und umgekehrt,
unter Vermeidung der geschilderten Nachteile, insbesondere unter Vermeidung eines
hydraulischen Antriebsaggregates ebenso wie automatischer Sffeuersysteme u?#:)oder
Hilfseinrichtungen, in unkomplizierter Weise so auszubilden, daß der Widerstand
der ~Stoffschicht gegenüber den Rührorganen, und damit das Drehmoment des Antriebes,
Immer konstant ist.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt dadurch, daß zwischen Antrieb und Krählwerk
eine Ubertragungseinheit für das Antriebs-Drehmoment angeordnet ist, welche die
das Drehmoment erzeugende Kraft in eine horizontale - die Drehbewegung verursachende
- und eine vertikale - die Hubbewegung verursachende - Komponente zerlegt.
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Mit der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß die Notwendigkeic der
Verwendung eines Hydraulik- Antriebes entfällt. Dies führt zu einer bedeutenden
Vereinfachung des Antriebes, ohne daß es andererseits zur Aufrechterhaltung des
Gleichgewichtszustandes zwischen Antriebsleistung und Höhenlage des Krählwerks eines
komplizierten Steuerungssystemes bedarf.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, daß die Ubertragungseinheit
eine mechanische Gewinde- Spindel/ Mutter- Anordnung ist, deren Steigungswinkel
so bemessen ist, daß dem Gewicht des Rührwerkes stets ein vorgesehenes konstantes
Drehmoment. entspricht.
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Damit wird erreicht, daß Spindel und Mutter sich gegenseitig nicht
?##rstellen, Folge dem Drehmoment des Antriebes ein gleichgroßes Gegenmoment der
Rührorgane infolge des Widerstandes der Stoffschicht entgegenwirkt.
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Sobald jedoch der Widerstand steigt, verlangsamt sich zunächst zwangsläufig
die Drehgeschwindigkeit des Krählwerkes gegenüber der Drehgeschwindigkeit des Antriebes,
was eine Relativbewegung zwischen Gewindespindel und Gewindemutter zur Folge hat.
Dadurch schraubt sich die Mutter mit dem daran angeordneten Krählwerk in den Gewindegängen
in die Höhe, bis durch Absinken des Widerstandes das Gleichgewicht zwischen dem
Antriebs- Drehmoment und widerstandsbedingtem
Gegendrehmoment wieder
hergestellt ist, und umgekehrt.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil höchster Einfachheit des
funktionellen sowie mechanischen Systems bei Unabhängigkeit von Art und Auswahl
des verwendeten Antriebssystemes.
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Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung schlägt vor, daß die
Ubertragungseinheit zwei hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnungen umfaßt, von denen
eine als Drehmoment-Stütze zwischen Antrieb und Krählwerk, und die andere als Hubvorrichtung
angeordnet ist, und daß die mit Druckmittel beaufschlagten Kammern der beiden Kolben-Zylinder-Anordnungen
durch eine Druckmittelleitung miteinander in Verbindung stehene Auch diese Ausführung
verbindet in vorteilhafter Weise ein Minimum an technischem Aufwand und damit eine
äußerst unkomplizierte Einrichtung mit einer problemlos selbsttätigen Regelungs-Funktion.
Denn diese arbeitet in der Weise, daß ebenfalls im Gleichgewichtszustand zwischen
dem Antriebs- Drehmoment und dem durch Widerstand der Stoffschicht verursachten
Gegendrehmoment eine bestimmte Höhenlage des Krählwerkes konstantgehalten wird.
Sobald jedoch der Widerstand am Krählwerk und damit das Gegendrehmoment zunimmt,
ergibt sich automatisch ein
Druckanstieg in der vom Druckmittel
beaufschlagten Kammer der Drehmoment- Stütze. Das führt dazu, daß aus dieser Kammer
öl verdrängt und durch die Druckmittelleitung in die Druck- Kammer der Hubvorrichtung
geleitet wird, was zur Folge hat, daß das Krählwerk angehoben wird. Bei der hierdurch
verursachten Verringerung des Widerstandes der Stoffschicht bleibt demnach durch
die neue Höhenlage des Krählwerkes das Gleichgewicht zwischen Widerstand und Antriebs-
Drehmoment konstant.
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Auch für diese ebenso unkomplizierte wie wirkungsvolle Ausgestaltung
der Erfindung bedarf es demnach keiner hydraulischen Antriebsvorrichtung des Krählwerkes
und auch keines selbständigen Steuerungssystemes.
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Dabei sind zweckmä'13ig die beidenK#lben- Zylinder-Anordnungen so
ausgestaltet, daß #die Größe von deren druckmittelbeaufschlagten Arbeitsflächen
in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, daß dem Gewicht des Krählwerks ein
vorgesehenes Antriebs- Drehmomententspricht.
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Dies ist von großem Vorteil, weil damit die erfindungsgemäße Vorrichtung
durch Austausch einer der Kolben- Zylinder- Anordnungen, oder auch durch Aufschaltung
einer zusätzlichen Kolben- Zylinder-Anordnung mit einfachsten Mitteln in unterschiedlichen
Drehmoment- Bereichen betrieben werden kann.
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Bei einer speziellen Ausführung der der Erfindung zugrundeliegenden
Vorrichtung, wobei der Krählwerksantrieb von einem auf dem Beckenrand des Absetzbehälters
laufenden Fahrwerk über eine Mitnehmerbrücke erfolgt, wird vorgeschlagen, daß zwischen
Mitnehmerbrücke und Krählwerk ein Gelenk angeordnet und die als Drehmoment- Stütze
vorgesehene Kolben- Zylinder- Anordnung zwischen Mitnehmerbrücke und Krählwerk apgeordnet
ist.
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Auch diese Vorrichtung gemaß Erfindung zeichnet sich durch Unkompliziertheit
und Sicherheit der Funktion aus. Sie entspricht dabei funktionell der vorgängig
beschriebenen Ausführung.
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In Ausgestaltung dieser sowie de#-vorhergehend beschriebenen Anordnung
wird weiter vorgeschlagen, daß in der Druckmittelleitung einstellbare Uberströmventile
vorgesehen sind, die die Höhenverstellung nach Erreichen bzw. Überschreiten eingestellter
Grenzwerte einleiten.
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Damit wird in vorteilhafter Weise eine mögliche Instabilität der automatischen
Regelung dadurch verhindert daß die lineare Regelung wenigstens teilweise in eine
Intervall- Regelung umgewandelt wird.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in
der Zeichnung näher erläutert.
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Die Figuren zeigen:
Fig. 1 Einen Eindicker mit einer
Vorrichtung gemäß Erfindung mit einer mechanischen Gewinde-Spindel/ Mutter- Anordnung
zur Zerlegung der das Drehmoment erzeugenden Kraft in eine horizontale und eine
vertikale Komponente, im Schnitt, Fig. 2 eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit je einer hydraulischen Kolben- Zylinder- Anordnung, als Drehmomentstütze
sowie als Hubvorrichtung, ebenfalls im Schnitt und teilweise in Ansicht, Fig. 3
die tórrichtung gemaß Fig. 2, in Draufsicht.
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Der Eindicker 1 gemäß Fig. 1 weist ein Becken 2 auf, das aus Stahlbeton
oder Stahl hergestellt ist. Es besteht aus einem oberen, zylindrischen Teil 3 und
einem unteren, flach konischen Teil 4 mit der Auslaufspitze 5. Zur Aufgabe der Trübe
ist eine Zulaufleitung 6 vorgesehen, die in den Bereich des Beckenzentrums geführt
ist, und dort in eine Aufgabekammer 7 mündet. Der Flüssigkeitsspiegel der Trübe
im Becken 2 ist mit der Ziffer 21 bezeichnet.
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Geklärte Flüssigkeit tritt über den Rand 8 des Beckens 2 nach außen
in eine Auffangrinne 9, woraus es durch eine
Leitung 10 abgezogen
wird. Der eingedickte Feststoff sammelt sich in der Bodenregion des flach konischen
unteren Teiles 4 und wird aus der Abzugsspitze 5 entweder durch natürliches Gefälle
oder eine Schlamm-Pumpe abgezogen.
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Bei dem dargestellten Eindicker 1 befindet sich oberhalb des Beckens
2 eine den Zentralantrieb 11 aufnehmende Brücke 12. Der Zentralantrieb 16 weist
bei der erfindungsgemäßen Ausbildung eine massive Krählwerks-Welle 13 mit einem
steilgängigen Gewinde 14 auf. Diese trägt eine großdimensionierte Mutter 15, an
welcher das Eindicker-Krählwerk 16 angeordnet ist, das aus der Krählwerks-Welle
13 mit den Krählwerksarmen 17 und von diesen geführten Schaberanordnung 18 besteht.
Die Krählwerkswelle 13' ist mit einemewindelosen Fortsatz 19 ausgestattet, welcher
zur Begrenzung der abwärts gerichteten Schraubenbewegung der Mutter 15 mit einem
als Platte ausgebildeten Anschlag 20 ausgestattet ist.
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Die Funktion des Eindickers mit der Vorrichtung gemäß Erfindung nach
Fig. 1 ist folgende: Beim Stillsetzen des Krählwerks-Antriebes 11 läuft die Gewindemutter
15 an der Welle 13 in den steilgängigen Gewindegängen 14 infolge ihres Eigengewichtes
sowie des Gewichtes des Krählwerks nach unten, bis sie mit ihrer
unteren
Stirnseite 15' am Anschlag 20 ansteht. In dieser Stelle erreichen die Schaberanordnungen
18 an den Armen 17 des Krählwerkes 16 ihre tiefste Position, in welcher sie nur
noch einen minimalen Abstand vom Beckenboden 4' haben.
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Wird nun der Zentralantrieb 11 in Bewegung gesetzt, so versetzt dieser
die Gewinde-Spindel 13 im Sinne des Bewegungspfeiles 22 in Drehbewegung, was zur
Folge hat, daß die zunächst noch stillstehende Mutter 15 sich in den relativ zu
ihr drehenden Gewindegängen 14 nach oben schraubt. Dabei hebt sich Sas Krählwerk
16 vom unteren Beckenboden 4' ab und bewegt sich mit der Mutter 15 nach oben. Nun
wirkt jedoch infolge des Eigengewichtes vom Krählwerk 16 auf dieses ein Drehmoment,
welches durch die Kraftzerlegung der das Antriebsdrehmoment erzeugenden Kraft in
eine horizóntale und ein~ vertikale Komponente entsteht. Diese Kraftzerlegung läßt
sich in anschaulicher Weise erklären, wenn wenn man sich das steilgängige Gewinde
14 der Antriebswelle 13 in abgerolltem Zustand als schrägen Keil mit dem Winkel
Ct vorstellt. Wenn dieser Winkel Ot , wie in- Fig.. 1 dargestellt, beispielsweise
450 beträgt, entspricht die Größe der Vertikalkomponente unter Vernachlässigung
des Reibungswiderstandes derjenigen der Horizontalkomponente im vektoriellen Kräftediagramm.
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Mithin wirkt eine dem Gewicht des Krählwerkes 16 annähernd entsprechende
horizontale Kraftkomponente mit Angriffsrichtung senkrecht zur Spindelachse,welche
am
Hebelarm des halben Gewindedurchmessers ein konstantes Drehmoment
erzeugt. Hat sich nun das Krählwerk 16 infolge einer anfänglichen Relativbewegung
Spindel 13! Mutter 15 um einen vertikalen Betrag vom Beckenboden 4' abgehoben, wobei
der Widerstand der aus der sedimentierten Stoffschicht 23 herausgehobenen Schaberanordnung
18 rückläufig ist, beginnt sich das Krählwerk 16 zu drehen; wodurch schließlich
ein Gleichgewichtszustand zwischen dem konstanten Antriebs-Drehmoment und einem
vom Krählwerk erzeugten Widerstandsmoment erreicht wird. Dies hat zur Folge, daß
die Relativbewegung Spindel 13/ Mutter 15 zum Stillstand kommt. Dabei dreht sich,
sofern keine Änderung im Gleichgewicht Antriebsdrehmoment/ Widerstandsmoment eintritt,
das Krählwerk 16 in gleichbleibender Höhenlage.
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Fig. 2 zeigt einen Eindicker 1 mit sogenanntem Randantrieb, wobei
das Krählwerk 16, das an dem drehbeweglich angeordneten Krählwerkszylinder 24 angeordnet
ist, über eine Mitnehmerbrücke 25 mit einem am äußeren Rand 26 des Behälters 2 auf
Gummirädern 27 laufenden Fahrwerk 28 angetrieben wird. Das Fahrwerk 28 selbst ist
mit Elektromotoren und Reduziergetriebe (nicht dargestellt) ausgerüstet. Es läuft
auf einer schmalen Betonlaufbahn 26' am Rande 26 des Behälters 2.
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Erfindungsgemäß ist die Brücke 25 mit einem Gelenk 29 mit dem oberen
Teil 24' des Krählwerkszylinders 24 drehbar
verbunden. Dieser obere
Teil 24' des Krählwerkszylinders 24 stützt sich hydraulisch über den Kolben 30 auf
einer zentrisch und feststehend im unteren Teil des Eindicker-Beckens 2 fundierten
Mittelsäule 34 ab. Der obere Teil 24' des Krählwerkszylinders 24 und der Kolben
30 der Mittelsäule bilden zusammenwirkend eine Kolben-Zylinder- Anordnung 30', und
zwar in der Funktion als Hubvorrichtung. Zwischen der mit dem Gelenk 29 gegenüber
dem Krählwerkszylinder 24 drehbar angeordneten Mitnehmerbrücke 25 und einem mit
dem Krählwerkszylinder 24 starr verbundenden Stützarm 31 befindet sich als Drehmomentstütze
eine weitere Kolben- Zylinder- Anordnung 32. Zwischen der mit Drucköl beaufschlagten
Arbeitskammer 32' dieser Kolben- Zylinder- Anordnung 32 und der Ii Arbeitskammer
36 der Kolben- Zylinder- Anordnung 30' der Hubvorrichtung ist eine flexible Druckmittel-Leitung
33 angeordnet, welche die Kammern 32' und 36 miteinander verbindet.
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Fig. 3 stellt eine Draufsicht der gleichen Vorrichtung dar. Gleiche
Funktionselemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Darin ist der mit dem
Krählwerkszylinder 24 gelenkig verbundene Stützarm 31 zu erkennen, der die als Drehmomentstütze
angeordnete hydraulische Kolben- Zylinder- Anordnung 32 mit der Mitnehmerbrücke
25 verbindet. Die Darstellung zeigt das
Antriebsaggregat mit dem
Fahrwerk 28, und den Antriebsrädern 27, welches die Mitnehmerbrücke 25 auf der Lauffläche
26' des Beckenrandes 26 in Richtung des Pfeiles 34 antreibt. Zwischen der Mitnehmerbrücke
25 und dem Krählwerkszylinder 24 mit dem Stützarm 31 baut sich infolge des Widerstandes
der Flüssigkeit und der sedimentierten Feststoffschicht ein Moment gegen die Krählwerksarme
16 auf. Die dieses Moment erzeugende Kraft wird von der als Drehmomentstütze angeordneten
hydraulischen Kolben- Zylinder- Anordnung 32 übertragen.
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Dabei baut sich in der Kammer 32' oberhalb des Kolbens 35 ein hydraulischer
Druck auf, der durch die Druckmittelleitung 33 auch auf die Arbeitskammer 36 der
Kolben- Zylinder- Einheit 30' übertragen wird. Sobald der hydraulische Druck--~den
Wert überschritten hat, der dem Gewicht des Krählwerks 16 geteilt durch die Fläche
des Kolbens 30 entspricht, strömt Druckmittel in die Arbeitskammer 36 ein und zwingt
das Krählwerk 16 zu einer Bewegung nach oben. Sobald sich in der erhöhten vertikalen
Lage des Krählwerks 16 Gleichgewicht zwischen Antriebsmoment und Widerstandsmoment
der Krählwerksarme 16 eingestellt hat, kommt die Hubbewegung zum Stillstand.
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Läßt der Widerstand wieder nach, sinkt das Krählwerk 16 um einen Betrag
tiefer, bis wiederum ein Gleichgewicht zwischen Widerstand und Antriebsdrehmoment
erreicht ist.
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Auf diese Weise ist gewährleistet, daß durch automatische
Drehmoment/
Höhen- Einstellung ohne jedes Steuerungssystem oder komplizierte Steuerungseinrichtungen
das Krählwerk 16 jeweils in derjenigen Höhenlage arbeitet, die einem vorherbestimmten,
konstanten Drehmomentenbereich entspricht.