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Zellenschleuse und Verfahren zumm Betreiben der
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Zellenschleuse Die Erfindung betrifft eine Zellenschleuse mit einem
in einem Gehäuse gelagerten, mittels einer nach außen geführten Welle drehbaren,
kugelföriuig ausgebildeten Zellenkörper, der mindestens eine radial nach außen offene
Zelle hat, und der in nahe dem Eingang und Ausgang des Gehäuses angeordneten, kreisförmigen
Dichtringen sitzt, wobei in jeder Drehstellung des Zellenkörpers stets einer der
Dichtringe ringsherum an der Zellenkörperoberfläche anliegt.
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Es ist eine Zellenschleuse bekannt (DE-OS 25 27 412), bei der ein
kugelförmig ausgebildeter Zellenkörper vorgesehen ist, der in kreisförmigen Dichtringen
sitzt. Der Zellenkörper hat in seiner Mitte eine Querwand. Diese Schleuse ist nach
den in der Offenlegungsschrift gemachten Angaben für das kontinuierliche Beschicken
oder Entleeren eines Apparateteils, der unter Druckbedingungen steht, die von den
anschließenden Apparateteilen abweichen. Dabei werden in erster Linie Flüssigkeiten
gefördert. Bei dieter Zellenschleuse kann jedoch während der Drehbewegung des Zellenkörpers
ein Druckausgleich zwischen den durch die Schleuse getrennten Räumen stattfinden.
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Es ist weiterhin eine Zellenschleuse bekannt (DE-AS 28 17 245).
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bei der ebenfalls ein kugelförmiger Zellenkörper vorhanden ist Diese
Zellenschleuse ist für eine pneumatischen Schüttgut-Förderanlage konzipiert. Sie
soll größere Druckunterschiede zwischen ihrem Eingang und ihrem Ausgang erlauben
und ist dafür mit Zellenöffnungen versehen, die so angeordnet sind, daß in jeder
Drehstellung der Kugel stets einer der beiden Dichtringe ringsherum an der Kugeloberfläche
anliegt. Dadurch wird gegenüber der erstgenannten bekannten Zellenschleuse eine
bessere Abdichtung erreicht. Die bekannte Zellenschleuse läßt Druckunterschiede
von 2 bis 4 bar zu. Für beträchtlich höhere Druckunterschiede ist die Schleuse jedoch
nicht geeignet, da die Dichtringe solchen Druckdifferenzem nicht standhalten können.
Die Dichtringe werden über die Verschraubungen des Gehäuses an den Zellenkörper
angepreßt und sie übernehmen sowohl die Abdichtung äm Zellenkörper als auch aus
Abdichtung der Gehäuseverschraubung. Eine genaue Einstellung der Abdichtung am Zellenkörper,
die bei höheren Druckdifferenzen erforderlich ist, wird dadurch unmöglich gemacht.
Außerdem werden Druckschwankungen, die beim Betrieb einer solchen Zellenschleuse
in den der Schleuse benachbarten Räumen entstehen, und die bei höheren Druckdifferenzen
besonders stark sind, nicht vermieden. Eine solche Zellenschleuse kann folglich
dann nicht eingesetzt werden5 wenn in den von der Zellenschleuse getrennten Räumen
größere Druckschwankungen nicht zulässig sind.
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Diese kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Druckschwankungen
zum Sieden, Schäumen oder plötzlichem Verdampfen einer Flüssigkeit führen können
oder in anderer Weise Reaktions-Vorgänge beeinflussen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zellonschleuse zu schaffen,
die ftir hohe Druckunterschiede, insbesondere bei höheren Temperaturen geeignet
ist und die darüber hinaus so betrieben werden kann, daß während ihres Betriebs
großere Druckschwankungen in den anschließenden Räumen ni'ht auf treten.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Zellenschleuse der
eingangs genannten Gattung dadurch erreicht, daß die Dichtringe in die Gehäusewandung
eingesetzt sind und daß zwischen dem Zellenkörper und don Dichtringen eine Schmierung
aufrecht erhalten ist. Durch die Einfügung der Dichtringe in die Gehäusewandung
kann ihr Anpreßdruck an die Oberfläche des Zellenkörpers unabhängig von der Verschraubung
des Gehäuses vorgegeben und dadurch eine hohe Dichtheit auch bei großen Druckdifferenzen
erreicht werden. Durch die Schmierung wird erreicht, daß trotz des herrschenden
hohen Drucks auf der einen Seite der Schleuse eine relativ leichtgehende Drehung
des Zellenkörpers möglich ist. Die Schmierung kann durch in die Dichtringe eingebrachte
schmierfähige Stoffe erreicht werden. Bevorzugt wird Jedoch cin Schmierfilm über
eine an die Dichtringe anschließende Schmierstoffzuführung erzeugt.
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Zusätzlich zur Schmierung können die Dichtringe auf ihren, dem Zellenkörper
zugewandt cii Oberflächen mit einer Hartmetallschicht überzogen sein, die besonders
abriebfest ist. Auch der Zellenkörper kann mindestens an den mit den Dichtringon
in Beruhrung kommenden Oberflächenteilen mit einer Hartmetallschicht versehen sein.
Dadurch ergibt sich eine besonders gute Paarung der unter Reibung stehenden Flächen.
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Die Dichtringe selbst sind beweglich, insbesondere in DurchfluB-richtung
verschiebbar, gelagert. Dadurch können sie eventuellen Dehnungen des Zellenkörpers,
die unter Temperatur auftreten, nachgeben. Für die Bewegung der Dichtringe können
Federn eingesetzt werden. Auch ist der Einsatz von Druckgas möglich oder auch eine
Kombination beider Möglichkeiten.
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An ihren, nach innen wsisenden Rändern sind die Dichtringe mit Schneid-
bzw. Abstreifkanten versehen. Hierdurch wird während der Drehbewegung des Zellonkörpers
eine ständige Reinigung seiner Oberfläche erreicht.
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Es ist besonders günstig, wenn die Dichtringe geteilt sind.
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Dadurch kann die Schmierstoff-Führung leicht gehandhabt werden, Die
Zelle selbst wird vorzugsweise durch eine konisch verlau-Sende Ausnehmung gebildet,
damit auch Substanzen, die zähflüssig sind oder zum Anbacken neigen, leicht aus
der Zelle entformbar sind0 Der Rand der Ausnehmung ist ebenfalls als Schneid kante
ausgebildet. Die Öffnung der Ausnehmung und der Durchtritt bei den Dichtringen haben
den gleichen Durchmesser.
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Der Innenraum des Gehäuses ist kugelförmig und umfaßt den Zellenkörper
im wesentlichen toraumfrei. Dadurch wird verhinder daß sich keine Substanzreste
in Toträumen festsetzen können. Den bisher bekannten Zellenschleusen mit kugelförmigen
Zellenkörpern haftet vor allen der Nachteil an, daß sie für hohe Druckunterschiede
zwischen den an sie anschließenden Räumen nicht geeignet sind, insbesondere dann
nicht, wenn Medien zu fördern sind, die in Toträumen zwischen dem Zellenkörper und
dem Gehäuse sich festsetzen und verhärten können0 Um die Lage des Zellenkörpers
auch von außen erkennen zu kann nen9 ist der Wellenstutzen nach außen geführt und
mit einer Stellungsanzeige versehen.
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Um die Zellenschleuse auch bei ganz besonders hohen Druckdif ferenzen
zwischen den durch die Zellenschleuse getrennten Räumen einsetzen zu können und
auch um in einem eventuellen Reaktionsraum die Druckschwankungen so niedrig wie
möglich zu halten, damit beispielsweise der im Reaktionsraum stattfindende Kochvorgang
durch die auftretenden Druckänderungen während der Schleusenbewegung nicht gestört
wird, wird ein Verfahren um Betreiben der Zellenschleuse erfindungsgemäß vorgeschlagen?
bei dem die Zelle des Zellenkörpers bei einem niedrigen Druck beladen, nach einer
vorgegebenen Drehbewegung des Zellenkörpers auf einen hohen, dem Entladedruck entsprechenden,
Druck gebracht wird sodann in Entladestellung gebracht und entladen wird und nach
einer weiteren Drehung des Zellenkörpers wieder auf den Beladedruck entspannt wird.
Die Drehbewegung des
Zellenkörpers kann dabei kontinuierlich erfolgen.
Vorzugsweise wird jedoch eine Drehbewegung des Zellenkörpers vorgesehen, die in
vier Takten erfolgt.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spieles
wird die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 die Zellenschleuse im Schnitt, Fig. 2 eine Ansicht
der Zellenschleuse von oben und Fig. 3 schematisch die Zellenschleuse in ihrem Bewegungsablauf.
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Die in der Fig. 1 gezeigte Zellenschleuse besteht im wesentlichen
aus dem Gehäuse 1, in dem der Zellenkörper 2 drehbar angeordnet ist. Der Zellenkörper
2 hat eine Zelle 3, mit der die zu fördernde Substanz aus einem an den oberen Gehäusestutzen
4 angeschlossenen Behälter in einen an den unteren Gehäusestutzen 5 angeschlossenen
Behälter gefördert wird. An den Stutzen 4 und 5 sind Anschlußflansche 6 und 7 vorgesehen.
In den Stutzen 4 und 5 sind die Durchtrittsöffnungen 43 und 44. Die Drehbewegung
des Zellenkörpers 2 wird durch die Welle 8 erreicht, die von der einen Seite am
Zellenkörper 2 angreift. Auf der gegenüberliegenden Seite hat der Zellenkörper 2
einen Wellenstutzen 9, der huber das Lager 1o im Gehäuse 1 gelagert ist. Die Welle
8 ist über das Lager 11 im Gehäuse 1 gelagert. Der Wellenstutzen 9 ist mit einer
Stellungsnanzeige versehen, so daß die Lage des Zellenkörpers 2 von außen erkennbar
ist.
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In der Gehäusewandung 12 sind Aussparungen 13 vorgesehen, in die die
Dichtringe 14 eingesetzt sind. Die Dichtringe 14 sind geteilt und bestehen aus den
Innenteilen 15 und den Außenteilen 16. An die Außenteile 16 wird eino Schmiermittelzufuhr
17 angeschlossen,
huber die ein Schmiermitsel in den Ringraum 18,
der durch eine Auseparung an den Außenteilen 16 gebildet ist, gedrückt wird. Dieses
Schmiermittel fließt weiter durch den Spalt 19, der zwischen den Ringteilen 15 und
16 besteht9 zu den Gleitflächen 20, die von den Dichtringen 14 und der Oberflache
21 des Zellenkörpers 2 gebildet werden Die Oberflächen 22 der Dichtringe 14 bestehen
aus Hartmetall schichten. In gleicher Weise ist auch die Oberfläche 21 des Zellenkörpers
2 mit einer Hartmetallschicht versehen. Durch die Schmierung einerseits und die
zusätzliche Hartmetallschicht andererseits, werden außerordentlich niedrige Reib
werte bei den Drehbewegungen des Zellenkorpere 2 erreicht9 obwohl die Dichtringe
14 mit hoher Anpreßkraft an den Zellenkörper 2 gedrückt werden.
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Die Dichtringe 14 sind in die Aussparungen 13 im Gehäuse 1 eingesetzt
und an ihren Seitenflächen mit verschiedenen O-Ring Abdichtungen versehen, so daß
das Schmiermittel nicht nach außer& austreten kann. Die Dichtringe 14 sind außerdem
verschiebbar in den Aussparungen 13 gehalten und können auf diese Weise mit einem
vorgegebenen Druck an den Zellenkörper 2 angepreßt werden Für diesen Anprenzweck
sind Druckringe 23 in die Aussparungen 13 eingefügt, die von Spiralfedern 24 beaufschlagt
werden. Die Spiralfedern 24 sind am Grund der Aussparungen 13 eingebracht. Zwischen
den Druckringen 23 und den Dichtringen 14 ist zusätzlich ein Segmentring 25 eingefügte
Zusätzlich zu den Schraubenfedern 24 wird Druckgas im vorlie wenden Fall Stickstoff,
in die Aussparungen 13 eingebracht und dadurch die Dichtringe 14 auf den Zellenkörper
2 gepreßt. Der Druck des Stickstoffs ist sehr genau einstellbar, so daß hierüber
die Anpreßkraft der Dichtringe 14 am Zellenkörper 2 reguliert werden kann. Für die
Zuführung des Stickstoffs sind die Rohre 26 vorgesehen, die an die Aussparungen
13 im Bereich der Federn 24 anschließen. Die Rohre 26 selbst sind mit dem
Gehäuse
1 verschweißt, was im übrigen auch bei den Schmiermittelzuführrohren 17 der Fall
ist.
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Im vorliegenden Beispiel sollen mit der Zellenschleuse Hackschnitzel
für einen Zellstoffkocher gefördert werden. Die Hackschnitzel sind in einem Behälter,
in dem sie zuvor einer Imprägnierung unterzogen worden sind. Der nicht näher gezeigte
Behälter ist an den oberen Flansch 6 angeschraubt. Die Förderung solcher Hackschnitzel
aus einem Behälter, dessen Druck 1 bar beträgt, in einen Kocher, dessen Druck 40
bar beträgt, ist außerordentlich schwierig. Der Kocher ist ebenfalls nicht gezeichnet.
Er ist an den unteren Flansch 7 angeschlossen.
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Damit die Hackschnitzel sich nicht an der Oberfläche des Zellenkörpers
2 festsetzen, bzw. damit die aus der Zelle 3 hervorstehenden Schnitzel die Drehbewegung
des Zellenkörpers 2 nicht blockieren können, haben die Dichtringe 14 an ihren nach
innen weisenden Rändern 27 Schneid- bzw. Abstreifkanten 28, die eventuelle arn Zellenkörper
2 haftende Schnitzel oder auch Imprägnierflüssigkeit abstreifen bzw. zerschneiden.
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Die Zelle 3 besteht aus einer konisch veBaufenden Ausnehmung.
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Dadurch wird das Entleeren der Zelle 3 von den Haclcschnitzeln erleichtert.
Der Rand 40 der Ausnehmung ist ebenfalls als Schneidkante ausgebildet, wodurch das
Zerschneiden hervorstehender Schnitzel erleichtert wird. Die Öffnung 41 der Ausnehmung
und die Durchtritte 42 in den Ebenen der Dichtringe 14 haben gleiche Durchmesser.
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Der Innenraum des Gehäuses 1 ist so ausgebildet, daß alle Gehäuse-Innenteile
möglichst nahe an den Zellenkörper 2 heranreichen. Bei dieser kugelförmigen zusbildungsform
des Innenraums des Gehäuses 1 werden Toträume zwischen der Gehäuseinnenwandung 29
und dem Zellenkörper 2 weitgehend vermieden.
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Der Wellenstutzen 9 ist in einem in das Gehäuse 1 eingefügten Lagerflansch
30 gehalten. Auf der anderen Seite des Gehäuses 1 ist ebenfalls ein Lagerflansch
31 angeschraubt, an den der nicht gezeigte Antrieb des Zellenkörpers 2 angeschlossen
ist.
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Wie die Figur 2 zeigt, ist das Gehäuse 1 senkrecht zur Durchflußrichtung
mit den Durchtrittsöffnungen 43 und 44 mit zwei weiteren Öffnungen 32 und 3,3 versehen,
einer kleineren und einer größeren, an die nicht gezeichnete Druckbelastungs- und
Druckentlastungsrohre anschließbar sind. Während des Betriebs der Zellenschleuse
wird bei der in den in Fig. 1 und 2 gezeigten Stellung des Zellenkörpers 2 die Zelle
3 mit den Hackschnitzeln gefüllt. Der Behälter, aus dem die Hackschnitzel kommen,
steht unter einem Druck von 1 bar. Danach erfolgt eine Drehung des Zellenkörpers
2 im Uhrzeigersinn und der Zellenkörper 2 gelangt in eine Stellung, in dor seine
Zelle 3 auf die kleinere Öffnung 32 gerichtet ist. In diesem Moment wird am Druckbelsstungsrohr
ein Ventil geöffnet und die Zelle 3 mit einem Druck von 4o bar beaufschlagt. Dieser
Druck entspricht dem im Kocher herrschenden Druck. Bevorzugt wird ein Druck gewählt,
der geringfügig huber dem Druck im Kocher liegt. Durch die dann gegebene Druckdifferenz
erfolgt ein sicheres Austr¢iben der Schnitzel der Zelle 3. Sodann wird das Ventil
wieder geschlossen. Bei der weiteren Drehung gelangt der Zellenkörper 2 mit seiner
Zelle 3 über den Auslaßstutzen 5. Sobald die Zelle 3 des Zellenkörpers 2 die Stutzenöffnung
überschneidet, beginnt die Entleerung der Zelle 3 über don Stutzen 5 in den Kocher0
Hiernach wird der Zellenkörper 2 weitergedreht und gelangt mit seiner Zelle vor
die größere Bohrung 33 im Gehäuse lo Hier wird jetzt ein Ventil im Druckentlastungsrohr
geöffnet und dadurch die Zelle 3 von ihrem Druck wieder auf 1 bar ent lastet. Nach
der Entlastung wird das Ventil weder geschlossen und der Zellenkörper 2 erreicht
nach weiterer Bewegung wieder seine Füllstellung. Es sei noch angemerkt, daß das
Entiastungsventil und das Belastungsventil nur während der Entlastung bzw. Belastung
geöffnet werden. Im einzelnen ist der geschil derte Vorgang in den skizzenhaften
Figuren 3 A, 3 B, 3 C und 3 D gezeigt. Dabei ist der Zellenkörper 2 jeweils in einer
Stel lung gezeigt 9 die einer zugehörigen Öffnung zuzuordnen ist. In vielen Fällen
ist es günstig, wenn der Zellenkörper 2 in Takten belegt wird, d. h., wenn er während
des Beladevorgangs, des Belastungsvorgangs, des Entladevorgangs und des Entlastungsvorgangs
eine kurze Zeit stillsteht.
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L e e r s e i t e