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Stoffschieber, insbesondere für Zuckerfüllmasse
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoffschieber gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Die Zerlegung von Zuckerfültmasse, einem Gemisch aus Zuckerkristallen
und Melasse bzw. Sirup in ihre jeweiligen festen und flüssigen Komponenten durch
kontinuierliches Zentrifugieren erfordert ein genaues Dosieren des in eine Zentrifuge
eingeführten.Füllmassestromes.
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Die Dosierung erfolgt in Abhängigkeit von der Viskosität der flüssigen
Komponenten und der Korngröße der Zuckerkristalle, wobei zur Erzielung optimaler
Trennbedingungen in der Zentrifuge die Ausbildung einer möglichst gleichmäßigen
Schichtenströmung über deren Umfang erforderlich ist. Hierbei besteht das Problem,
unter Wahrung der genannten Bedingungen die Zuckerfüllmasse entsprechend der Drehzahl
der Zentrifuge zu beschleunigen.
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Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, in derartigen Zentrifugen Verteilertöpfe
anzuordnen, welche nach mehrfacher Umlenkung des Zuckerfüllmassestromes unter Mitwirkung
von Beschleunigungsglocken die erforderliche Beschleunigung der Zuckerfüllmasse
bei gleichzeitiger gleichmäßiger Verteilung über den gesamten Umfang der Trennzone
der Zentrifuge bewirken, Die Verwendung eines zentral in der Zentrifuge ange-
ordneten
Verteilertopfes setzt jedoch voraus, daß der in die Zentrifuge eintretende Füllmassestrahl
zentral auf den Bodenbereich dieses Verteilertopfes auftrifft, somit an einer Stelle,
an welcher noch keine nennenswerte radiale Beschleunigung vorhanden ist. Von diesem
zentralen Bereich soll die Beschleunigung der Füllmasse durch Reibungskräfte, welche
von dem sich mit der Zentrifuge drehenden Verteilertopf auf diese ausgeübt werden,
erfolgen.
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Eine möglichst zentrale Einführung der Füllmasse hinsichtlich des
Verteilertopfes, um die Ausbildung einer über den Umfang der Trennzone der Zentrifuge
gleichmäßigen Schichten strömung zu erzielen, ist auch erforderlich, um unnötige
Beanspruchungen von deren Lagerung durch evtl. Unwuchten zu vermeiden.
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Es sind Stoffschieber bekannt (Arbeitsmappe "StoffschiebeI" der Fa.
Johannes Erhard, H. Waldenmaier Erben, Süddeutsche Armaturenfabrik, D-7920 Heidenheim
an der Brenz), bei welchen in einer kreisförmigen Durchgangs öffnung eine Blendenscheibe
angeordnet ist, deren Blendenöffnung die Gestalt eines gleichseitigen Dreieckes
oder Fünfecks aufweist, das zentrisch zu der Durchgangsöffnung angeordnet ist. Ein
derartiger Stoffschieber erzeugt bei völliger Öffnung einen Stoffstrom, der exzentrisch
zur Durchgangsöffnung verläuft und ist somit für eine Verwendung bei einer Zentrifuge
der eingangs genannten Art nicht geeignet.
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Aus Blenden-Regulierschieber, Druckschrift 5019 d/f 12.
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77 2000 AB der Firma Emile Egger & Co., GmbH, D-6800 Mannheim-Neckarau
ist ein Stoffschieber bekannt, der eine variable Blendenöffnung zeigt, welche die
Form eines regelmäßigen Sechseckes aufweist, dessen Flächenschwerpunkt stets mit
dem Flächenschwerpunkt der Durchgangsöffnung des Stoffschiebers zusammenfällt. Die
Variabilität der Blendenöffnung wird dadurch erreicht, daß deren Begrenzungskanten
durch
einzelne Segmente gebildet werden, die zur Veränderung des
Öffnungsquerschnittes mit mechanischen Mitteln gemeinsam betätigt werden. Ein derartiger
Stoffschieber gewährleistet eine zentrale Führung eines Stoffstromes und ist grundsätzlich
für eine Verwendung bei einer Zentrifuge der genannten Art geeignet, stellt jedoch
eine konstruktiv äußerst aufwendige Lösung des Problems der zentralen Führung eines
Stoffstromes dar.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, einen Stoffschieber, insbesondere
zur Dosierung von iucke m igausew zu konzipieren, der unter Vermeidung der den bekannten
Ausführungsformen anhaftenden Nachteile eine möglichst zentrale Führung eines Stoffstromes
ermöglicht. Gelöst wird diese Aufgabe vor allem durch die Merkmale des Kennzeichnungsteiles
des Patentanspruches 1. Das Wesendes Erfindungsgegenstandes besteht somit darin,
daß die Blendenöffnung des Stoffschiebers in der Hauptbetriebsstellung, welche einem
Stoffdurchsatz bei Nennleistung der Zentrifuge entspricht,nicht vollständig geöffnet
ist, daß jedoch die sich in diesem Fall ergebende freie Querschnittsfläche eine
zentrale Führung des Füllmassestromes ermöglicht. Dabei kann die Führung des Füllmassestromes,
welche sich in einem Einlaufrohr der Zentrifuge als Freistrahl bewegen soll ggf.
durch eine zentral zu diesem Einlaufrohr angeordnete Führungsste unterstützt werden.
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Von wesentlicher Bedeutung für die Führung des Füllmasse strahles
ist, daß eine Berührung der Wandungen des Einlaufrohres vermieden wird, da aufgrund
der hohen Viskosität der flüssigen Komponente der Strömungsvorgang erheblich behindert
würde. In der genannten Hauptbetriebsstellung befindet sich der Stoffschieber etwa
während 90°/0 der Betriebszeit der Zentrifuge, so daß die Zeiten, während derer
der Stoffstrom exzentrisch geführt ist, verhältnismäßig gering ausfallen. Als solche
Zeiten sind
im wesentlichen lediglich die Ausschalt- und EinschaltderZentrifue
phasenanzusehe.Die Betätigung der Schieberplatte kann auf mannigfaltige Weise erfolgen,
beispielsweise durch einen elektrischen, einen hydraulischen oder auch einen pneumatischen
Antrieb. Es kommt jedoch auch ein einfacher Klemmhebelantrieb in Betracht.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die freie Querschnittsfläche
in der Hauptbetriebsstellung zumindest annähernd viereckig, wobei jeweils zwei gegenüberliegende
Ecken des Vierecks auf der Symmetrieachse und auf einer zu der Symmetrieachse rechtwinkligen
Geraden durch den Flächenschwerpunkt der freien Querschnittsfläche liegen.
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Sowohl beim Einschalten der Zentrifuge als auch beim Abschalten ist
eine bestimmte Öffnungs- bzw. Schließcharakteristik des Stoffschiebers erwünscht,
und zwar dahingehend, daß bei gegebener Geschwindigkeit des die Schließ- bzw. Öffnungsbewegung
bewirkenden Antriebes die Geschwindigkeit, mit welcher die Blendenöffnung beispielsweise
ausgehend von der Schließstellung bis zur Hauptbetriebsstellung und umgekehrt verändert
wird, möglichst groß ausgelegt wird. Dies wird durch die erfindungsgemäßen,im wesentlichen
geometrischen Maßnahmen dadurch erreicht, daß einer bestimmten Schließ- bzw. Qffnungsbewegung
der Schieberplatte eine überproportionale Zunahme bzw. Abnahme der freien Querschnitts--Ler
Blendenöffnung gegenübersteht. Auf diese Weise werden Ubergangszustände, welche
durch eine exzentrische Führung des Stoffstromes charakterisiert sind,zeitlich möglichst
gering gehalten.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die freie Querschnittsfläche
in der Hauptbetriebsstellung
zumindest annähernd sechseckig, wobei
zwei gegenüberliegende Ecken des Sechseckes auf der Symmetrieachse liegen und verhältnismäßig
kurze Seiten des Sechseckes parallel zu der Symmetrieachse verlaufen. Die sich aus
der viereckigen Ausgestaltung der freien Querschnittsfläche ergebenden Vorteile
gelten im wesentlichen auch hier, da die Viereckform angenähert ist.
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Schließlich weist die Blendenöffnung, ausgehend von der Symmetrieachse
in der Öffnungsrichtung einen Öffnungsabschnitt von zumindest annähernd gleichbleibender
Breite auf. Erfindungsgemäß ist die freie Querschnittsfläche der Blendenöffnung
in der Hauptbetriebsstellung des Stoffschiebers, welche beispielsweise auf die Nennleistung
der Zentrifuge abgestimmt istjkleiner als die Blendenöffnung und gewährleistet eine
zentrale Führung des diesen verlassenden Füllinassestromes. Bei einem Betrieb der
Zentrifuge oberhalb ihrer Nennleistung ist auf diese Weise das Ausmaß, in welchem
der Füllmassestrahl nunmehr exzentrisch verläuft, möglichst gering gehalten, da
der Öffnungsbewegung der Schieberplatte in diesem Bereich annähernd gleichbleibender
Breite nur noch eine proportionale Zunahme der freien Querschnittsfläche gegenübersteht,
wobei die Veränderung der Lage deren Flächenschwerpunktes entsprechend gering ausfällt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den folgenden
zeichnerisch dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fig.
1 eine kontinuierlich arbeitende Zentrifuge zur Zerlegung von Zuckerfüllmasse im
Schnitt; Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 der Fig. 1 in teilweiser Darstellung;
Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie 3-3 der Fig. 2 in detaillierter Darstellung;
Fig.
4 eine Ausführungsform eines Stoffschiebers mit kreisförmiger Blendenöffnung; Fig.
5 eine Ausführungsform eines Stoffschiebers mit achteckiger Blendenöffnung; Fig.
6 eine Ausführungsform eines Stoffschiebers mit sechseckiger Blendenöffnung; Fig.
7 eine Ausführungsform eines Stoffschiebers mit ovaler Blenden öffnung.
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Mit 1 ist in Fig. 1 das stationär angeordnete Gehäuse einer kontinuierlich
arbeitenden Zentrifuge zur Zerlegung von Zuckerfüllmasse in ihre jeweiligen festen
und flüssigen Komponenten, nämlich Zuckerkristalle und Melasse bezeichnet. Die Zentrifuge
weist eine innerhalb des Gehäuses 1 um eine vertikale Achse drehbar gelagertes von
einem zylindrischen Mantel 2 umgebene, im Querschnitt konisch ausgestaltete Schleudertrommel
3 auf, deren Mantel perforiert ist. Die Schleudertrommel 3 wird durch eine in geeigneter
Weise gelagerte Welle 4 getragen, welche auch deren Antrieb dient, auf dessen zeichnerische
Darstellung jedoch verzichtet worden ist. Die Zufuhr der hochviskosen Zuckerfüllmasse
erfolgt, wie durch PfeIl 5 angedeutet, über ein Einlaufrohr 6, in dessen Verlauf
ein Stoffschieber 7 angeordnet ist. Zentrifugenseitig bezüglich des Stoffschiebers
7 befindet sich eine Führungsstange 8 im Einlaufrohr 6 , welche an diesem in geeigneter
Weise, hier durch Stege 9 befestigt ist. Die Führungsstange 8 dient der Zentrierung
des den Stoffschieber 7 zentrifugenseitig verlassenden Feststoff-FlüssigkeitsGemisches,
welches als Freistrahl exakt in der Mitte eines im Bodenbereich der Schleudertrommel
3 mit dieser rotierenden Verteilertopfes 10 auftreffen soll. Im Bereich des Verteilertopfes
10 wandert das Gemisch unter dem Einfluß des Zentrifugalkraftfeldes in dessen Randbereiche,
überströmt dessen obere Kante 11 um anschließend entlang der Innenwandung einer
sich konisch erweiternden Beschleunigungsglocke 12 nach nochmaliger Richtungsumkehr
an den Kanten 13 der Beschleunigungsglocke auf die Innenwandung der Schleudertrommel
3 zu gelangen. Das Gemisch bewegt sich im folgenden als gleichmäßiger Film über
die Innenwandung der Schleudertrommel 3, wobei aufgrund deren Perforation eine flüssige
Komponente abgespalten wird. Diese flüssige
Komponente gelangt
in einen, im wesentlichen durch den zylindrischen Mantel 2 umgrenzten Sammelraum
14 und wird von hier aus in zeichnerisch nicht dargestellter Weise abgeführt. Die
feste Komponente, d.h. im vorliegenden Fall die Zuckerkristalle,überströmen die
Kante 15 der Schleudertrommel 3 und gelangen anschließend in einen Sammelraum 16,
von wo aus sie ebenfalls in zeichnerisch nicht dargestellter Weise abgeführt werden.
Von wesentlicher Bedeutung für eine einwandfreie Durchführung des Trennvorganges
ist die Ausbildung eines gleichmäßigen Flüssigkeitsfilmes entlang des Umfanges der
Schleudertrommel3,welches neben einer entsprechenden Konsistenz des in seine Komponenten
zu zerlegenden Feststoff2üssigkeitsGemisches ein möglichst zentrales Aufbringen
bezüglich des Verteilertopfes 10 zur Voraussetzung hat. Insbesondere der Realisierung
des letztgenannten dient der erfindungsgemäße Stoffschieber, welcher im folgenden
anhand mehrerer Ausführungsvarianten näher erläutert wird.
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In den Fig. 2 und 3 bezeichnet 17 des Gehäuse des erfindungsgemäßen
Stoffschiebers 7, welches aus zwei, in Stoffflußrichtung gesehen hintereinander
angeordneten Hälften besteht. Die Stoffflußrichtung wird in Fig. 3 durch den Pfeil
18 angedeutet. In einer, in Stoffflußrichtung 18 gesehen zweiten Hälfte des Gehäuses
17 angebrachten Eindrehung 19 befindet sich eineR nsheibe 20 mit einer Blendenöffnung
21, die kleiner als die Durchgangsöffnung 22 des Gehäuses 17 ausgestaltet ist.
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In Fig. 3 wird die Blendenöffnung 21 durch eine Schieberplatte 23,
welche zwischen den Hälften des Gehäuses 17 in Richtung der Pfeile 24 verschiebbar
gehalten ist, geschlossen. Fig. 2 zeigt die Schieberplatte 23 in einer
Stellung
in welcher die Blendenöffnung 21 teilweise für den Durchtritt der Zuckerfüllmasse
freigegeben ist. Die sich ergebende freie Querschnittsfläche 25 ist hierbeI schraffiert
dargestellt.
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Der Antrieb der Schieberplatte 23 erfolgt gemäß Fig. 3 unter Mitwirkung
einer Spindel 26, welche über eine Gewindebuchse 27 mittels eines Handrades 28 bewegt
wird.
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Die Gewindebuchse 27 ist in einer Traverse 29 abgestützt, die über
beidseitig der Spindel 25 angeordnete Bolzen 30 mit einer am Gehäuse 17 befestigten
Traverse 31 in Verbindung steht.
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Die Blendenöffnung 21 ist relativ zur Durchgangs öffnung 22 des Gehäuses
17 so angeordnet, daß deren Flächenschwer punkt - in Öffnungsrichtung 32 der Schieberplatte
23 gesehen - gegenüber dem Flächenschwerpunkt der Durchgangsöffnung 22 versetzt
ist.
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Die freie Querschnittsfläche 25 der Blenden öffnung 21 wird umgrenzt
einerseits durch den Randteil 33 der Blendenöffnung 21 sowie die Steuerkante 34
der Schieberplatte 23.
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Erfindungsgemäß fallen bei der in Fig. 2 gezeigten Hauptbetriebsstellung
der Schieberplatte 23, welche während ca. 90% der Betriebsdauer der jeweiligen Zentrifuge
ansteht, die Flächenschwerpunkte der freien Querschnittsfläche 25 und der Durchgangsöffnung
22 im Gehäuse 17 annähernd zusammen. Die Folge hiervon ist, daß aus dem Stoftschieber
7 zentral ein Strahl bestehend aus Zuckerfüllmasse austritt und auf den Bodenbereich
des Verteilertopfes 10 (Fig. 1) gelangt.
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Die zeichnerische Darstellung in den Fig. 5-bis 6 ist gegenüber derjenigen
der Fig. 2 und 3 stärker schematisiert und auf die wesentlichen Funktionselemente
beschränkt. Einzelteile, die mit Einzelteilen der Fig. 2
und 3
übereinstimmen, sind auch übereinstimmend beziffert.
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Die Fig. 2 und 4 zeigen Blendenscheiben 20, deren Blendenöffnungen
21 kreisförmig ausgestaltet sind, wobei gemäß Fig. 4 die Steuerkante 34 einen Teil
einer Kreisumfangslinie bildet. Von wesentlicher Bedeutung ist auch hier, daß die
sich ergebende freie Querschnittsfläche 25, die hier von zwei Kreisumfangslinien
begrenzt wird, einen Flächenschwerpunkt aufweist, der mit demjenigen der Durchgangsöffnung
22 im wesentlichen zusammenfällt, so daß während der hier gezeigten Hauptbetriebsstellung
eine zentrale Führung des in die Zentrifuge eintretenden Füllmas-sestrahles erzielt
wird, wobei eine Berührung der Wände des Einlaufrohres 6 (Fig. 1) vermieden wird.
Die freie Querschnittsfläche 25 ist symmetrisch zu einer durch deren Flächenschwerpunkt
und senkrecht zu der durch den Pfeil 32 gekennzeichneten Öffnungsrichtung der Schieberplatte
23 verlaufenden Symmetrieachse 35 angeordnet. Die Kontur der freien Querschnittsfläche
25 wird somit in der Hauptbetriebsstellung zu gleichen Anteilen durch den Randteil
33 der Blendenöffnung 21 und durch die Steuerkante 34 gebildet. Die aus zwei Kreisabschnitten
zusammengesetzte freie QuerschnAttsfläche 25 kann auf diese Weise in der Hauptbetriebsstellung
der Gestalt eines Kreises angenähert werden, woraus ein über den Querschnit gesehen
günstiges Strömungsprofil resultiert.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungsformen von Blendenscheiben 20,
deren Blendenöffnungen 21 eckig, d.h. hier acht- bzw. sechseckig ausgestaltet sind,
wobei ebenfalls die Bedingungen erfüllt sind, daß der Flächenschwerpunkt der freien
Querschnittsfläche 25 in der Hauptbetriebsstellung mit dem Flächen schwerpunkt der
Durchgangs öffnung 22 annähernd zusammenfällt und daß in dieser Stellung die freie
Querschnittsfläche 25 symmetrisch zu einer in
gleicher Weise wie
unter Fig. 4 definierbaren Symmetrieachse 35 verläuft, so daß deren Kontur zu gleichen
Anteilen durch den Randteil 33 der Blendenöffnung 21 und durch die Steuerkante 34
der Schieberplatte 23 gebildet wird. Die Steuerkante 34 stellt somit erfindungsgemäß
das Spiegelbild des Randteils 33 der Blendenöffnung 21 bezüglich der Symmetrieachse
35 dar.
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Gemäß Fig. 5 ist die Blendenöffnung 21 achteckig ausgestaltet, wobei
zwei einander gegenüberliegende Seiten 36 parallel jedoch mit unterschiedlichem-Abstand
zu der Symmetrieachse 35 verlaufen und wobei die Blendenöffnung 21 hinsichtlich
Ihres Flächenschwerpunktes derart innerhalb der Durchgangsöffnung 22 angeordnet
ist, daß unter Beachtung der Bedingung, daß der Flächenschwerpunkt der freien Querschnittsfläche
25 in der Hauptbetriebsstellung mit dem Flächenschwerpunkt der Durchgangs öffnung
22 zusammenfallen muß, die freie Querschnittsfläche 25 annähernd die Gestalt eines
Sechseckes aufweist, dessen in einer Richtung senkrecht zur Öffnungsrichtung 32
einander gegenüberliegende Ecken auf der Symmetrieachse 35 liegen. Mittels einer
Variation der Längen der einander gegenüberliegenden Seiten 36 des Randteils 33
der Blendenöffnung 21 bzw. 36' der Steuerkante 34 relativ zu den übrigen Seiten
der freien Querschnittsfläche 25 kann deren Gestalt in nahezu beliebiger Weise je
nach der gewünschten Öffnungscharakteristik des Stoffschiebers verändert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, diese Seiten 36, 36' verhältnismäßig
kurz auszubilden, bzw. so kurz auszubilden, daß, wie aus Fig. 6 ersichtlich, die
freie Querschnittsfläche 25 in der Hauptbetriebsstellung annähernd die Gestalt eines
Viereckes annimmt, dessen in Öffnungsrichtung 32 einander gegenüberliegende Ecken
auf einer parallel zur Öffnungsrichtung 32 und durch den Flächenschwerpunkt der
freien
Querschnittsfläche 25 verlaufenden Geraden 37 liegen.
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Die Öffnungscharakteristik bei den Ausführungsformen gemäß den Fig.
5 und 6 ermöglicht, ausgehend von der Schließstellung des erfindungsgemäßen Stoffschiebers
eine hinsichtlich des Öffnungsweges der Schieberplatte 23 überproportionale Erweiterung
der freien Querschnittsfläche 25 bis zum Erreichen der Hauptbetriebsstellung, bei
welcher die Flächenschwerpunkte der freien Querschnittsfläche 25 und der Durchgangsöffnung
22 annähernd zusammenfallen sowie einen ähnlich charakterisierten Schließvorgang.
Auf diese Weise können Ubergangszustände, bei welchen der aus dem Stoffschieber
austretende Füllmassestrom nicht genau izentral zum Einlaufrohr 6 (Fig. 1) geführt
ist, sowohl während des Anfahr- als auch während des Schließvorganges auf kürzeste
Zeitintervalle beschränkt werden. Sowohl die sechseckige Form der Blendenöffnung
21 gemäß Fig. 6, bei welcher zwei Seiten parallel und symmetrisch zu der Geraden
37 verlaufen als auch die achteckige Form der Blendenöffnung 21 gemäß Fig. 5, welche
ebenfalls zwei derartige Seiten aufweist gewährleisten, daß sich erfindungsgemäß
an die Symmetrieachse 35 in der Öffnungsrichtung 32 ein Öffnungsabschnitt von gleichbleibender
Breite anschließt, so daß die Zunahme der freien Querschnittsfläche 25 oberhalb
deren Hauptbetriebsstellung nur noch proportional zum Verschiebeweg der Schieberplatte
23 erfolgt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Verschiebung der Position
des Flächenschwerpunktes der freien Querschnittsfläche 25 bei einem Betrieb oberhalb
des durch die Hauptbetriebsstellung definierten Nennbereiches entsprechend gering
ausfällt, so daß auch dann noch eine angenähert zentrale Führung des den Stoffschieber
7 verlassenden Freistrahls aus Zuckerfüllmasse relativ zum Einlaufrohr 6 erzielt
werden kann, wenn der
für den Nennbereich des Stoffschiebers festgelegte
Bereich geringfügig überschritten wird.
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Ein Öffnungsabschnitt von angenähert gleichbleibender Breite im Anschluß
an eine im obigen Sinne definierte Symmetrieachse 35 ist nach Fig. 7 erfindungsgemäß
auch bei einer ovalen bzw. elliptischen Blenden öffnung 21 realisierbar, die sich
mit ihren längeren Seiten parallel zu der Geraden 37 erstreckt, so daß ausgehend
von einer in der Hauptbetriebsstellung angenähert kreisförmigen freien Querschnittsfläche
25 diese bei Überschreiten des Nennbereiches eine ovale Gestalt erhält. Wie bei
den vorstehend geschilderten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist auch in diesem
Fall die sich an den Öffnungsabschnitt in der Öffnungsrichtung 32 anschließende
Kontur der Blendenöffnung 21 gleich der Kontur der Steuerkante 34 geformt.