DE3546133A1 - Verfahren und vorrichtung zum waschen und/oder filtern und/oder sieben eines in form einer truebe vorliegenden mineralgemisches unterschiedlicher koernungen in einer drehbaren und perforierten trommel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehtrommel mit variablem Energieeintrag zum Waschen, Filtern oder Sieben mehr­ phasiger Güter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Anlagen zum Waschen, Filtern oder Sieben auf der Basis drehbarer und perforierter Trommeln sind in der Technik bekannt, wie auch schwingende Transport- Siebbänder und schwingende Entwässerungsrinnen bekannt sind.

Merkmal der angestrebten Phasentrennung ist einmal die Verwendung eines Filter- oder Siebmittels, zum anderen erfordert die Trennung eine Kraft, die auf das disperse System einwirkt und das Fluid durch das Filter- oder Siebmittel hindurch drückt. Bei den betrachteten herkömmlichen Anlagen wird die benötigte Druckdifferenz zu beiden Seiten des Filter- oder Siebmittels einmal durch die Schwer­ kraft erzeugt. Dieses Verfahren wird überwiegend zur Entwässerung von Sand und Kies angewendet.

Eine Verbesserung des Filter- oder Siebprozesses wird durch die Aufbringung einer zusätzlichen mechanischen Kraft erzielt, die bei den oben angesprochenen Vibro- und Schwingsieben als Schwingkraft wirkt. Bei großen Flüssigkeitsmengen bereitet das Abtrennen speziell von sehr fein­ körnigen oder kompressiblen Stoffen dann Schwierig­ keiten, wenn diese einen dichten Kuchen mit hohem Widerstand bilden, der je Zeiteinheit nur wenig Filtrat hindurchläßt. Die Kuchenfiltration solcher Trüben z. B. erfordert große Filterflächen oder entsprechend geringe Aufgabenmengen, um den Kuchen möglichst dünn zu halten.

Die Durchlässigkeit des Kuchens hängt stark von der Größe, Verteilung, Form, Rauhigkeit und Verformbar­ keit des abgetrennten Korns ab. Ein feinkörniges Filtergut bildet kleine Poren und bewirkt einen größeren Durchflußwiderstand als ein größeres Korn.

Auch die Einleitung von mechanischen Kräften in Form von Schwingungen führt nur dann zu einer Ver­ besserung, wenn die Aufgabemenge gering gehalten wird und der dadurch erzielte dünne Kuchen durch den Schwingeffekt immer wieder aufgelockert werden kann und dem Fluid die Möglichkeit zum Abfließen gegeben wird. Das Verstopfen der Filter- oder Siebporen kann selbst bei flächigen Schwingfiltern oder -sieben nicht ohne zusätzliche Reinigungsvor­ richtungen sichergestellt werden.

Ein weiterer grundsätzlicher Mangel herkömmlicher Vorrichtungen und Verfahren ist darin zu sehen, daß die technischen Kenngrößen fest vorgegeben und während des Betriebes nicht oder nur unzu­ reichend veränderbar sind, so daß verschiedenste Aufgabengüter nicht entsprechend ihrer physika­ lischen und chemischen Eigenschaften angesprochen werden können und damit bis auf wenige Ausnahmen (Auslegung der Anlage auf ein spezielles Gut) im suboptimalen Bereich gearbeitet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sieb- oder Filtervorrichtung so auszubilden, daß die geschilderten Schwierigkeiten nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach den Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung verhindert die Kuchen­ bildung der Feststoffe und bewegt sie laufend über das Filter- oder Siebmittel hinweg. Dadurch wird ein hoher und nahezu gleichbleibender Filtrat­ durchsatz erzielt. Ermöglicht wird dies durch die erfindungsgemäß erzeugten Scherkräfte infolge von Turbulenzen und Wirbeln, die auch bei größeren Füllhöhen das Absetzen der Partikeln verhindern. Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine weitgehend regellose Anordnung des sich abscheidenden Korns während des gesamten Durchlaufs in der Trommel sicher. Dies trifft insbesondere auf Filterkuchen aus plättchenförmigen Teilchen (Ton, Schluff u.ä.) zu, deren Behandlung in herkömmlichen Anlagen bisher weitgehend problematisch ist, weil sich die Teilchen aufeinanderlegen und das Durchströmen verhindern. Da ein Kuchen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung sich nicht als Filtermittel bilden kann, wird in Abhängigkeit von dem Aufgabegut auf ein entsprechend feinporiges Filter- oder Siebmaterial zurückgegriffen und die durchschlagende Trübe somit sehr gering gehalten.

Durch die regellose und aufgelockerte Anordnung des Korns und den hohen schwingungsbedingten Energieeintrag ist auch bei bindigen Bestandteilen des Gutes ein entsprechender Wascheffekt zu erzielen, wenn man den Turbulenzbereich der Trommel in einer Wanne mit einem Waschmittel laufen läßt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer drehbaren Sieb­ trommel, deren Filter- oder Siebmittel entweder zur Erzielung eines Kaskadeneffektes im Aufgabegut nur über die Außenstäbe des Trommelkäfigs gespannt ist, oder aber, zur Erzielung eines Katarakt-Effektes, zu einem Vieleck auch über die Innenstäbe gespannt ist. Entscheidend für die zu wählende Geometrie der Trommelfläche ist in Abhängigkeit vom jeweiligen Aufgabegut der benötigte Energieeintrag und die Entwässerbarkeit aufgrund der Teilchenstruktur. An dem vieleckigen Trommelumfang ist die Kompression des Gutes stärker ausgeprägt. Die Neigung der Trommel zur Längsachse ist veränderbar ausgebildet, um einmal die Durchlaufzeit beeinflussen zu können und zum zweiten auf die unterschiedliche Fließfähigkeit der Aufgabegüter reagieren zu können. Für den Waschprozeß ist die Trommel mit einer Förderwendel angestattet, die den Transport des Gutes sicherstellt. Die Trommel ist über einen Rahmen in Federelementen elastisch ge­ lagert, die einmal das Eigengewicht der Trommel plus Aufgabegut tragen und die Schwingung der Trommel ermöglichen. Die Schwingung wird an der Eingabe- und Ausgabeseite durch jeweils zwei in der Wirk­ richtung durch die Trommelachse gehende Hydraulik- oder Pneumatikzylinder übertragen, die in radialer Richtung zur Trommelachse verstellbar angebracht sind. Die Ansteuerung der Arbeitszylinder erfolgt über ein nahezu verschleißfrei arbeitendes Dreh­ kolben-Wegeventil mit Druckausgleich. Der von einer hydraulischen oder pneumatischen Versorgungsstation gelieferte Druck-Strom wird in dem fremdgetriebenen und drehzahlveränderlichen Drehkolben-Wegeventil in einen stufenlos regelbaren Wechselstrom umgesetzt, der über die Arbeitszylinder Schwingungen erzeugt, die gemeinsam in der Frequenz und jedes für sich in Amplitude und Bewegungsablauf stufenlos variabel sind.

Vorrichtung und Verfahren machen es möglich, die Kenndaten der Anlage der jeweiligen Aufgabenstellung und dem jeweiligen Aufgabegut optimal anzupassen.

In Abhängigkeit von den Eigenschaften des Aufgabe­ gutes ist z. B. eine gezielte Ansteuerung der Vorrichtung möglich, die mit einem maximalen Energieeintrag im vorderen, dem Eingabebereich der Trommel, den Waschprozeß verstärkt, im nachgelagerten Filter- oder Siebbereich zur Schonung des Gutes nur mit minimalen Schwingungen arbeitet, indem die Arbeitszylinder an der Ausgabeseite stillstehen und nur eine Haltefunktion haben. Mit entsprechenden Steuerungsvariationen ist ein breites Spektrum disperser Systeme individuell ansprechbar.

Die Vorrichtung ist je nach Anforderung geeignet, auch nur eine Funktion, d. h. Waschen, Sieben oder Filtern zu erfüllen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung, hier als integrierte Wasch- und Filtertrommel ausgebildet,

Fig. 2 eine Ansicht des unbespannten Trommelkäfigs,

Fig. 3 einen Schnitt durch die als Vieleck bespannte Trommel,

Fig. 4 einen Schnitt durch die quasi- zylindrisch nur über die Außenstäbe bespannte Trommel,

Fig. 5 die Vorderansicht von der Aufgabe­ seite der Vorrichtung mit Trommel­ antrieb und Schwingzylindern,

Fig. 6 die schematische Darstellung der (hier hydraulischen) Versorgungs­ station mit dem Steuerventil,

Fig. 7 Vorrichtung in der Seitenansicht,

Fig. 8 Vorrichtung in der Draufsicht,

Fig. 9 Baukomponenten eines Steuerventil- Schaltmoduls,

Fig. 10 Schaltmodul des Steuerventils im Schnitt.

In Fig. 1 ist mit 1 die Drehtrommel bezeichnet, die in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Förderwendel 2 ausgerüstet ist. Die Ausführung der Trommel mit einer Förderwendel ist nur für die Bauart entsprechend Fig. 2 vorgesehen, bei der nur ein mit dem Filtermittel bespannbarer Außenkäfig 3 vorgesehen ist. Die Trommel in Fig. 1 ist für einen kombinierten Wasch- und Filterprozeß ausgeführt. Der Basisrahmen 4 der Vorrichtung ist auf dem Fundament 5 in der Neigung verstellbar angelenkt 6. In der abge­ bildeten Ausführung taucht der hintere Teil der Trommel 1 in die mit einem Waschmittel gefüllte, über die gesamte Länge der Trommel reichende Wanne 7. Im hinteren Bereich 8 der Trommel findet der Waschprozeß statt, während im vorderen Siebbereich 9 die Entwässerung erfolgt. Der Austausch des Waschmittels erfolgt kontinuierlich, der Abzug über 10, die Zuführung über die Eingabevorrichtung 11 mit dem zu behan­ delnden Gut. Über die Ausgaberinne 12 wird das behandelte Gut kontinuierlich ausgebracht. Im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 sind die Arbeits­ zylinder 13 und 14 in Förderrichtung der Trommel 1 geneigt eingestellt, um nach dem Prinzip des Schwingförderers den Materialtransport in der Trommel zu unterstützen und bei der Neigung der Trommel der Förderwendel nicht entgegen zu arbeiten. Die Wirkrichtung der Schwingungen zur Längsachse der Trommel ist durch die Pfeile 15 dargestellt.

Die vordere Stirnfläche der Trommel besteht aus einem Kreisring 16, an dem zur Erleichterung der Beschickung ein konischer Blechring 17 angesetzt ist. Die hintere Stirnfläche wird ebenfalls durch einen Kreisring 18 gebildet. Gehalten wird der Trommelmantel durch jeweils drei Speichen 19, die mit der Trommelachse 20 verbunden sind. Aus Gründen der Festigkeit und Gewichtsersparnis besteht diese Achse 20 aus einem Rohr, an das an beiden Enden jeweils die Lagerzapfen 21 ange­ setzt sind. Zwischen dem vorderen Kreisring 16 und dem hinteren Kreisring 18 sind auf einem äußeren Radius die Käfigstäbe 3 angebracht, auf einem inneren Radius die Käfigstäbe 22. Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Trommel, deren Filter- bzw. Siebmittel, hier ein Maschengewebe 23, im Vieleck gespannt ist, was einmal die Wirkfläche vergrößert und zum anderen unter Schwingungseinwirkung das Aufgabegut stärker komprimiert. Fig. 4 zeigt im Schnitt eine Trommel, die nur über die Stäbe 3 am Außenradius bespannt ist.

Die jeweilige Trommel ist in zwei Pendelrollen­ lagern 24, siehe Fig. 7 und 8, gelagert, die auch axiale Kräfte aufnehmen können. Die beiden Lager 24 sitzen auf einem Hilfsrahmen 25, der seinerseits über vier Federelemente 26 mit dem Trägerrahmen 4 verbunden ist. Die jeweils doppelt wirkenden Arbeits­ zylinder 13 und 14 sind am Trägerrahmen 4 in der Neigung verstellbar angelenkt 27.

Die Rotation der Trommel 1 bewirkt ein Elektromotor 28, der über ein stufenlos regelbares Verstellge­ triebe 29 und einen Kettentrieb 30 mit der Trommel verbunden ist.

Die Energieversorgung zur Schwingungserzeugung bzw. Ansteuerung der Arbeitszylinder 13 und 14 ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Einer, hier hydrau­ lischen, Druck-Strom-Versorgung 31, ist ein modular aufgebautes Drehkolben-Wegeventil 32 nach­ geschaltet, das von einem drehzahlregelbaren Elektro-, Pneumatik- oder Hydraulikmotor 33 angetrieben wird. Jedes Modul von 32 steuert einen Arbeitszylinder 13 oder 14 an und gibt diesem Amplitude und Bewegungsablauf unabhängig von den anderen Zylindern vor oder kann einzeln stillgesetzt werden. Über diese Möglichkeit der Einzelansteuerung lassen sich beliebige, jeweils auf spezielle Aufgabenstellung bezogene Schwingungsabläufe realisieren.

Die Kenngrößen der Schwingungen werden als Echt-Werte von je einem Piezo-Elektrischen Be­ schleunigungsaufnehmer 34 erfaßt, die an den Widerlagern der Trommel montiert sind. Die Kenn­ größen werden in einem Kontroll- und Regelungs­ gerät erfaßt und mit den vorgegebenen Sollwerten verglichen. Die Anlage wird über den kontinuierlichen Soll-Ist Vergleich und die Nachregelung von Frequenz und Amplitude über das Drehkolben-Wege­ ventil 32 und seinen Antrieb 33 im optimalen Arbeitsbereich gehalten.

In Fig. 9 ist ein Schaltmodul des Drehkolben-Wege­ ventils in seinen einzelnen Baukomponenten dar­ gestellt. Der Drehkolben 34 läuft in der Steuerungs­ hülse 35, die wiederum fest im Gehäuse 36 sitzt. Während der Drehbewegung des Drehkolbens 34 korrespondieren die Nuten in 34 in wechselnden Kombinationen mit den Bohrungen der Steuerhülse 35 und stellen derart die Schaltfunktionen dar. Der Energiefluß bezogen auf eine konkrete Schaltung ist in Fig. 10 schematisch dargestellt.

Claims (19)

1. Vorrichtung und Verfahren zum Waschen von mehr­ phasigen Gütern auch feinster Fraktionen und/ oder anschließendem Filtern oder Sieben des jeweiligen Gutes in einer Trommel, die drehbar, neigbar und in Federelementen elastisch aufgehängt angeordnet ist und deren geometrische Ausbildung der Trommelfläche zylindrisch oder vieleckig ist und mit oder ohne integrierter Förderwendel aus­ gestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel zur Verbesserung des Wasch-, Filter- oder Siebeffektes durch hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheiten in Schwingungen versetzt wird, deren Frequenz, Amplitude, Bewegungsablauf und Wirkrichtung durch entsprechende Ansteuerung über ein Wegeventil einzeln veränderbar sind und der zu erfüllenden Funktion und dem Gut stufenlos optimal angepaßt werden können.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druck­ und/oder Stromquelle zur Lieferung eines gleich­ förmigen hydraulischen oder pneumatischen Druck­ stromes vorgesehen ist, der das Wegeventil zur Schaltung der wechselseitigen Druckströme auf die Arbeitszylinder nachgeschaltet ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wege­ ventil als Drehkolben-Wegeventil mit Druckausgleich ausgebildet ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung des Drehkolben-Wegeventils in der Winkelgeschwindig­ keit veränderbar ist und durch Elektro-, Hydraulik- oder Pneumatikmotoren erzeugt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreh­ kolben-Wegeventil entsprechend der Anzahl zu ver­ sorgender Arbeitszylinder modulartig erweitert werden kann.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeits­ zylinder zur Längsachse der Trommel geneigt einge­ stellt werden können und durch die veränderte Wirkrichtung der Schwingung das Sieb- oder Filtergut eine Wurfbewegung vollführt, die eine zusätzliche Transportfunktion zur Folge hat.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Arbeitszylinder an der Beschickungsseite angesteuert werden können.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Arbeitszylinder an der Austragsseite angesteuert werden können.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwingung der Trommel in radialer Richtung eine gerichtete Schwingung ist.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwingung der Trommel in radialer Richtung eine Kreisschwingung ist.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel nur über die Stäbe am Außenradius mit dem Filter- oder Siebgewebe bespannt ist und eine angenähert zylindrische Form aufweist.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Bespannung auch über die Stäbe des Innenradius die Nutz­ fläche der Trommel eine vieleckige Geometrie er­ hält.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel mit einer Band­ förderschnecke ausgerüstet ist.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung der Trommel stufen­ los regelbar ist und der jeweiligen Aufgabenstellung angepaßt werden kann.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß über je einen Sensor an den beiden Widerlagern der Trommel die Kenngrößen der Schwingungen erfaßt werden, um die Effizienz des Verfahrensprozesses, Energieaufwand und Belastung der Anlage in einem Optimalbereich zu führen.

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie ausschließlich für einen Waschprozeß eingesetzt wird.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie ausschließlich für einen Filterprozeß eingesetzt wird.

18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie ausschließlich für einen Siebprozeß eingesetzt wird.

19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Waschmittel zur Aufrecht­ erhaltung der Wascheigenschaft in einem quasi geschlossenen Kreislauf kontinuierlich ausgetauscht wird.