DE3938579A1

DE3938579A1 - Als kontinuierlicher schuettgutkompaktierer und als kontinuierliche filterpresse einsetzbarer vakuum-schneckenverdichter

Info

Publication number: DE3938579A1
Application number: DE3938579A
Authority: DE
Inventors: Herbert W Dipl Ing Sprenger; Hans Klepping
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-11-21
Filing date: 1989-11-21
Publication date: 1991-05-23
Also published as: DE3938579C2

Description

Bekanntlicherweise kann man das spez. Schüttgewicht bzw.die Stampf dichte von Schüttgütern (wie z. B. Magnesiumoxid, Siliciumdioxid, Aluminiumsilikaten, Eisenoxidpigmente und v. a.) durch Absaugen der eingeschlossenen Luft oder Gase an gasdurchlässigen Flächen mit einem Vakuumaggregat erhöhen. Das führt zu einem geringeren Verpackungsvolumen (und damit geringeren Verpackungs- und Transport kosten) und kann die Staubentwicklung vermindern ohne daß durch diese Maßnahme die Struktur und die Eigenschaft des Schüttguts nachteilig beeinflußt wird. Aus Schlämmen kann an einer flüssig keitsdurchlässigen Filterfläche das Filtrat vom Filterkuchen, bei dem der Feststoffanteil erhöht wird, getrennt werden. Gegenstand der Erfindung ist ein Vakuum-Schneckenverdichter als Maschine (s. Fig. 1) und ein Verfahren zum Erhöhen des spezifischen Schüttgewichts und Reduzieren des Verpackungsvolumens von Schütt gütern bzw. zum Erhöhen des Feststoffanteils im Filterkuchen bei der Schlammfiltration oder beim Auspressen von Früchten mit einer konischen Hohlschnecke, die freifliegend außerhalb des Produktraums mit Pendelrollenlagern gelagert ist. Die Hohlschnecke, vertikal ausgerichtet, hat einen bevorzugt halbrund-vertieftem Schnecken gang, wird durch einen Pulsationsvibrator stets in Schwingung ge halten und dreht in einem gas-/flüssigkeitsdurchlässigen Gehäuse (bevorzugt aus Sintermetall) mit einem Mantel für die Luftabsau gung (s. Fig. 1). Dadurch wird ein Anbacken, Blockieren bzw. Verstopfen der Schnecke mit Produkt verhindert.

Der Rütteleffekt mit der Kompressionswirkung, erzeugt durch die konisch-zulaufende Hohlschnecke im konischen Filtergehäuse, führt zur Erhöhung des A.) spezifischen Schüttgewichts bei Schüttgütern B.) bzw. Feststoffanteils bei Schlämmen.

Die konische, gas-/flüssigkeitsdurchlässige Filterfläche (mit gleichem oder leicht abweichenden Anstellwinkel wie die Schnecke) kann aus Sintermetall, Sinterkeramik, Spaltsieb mit Maschendraht belegung o. ä. bestehen; sie ist mit einem gas-/flüssigkeitsab schließenden Stahlmantel umgeben (gekammert), über den der Gas-/ Flüssigkeitsstrom aus den Hohlräumen des Schüttguts / Schlamms durch Anlegen von Vakuum abgesaugt wird. Durch zwei Vakuumräume im Mantel kann man über die Länge der Maschine gestufte Vakua auf die Filterfläche anlegen. Die Achse der konzentrisch laufenden konischen Hohlschnecke ist identisch mit der Achse des konischen Filtergehäuses; der Steigungswinkel des Schneckengangs verändert sich durch die konische Form: mit zu-/(ab-) nehmendem Durchmesser wird der Gangsteigungswinkel kleiner/(größer) (s. Fig. 7). Das Schüttgut (der Schlamm) wird in den Schneckengang entweder allein durch Schwerkraft oder mit einer Stopfschnecke in die Ein zugszone der Hohlschnecke aufgegeben, dort in einem langen, vor zugsweise halbrund-vertieftem Schneckengang zu einem runden, rotierenden Kegelstumpf-Spiralring ausgebildet und portioniert (s. Fig. 7). Durch den halbrund-vertieften Schneckengang mit glatter Oberfläche und ohne bewegungshemmende Ecken und Toträume wird die geringste Reibungskraft erzielt und damit die innere Rota tions-und Schälbewegung zur Selbstreinigung begünstigt (s. Fig. 2). Eine Stopfschnecke für die Produktaufgabe - wenn es das Produkt er forderlich machen sollte - kann durch die Drehzahl (Regelung oder Einstellung von Hand) oder durch ein eingestelltes Drehmoment den Erfordernissen angepaßt werden.

Durch die Vibration der Hohlschnecke wird das Schüttgut/Schlamm mechanisch fluidisiert und durch die Abwärtsbewegung der Teilchen im halbrund-vertieften Schneckengang in eine innere, verwundene Rotationsbewegung versetzt (s. Fig. 2). Das führt zum steten Aufreißen (Aufbrechen) des runden Kegelstumpf-Spiralrings, wenn die innere Oberfläche des Rings nach außen gedreht und verwunden wird; dadurch wird stets wieder die im Produkt eingeschlossene Luft/Flüssigkeit über die Sintermetalloberfläche, an die Vakuum angelegt ist, abgesaugt.

Durch die Pulsationsvibration und die Schneckendrehzahl wird zwangsläufige diese innere Rotationsbewegung ausgeführt; dabei wird kaum Druck auf das Schüttgut ausgeübt und wenig Wärmeenergie eingetragen; durch die schonende Verdichtung des Partikelhaufwerks wird die Agglomeratbildung zu größeren Partikeln weitestgehend vermieden. Durch die verwundene Drehbewegung wird das Schüttgut (der Filterkuchen) wieder von der Filterfläche weggeführt und durchmischt, so daß auch ein hoher Grad der Homogenität und ein gleichmäßiger Verdichtungsgrad im Produktspiralring erreicht wird. Um die Haftreibung so gering wie möglich zu halten, ist für den Schneckengang eine geringe Oberflächenrauheit - feingeschliffen oder poliert (Rauhigkeitsgrad Nr.7 = Rauhigkeitswert Ra < 1,6 um) - einzuhalten. Die Schnecke ist hohl ausgeführt, um die schwingende Masse klein zu halten und um den Pulsationsvibrator einbauen zu können.Die Hohlschnecke ist zerlegbar in einzelne Schüsse ausge führt, die bevorzugt formschlüssig montiert (demontiert) werden zum Verlängern (Verkürzen) der Schnecke (s. Fig. 3). Ein Verkürzen (Verlängern) bedeutet eine geringere (größere) aktive Sintermetalloberfläche und gleichzeitig eine reduzierte (längeres) Einschnürung von Produkt im Schneckengang; das hat einen ge ringeren (größeren) Verdichtungsgrad des Schüttguts bzw. größere Erhöhung des Feststoffanteils bei Schlämmen zur Folge.

Der Grad der Verdichtung läßt sich mit dem Vakuum-Schneckenver dichter somit verändern durch die:

1. Verlängerung bzw. Verkürzen der Hohlschnecke durch Montage bzw. Demontage der Schüsse,
2. Pulsationsvibration mit variabler Frequenz und/oder Amplitude,
3. Verändern des Vakuums,
4. die Höhenverstellung der Hohlschnecke und des sich verändernden konischen Ringspalts zwischen Schnecke und Sintermetall,
5. Verändern des Vordrucks der Stopfschnecke,
6. Verändern des Gegendrucks am Produktaustritt der Maschine, erzeugt durch eine Blende/verstellbare Irisblende s. Fig. 4).

Die zwangsfördernde Eigenschaft des Vakuum-Schneckenverdichters und der kanalisierte Austritt des Produktstroms macht die Maschine prädestiniert für den Einsatz als Kompaktier-Schneckenpacker zum Absacken und Verdichten von Schüttgütern.In Verbindung mit einer Wägeautomatik erfüllt dieser neue Typ Schneckenpacker die Funktion:

a. des Verdichtens von Schüttgut (d. h.Vermindern des Packvolumens),
b. des Absackens durch die zwangsfördernde Eigenschaft.

Die Maschine kann überall auch dort eingesetzt werden, wo durch Druck eine Phasentrennung in fest/flüssig oder fest/gasförmig an gestrebt wird wie z. B. beim Entsaften von Früchten zum Separieren von Trester und Fruchtsaft oder als Schlammfilterpresse zum Trennen von Filtrat und einem stichfesten Filterkuchen bei gleich zeitiger Selbstreinigung der Sintermetall-Filterfläche durch die Schälbewegung der Schnecke. Die Pulsationsvibration bewirkt neben der Quetschwirkung und dem Aufreißen des Filterkuchens im Schnec kengang ein stetes Austreten von Oberflächenwasser, das zur Fil terfläche geführt und abgesaugt wird.

Der Patentschutz für das VERFAHREN beim Einsatz des Vakuum-Schnec kenverdichters wird beantragt für:

A. die Verdichtung (Entlüftung) von Schüttgütern zum Erhöhen des spezifischen Schüttgewichts bzw. des Verpackungsgewichts,
B. das Absacken des verdichteten Schüttguts durch die zwangs fördernde Wirkung auf den Produktstrom,
C. die Phasentrennung (flüssig/fest bzw. gasförmig/fest) wie z. B. bei Schlamm-Filterpresse oder als Fruchtpresse, evtl. durch Drosselung des stichfesten Schlammkuchens durch Regelklappe, Irisblende o. ä.

Der Patentschutz für die MASCHINE als Vakuum-Schneckenverdichter wird beantragt für:

a. alle beliebigen Materialien für die konische Filterflächen, die bisher zur Abscheidung von Stäuben aus Gasen eingesetzt wurden wie z. B. Sintermetall, Sinterkeramik, Gewebe aus synthe tischen und natürlichen Fasern und aus anorganischen und or ganischen Fasern (evtl. durch thermische oder chemische Behand lung modifiziert), Spaltsiebe mit oder ohne aufgelegten Maschen draht,
b. einen eingängigen und mehrgängigen Schneckengang,
c. eine links oder rechtsdrehende Schnecke,
d. eine abnehmende und zunehmende Schneckensteigung,
e. einen halbrund-vertieften, halbrunden oder mehreckig- profilierten Schneckengang (s. Fig. 5 a, b, c),
f. eine konische Schneckenform, sei es eine konisch-taillierte Schneckenform oder eine konisch-ballige Schneckenform (s. Fig. 6 a, b, c),
g. eine Höhenverstellung der Schnecke zur Verstellung des Spalts s (mm) zwischen Filterkonus und Schneckenkonus (s. Fig. 8),
- 1. durch axiale Verschiebung des Filterkonus, sei es durch Distanzringe zwischen Antriebs- und Arbeits maschine, oder durch Schraubenbolzen zur Distanzhaltung sei es durch ölhydraulische oder pneumatische Anpreß vorrichtung im Axialdrucklager eingebaut, sei es mechanisch über eine kreisförmige schiefe Ebene o. ä.,
- 2. durch axiale Höhenverstellung des Schneckenkonus (Absetzen) sei es durch Wegnahme oder Hinzufügung von Distanzringen zwischen Antriebs- und Arbeitsmaschine z. B. an der elastischen Kupplung sei es durch hydraulisches oder pneumatisches Ausfahren der Schnecke bzw. Einziehen der Schnecke sei es durch irgend eine längenverändernde Maßnahme
h. eine Pulsationsvibrationseinrichtung mit einstellbarer Frequenz und/oder Amplitude
- 1. sei es zur Erzeugung einer koaxialen Pulsationsschwingung sei es eine mechanisch erzeugte Schwingung durch z. B. durch eine Verzahnung,
  durch einen elektromagnetischen Pulsationsvibrator,
  durch ein Pneumatiksystem durch Be- und Entlasten von Kolben durch einen Druckluft-Kugelvibrator,
  durch Druckluft-Turbinenvibrator, Intervallklopfer o. ä.,
- 2. sei es durch eine kreisend-radiale Schwingungs (Taumel bewegung), elektr./pneum./hydraul. Unwuchtvibrator,
j. für jede Art der Drehzahleinstellung oder Regelung sei es durch Keilriemenscheiben, mech. Verstellgetriebe, Frequenzumformung bei Elektromotoren, o. ä.
k. für das elastische Element zwischen Antriebswelle und Schnecke zur Dämpfung von axialen Schwingungen bei gleich zeitiger Übertragung eines Drehmoments ohne eine merkliche Radialauslenkung der freifliegenden Hohlschnecke durch eine exakte axiale, vertikale Führung, sei es durch:
- 1. eine Doppelmetallbuchse mit einvulkanisiertem Gummi (s. Fig. 9), z. B. Ultra-Buchsen v. Fa. Freudenberg, Weinheim,
- 2. einen gummielastischen Kompensator (s. Fig. 10),
- 3. durch Ineinanderstecken einer Welle in eine Hohlwelle mit Abdichtungselementen bei axialer Führung mit pneum./hydraul. Schwingungserregung (s. Fig. 11),
- 4. ein elektromagnetisches Dämpfungsglied o. ä.

Berechnungsformeln für das vertiefte halbrunde Schneckengangprofil nach Skizze

1.) Fläche des Schneckengangprofils F

F = A _* B + (B2 _* Pi)/8

2.) Schwerpunkt des Schneckengangprofils ym

ym = (A2 + A _*B + 0.22603 _* B2)/(2 _* A + B + Pi/4)

3.) Länge der Schwerpunktslinie Ly

tan(ALPHA) = D-d/2_*L
M = 2_*C_*((A + B/2)-ym)
ds = d-M
Q = 2_*ds_*tan(ALPHA)

C = SQR(1/Tan2 (ALPHA) + 1)
Ds = D-M
N = 2_*(B + s)_*C_*tan(ALPHA)/L
tan(BETA) = N_*(ln(L + Q)-ln(Q))

Ly = L_*Pi_*(1 + tan(BETA))_*(ds + 2_*L_*tan(ALPHA))/((B + s)C)

4.) Volumen des Spiralrings V

V = F _* Ly

5.) Theoretischer Verdichtungsgrad VG

6.) Theoretischer Massendurchsatz m

m = n _* 60 _* RHOe _* Ds _* Pi _* F

Bezeichnung der Fig. 1:

1 Antriebswelle, hohl
2 Pendelrollenlager, fest
3 Dichtringe mit Spülluft
4 Elastische Kupplung
5 Gleichbuchse als Axialführung
6 Kompensator für Druckluft
7 Produktgehäuse
8 Produkteinzugszone
9 Produkteinzugszone
10 Pulsationsschwingungserreger, pneum.
11 Sintermetallfiltergehäuse
12 Konische Hohlschnecke mit halbrund-vertieftem Schneckengang
13 Vakuum-Stahlmantel
14 Vakuumstutzen
15 Schneckenschuß I bzw. II

Claims

1. Ein Vakuum-Schneckenverdichter zur

a. Verdichtung von pulverförmigen oder feinkristallinen Schüttgütern und Absaugen von Luft/Gas oder
b. zum Filterpressen von Schlämmen oder Früchten und Absaugen und Abpressen von Flüssigkeit/Wasser

dadurch gekennzeichnet, daß er eine konische Hohlschnecke (12) hat, die stets in Vibration gehalten wird, und von einem konischen, porösen Körper mit Mantel umgeben ist.

2. Der Vakuum-Schneckenverdichter nach Anspruch 1, ist dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper aus Sintermetall (11) besteht.

3. Der Vakuum-Schneckenverdichter nach Anspruch 1, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlschnecke konisch ist und einen halbrundvertieften Schneckengang hat (12).

4. Der Vakuum-Schneckenverdichter nach Anspruch 1, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlschnecke einen eingebauten Pulsationsschwingungserreger (10) hat.

5. Der Vakuum-Schneckenverdichter nach Anspruch 1, 3 und 4, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungen der Hohlschnecke durch die Dämpfung mit einer elastischen Kupplung (4) nicht auf die Antriebswelle (1) übertragen werden.

6. Der Vakuum-Schneckenverdichter nach Anspruch 1 und 3, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlschnecke in einzelne Schüsse (15) zerlegbar ist.

7. Der Vakuum-Schneckenverdichter nach Anspruch 1 und 2, ist dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper als die Innenwand des Gehäuses zusammen mit dem Außenmantel des Gehäuses eine Unterdruckkammer (11 + 13) bildet, an das Vakuum angelegt wird.

8. Der Vakuum-Schneckenverdichter nach Anspruch 1, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt vor dem Produkteintritt (8) durch eine Stopfschnecke beschickt wird.

9. Der Vakuum-Schneckenverdichter nach Anspruch 1 bis 8, ist dadurch gekennzeichnet, daß der zwangsfördernde Produkttransport der verdichtenden Hohlschnecke mit einer Wägeautomatik nutzbar gemacht wird als Kompaktier-Absackmaschine.

10. Der Vakuum-Schneckenverdichter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zwangsfördernde Produkttransport der Hohlschnecke nutzbar gemacht wird als kontinuierliche arbeitende Filterpresse, die in Kaskade geschaltet werden kann.