DE4422688A1

DE4422688A1 - Einrichtung zur Behandlung von Schüttgut im Vakuum

Info

Publication number: DE4422688A1
Application number: DE19944422688
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl Ing Helling
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-01-04

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Behandlung von Schüttgut im Vakuum. Ein speziel les Gebiet stellt die Schüttgutbeschichtung dar. Hierfür kommen vorzugsweise Bedampfungs bzw. Sputterverfahren zum Einsatz.

Bekannte Einrichtungen zur allseitigen Behandlung von Schüttgut besitzen eine langsam dre hende Trommel, die horizontal oder schwach geneigt gelagert ist und in der das Schüttgut durch die Drehung der Trommel aus seiner stationären Lage in eine zirkulierende Bewegung mit einer dem Schüttwinkel entsprechenden Flanke versetzt wird. Diese Kinematik ermöglicht sowohl eine intensive Durchmischung als auch eine allseitige Behandlung der Schüttgutteile. In der DE 42 09 384 C1 wird eine horizontal gelagerte Trommel beschrieben, an deren innerem Umfang das Schüttgut durch die Fliehkraft bei entsprechend hoher Drehzahl stationär verteilt ist und mit der Trommel umläuft. Dabei muß die Fliehkraft größer als das Gewicht der Teile sein. Das Verfahren hat den Vorteil, daß die gesamte innere Mantelfläche als Oberfläche für die Behandlung des Schüttgutes zur Verfügung steht. Ein gravierender Nachteil besteht jedoch darin, daß zwischen den Schüttgutteilchen keine Relativbewegung auftritt. Damit sind nur die der Trommelachse zugekehrten Oberflächen der Teilchen der Behandlung zugängig.

Zu der in der Regel erforderlichen allseitigen Behandlung der Teilchen muß a) die Trommel drehzahl periodisch unter den kritischen Wert abgesenkt werden, so daß die Teilchen aus ihrer Kreisbahn abstürzen oder b) ein feststehender oder beweglicher Abstreifer innerhalb der Trommel installiert werden, der die Umschichtung der Teilchen bewirkt. Die unter a) genannte Umschichtung kann zu einer Funktionsstörung an der Prozeßquelle (z. B. einem Verdampfer) durch periodisch abstürzende Teilchen führen. Zur Vermeidung dieser Störung müßte die Pro zeßquelle im Rhythmus der Drehzahlabsenkung abgedeckt oder aus der Trommel entfernt werden. Bei der Umschichtung nach b) werden die Teilchen meist unzulässig stark bean sprucht und es kann bei unterschiedlicher Teilchengröße zum Verklemmen von Teilchen zwi schen Abstreifer und Trommelwandung kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die die Verteilung des Schüttgutes über den gesamten inneren Trommelumfang ermöglicht und bei der gleichzeitig eine ständige oder zeitweise, schonende Umschichtung der Teilchen ohne Anordnung von Wendevorrichtungen innerhalb der Trommel stattfindet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Einrichtung, bestehend aus ei nem Rezipienten 1 mit Pumpeinrichtung, einer waagerecht oder gegenüber der Waagerechten schwach geneigt gelagerten Trommel 4, die mit einer zur Haftung des Schüttgutes am Trom melumfang ausreichenden Drehzahl rotiert und einer innerhalb der Trommel oder an ihren Stirnseiten angeordneten Prozeßquelle, dadurch gelöst, daß durch eine geeignete Kinematik oder andere Maßnahmen das rotierende Schüttgut eine Zone durchläuft, innerhalb deren der für die Haftung der Teilchen am Trommelumfang kritische Radius r_krit unterschritten wird. Die ser kritische Radius ergibt sich aus der Bedingung für die Teilchenhaftung am Trommelum fang, nach der die Fliehkraft P der Teilchen größer als ihr Gewicht G sein muß.

Aus P = m·r·ω² < G = m · g folgt für diesen kritischen Radius r_krit g/ω².

Dabei bedeuten:

r = Radius des kreisenden Schüttgutes
m = Masse der Schüttgutteilchen
g = Erdbeschleunigung
ω = Winkelgeschwindigkeit der Teilchen

Der kritische Radius ist unabhängig von der Teilchenmasse und hängt nur von der Winkelge schwindigkeit der Teilchen ab. Bei Unterschreitung des kritischen Radius verlassen die Teil chen die Kreisbahn und fallen frei auf einer Parabelbahn nach unten. Aufgrund immer vorhan dener Geschwindigkeits- und Richtungsdifferenzen erfolgt eine Durchmischung beim Auftref fen auf den Trommelmantel. Der Sektor, in dem das Schüttgut den Trommelumfang verläßt, kann dabei relativ zum Trommelumfang wandern.

Ein Beispiel einer erfindungsgemäße Einrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. In einem Rezipienten mit Pumpeinrichtung ist in bekannter Weise eine drehbare Trommel waagerecht, oder gegenüber der Waagerechten schwach geneigt, angeordnet und im Inneren und/oder an den Stirnseiten mit Prozeßquellen bestückt. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel 4 zentrisch in einem Hilfsrahmen 2 im Punkt 11 gelagert ist, wobei der Hilfs rahmen 2 wiederum in einem, im Abstand e zum Punkt 11 befindlichen Punkt 3 zentrisch im Rezipienten 1 gelagert ist. Die Welle, auf der der Hilfsrahmen 2 sitzt, ist aus dem Rezipienten herausgeführt und wird durch einen regelbaren Antrieb angetrieben. Über das Planetengetriebe 7 sind Hilfsrahmen 2 und Trommel 4 in der Weise gekoppelt, daß die Trommel 4 bei einer Umdrehung des Hilfsrahmens 2 um den Drehpunkt 3 einen Bruchteil einer Umdrehung um ih ren Mittelpunkt 11 ausführt. Durch die exzentrische Anordnung der Trommel läuft das Schütt gut mit einem sichelförmigen Querschnitt um, wobei die Sichelform von Füllmenge und Dreh zahl abhängt. Zur Kompensation der Unwucht sind Trommel 4 und Schüttgut 5 durch Aus gleichsmassen 6 dynamisch ausgewuchtet. Die innere Oberfläche der Trommel kann dabei glatt oder strukturiert sein. Durch den Planetentrieb wandert der Mittelpunkt der Trommel bei jeder Umdrehung des Hilfsrahmens um einen gewissen Bruchteil seiner kreisförmigen Plane tenbahn um den Rotationsmittelpunkt des Hilfsrahmens. In gleicher Weise wandert der sichel förmige Querschnitt des Schüttgutes. Dabei unterschreitet je nach Lage der Sichelzone ein Teil der Schüttgutteilchen den kritischen Radius r_krit. Befindet sich z. B. der Mittelpunkt der Sichel zone 8 in Höhe der Rezipientenmitte oder darüber, löst sich ein Teil der in dieser Zone befind liche Teilchen vom Trommelumfang und fällt in einer Parabelbahn in die untere Sichelzone 10. Dabei erfolgt eine Umschichtung, die über viele Umläufe zu einer guten Durchmischung des Schüttgutes führt.

Eine andere Möglichkeit zur Unterschreitung des kritischen Radius für die Teilchen besteht darin, die Abweichung der Teilchen von der Kreisbahn nicht durch exzentrische Anordnung der Trommel sondern durch deren Verformung von außen zu erzielen. Voraussetzung hierfür ist, daß der Trommelmantel aus einem flexiblen Material oder einem Gliederband besteht und daß er so geführt wird, daß an mindestens einer Stelle der Radius r_krit von den Schüttgutteil chen auf der dem Mittelpunkt 3 zugewandten Schüttgutoberfläche örtlich unterschritten wird.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit flexibler und konzen trisch rotierender Trommel. Die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Trommelman tel 4 aus einem flexiblen Metallband oder einem Gliederband besteht, daß er Strukturen oder Schikanen zur Mitnahme des Schüttgutes 5 besitzt, am Umfang durch Rollen 12 gestützt und angetrieben wird, wobei mindestens an einer Stelle eine der Rollen 12 (Rolle 13) einen kleine ren Abstand zum Mittelpunkt 3 als die übrigen Rollen besitzt. Liegt die Rolle 13 z. B. oberhalb des Mittelpunktes 3, wird das außerhalb des kritischen Radius verteilte Schüttgut 5 an dieser Stelle unterhalb des kritischen Radius r_krit gedrückt und fällt frei nach unten. Beim Wiederauf treffen auf den Trommelmantel 4 wird es durch Geschwindigkeits- und Richtungsdifferenzen gemischt.

Eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit flexiblem Trommelmantel be steht darin, den Trommelmantel konzentrisch auf angetriebenen Rollen rotieren zu lassen und nur in bestimmten zeitlichen Abständen eine oder mehrere der auf dem Umfang angeordneten Rollen soweit zum Mittelpunkt zu bewegen, daß der Radius r_krit von Schüttgutteilchen auf der dem Mittelpunkt 3 zugewandten Schüttgutoberfläche örtlich unterschritten wird.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von 2 Zahlenbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Bei der Einrichtung in Fig. 1 wird das Unterschreiten des kritischen Radius für einen Teil des Schüttgutes durch exzentrische Anordnung der Trommel auf einem Hilfsrahmen be wirkt. Der Durchmesser des Rezipienten 1 beträgt 1000 mm. Der Durchmesser der Trommel 4 beträgt 800 mm. Die Exzentrizität e der Trommel 4 auf dem Hilfsrahmen 2 ist durch den Ab stand der Rotationsmittelpunkte 3 und 11 gegeben und beträgt 30 mm.

Bei einer Drehzahl des Hilfsrahmens 2 von 318 min^-1 beträgt die Winkelgeschwindigkeit der durch die Fliehkraft am Trommelmantel haftenden Teilchen ω = 5,3 s^-1. Damit ergibt sich für den kritischen Radius ein Wert von r_krit = 9,81 ms^-2/5,3² s^-2 = 0,349 m. Die Füllmenge des Schüttgutes ist so gewählt, daß ca. 10% der Schüttgutteilchen in der oberen Sichelzone den kritischen Radius unterschreiten und nicht mehr am Umfang haften. Dadurch kommt eine Relativbewegung zwischen diesen Teilchen und den weiterhin am Trommelumfang haftenden Teilchen zustande, die für eine gute Durchmischung sorgt.

Beispiel 2

Bei der Einrichtung in Fig. 2 sind die Rollen 12 in einem Abstand von 400 mm kon zentrisch um den Mittelpunkt 13 des Rezipienten 1 angeordnet. Der Trommelmantel 4 ist aus flexiblen Material hergestellt, auf den Rollen 12 gelagert und wird von diesen angetrieben. Die Rolle 14 befindet sich in einem Abstand von 320 mm zum Mittelpunkt 13. Die Drehzahl und Winkelgeschwindigkeit der Trommel sind wie in Beispiel 1. Demnach wird r_krit an dieser Stelle um ca. 30 mm unterschritten und die Schüttgutteilchen fallen etwa 200 mm nach unten. An der Auftreffstelle tritt eine gute Durchmischung ein.

Bezugszeichenliste

1 Rezipient
2 Hilfsrahmen
3 Mittelpunkt des Rezipienten;
4 Trommel für die Aufnahme des Schüttgutes
5 Schüttgut
6 Ausgleichsmasse
7 Planetengetriebe
8 obere Sichelzone
9 Parabelbahn für Schüttgutteilchen
10 untere Sichelzone
11 Trommellagerung
12 Antriebsrollen mit kreisförmiger Anordnung
13 Antriebsrolle mit Abweichung von der kreisförmigen Anordnung
e Exzentrizität
r_krit kritischer Radius

Claims

1. Einrichtung zum Behandeln von Schüttgut im Vakuum, bestehend aus einem Rezipienten (1) mit Pumpeinrichtung, einer waagerecht oder gegenüber der Waagerechten schwach geneigt gelagerten Trommel (4), die mit einer zur Haftung des Schüttgutes am Trommelumfang ausrei chenden Drehzahl rotiert und einer innerhalb der Trommel oder an ihren Stirnseiten angeordne ten Prozeßquelle, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine geeignete Kinematik oder andere Maßnahmen das rotierende Schüttgut eine Zone durchläuft, innerhalb deren der für die Haf tung der Teilchen am Trommelumfang kritische Radius r_krit unterschritten wird.

2. Einrichtung zum Behandeln von Schüttgut im Vakuum nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Trommel (4) zentrisch in einem Hilfsrahmen (2) im Punkt (11) gelagert ist, der Hilfsrahmen (2) zur Trommel (4) im Rezipienten (1) exzentrisch im Punkt (3) gelagert ist, der Hilfs rahmen (2) in einem, im Abstand e zum Punkt (11) befindlichen Punkt (3) zentrisch im Rezipienten (1) gelagert ist, daß Hilfsrahmen (2) und Trommel (4) durch ein Planetengetriebe (7) in der Weise gekoppelt sind, daß die Trommel (4) bei einer Umdrehung des Hilfsrahmens um den Drehpunkt (3) einen Bruchteil einer Umdrehung um ihren Mittelpunkt (11) ausführt und daß Hilfsrahmen ein schließlich Trommel (4) und Schüttgut (5) durch Ausgleichsmassen (6) dynamisch ausgewuchtet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der zentrisch rotierenden Trommel (4) aus einem flexiblen Metallband oder einem Gliederband besteht, daß er Strukturen oder Schikanen zur Mitnahme des Schüttgutes (5) besitzt und daß er so geführt wird, daß an mindestens einer Stelle der Radius r_krit von Schüttgutteilchen auf der dem Mittelpunkt (3) zugewandten Schüttgutoberfläche örtlich unterschritten wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Mantel der Trommel (4) am Umfang auf angetriebenen Rollen (12) gelagert ist, die auf einem Kreis außerhalb des Trommelmantels angeordnet sind, wobei die Unterschreitung des kritischen Radius durch die Schüttgutteilchen durch mindestens eine der Rollen (12) erzielt wird, deren Anordnung von der Kreisform abweicht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rollen (12) auf einem Kreis außerhalb des Trommelmantels angeordnet sind, wobei eine oder mehrere Rollen in zeit lichen Abständen vorübergehend soweit zum Trommelmittelpunkt bewegt werden, daß der Radius r_krit von Schüttgutteilchen auf der dem Mittelpunkt (3) zugewandten Schüttgutoberflä che örtlich unterschritten wird.