Technisches Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft einen
Feststoff-Flüssigkeits-Separator zur vielseitigen Verwendung in der
Nahrungsmittelverarbeitung, wie z. B. bei der Herstellung von
gemahlenem Fleisch oder Bohnengallert, bei der
Aufbereitung von Schlammwasser, bei der Papierherstellung sowie
beim Ausheben von Bodenschlamm und dergleichen.
Grundlagen-Technik
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Bei einem herkömmlichen
Feststoff-Flüssigkeits-Separator wird ein zu bearbeitendes Gut mit hohem
Wassergehalt auf ein Filtertuch geleitet, wobei das Wasser
durch das Filtertuch hindurch abfließt, während der auf
dem Filtertuch verbleibende Feststoff rückgewonnen wird
(vgl. JPB 3568 (1988)).
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Ein Feststoff-Flüssigkeits-Separator dieser Art hat
jedoch den Nachteil, daß sich das Filtertuch zusetzt und
deshalb nach der Entnahme des Feststoffes mit
Druckwasser gereinigt werden muß, um wieder durchlässig zu
werden. Da für den Betrieb dieses herkömmlichen Feststoff-
Flüssigkeits-Separators große Mengen an Waschwasser
benötigt werden, sind die Betriebskosten hoch.
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Außerdem ist ein großes Filtertuch erforderlich, um
größere Mengen an Schlammwasser aufbereiten zu können,
sowie eine Sprühdüse zum Reinigen des Filtertuches mit
Druckwasser, wodurch die Anlage größer und teurer in
der Herstellung wird.
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Von der Anmelderin wurde daher ein
Feststoff-Flüssigkeits-Separator vorgeschlagen, bei dem mehrere Ringe in
axialer Richtung mit kleinen Spalträumen
zwischeneinander angeordnet und derart miteinander verbunden sind,
daß ein Zylinder gebildet ist, und bei dem eine durch
den Innenraum des Zylinders hindurchgeführte Welle
mehrere Flügel aufweist, die in axialer Richtung der Welle
wendelförmig gestaffelt an ihr angeordnet und
festgelegt sind, so daß eine Förderschnecke gebildet ist,
wobei die Flügel jeweils Reinigungskanten aufweisen, die
in die Spalträume zwischen den Ringen eingreifen und
den in die Spalträume eingedrungenen Feststoff in den
Innenraum des Zylinders zurückbefördern (vgl.
japanische Patentanmeldung Hei-2-253050).
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Bei diesem Feststoff-Flüssigkeits-Separator kann ohne
Zuführen von Waschwasser ein Zusetzen der Anlage
vermieden und dadurch eine Senkung der Betriebskosten
erzielt werden, so daß die Konstruktion der Anlage
vereinfacht und eine Kostensenkung erreicht wird.
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Da dieser Feststoff-Flüssigkeits-Separator jedoch so
konstruiert ist, daß die in die Spalträume zwischen den
Ringen eingreifenden Reinigungskanten in Drehung
versetzt werden, um zum Reinigen des Separators den in die
Spalträume eingedrungenen Feststoff zu entfernen,
müssen die Reinigungskanten schmaler und mit größerer
Präzision ausgeführt sein, was höhere Kosten verursacht;
außerdem sind die Kanten relativ schnell abgenutzt oder
beschädigt, so daß die Flügel mit den an ihnen
ausgebildeten
Reinigungskanten häufig durch neue ersetzt
werden müssen.
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Da die Förderschnecke ferner aus mehreren an der Welle
festgelegten Flügeln zusammengesetzt ist und jede am
Ende eines Flügels ausgebildete Reinigungskante exakt
in den Spaltraum zwischen den Ringen eingreifen muß,
müssen die Flügel mit großer Genauigkeit an der Welle
montiert und befestigt werden, was erhöhte Kosten mit
sich bringt.
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Aus der US-A-4 467 717 ist ein Feststoff-Flüssigkeits-
Separator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1
bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind mehrere
Gleitplatten durch Verbindungswellen in integraler
Weise verbunden und müssen als Einheit angetrieben
werden. Für eine solche einteilige Konstruktion ist ein
Antrieb und ein Getriebe erforderlich, so daß die
Konstruktion groß und kompliziert ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Feststoff-Flüssigkeits-Separator vorzusehen, bei dem alle
obengenannten Nachteile des Standes der Technik
vermieden werden und das oben beschriebene Zusetzen der
Anlage verhindert wird, der kleiner und kostengünstiger
ist, und bei dem über lange Zeit hinweg keine Teile
ausgetauscht werden müssen.
Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung der obengenannten Aufgabe ist gemäß der
Erfindung ein Feststoff-Flüssigkeits-Separator
vorgesehen, mit
mehreren feststehenden Ringen, die in axialer Richtung
mit Abstand zueinander angeordnet und zu einer Einheit
verbunden sind,
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einer Förderschnecke, die innerhalb der feststehenden
Ringe drehbar angeordnet ist, und
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einem Antrieb zum Antreiben der Förderschnecke,
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dadurch gekennzeichnet, daß bewegliche Ringe vorgesehen
sind, die innerhalb der Spalträume zwischen den
feststehenden Ringen beweglich sind und die Förderschnecke
umgeben, und daß der Innendurchmesser der beweglichen
Ringe kleiner ist als der Außendurchmesser der
Förderschnecke.
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Durch eine solche Konstruktion kann ohne Zuführen von
Waschwasser ein Zusetzen des
Feststoff-Flüssigkeits-Separators vermieden und dadurch eine Senkung der
Betriebskosten erzielt werden, und die Konstruktion der
Anlage wird einfacher und billiger in der Herstellung.
Außerdem kann die Lebensdauer der
Feststoff-Flüssigkeits-Separators erhöht und die Montage der einzelnen
Teile vereinfacht werden.
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Da der Innendurchmesser der beweglichen Ringe kleiner
ist als der Außendurchmesser der Förderschnecke, können
die beweglichen Ringe durch die Rotation der
Förderschnecke in wirksamer Weise mitgedreht und in radialer
Richtung bewegt werden, so daß auf einen speziellen
Antrieb und ein Getriebe verzichtet und ein Eindringen
von Feststoff in die Zwischenräume zwischen den
beweglichen und den feststehenden Ringen wirksamer
verhindert werden kann.
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Vorzugsweise ist an der äußeren Umfangsfläche jedes
beweglichen Ringes eine sich in dessen Umfangsrichtung
erstreckende Flüssigkeitsleitrinne vorgesehen. Durch
diese Konstruktion kann verhindert oder weitgehend
vermieden werden, daß die aus den Zwischenräumen zwischen
den feststehenden und den beweglichen Ringen
abgeleitete Flüssigkeit in die Innenräume zurückströmt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weist die Oberfläche der Förderschnecke eine Vielzahl
kleiner Vorsprünge auf, um die Reibungskraft für den
Feststoff zu erhöhen. Gemäß einem weiteren Merkmal der
Erfindung weist die Förderschnecke eine Welle und
mehrere Flügel auf, die in axialer Richtung der Welle
wendelförmig gestaffelt an ihr angeordnet und festgelegt
sind. Durch diese Konstruktion kann eine bessere
Beförderung des Feststoffes durch die Förderschnecke erzielt
und die Wirksamkeit des
Feststoff-Flüssigkeits-Separators erhöht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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Fig. 1 einen Längsschnitt eines Feststoff-Flüssigkeits-
Separators;
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Fig. 2 einen feststehenden Ring, einen beweglichen Ring
sowie Distanzhalter in perspektivischer Ansicht;
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Fig. 3 eine Explosionsdarstellung des
Feststoff-Flüssigkeits-Separators;
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Fig. 4 den Feststoff-Flüssigkeits-Separierteil im
Schnitt;
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Fig. 5 die in Fig. 1 gezeigten, links und rechts
angeordneten Stützplatten in Ansicht von außen;
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Fig. 6 eine Darstellung zur Verdeutlichung einer
Bewegungsfolge des beweglichen Ringes;
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Fig. 7 eine Ansicht einer unterschiedlichen Anordnung
des Feststoff-Flüssigkeits-Separators;
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Fig. 8 eine Ansicht einer weiteren unterschiedlichen
Anordnung des Feststoff-Flüssigkeits-Separators;
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Fig. 9 eine Explosionsdarstellung einer Förderschnecke
mit einer Welle und mehreren Flügeln;
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Fig. 10 eine Ansicht der Förderschnecke mit der Welle
und den Flügeln;
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Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines
feststehenden Ringes, der aus einem kreisrunden Ring besteht; und
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Fig. 12 einen Feststoff-Flüssigkeits-Separator mit
mehreren Feststoff-Flüssigkeits-Separierteilen im Schnitt.
Bestmögliche Ausführung der Erfindung
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Die Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen erläutert, die eine Ausführungsform eines
Feststoff-Flüssigkeits-Separators zeigen, mittels
dessen große Mengen an Abwasser aus Haushalten,
Nahrungsmittelfabriken,
Hotels oder dergleichen in feste und
flüssige Bestandteile aufgeteilt werden können.
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Ein Feststoff-Flüssigkeits-Separator, wie er in Fig. 1
gezeigt ist, wird dazu verwendet, das aus einer Anlage
abgeführte Schlammwasser einzudicken, und eignet sich
für eine Vorrichtung, in der Schlammwasser, das vor der
Behandlung einen Wassergehalt von etwa 99-98,5
Gewichtsprozent hat, entwässert und Feststoff (d. h.
feststoffreicher Schlamm, d. übers.) mit einem
Wassergehalt von etwa 97-95 Gewichtsprozent gewonnen wird.
Ein derartiger Feststoff-Flüssigkeits-Separator wird im
allgemeinen auch als Schlammwasser-Eindickvorrichtung
bezeichnet.
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Der Feststoff-Flüssigkeits-Separator hat ein Gehäuse 1,
das links unten eine Zuflußöffnung 2 für Schlammwasser
und rechts unten eine Auslaßöffnung 3 für Feststoff
aufweist. Außerdem ist unten in der Mitte des Gehäuses
eine Wasserauslaßöffnung 4 für das Klarwasser und in
der Mitte des Innenraumes ein Feststoff-Flüssigkeits-
Separierteil 5 vorgesehen, der im wesentlichen
horizontal angeordnet ist.
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Das durch die Zuflußöffnung 2 in das Innere des
Gehäuses 1 eingeströmte Schlammwasser fließt durch den
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteil 5, und das darin
gewonnene Klarwasser fließt nach unten durch die
Wasserauslaßöffnung 4 ab, während der Feststoff durch die
Auslaßöffnung 3 abgeführt wird.
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Wie in Fig. 2 gezeigt ist, hat der
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteil 5 mehrere feststehende Ringe 6, die
konzentrisch angeordnet sind und gemeinsam einen
Zylinder
bilden, wie in den Fig. 1, 3 und 4 gezeigt ist.
Zwischen den einzelnen feststehenden Ringen 6 sind
Distanzhalter 9 angeordnet, und durch die Öffnungen 8,
die in den Ansätzen 6a jedes feststehenden Ringes 6
sowie in den Distanzhaltern 9 ausgebildet sind, sind
Bolzen 10 hindurchgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind vier Bolzen 10 vorgesehen, die auf demselben
Umfang liegen. Das Ende jedes Bolzens 10 ist mittels
Muttern 32 an Stützplatten 11, 12 angebracht, die mit dem
Gehäuse 1 verbunden sind, wie aus Fig. 1 deutlich wird.
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Die feststehenden Ringe 6 sind also in axialer Richtung
aufgrund der Distanzhalter 9 mit vorgegebenen Abständen
zueinander angeordnet und durch Bolzen 10 und Muttern
32 zu einer Einheit verbunden und auch an dem Gehäuse 1
fest abgestützt. An jedem der feststehenden Ringe 6
können auch den Distanzhaltern 9 entsprechende
Vorsprünge ausgebildet sein, durch welche die Spalträume
zwischen den feststehenden Ringen 6 gebildet sind.
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Wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, ist in jedem der
Spalträume zwischen den feststehenden Ringen 6 jeweils
ein beweglicher Ring 30 angeordnet. Wie aus Fig. 4
deutlich wird, ist die Dicke T des beweglichen Ringes
30 kleiner als die Breite G des Spaltraumes zwischen
den feststehenden Ringen (T < G), so daß zwischen der
Begrenzungsfläche eines feststehenden Ringes 6 und der
gegenüberliegenden Begrenzungsfläche eines beweglichen
Ringes 30 ein vorgegebener Minimalspalt g gebildet ist.
Bei einer Breite G des Spaltraumes von 6 mm und einer
Dicke T des beweglichen Ringes 30 von 5 mm ist der
dazwischenliegende Minimalspalt g beispielsweise 0,5 mm
breit. Ferner ist der Außendurchmesser D&sub1; des
beweglichen Ringes 30 kleiner als der Durchmesser D&sub2; eines
Kreises C (Fig. 2), der durch die Innenseiten von vier
Distanzhaltern 9 gebildet ist, die um den beweglichen
Ring 30 positioniert sind, und im übrigen größer als
der Innendurchmesser D&sub3; des feststehenden Ringes 6.
Aufgrund dieser Konstruktion kann sich jeder bewegliche
Ring 30 in radialer Richtung bewegen, ohne den
Spaltraum zwischen den feststehenden Ringen 6 zu verlassen,
und ist um die Mittelachse drehbar. Auf diese Weise
sind die beweglichen Ringe 30 in den Spalträumen
zwischen den feststehenden Ringen beweglich angeordnet.
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In den Fig. 1 und 3 sind die feststehenden und die
beweglichen Ringe im Mittelteil in Form eines Zylinders,
der durch die Vielzahl der feststehenden und der
beweglichen Ringe 6 bzw. 30 gebildet ist, lediglich
schematisch dargestellt, wobei die Umrisse mit
strichpunktierten Linien kenntlich gemacht sind.
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Das Innere des Zylinders, der durch die Vielzahl der
feststehenden und der beweglichen Ringe 6 bzw. 30
gebildet ist, bildet einen Raum S, wie in den Fig. 3
und 4 gezeigt, in dem eine Förderschnecke 31 angeordnet
ist, und die Wellenabschnitte 13 an beiden Enden der
Förderschnecke 31 sind mittels Lagern 14, 15 von den
Stützplatten 11, 12 drehbar abgestützt, wie aus Fig. 1
deutlich wird.
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Die Förderschnecke 31, die in der oben beschriebenen
Weise im Inneren der feststehenden und der beweglichen
Ringe 6 bzw. 30 drehbar angeordnet ist, steht mit einem
Getriebemotor 17 in Antriebsverbindung, der durch das
Gehäuse 1 abgestützt ist. Der Getriebemotor 17 ist ein
Beispiel fur einen Antriebsvorrichtung zum drehbaren
Antrieb der Förderschnecke.
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In beiden mit dem Gehäuse 1 verbundenen Stützplatten 11
und 12 sind in Höhe des Innenraumes S der feststehenden
und der beweglichen Ringe 6 bzw. 30 eine geeignete
Anzahl von Durchgangsbohrungen 22 angebracht, wie in den
Fig. 1 und 5 gezeigt ist.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der Vorrichtung
näher erläutert.
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Über eine Leitung (nicht dargestellt) strömt
Schlammwasser von der Zuflußöffnung 2 in eine vordere Kammer
1a. Das Schlammwasser weist Flocken auf, die sich durch
Zusatz eines Koagulierungsmittels und von
Mikroorganismen gebildet haben, und befindet sich in einem Zustand,
in dem im flüssigen Teil eine Anzahl von Flocken
schwimmen. Wie zuvor beschrieben, beträgt der
Wassergehalt des Schlammwassers vor der Behandlung etwa 99-98,5
Gewichtsprozent.
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Das in die vordere Kammer 1a des Gehäuses 1
eingetretene Schlammwasser strömt durch Überlaufen an den
Durchgangsbohrungen 22 der Stützplatte 11 in den
Innenraum S der feststehenden Ringe 6 und der beweglichen
Ringe 30. Ließe man das Schlammwasser mit stärkerem
Gefälle in den Innenraum S strömen, so würden die Flocken
durch den Aufprall zerschlagen werden. Aus diesem Grund
läßt man das Schlammwasser durch Überlaufen in die
Förderschnecke 31 fließen und verhindert dadurch ein
Zerschlagen der Flocken.
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Wenn das Schlammwasser in den Innenraum S fließt, wird
die Förderschnecke 31 durch den Getriebemotor 17 in
Drehung versetzt und bewegt das Schlammwasser - in
Fig. 1 von links nach rechts - durch den Feststoff-
Flüssigkeits-Separierteil 5 hindurch. Während dieser
Bewegung fließt das im Schlammwasser enthaltene Wasser
naturgemäß durch die zwischen den feststehenden Ringen
6 und den beweglichen Ringen 30 vorhandenen
Minimalspalte g nach unten und wird über die
Wasserauslaßöffnung 4 des Gehäuses 1 nach unten abgeführt (Pfeile P&sub1;
in Fig. 1). Dadurch bleibt der im Schlammwasser
enthaltene Feststoff im Innenraum S des
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteiles 5 zurück und wird von der
Förderschnecke 31 durch die Durchgangsbohrungen 22 in der
Stützplatte 12 hindurch in eine hintere Kammer 1b des
Gehäuses 1 und anschließend über die Auslaßöffnung 3
des Gehäuses 1 nach außen befördert (Pfeile Q).
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Wie zuvor erwähnt, hat der Feststoff zu diesem
Zeitpunkt einen Wassergehalt von etwa 97-95
Gewichtsprozent. Der Grund, weshalb ein solch hoher Wassergehalt
im Feststoff belassen wird, liegt darin, daß der
Feststoff dann einfacher in ein Transportfahrzeug zu
befördern ist, was durch Ansaugen des Feststoffes mittels
einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) geschieht. Liegt
der Wassergehalt des Feststoffes unter dem
obengenannten Wert, treten Probleme bei der Ansaugung durch die
Vakuumpumpe auf; liegt der Wassergehalt des Feststoffes
dagegen über diesem Wert, so wird dadurch die Effizienz
der Eindickung des Schlammwassers gemindert.
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Durch ständiges Zuführen von Schlammwasser durch die
Zuflußöffnung 2 und Drehen der Förderschnecke 31 können
so die festen und die flüssigen Bestandteile des
Schlammwassers in zuverlässiger Weise voneinander
getrennt werden.
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Beim Aufteilen des Schlammwassers in flüssige und feste
Bestandteile kann nicht verhindert werden, daß ein Teil
des Feststoffes in die Spalte g zwischen den
feststehenden Ringen 6 und den beweglichen Ringen 30
eindringt, und wenn dagegen nichts unternommen wird,
setzen sich die Spalte g zu und verhindern das weitere
Abfließen des Wassers.
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Da jedoch die zwischen den feststehenden Ringen 6
angeordneten beweglichen Ringe 30 sowohl in axialer als
auch in radialer Richtung drehbar sind, findet an den
Begrenzungsflächen der beweglichen Ringe 30 und denen
der feststehenden Ringe 6 eine ständige Bewegung statt,
so daß der in die Minimalspalte eingedrungene Feststoff
in wirksamer Weise aus den Spalten g entfernt werden
kann. Auf diese Weise können die Spalte g durch den
Betrieb der Anlage selbst gereinigt und ihr Zusetzen
verhindert werden, so daß das Wasser ungehindert durch die
Spalte g hindurch abfließen kann.
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Da im Betrieb des Feststoff-Flüssigkeits-Separators ein
Zusetzen vermieden wird und sich die Anlage selbst
reinigt, wird kein Waschwasser zum Reinigen der Anlage
benötigt, was zu einer Senkung der Betriebskosten führt.
Damit wird auch die Spritzvorrichtung für das
Waschwasser überflüssig. Da das Schlammwasser ferner nicht auf
ein Filtertuch mit einer großen Oberfläche, sondern
lediglich durch den Innenraum S geleitet wird, kann die
Anlage kleiner ausgelegt werden, was ihre
Herstellungskosten senkt. Außerdem kann die Anlage automatisch
betrieben werden. Da ein Zusetzen der Vorrichtung
zuverlässig verhindert wird, kann übrigens auch
Schlammwasser mit hohem Ölgehalt, wie z. B. Abwasser aus Anlagen
der Nahrungsmittelindustrie, insbesondere Abwasser aus
Küchen oder dergleichen, in Feststoff und Flüssigkeit
getrennt werden. Bei herkömmlichen Anlagen, die mit
einem Filtertuch arbeiten, ist die Behandlung
insbesondere von Schlammwasser mit hohem Ölgehalt in manchen
Fällen nicht möglich, weil sich die Anlage zusetzt.
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Da die beweglichen Ringe 30 zwischen den feststehenden
Ringen 6 angeordnet sind, um ein Zusetzen der Anlage zu
verhindern, ist es bei dem in den Zeichnungen gezeigten
Feststoff-Flüssigkeits-Separator nicht erforderlich,
zwischen den feststehenden Ringen 6 Reinigungskanten
einzufügen und zu bewegen, die verschleißen oder
brechen können, wodurch die Lebensdauer der Anlage
beträchtlich erhöht wird. Da auf das paßgenaue Einfügen
der Reinigungskanten in die Zwischenräume zwischen den
feststehenden Ringen verzichtet werden kann, wird im
übrigen auch die Montage und Demontage der einzelnen
Teile wesentlich erleichtert.
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Auch wenn die feststehenden Ringe 6, die Distanzhalter
9 und die beweglichen Ringe 30 dicker ausgebildet sind
und die Vorrichtung dadurch stabiler wird, können die
Minimalspalte g die gewünschte Breite erhalten; ebenso
kann der Durchmesser der Ringe 6 bzw. 30 zur Erhöhung
der Kapazität problemlos vergrößert werden und z. B.
bei 500 mm bis 1000 mm oder darüber liegen.
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Wie aus Fig. 4 deutlich wird, ist der Außendurchmesser
D&sub4; der Förderschnecke 31 gleich groß oder etwas kleiner
als der Innendurchmesser D&sub3; des feststehenden Ringes 6,
so daß die Drehung der Förderschnecke nicht
beeinträchtigt wird. Außerdem ist der Innendurchmesser D&sub5; des
beweglichen Ringes 30 so gewählt, daß die Drehung der
Förderschnecke 31 und die Bewegung des beweglichen
Ringes
30 nicht beeinträchtigt werden; wenn der
Innendurchmesser D&sub5; des beweglichen Ringes 30 kleiner ist
als der Außendurchmesser D&sub4; der Förderschnecke 31, wird
durch die Drehung der Förderschnecke 31 bewirkt, daß
sich der bewegliche Ring 30 in wirksamer Weise dreht
und auch in radialer Richtung verlagert, wodurch eine
bessere Reinigung des Spaltes g erzielt wird.
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Fig. 6 ist eine Darstellung zur Verdeutlichung einer
Bewegungsfolge des beweglichen Ringes 30, wobei die
Umrisse der Förderschnecke 31 strichliert gezeigt sind.
Wie oben beschrieben, ist das Verhältnis des
Innendurchmessers D&sub5; des beweglichen Ringes 30 zu dem
Außendurchmesser D&sub4; der Förderschnecke 31 durch D&sub5; < D&sub4;
ausgedrückt, und der bewegliche Ring 30 berührt den Flügel
der Förderschnecke 31 in einem Punkt P (siehe auch
Fig. 4), wobei sich der bewegliche Ring 30 relativ zu
der Förderschnecke 31 exzentrisch bewegt. In Fig. 6
bezeichnen X&sub1; die Mittelachse der Förderschnecke 31 und
X&sub2; die Mittelachse des beweglichen Ringes 30.
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Dreht sich die Förderschnecke 30 mit einem beweglichen
Ring 30 im Uhrzeigersinn, wie es in Fig. 6 gezeigt ist,
so bewegt sich der Berührungspunkt P zwischen diesen
beiden Teilen in derselben Richtung, und der bewegliche
Ring 30 führt aufgrund der an dem Punkt P auftretenden
Reibungskraft während einer ganzen Umdrehung der
Förderschnecke 31 eine exzentrische Drehbewegung in bezug
auf die Mittelachse X&sub1; der Förderschnecke 31 aus, wie
in den Fig. 6(a) bis (d) dargestellt. Der bewegliche
Ring 30 dreht sich also um seine Achse X&sub2;, während er
sich in radialer Richtung um das Maß D&sub4; - D&sub5; verlagert,
also der Differenz zwischen dem Außendurchmesser D&sub4; der
Förderschnecke 31 und dem Innendurchmesser D&sub5; des
beweglichen Ringes 30. Da jeder bewegliche Ring 30 eine
derartige Bewegung ausführt, kann der in die
Minimalspalte g zwischen den beweglichen Ringen 30 und den
feststehenden Ringen 6 eingedrungene Feststoff in
äußerst wirksamer Weise aus den Spalten entfernt
werden, so daß ein Zusetzen der Spalte zuverlässig
verhindert wird.
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Wie in Fig. 4 strichpunktiert dargestellt, ist an der
inneren Umfangsfläche eines beweglichen Ringes 30
außerdem ein Vorsprung 33 ausgebildet, der mit dem
Flügel der Förderschnecke 31 in Kontakt kommt und bewirkt,
daß der bewegliche Ring 30 mit dem Vorsprung 33 von der
Förderschnecke 31 mitgenommen wird und sich ebenfalls
dreht. Ein beweglicher Ring 30 mit dieser Konstruktion
wird zuverlässiger mitgenommen als ein Ring 30, der
lediglich durch die Reibungskraft am Berührungspunkt P
zwischen der Förderschnecke 31 und dem beweglichen Ring
in Drehung versetzt wird, so daß die Reinigung des
Minimalspaltes g weiter verbessert werden kann. Bei
einer solchen zwangsläufigen Drehung des beweglichen
Ringes 30 treten jedoch immer starke Reibungskräfte auf,
die aufgrund des in den Minimalspalt g eingedrungenen
Feststoffes auf den beweglichen Ring 30 wirken, so daß
die Gefahr einer vorzeitigen Abnutzung des beweglichen
Ringes 30 besteht. Im Hinblick auf einen möglichst
geringen Verschleiß des beweglichen Ringes 30 ist daher
die erste Konstruktion vorzuziehen, bei der der
bewegliche Ring 30 durch die Reibungskraft am
Berührungspunkt P mitgedreht wird.
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Hat das Schlammwasser den Innenraum S der feststehenden
Ringe 6 und der beweglichen Ringe 30 aufgefüllt, so
strömt es aus dem oberen Teil der Minimalspalte in
Fig. 1 aus, und es besteht die Gefahr, daß das auf
diese Weise oben ausgeströmte Wasser aufgrund seines
Eigengewichtes durch die Minimalspalte g hindurch in
den Innenraum S zurückströmt. Dies hätte unweigerlich
einen Leistungsverlust des
Feststoff-Flüssigkeits-Separators zur Folge.
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Um dies zu verhindern, ist bei dieser Ausführungsform
an der äußeren Umfangsfläche jedes beweglichen Ringes
30 eine Flüssigkeitsleitrinne 34 ausgebildet, die sich
über die gesamte Umfangslänge des Ringes erstreckt und
in Fig. 4 gezeigt ist. Das Wasser, das oben aus den
Minimalspalten (Fig. 1) ausgetreten ist, wird von den
Leitrinnen 34 an den beweglichen Ringen 30 nach unten
und durch die Auslaßöffnung 4 nach außen abgeführt, die
im unteren Teil des Gehäuses 1 angeordnet ist. Dadurch
kann die Gefahr, daß das aus den Minimalspalten g
ausgetretene Wasser in den Innenraum S zurückströmt,
vermieden oder beträchtlich verringert werden.
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Wie oben beschrieben, ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung in Verbindung mit einer Anlage gezeigt, in
der das Schlammwasser derart eingedickt wird, daß der
Wassergehalt seines Feststoffanteiles nach der
Behandlung bei etwa 97-95 Gewichtsprozent liegt; bei Bedarf
kann diese Konzentration jedoch durch Ändern der
Drehzahl oder der Länge der Förderschnecke 31 variiert
werden, so daß sich Durchlaufgeschwindigkeit und
Verweilzeit des Schlammwassers im Innenraum S ändern, oder
durch Ändern der Breite der Minimalspalte g zwischen
den feststehenden Ringen 6 und den beweglichen Ringen
30. Durch Erhöhung der Drehzahl der Förderschnecke 31
wird eine Abnahme der Konzentration und durch
Verringerung der Drehzahl eine Zunahme der Konzentration
erzielt.
Im übrigen kann die Konzentration auch dadurch
variiert werden, daß der
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteil 5 mit unterschiedlichen Neigungswinkeln
angeordnet wird.
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Wird z. B. der im Schlammwasser enthaltene Feststoff
ohne Einsatz einer Vakuumpumpe zum Transport auf einen
Muldenkipper verladen und einer Wiederverwertung
zugeführt, so muß der Feststoff bis auf einen Wassergehalt
von 85 Gewichtsprozent eingedickt werden. In Fig. 7 ist
eine Neigungslage eines
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteiles 5 für einen solchen Anwendungsfall gezeigt.
Bei der Ausführungsform in Fig. 1 ist der Feststoff-
Flüssigkeits-Separierteil 5 horizontal angeordnet,
während er bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 7 in bezug
auf eine Horizontale derart geneigt ist, daß die
Schlammwasser-Einlaßseite X (in Fig. 7 die linke untere
Seite) des Feststoff-Flüssigkeits-Separierteiles 5
tiefer liegt als die Feststoff-Auslaßseite Y (in Fig. 7
die rechte obere Seite), wobei der Neigungswinkel α
beispielsweise 45º bis 90º beträgt.
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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel finden während des
Trennens in Feststoff und Flüssigkeit dieselben
Bewegungsabläufe statt; da die Feststoff-Auslaßseite Y des
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteiles 5 jedoch
angehoben ist, nimmt der Innenraum zwischen den feststehenden
und den beweglichen Ringen mehr Schlammwasser auf als
bei der vorhergehenden Ausführungsform, was zu einer
längeren Verweilzeit und einer stärkeren Entwässerung
führt. Das hat zur Folge, daß der Innenraum des
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteiles 5 nahe der
Auslaßseite Y Schlammwasser von hoher Konzentration enthält,
aus dem bereits mehr Wasser abgeschieden wurde, und
dessen Innendruck somit gestiegen ist. Aufgrund dieses
Innendruckes wird das im Schlammwasser enthaltene
Wasser aus den einzelnen Minimalspalten g zwischen den
feststehenden und den beweglichen Ringen herausgedrückt
und die Konzentration des Feststoffes weiter erhöht,
bis der Wassergehalt des aus dem
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteil 5 austretenden Feststoffes weniger
als 85 Gewichtsprozent beträgt. Selbstverständlich wird
auch in diesem Fall das Zusetzen der Minimalspalte g
von den beweglichen Ringen 30 verhindert. Ein
derartiger Feststoff-Flüssigkeits-Separator zur Erhöhung der
Feststoff-Konzentration wird im allgemeinen auch als
Schlammwasser-Entwässerungsvorrichtung bezeichnet.
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Bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik kann
Feststoff von hoher Konzentration, wie er oben
beschrieben ist, in zwei Arbeitsgängen erzielt werden,
wobei zunächst ein Feststoff-Flüssigkeits-Separator zur
Vorbehandlung verwendet wird, um Feststoff mit einem
Wassergehalt von beispielsweise etwa 96-95
Gewichtsprozent zu erzielen, und der gewonnene Feststoff
anschließend in einem weiteren Feststoff-Flüssigkeits-
Separator entwässert wird; bei der in Fig. 7 gezeigten
Vorrichtung ist es dagegen möglich, Feststoff von hoher
Konzentration unter Verwendung nur einer Vorrichtung zu
erzielen.
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Während das Schlammwasser bei den beiden oben
beschriebenen Ausführungsbeispielen eingedickt wird, wird es in
einem anderen Anwendungsfall lediglich von
Verunreinigungen befreit. Zu diesem Zweck kann der Feststoff-
Flüssigkeits-Separierteil 5 so angeordnet werden, wie
es in Fig. 8 gezeigt ist, d. h. in einer derart
geneigten Lage, daß die Einlaßseite X höher und die
Auslaßseite
Y tiefer liegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird das Schlammwasser, das dem Feststoff-Flüssigkeits-
Separierteil 5 zugeführt wird, im allgemeinen nicht
mittels eines Koagulierungsmittels geflockt, sondern
das aus Anlagen der Nahrungsmittelindustrie oder der
Viehzucht sowie Hotelküchen oder dergleichen stammende
Abwasser wird unbehandelt in den
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteil 5 eingeleitet. Da die Auslaßseite Y
des Feststoff-Flüssigkeits-Separierteiles 5 tiefer
liegt, fließt das Wasser langsamer ab als bei den
beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen, und der aus
Verunreinigungen bestehende Feststoff wird auf der
Auslaßseite Y ausgeleitet. Die Trennung in Feststoff und
Flüssigkeit erfolgt nach demselben Prinzip wie bei dem
vorhergehenden ersten Ausführungsbeispiel.
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Weist die Förderschnecke 31, die das Schlammwasser in
der oben beschriebenen Weise transportiert, an der
Oberseite ihrer Flügel eine Vielzahl kleiner Vorsprünge
auf, um die Reibungskräfte für den Feststoff zu
erhöhen, so kann der Feststoff wirksamer entfernt und die
Funktion des Feststoff-Flüssigkeits-Separators
verbessert werden. In diesem Fall kann die in Fig. 10
gezeigte Förderschnecke 31 aus einer Welle 113 mit einer
vorspringenden Rippe 18 bestehen, die wendelförmig
gestaffelt auf der Welle angeordnet ist, wie in Fig. 9
dargestellt, wobei an der vorspringenden Rippe 18 auf der
Welle 113 mehrere Flügel 19 festgelegt und dicht
nebeneinander angeordnet sind. Aufgrund dieser Anordnung
sind durch die Kanten der Flügel 19 zwischen einer
Anzahl von Flügeln 19, die in axialer Richtung der Welle
113 wendelförmig gestaffelt an ihr angeordnet und
festgelegt sind, viele versetzt angeordnete kleine
Vorsprünge 33 gebildet, die den Transport des Feststoffes
begünstigen und die Funktion des
Feststoff-Flüssigkeits-Separators verbessern.
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Der Versetzungswinkel θ (Fig. 10) zwischen benachbarten
Flügeln 19 kann beispielsweise etwa 1º-5º betragen, und
je kleiner der Versetzungswinkel θ ist, desto stärker
kann das Schlammwasser konzentriert werden. Wird daher
die oben beschriebene Förderschnecke 31 mit der Welle
113 und den Flügeln 19 bei einer Vorrichtung zum
Entwässern von Schlammwasser verwendet, wie sie in Fig. 7
gezeigt ist, und werden die Versetzungswinkel θ der
Flügel so gewählt, daß sie von der Einlaßseite X zur
Auslaßseite Y von Flügel zu Flügel kontinuierlich oder
stufenweise kleiner werden, so hat dies zur Folge, daß
das Schlammwasser im Innenraum des
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteiles 5 nahe der Auslaßseite Y eine hohe
Konzentration aufweist, so daß der Innendruck steigt
und das Wasser daher leichter herausgedrückt wird. Die
Förderschnecke kann auch so beschaffen sein, daß an der
Welle 113 eine wendelförmige konkave Nut ausgebildet
ist und mehrere Flügel 19 befestigt sind.
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Bei der Ausführungsform in Fig. 2 besteht jeder
feststehende Ring 6 aus einem Ring, an dessen Außenumfang
Ansätze 6a angeordnet sind; da es jedoch nicht
erforderlich ist, zwischen den feststehenden Ringen
Reinigungskanten anzuordnen, kann der feststehende Ring 6
auch aus einem kreisrunden Ring bestehen, wie er in
Fig. 11 gezeigt ist. Der Vorteil eines solchen
kreisrunden Ringes 6 besteht darin, daß er billiger
herzustellen ist.
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Außerdem besteht die Möglichkeit, nicht nur einen
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteil 5 vorzusehen, wie in
Fig. 1 dargestellt, sondern mehrere
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteile parallel zueinander anzuordnen.
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In Fig. 12 ist ein Beispiel für eine solche Anordnung
gezeigt, bei der zwei
Feststoff-Flüssigkeits-Separierteile 5, 5 in einem gemeinsamen Gehäuse 1 senkrecht
übereinander angeordnet sind. Werden an den jeweiligen
Wellen 13, 13 von Förderschnecken 31, 31 Zahnräder 25
und 26 angebracht und über ein Zwischenzahnrad 27
miteinander verbunden, so können die Förderschnecken
31, 31 beider Feststoff-Flüssigkeits-Separierteile 5, 5
von einem einzigen Motor 17 gleichzeitig angetrieben
werden. Anstelle der Zahnräder 25, 26, 27 können
natürlich auch Riemen und Riemenscheiben verwendet werden.
Auf diese Weise kann die Kapazität zur Aufbereitung des
Schlammwassers um das gewünschte Maß erhöht werden.
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Wie zuvor erwähnt, ist der erfindungsgemäße Feststoff-
Flüssigkeits-Separator anhand einer Ausführungsform
erläutert, die zum Eindicken von Schlammwasser verwendet
wird. Bei einem solchen
Feststoff-Flüssigkeits-Separator kann jedoch die Breite des Minimalspaltes g dadurch
variiert werden, daß die Breite der Spalträume zwischen
den feststehenden Ringen 6 und die Dicke der
beweglichen Ringen 30 je nach Bedarf variiert werden, so daß
der erfindungsgemäße Feststoff-Flüssigkeits-Separator
nicht nur zur Feststoff-Flüssigkeits-Trennung von
Schlammwasser, sondern auch für viele andere
Anwendungen geeignet ist. Als konkrete Beispiele seien genannt
die Herstellung von gemahlenem Fleisch, die Herstellung
von Bohnengallert, die Papierherstellung, das Ausheben
von Bodenschlamm, die Feststoff-Flüssigkeits-Trennung
von Bauschlamm und dergleichen.
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Beim Einsatz der Vorrichtung zur Herstellung von
Nahrungsmitteln ist es nicht erforderlich, zur
Verhinderung einer Verstopfung der Anlage Reinigungskanten
vorzusehen, die abbrechen können, so daß keine Gefahr
besteht, daß abgebrochene Teile der Reinigungskanten in
die Nahrungsmittel gelangen. Da die feststehenden Ringe
6, die beweglichen Ringe 30 und die Distanzhalter 9 im
übrigen einfach zu demontieren sind, sind diese Teile
einfach zu reinigen, so daß die üblichen
Hygienestandards bei der Nahrungsmittelherstellung eingehalten
werden können.
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Da die Vorrichtung keine Reinigungskanten aufweist, die
abbrechen können, und alle Teile der Vorrichtung aus
Materialien wie z. B. Kunststoff, Metall, Keramik und
dergleichen herzustellen sind, kann die Vorrichtung
auch starke Belastungen aushalten und problemlos zur
Feststoff-Flüssigkeits-Trennung beispielsweise von
Bauschlamm eingesetzt werden.
Industrielle Anwendungsmöglichkeiten
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Wie zuvor erwähnt, ergeben sich für den
erfindungsgemäßen Feststoff-Flüssigkeits-Separator
viele Anwendungsmöglichkeiten bei der
Feststoff-Flüssigkeits-Trennung von Schlammwasser, bei der
Herstellung von gemahlenem Fleisch, der Herstellung von
Bohnengallert, der Papierherstellung, beim Ausheben von
Bodenschlamm sowie bei der
Feststoff-Flüssigkeits-Trennung von Bauschlamm und dergleichen.