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Verfahren zum Schleudern beliebiger Massen zum Zwecke der Entmischung
Trennschleudern haben die Aufgabe, irgendwelche Massengemische durch die Einwirkung
der Fliehkraft zu trennen. Meist handelt es sich dabei um Flüssigkeiten, die aus
festen Bestandteilen ausgetrieben werden sollen. Schwierigkeiten bereitet die Massenentmischung
in Trennschleudern in manchen Fällen, insbesondere beim Entmischen von faserstoffhaltigen
Massen und Stoffen von kolloidaler Feinheit, dadurch, daß sich die einzelnen Masseteilchen
sehr dicht ineinanderschieben und so fest an der Schleudertrommelwandung zusammengedrückt
werden, daß sich die aus der Masse auszuschleudernden Einschlösse trotz der auf
sie einwirkenden Fliehkraft nicht mehr aus der Rückstandsmasse herauslösen können.
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Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß die zu
entmischenden Massen während des Schleuderns der Einwirkung von Schallschwingungen
beliebiger Frequenz, insbesondere von solchen im Bereich des Ultraschalles, ausgesetzt
werden. Hierdurch bleiben die einzelnen Teilchen der Schleudermasse während des
Schleuderns ständig in Bewegung zueinander. Auch ergeben sich dabei Reibungen der
einzelnen Masseteilchen, Wanderungen der Flüssigkeiten,
Verlagerungen
der weniger schweren Bestandteile gegen die schwereren. Ein festes Zusammenballen
der Schleudermasse kann somit nicht auftreten, so daß die Ergiebigkeit des Ausschleuderns
wesentlich erhöht wird.
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Man kann sich die Wirkung des Verfahrens nach der Erfindung auch folgendermaßen
erklären: Bringt man auf das Massengemenge allein hochfrequente Schwingungen zur
Einwirkung, so wird (las Aneinanderhaften der einzelnen Masseteilchen, wie
es sich z. g. durch faserige Stoffteilchen, durch Kapillarität usf. ergibt, aufgelockert,
Trotzdem bleiben aber die einzelnen Teilchen in der Regel noch miteinander vermengt.
Um eine Entmischung zu erzielen, bedarf es vielmehr noch zusätzlicher Kräfte. Wird
_iedoch die hochfrequente Schwingbehandlung mit einer Schleuderbehandlung der Masse
vereinigt, so kommt die von der Schleuder ausgeübte Fliehkraft als Richtkraft hinzu,
die die ständig in Bewegung befindlichen Teilchen auseinanderführt und entmischt.
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Hinzu kommt noch ein weiterer, sehr wesentlicher Vorteil der Erfindung.
Es gibt Massengemische. die sich durch Schleudern überhaupt nicht trennen lassen,
nämlich solche ,lassen, bei denen die auszuscheidenden Masseteilchen ein zu geringes
Eigengewicht und ein zu starkes Haftvermögen besitzen. Bei solchen hassen wird es
durch die Erfindung überhaupt erst möglich gemacht, eitle Trennung durch Schleudern
durchzuführen. da das erfindungsgemäß hervorgerufene Gegeneinanderbewegen der Masseteilchen
die Haftkraft erheblich herabsetzt.
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Es ist bereits bekannt, daß durch die Allwendung von Schwingkräften
in flüssigen oder gasförmigen Stoffgemischen durch Aggregation eine Volumenvergrößerung
einzelner Stoffteilchen herbeigeführt werden kann, so daß sich die Stoffteilchen
alsdann unter dem Einflußunterschiedlicher Schwerkraft voneinander trennen können.
Mit dein Trennschleuderverfahren nach der Erfindung hat jedoch dieses bekannte Absetzverfahren
nichts zu tun, denn Trennschleuderverfahren und Absetzverfahren sind sowohl in ihren
Voraussetzungen als auch in ihrer Durchführung und Anwendung so grundverschieden
voneinander, daß irgendwelche Rückschlüsse vom einen Verfahren auf das andere nicht
gezogen werden können.
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Bei Schleudern ist es bekannt, auf die Schleudertrommel bzw. ihreWelle
periodische Stoßimpulse in achsparalleler Richtung auszuüben. Die Stoßimpulse -werden
hierbei mittels Hubdaumen oder mittels eines Elektromagneten erzeugt. Diese bekannten
Anordnungen dienen jedoch im Gegensatz zur vorlie2enden Erfindung nicht dazu. das
Schleudergut zu behandeln. also in ihm irgendwelche Wirkung hervorzurufen. sondern
es wird lediglich ein absatzweiser Vorschub des Schleudergutes in achsparalleler
Richtung erstrebt, um das beim Schleudern in der Trommel zurückbleibende, nach Beendigung
des Schleudervorganges aus der Trommel auszubringendeGut von derTrommelwandting
abzulösen. Entsprechend dieser grundverschiedenen Aufgabe ist auch die bauliche
Ausbildung der bekannten Anordnungen derart, daß sie zu einer Einwirkung auf das
Gut im Sinne der Erfindung gar nicht zu gebrauchen sind. Die bekannten Anordnungen
sind lediglich zum Arbeiten finit niedrigen Stoßfrequenzen geeignet, nicht aber
zum Arbeiten mit Schall- oder gar Ultraschallfrequenzen. weil sie solche Frequenzen
bei ihrer Bauform und den Massen-,virkungen aus den Fliehkräften gar nicht erreichen
können. Werden bei den bekannten Anordnungen die Stoßimpulse auf die Schleudertrommel
mittels Hubdaumen ausgeübt, so ist es unmöglich, eine Schall- oder Ultraschallschwingung
der Schleudertrommel und ihre Inhaltes zu erzeugen, weil bei einer Drehzahl der
Daumenwelle von z. B. über a Usec die Zeitabstände bereits so kurz sind. daß die
Schleudertrommel in den Zwischenräumen gar nicht mehr hinter den Daumen einfallen
kann. Die Stoßimpulse können also bei diesen bekannten Anordnungen höchstens mit
einer Frequenz von etwa i Per./sec erfolgen. Aber auch dann wird bei einer Umlaufzeit
der Schleuder von über 30 L-/min eine Erregung der Schleuder zu Schallschwingungen
unmöglich, weil die Fliehkraft ein Absinken der Schleudertrommel nach unten verhindert.
Bei Schleuderdrehzahlen von über 30 U/min würde also sogar eine Stoßfrequenz
voll i Per.!sec schon zu hoch sein. Die gleichen Überlegungen gelten auch für die
anderen bekannten Anordnungen, bei denen die Stoßimpulse auf die Schleudertrommel
mittels eines Elektroniagneten erfolgen, der an sich eitle Erregung mit höheren
Frequenzen zulassen würde. Der Elektromagnet kann bei den bekannten Anordnungen
nur mit ganz kleiner Frequenz erregt sein. Diese kleine Erregerfrequenz wird bei
den bekannten Anordnungen dadurch erreicht, daßderElektromagnetbeispielsweise von
einem Gleichstrom gespeist wird. der von einem @-orsprung der Schleudertrommel periodisch
unterbrochen wird.
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Die erheblichen Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sind bereits
dargelegt worden. Im Hinblick auf die vorstrhend erwähnten bekannten Schleuderanordnungen
sei noch darauf hingewiesen. daß eifit Bewegen der Schleuder aus ihrer Lage hei
flenn \"erfahren nach der Erfindung gar nicht erforderlich
ist.
Es werden mithin keine großen Massen in übrigens gefährliche Schwingungen versetzt.
Wirksam ist nur der Schall, der als Körperschall oder Raumschall wirksam sein kann
und von geeigneten Schall- oder Ultraschallschwingern erzeugt wird, die in mannigfacher
Ausführung bekannt sind. Ferner fällt die bei den bekannten Anordnungen unvermeidliche
erhebliche Abnutzung der zur Stoßerregung dienenden Teile bei dem Verfahren nach
der Erfindung fort. Auch wird bei dem Verfahren nach der Erfindung die Drehbewegung
der Schleudertrommel durch die Schwingungserzeuger in keiner Weise belastet oder
beeinflußt.
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Die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens nach der Erfindung sind
vielfältig. Vorzugsweise werden Massen kolloidaler Art weitgehend entmischt, physikalische
Adsorptions- und Absorptionsprodukte getrennt, gegebenenfalls auch chemische Bindekräfte
gelockert. Es können feste Bestandteile von flüssigen oder gasförmigen, leichtere
von schwereren getrennt werden. Wird das Verfahren nach der Erfindung beispielsweise
zur Entwässerung kolloidaler Massen verwendet, so kann ein Trocknungsgrad erreicht
werden, wie er bisher durch Pressung überhaupt nicht erzielt werden kann. Auch eine
Feinzerteilung der Masseteilchen kann bei dem Verfahren nach der Erfindung durch
Zusammenwirkung der Fliehkraft mit den hochfrequenten Schwingungen erreicht werden.
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Die Frequenzen der hochfrequenten Schwing-bzw. Rüttelbewegungen und
ihre Intensität werden je nach der Art der zu entmischenden Massen sowie auch unter
Berücksichtigung der Umlaufzahl der Schleuder gewählt. Bei erdigen, tonigen Stoffen
genügen rasch aufeinanderfolgende Erschütterungen von rund 3500 in der Minute,
bei mehligen und feinkörnigen Stoffen beträgt die Frequenz zweckmäßig ein Vielfaches
davon. Bei kolloidalen Stoffen werden vorteilhaft höchstfrequente Schallschwingungen
oder gar Ultraschallschwingungen angewendet, da sich solche Schwingungen strahlartig
richten lassen. Vorteilhaft ist es bei der Schwingungserregung der Wandung einer
Schleuder, wenn die Schwingungsfrequenz der Schleuderwandung in Resonanz abgestimmt
ist. Resonanz tritt dann ein, wenn die Wandstärke der Schleuder ein ganzzahliges
Vielfaches der halben Wellenlänge der Schallschwingung im Wandmaterial beträgt.
Die lockernde Wirkung auf die zu entmischenden Massen wird hierdurch erheblich gesteigert.
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Die Erzeugung der Erschütterungen kann auf jede beliebige Art erfolgen,
also beispielsweise mechanisch (durch Klopfer, Vibratoren usf.), hydraulisch, pneumatisch,
elektrisch (piezoelektrisch usf.) oder durch Verbindung dieser verschiedenen Möglichkeiten
miteinander. Ebenso sind auch für die Übertragung der Schwing- bzw. Rüttelkräfte
auf die Schleudermassen verschiedene Wege möglich. Die Übertragung kann erfolgen,
indem die Schwingungserzeuger die Schleudermassen unmittelbar berühren oder in diese
eingetaucht sind und sie hierbei zu Schwing-bzw. Rüttelbewegungen erregen. Die Übertragung
der Schwingungen kann aber auch mittelbar in der Weise erfolgen, daß ein oder mehrere,
z. B. piezoelektrische Schwingungserzeuger außerhalb der Schleudertrommel angeordnet
sind und auf eine Hilfsanordnung einwirken, die mit dem Trommelinhalt oder mit der
Wandung der Trommel flüssigkeitsleitend in Verbindung steht, so daß sich die der
Hilfsanordnung aufgedrückten Schwingungen mittelbar auf den Trommelinhalt bzw. die
Trommelwandung übertragen. Eine solche, zur Übertragung von Schwingungsenergie in
sich drehende Gefäße besonders vorteilhafte Anordnung kann beispielsweise derart
ausgebildet werden, daß ein an sich beliebig geformtes flüssigkeitsgefülltes Rohr
vorgesehen wird, dessen eines Ende in den Trommelinhalt eingetaucht wird, während
an dem anderen Ende des Rohres ein Schwingungserzeuger derart angeordnet wird, daß
er seine Schwingungen in die im Rohr befindliche Flüssigkeit einstrahlt.
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Bringt man die Wandungen der Schleudertrommel erfindungsgemäß in Erschütterung,
so ist es vorteilhaft, in erster Linie die äußere Wandung der Schleuder der Schwing-bzw.
Rüttelwirkung auszusetzen. Durch die Fliehkraft treten Verdickungen des Inhaltes
der Schleuder an der äußeren Wand ein, die durch die Erschütterungen erfaßt und
auf diese Weise von Gaseinschlüssen, Wasser-und ölblasen usf. befreit werden. Eine
Bearbeitung der Innenwand einer Ringschleuder durch die hochfrequenten Schwing-
bzw. Rüttelkräfte hat dagegen den Vorteil, daß zunächst ein Wandern der gasförmigen
oder der flüssigen Einschlüsse unter ihrer Ablösung und Lockerung vom übrigen Inhalt
eintritt.
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Bei Bearbeitung der äußeren Wand verlaufen die Schwingungswellen gegen
den Fliehkraftstrom, bei Bearbeitung der inneren Wand parallel zum Fliehkraftstrom.
Die Schwingungswellen können aber auch quer zum Fliehkraftstrom verlaufen, nämlich
dann, wenn der Boden der Schleudertrommel, besonders der Ringboden einer Ringschleuder,
erschüttert wird, oder dann, wenn die Schwingrichtung eines in die Schleudermasse
eingesetzten Schwingungserzeugers tangential zum Schleuderumfang liegt. Laufen im
letzteren Falle die Schwingungswellen gleichgerichtet
mit dem Umlaufssinn
der Schleuder, so werden die einzelnen Teilchen der Schleudermasse selbst bei höchsten
Umlaufzahlen der Schleuder von den Wellen des Ultraschalles eingeholt, da ohne weiteres
Frequenzen von beispielsweise 300 kHz erzeugt werden können.
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Werden die Schwingungserzeuger in das Innere der beispielsweise ringförmigen
Schleudertrommel eingesetzt, so ist es zweckmäßig, die Schwinger herausnehmbar oder
herausfahrbar, ausziehbar usf. vorzusehen. Die Schwinger können sich dabei mit der
Zentrifuge drehen oder (bei Flüssigheitent in tropfenförmigern Querschnitt ortsfest
vorgesehen sein, so daß der umlaufende Inhalt an den Schwingern vorbeistreicht.
Hierbei tritt eine hervorragende Wirkung ein, weil die durch die Schwinger zerteilte
Schleudermasse zu erhöhten Resonanzschwingungen angeregt wird.
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Vorteilhaft ist es auch. die in der Schleuder rotierenden -lassen
wechselnden Schwingungen auszusetzen. Dies kann so geschehen, daß eine Umschaltung
in Perioden erfolgt, oder so, daß Schwingungserreger verschiedener Frequenzen zur
gleichzeitigen Einwirkung vorgesehen werden.
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An Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele
soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
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In Fig. i ist eine Hängeschleuder dargestellt, die aus der Schleudertrommel
i. der Schleuderwelle 2 und einem elektrischen Antriebsmotor 3 besteht und an einem
Tragbalken 4. aufgehängt ist. Die Schleudertrommel i hängt lose innerhalb eines
Behälters 3. der mit Flüssigkeit 6 gefüllt ist. In die Wandung des Behälters 3 sind
drei beispielsweise piezoelektrische Schwingungserzeuger 7, 7' und 8 derart eingebaut,
daß die von ihnen abgestrahlte Schwingungsenergie auf die Seitenwandung und den
Boden der Schleudertrommel i gerichtet ist. Wird nach erfolgtem Einfüllers der zu
entmischenden 1lasse in die Schleudertrommel der Antriebsmotor 3 in Betrieb gesetzt,
so wird die -Masse in an sich bekannter Weise geschleudert. Werden aber erfindungsgemäß
auch die Schwingungserzeuger 7, 7' und 8 eingeschaltet, so übertragen sich die von
diesen erzeugten Schwingungen über die Flüssigkeit 6 auf die Wandungen der Schleudertrommel
i und über diese auch auf das Schleudergut. Durchs die gleichzeitige Einwirkung
von Fliehkraft und Schwing- bzw. Rüttelbewegungen werden in der behandelten Masse
die oben bereits geschilderten Wirkungen erzielt.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 sind die Teile i bis q. die gleichen
wie in Fig. i. Unterschiedlich ist jedoch, daß statt der in Fig. i gezeigten Schwingungserzeuger
7, 7' und 8, die auf die Schleudertrommel und deren Inhalt von außen her einwirken,
Schwingungserzeuger g vorgesehen sind, die an Rohrstäben io in die Schleudertrommel
hineinhängen und somit auch in das Schleudergut hineinragen. Die Schwingkräfte der
Schwinger g wirken also auf das Schleudergut unmittelbar ein. Die Schwinger g haben
in gleicher Weise wie bei der Anordnung nach Fig. i eine ausgeprägte Schwingrichtung,
sind jedoch derart angeordnet, daß sie ihre Schwingenergie radial nach außen hin
abstrahlen, also in Richtung zu der Trommelwandung hin. Die äußere Form der Schwinger
g wird vorteilhaft tropfenförmig gewählt, so daß sie dem in der Trommel umlaufenden
Schleudergut möglichst wenig Widerstand entgegensetzen. Die Wirkungsweise dieser
Anordnung ist im wesentlichen die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig. i.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht an die in den Fig. i und
:2 dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden, sondern kann auch in mannigfacher
anderer `'eise durchgeführt werden. In manchen Fällen, insbesondere bei der Verarbeitung
größerer -Mengen, kann es ferner von Vorteil sein, die Schwingbehandlung und die
Schleuderbehandlung der -lassen nicht im gleichen Zeitpunkt einsetzen zu lasen,
sondern je nach den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen entweder die Schwing-
bzw. Rüttelkräfte oder die Fliehkräfte früher einsetzen zu lassen. Besonders ersteres
wird vielfach, insbesondere bei kolloidalen Stoffen, vorteilhaft sein. beispielsweise
dann, wenn die zu verarbeitenden hassen vor der Schleuderung erst einen bestimmten
Grad der Auflösung erreicht haben sollen. In beiden Fällen ist es ferner vorteilhaft,
eine fließende Arbeit durchzuführen, beispielsweise derart, daß die in einem geeigneten.
z. B. konischen Behälter mit Schwing- bzw. Rüttelkräften behandelte und hierdurch
innerlich aufgelockerte Masse mittels einer Förderschnecke, einer Rutsche, eines
'Druckrohres od. dgl. zur Schleuder geführt wird, um hier der Schleuderbehandlung
und gegebenenfalls weiterer Schwing- bzw. Rüttelbehandlung unterworfen zu werden.
Ferner kann die Schleuder in beiden Fällen vorteilhaft mit einer Durchlauftrommel
versehen werden, so daß die Masse der Trommel oben zugeführt und unten entnommen
«-erden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Die Teile i bis 4 sind wiederum die gleichen
wie bei Fig. s und 2. Unterschiedlich ist jedoch. däß die Schleudertrommel i rohrförmig
ausgebildet und an beiden Eriden offen ist. Die Welle 2
ist mit
der Trommel i mittels der Rippen i i verbunden. Im Innern der Schleudertrommel i
befindet sich eine Schnecke 12, die über eine Welle 13 von einem Motor 14 angetrieben
wird. Die Schnecke i2 dient dazu, die in der Trommel i behandelte Masse von der
Trommelwandung abzuschaben und beispielsweise in der Durchlaufrichtung weiterzubewegen.
Solche Abhebeschnecken sind an sich bei Schleudermaschinen bekannt. Am unteren Ende
der Schleudertrommel befindet sich ferner ein Auffangtrichter 15 für das in der
Trommel behandelte Gut. Die Schwingungserzeuger sind in der Fig. 3 nicht mit gezeichnet,
sie können beispielsweise unmittelbar an der .Trommel i angebracht werden und diese
zum Schwingen erregen. Die Rohrform der Schleudertrommel ist besonders dafür geeignet,
um die Schleudertrommel zu Resonanzschwingungen zu erregen, indem die erregende
Frequenz in bekannter Weise auf die Eigenfrequenz der Trommel abgestimmt wird. Die
Schwingungserzeuger können aber statt an der Wandung der rohrförmigen Schleudertrommel
auch an einem Stirnende der Trommel angeordnet werden, was besonders beim Arbeiten
mit Ultraschallfrequenzen sehr vorteilhaft ist. Wie oben erwähnt, sind Ultraschallwellen
gewöhnlich gerichtete Strahlenbündel, die sich besonders vorteilhaft im Innern schnell
laufender Rohrschleudern anwenden lassen, ohne daß eine unmittelbare Berührung mit
der umlaufenden Trommelfläche notwendig wird.
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Durch schnelleres' oder langsameres Drehen der Schnecke 12 kann ihre
Wirkung der jeweiligen Art der zu behandelnden Massen leicht angepaßt werden. Die
Schnecke kann dabei im gleichen oder auch im entgegengesetzten Drehsinn umlaufen
wie die Schleuder, gegebenenfalls kann sie auch feststehend angeordnet sein. Die
Aufenthaltsdauer der Massen in der Schleuder kann aber auch dadurch festgelegt werden,
daß die rohrförmige Schleudertrommel, in der sich die Schnecke 12 befindet, entsprechend
länger oder kürzer gemacht wird. ' Um eine gleichmäßigere Verteilung der in die
Schleuder einlaufenden Masse zu erreichen, kann im Einlaufende der Schleudertrommel
in an sich bekannter Weise ein Verteilerteller angeordnet werden, beispielsweise
ein mit der Spitze nach oben stehender Schleuderkegel. Dieser Verteilerteller kann
mit gleicher oder größerer Geschwindigkeit als die Schleuder selbst umlaufen.
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Je nach den Eigenschaften des zu' behandelnden Stoffes kann es, in
der verschwindend geringen Zahl der Fälle allerdings, vorteilhaft sein, das Schleudern
zunächst allein vorzunehmen und dadurch die Ausscheidung eines Teiles z. B. der
Flüssigkeit durchzuführen. Der verbleibende Rückstand kann dann wieder, am besten
in der Schleuder selbst, durch Schwingungen behandelt und so hergerichtet werden,
daß er innerlich aufgelöst ist. Es kann dann das weitere Schleudern einsetzen. Auch
bei diesem Vorgang kann die Schleuder als Rohr von mehr oder weniger großer Länge
ausgebildet werden, aus der die Masse mit der oben beschriebenen Vorrichtung entfernt
wird.
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Nachdem Verfahren nach der Erfindung, insbesondere bei fließender
Arbeitsweise mit der in Fig. 3 gezeigten oder einer ähnlichenAnordnung, können in
ununterbrochener Arbeit große Mengen selbst schwer zu trocknender kolloidaler Stoffe
unter Vermeidung von Wärme restlos von Feuchtigkeit befreit werden. Die Vorgänge
der Rüttelung und Schleuderuni können so weit getrieben werden, daß die kolloidalen
Stoffe die Rohrschleuder im festen Zustand verlassen. Der neue Weg, erst eine homogene,
innerlich gelockerte, gelöste Masse herzustellen, sie dann in dünne Bandspiralen
auf der Innenwand der Schleuder zu zerlegen, diese der weiteren Auflockerung und
dem Entzug von Wasser usf. zugänglichen einzelnen Lagen hohen Fliehkraftwirkungen
auszusetzen, stellt gegenüber bekannten Wegen des Wasserentzuges und der Entmischung
große wirtschaftliche Möglichkeiten dar. Das Verfahren ist wirtschaftlicher als
alle anderen bisher bekanntgewordenen. Die Arbeit geht schneller vonstatten. Die
bei Anwendung von Wärme in vielen Fällen eintretende Wertminderung oder unmittelbare
Schädigung wird vermieden.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist auch nicht an die Bearbeitung
irgendwelcher bestimmter Massen gebunden. Beispielsweise kann eine zur Durchführung
des Verfahrens benutzte rohrförmige Durchlaufschleudertrommel in Sonderfällen von
innen mit heißen oder kalten Gasen, z. B. inerter Art, usf. durchströmt werden,
was bei chemischen Prozessen von Vorteil sein kann. Hierbei ergibt sich der weitere
Vorteil, daß die Gase durch die von den Fliehkräften und Erschütterungskräften verursachte
ständige Bewegung und Umwälzung der behandelten Masse mit allen Masseteilchen gut
in Berührung kommen.