EP1097001B1

EP1097001B1 - Zentrifuge und verfahren zu deren betrieb

Info

Publication number: EP1097001B1
Application number: EP00906376A
Authority: EP
Inventors: Wilfried Mackel
Original assignee: Westfalia Separator GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 2000-02-26
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2020-02-26
Also published as: EP1097001A1; DK1097001T3; US6390964B1; JP2002543974A; JP4629237B2; DE50013741D1; DE19922237C2; ATE345172T1; WO2000069567A1; DE19922237A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, die folgendes aufweist:

eine Schleudertrommel, ein in die Schleudertrommel mündendes Zulaufrohr zur Zuleitung eines Schleudergutes in die Schleudertrommel und eine Einrichtung zur Kühlung der Schleudertrommel. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Zentrifuge.

Eine gattungsgemäße Zentrifuge ist aus der DE OS 26 31 110 bekannt. Diese Schrift zeigt eine Zentrifuge mit einer zylindrischen, vollwandigen Schleudertrommel, deren Mantel mittels eines im Feststoffraum angeordneten Einsatzes durch ein im Kreislauf geführtes Kühlmedium kontinuierlich kühlbar ist, wobei sich der Einsatz an mehreren Stellen im Trommelmantel abstützt und gegenüber dem Trennraum der Trommel abdichtend geführt ist.
Dieses Kühlsystem ist zwar an sich gut funktionsfähig. Problematisch ist aber der zur Erreichung einer Kühlung der Schleudertrommel erforderliche konstruktive Aufwand, welcher die Herstellung der Zentrifuge gerade bei geringeren Kühlanforderungen zu stark verteuert.
Die DE PS 24 23 319 zeigt eine Zentrifuge mit einer zylindrischen, vollwandigen Schleudertrommel, deren Mantel durch ein im Kreislauf geführtes erstes Kühlmedium kontinuierlich kühlbar ist, wobei dieses Kühlmedium den Trommelmantel an einer radial außenliegenden Stelle verläßt und gegen einen gestellfesten, die Trommel umgebenden Mantel geschleudert wird. Der gestellfeste Mantel ist wiederum zusätzlich fortlaufend durch ein zweites Kühlmedium kühlbar. Auch dieses Kühlsystem hat sich an sich bewährt, verteuert aber ebenfalls die Herstellung der Zentrifuge bei geringeren Kühlanforderungen zu stark.
Die Erfindung zielt ausgehend von diesem Stand der Technik darauf ab, eine Zentrifuge und ein Verfahren zum Betreiben der Zentrifuge zu schaffen, mit welchen bei geringem konstruktivem Aufwand eine Kühlung der Zentrifuge realisierbar ist.
Die Kühlung soll insbesondere auch für den Einsatz bei Zentrifugen mit einem automatischen Öffnungs- und Schließmechanismus einsetzbar sein.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 11. Danach ist die Kühleinrichtung in einen mit einem Steuerfluid betätigbaren Öffnungs- und Schließmechanismus der Schleudertrommel integriert, wobei das Steuerfluid derart gekühlt wird, daß es als Kühlmedium wirkt. Die Erfindung nutzt damit auf überraschende Weise den Öffnungs- und/oder Schließmechanismus der Schleudertrommel auch als Kühleinrichtung. Eine separate Kühleinrichtung ist nicht mehr erforderlich.
Besonders vorteilhaft läßt sich eine Kühlwirkung dadurch erzielen, daß der Öffnungs- und/oder Schließmechanismus während des Schleuderbetriebes der Zentrifuge mit einer ersten Sterilluft-Durchströmrate und während eines Öffnens eines Kolbenschiebers mit einer zweiten Sterilluft-Durchströmrate beaufschlagt wird, welche größer ist als die erste Durchströmrate. Die erste Durchströmrate erzielt eine Kühlwirkung, verschiebt den Kolbenschieber aber noch nicht. Dieses Verschieben wird vielmehr erst mit der zweiten Durchströmrate realisiert.
Besonders vorzugsweise wird als Steuerfluid gekühlte Sterilluft verwendet, da diese preisgünstig und besonders unkompliziert handhabbar ist. Alternativ sind auch andere gasförmige Medien auswählbar.
Aus der DE 28 22 478 ist eine Zentrifuge bekannt, die eine Zentrifuge mit einer Schleudertrommel umfaßt, die einen Kolbenschieber aufweist, dem eine Schließkammer zugeordnet ist, welche über Kanäle in einer Spindel mit einem Hydrauliksystem verbunden ist. Der Einlauf des Produktes erfolgt über ein zentrales Zulaufrohr von oben. Die Spindel befindet sich an der Unterseite der Schleudertrommel. Diese Konstruktion hat sich an sich bewährt, sie stößt jedoch an ihre Grenzen, wenn der Produktbereich aus Hygienegründen vom Antriebsbereich der Zentrifuge und den Steuerelementen des Antriebs sowie den Steuerelementen der Steuerfluidzufuhr außerhalb der Trommel (Ventile usw.) getrennt liegen soll.
An dieser Stelle setzt die Erfindung bei dem weiteren Gedanken an, den Zuführkanal für das Steuerfluid direkt dem Zulaufrohr für das Schleudergut zuzuordnen. Da die Steuerfluidzuleitung und die Schleudergutzuleitung somit gemeinsam in die Schleudertrommel geführt werden und vorzugsweise auch direkt nebeneinander verlaufen, kann eine konstruktiv getrennte Zuleitung des Steuerfluides vermieden werden.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für eine Zentrifuge, bei welcher die Schleudertrommel an einem Zentrifugenrahmen hängt, wobei das Zulaufrohr für das Schleudergut und der Zuführkanal für das Steuerfluid gemeinsam von oben in die Schleudertrommel gerührt sind. Bei Zentrifugen mit hängenden Schleudertrommeln ist eine separate Zuleitung des Steuerfluides von unten in die Trommel nicht praktikabel, da es nötig sein kann, die bei dem Trennungsvorgang abseparierten Feststoffe unterhalb der Trommel in einem sterilen Behälter zu sammeln. Dies wird durch die Steuerfluidzufuhr "von oben" deutlich vereinfacht.
Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird am Zulaufrohr eine Doppelwandung ausgebildet, wobei beispielsweise der innenliegende Rohrabschnitt zur Zuleitung des Schleudergutes dient und der konisch außen liegende Rohrabschnitt als Zuleitung für das Steuerfluid. Ein doppelwandiges Rohr ist besonders platzsparend. Zudem wird das innenliegende Schleudergut-Zuleitungsrohr auf einfachste Weise von dem Fluid im äußeren Rohrbereich gekühlt. Ein weiterer vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß eine separate Steuerluftzuleitungseinrichtung nach Art einer Spindel vermieden wird.
Vorzugsweise dient die Steuerluftzufuhr auch dazu, einen verschieblichen Kolbenschieber zum Öffnen und Schließen von Feststoff-Austragsöffnungen in der Schleudertrommel zu betätigen. Dabei grenzen an den Kolbenschieber eine Öffnungskammer und eine Schließkammer an. Durch Druckbeaufschlagung mit dem Steuerfluid wird der Kolbenschieber bewegt, wobei es auch möglich ist, den Kolbenschieber federgespannt in einer seiner Arbeitsstellungen zu halten und ihn in die jeweils andere Arbeitsstellung durch Druckaufbau in der entsprechenden Steuerkammer zu bewegen.
Besonders bevorzugt wird nach einer weiteren Variante der Erfindung durch eine Austrittsöffnung in der Trommelwandung das Steuer- und Kühlmedium in einen Feststoff-Sammelbehälter geleitet, um derart sowohl die gesammelten Feststoffe als vorzugsweise auch die rotierende Trommel an sich, an der durch Rotation der Trommel Reibungswärme entsteht, zu kühlen. Der Steuerdruck kann dabei so gewählt werden, daß die entsprechende Arbeitsstellung trotz der "Leckage" durch die Austrittsöffnung beibehalten wird.
Die Öffnung in der Trommelwandung kann auch zur Ableitung eines in die Steuerfluidwege der Zentrifuge geleiteten Reinigungsmediums genutzt werden.
Zusammengefaßt realisiert die Erfindung auch einen platzsparenden, automatischen Öffnungs- und/oder Schließmechanismus, der auch zur Kühlung nutzbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1: eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zentrifuge mit einem Kolbenschieber, der im linken Abschnitt der Zeichnung in seiner Öffnungsstellung und im rechten Abschnitt in seiner Schließstellung dargestellt ist.

Angemerkt sei, daß sich die nachfolgend verwendeten Begriffe wie "unten", "oben" auf eine Zentrifuge beziehen, bei welcher das Zulaufrohr im wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist und die Schleudertrommel unten an einem Zentrifugenrahmen hängt. Diese Begriffe sollen jedoch in keiner Weise beschränkend gewertet werden.
Fig. 1 zeigt eine als Separator ausgebildete Zentrifuge, die in an sich bekannter Weise eine (hier nur ansatzweise dargestellte, nach unten hin angesetzte) Schleudertrommel 2 zur Auftrennung eines Schleudergutes in verschiedene Komponenten aufweist. Das Schleudergut bzw. die Schleuderflüssigkeit wird von oben nach unten durch ein zentrales Zulaufrohr 4 in die Schleudertrommel 2 geleitet.
Die Schleudertrommel 2 ist an einem Zentrifugenrahmen 6 mit einem unteren Rahmenansatz 8 aufgehängt. Der Antriebsabschnitt 10 der Zentrifuge ― welcher in an sich bekannter Weise ausgebildet werden kann und daher hier nicht detailliert dargestellt wird ― wird oberhalb der Schleudertrommel 2 im und/oder am Zentrifugenrahmen 6 angeordnet und ist über einen ― hier ebenfalls nicht detailliert dargestellten - Dichtabschnitt 12 im Rahmenansatz 8 gegen die Schleudertrommel 2 abgedichtet. Die Schleudertrommel 2 ist damit von ihrem Antriebsanschnitt nebst dessen Steuerelementen baulich klar getrennt.
An das untere Ende des Rahmenansatzes 8 ist ein Behälterdeckel 14 angeflanscht, welcher mittig vom Zulaufrohr 4 durchsetzt wird. Der Behälterdeckel 14 weist eine im wesentlichen radial ausgebildete Bohrung 16 auf, welche als Ableitungskanal für eine mittels einer Schälscheibe 18 aus einer Schälkammer 20 abgeleitete Flüssigkeitsphase aus der Schleudertrommel 2 dient. Die Bohrung 16 mündet in einem Ablaufrohr 22.
An den Behälterdeckel 14 ist ein die Schleudertrommel 2 in ihrem oberen Bereich umgebender oberer Behältermantel 24 angeformt, der als oberer Abschluß eines kegeligen Behälters 26 zur Feststoffaufnahme dient, wobei der untere Abschnitt 28 des Behälters nach unten hin von der Zentrifuge abnehmbar ist und in einem Behälterrahmen 30 steht.
Die eigentliche Schleudertrommel 2 weist einen das Zulaufrohr 4 umgebenden ― in der Praxis vorzugweise mehrteilig realisierten und hier vereinfacht einstückig dargestellten -Verteiler 32 mit einem außen an den Verteiler 32 angesetzten Tellerpaket 34 auf. Das Tellerpaket 34 befindet sich in einem nach oben und unten hin konisch verengenden Schleuderraum 36, der nach oben hin von einem konisch geformten Trommeldeckel 38 und nach unten hin von einem unten an den Verteiler 32 angeformten, konisch verlaufenden Schleuderraumboden 40 begrenzt wird. Der Trommeldeckel 38 ist in ein Tommelunterteil 42 eingesetzt und im Trommelunterteil 42 mit einem Verschlußring 44 verschraubt.
Zwischen dem Schleuderraumboden 40 und der unteren Gehäusewandung des Trommelunterteiles 42 ist ein verschieblich geführter, ringförmiger Kolbenschieber 46 mit einem im wesentlichen L-förmigen Wandungsquerschnitt angeordnet, an den nach oben hin eine Öffnungskammer 48 und nach unten hin eine Schließkammer 50 angrenzt. Als unterer Schließkammerboden 52 dient die untere Wandung des Trommelunterteiles 42. Zwischen der unteren Wandung des Kolbenschiebers 46 und dem Schließkammerboden 52 - also in der Schließkammer 50 - sind Schließfedern 54 angeordnet, welche den Kolbenschieber 46 in seiner Schließstellung halten, in welcher er die Feststoff-Austrittsöffnungen 56 im äußeren Mantel der Trommelunterteiles 42 verschließt (rechter Teil der Fig. 1).
Die Öffnungskammer 48 ist zwischen dem Kolbenschieber 46 und der unteren Wandung des Verteilers 32 bzw. dem Schleuderraumboden 40 ausgebildet. Die Steuerfluidzufuhr in die Öffnungskammer 48 erfolgt über eine Steuerfluid-Zuleitung 58 im Verteiler 32.
Die Steuerfluid-Zuleitung 58 mündet in einem das Zulaufrohr 4 umgebenden, ringförmigen Zuführkanal 60 zwischen der Innenwandung des Verteilers 32 und dem in den Verteiler 32 eingesetzten Zulaufrohr 4. Die Innenwandung des Verteilers 32 und die Wandung des Zulaufrohres 4 bilden dabei eine Art "Rohr mit Doppelwandung" aus, wobei der eigentliche Zuführkanal 60 für das Steuerfluid das Zulaufrohr 4 für das Schleudergut konzentrisch umgibt.
Oberhalb des oberen Endbereiches des Zentrifugenrahmens 6 ermöglicht ein axialer Anschluß 62 die Zuleitung des Schleudergutes in das Zulaufrohr 4. Ein radial nach außen gerichteter Anschluß 64 dient zur Zuleitung des Steuerfluides ― insbe-sondere die Zufuhr von steriler Steuerluft ― in den das Zulaufrohr umgebenden Zuführkanal 60.
Die Funktion der Zentrifuge der Fig. 1 ist wie folgt.
Die Zuleitung des Schleudergutes erfolgt durch den Anschluß 62 und das Zulaufrohr 4 sowie durch die Axialbohrung 66 des Verteilers 32 und eine hier im wesentlichen radial verlaufende Bohrung 68 im Schleuderraumboden 40 in den Schleuderraum 36. Feststoffe werden aus dem Schleuderraum 36 durch die Öffnungen 56 ausgetragen, flüssige Phasen durch die Schälkammer 20 mit der Schälscheibe 18.
Steuerluft (oder ein anderes Gas) wird als Steuerfluid durch den Anschluß 64 in den das Zulaufrohr 4 konzentrisch umgebenden Zuführkanal 60 geleitet. Von dort strömt die Steuerluft in die Steuerfluidzuleitung 58 und von dort in die Öffnungskammer 48. Dadurch wird bei entsprechendem großem Druckkaufbau in der Öffnungskammer 48 der Kolbenschieber 46 gegen die Federkraft der Schließfedern 54 nach unten gedrückt, was die Feststoff-Austrittsöffnungen 56 öffnet (linker Abschnitt der Fig. 1). Eine Absenkung des Druckes in der Öffnungskammer 48 resultiert dagegen aufgrund der Federkraft der Schließfedern 54 in einem Verschieben des Kolbenschiebers 46 nach oben, was die Feststoff-Austrittsöffnungen 56 wieder verschließt.
Da der Kolbenschieber 46 und die Außenwandung der Schleudertrommel 2 Durchgangsbohrungen 70, 72 aufweisen, welche in einer der Arbeitsstellungen des Kolbenschiebers miteinander in Wirkverbindung stehen und mit einem Stopfen 74 verschließbar sind, ergibt sich nach dem Entfernen des Stopfens eine einfache Möglichkeit zur Reinigung der Steuerfluidwege (40, 58, 48) sowie weiterer Zentrifugenelemente z.B. mit einer Spülflüssigkeit oder einem Spülgas, beispielsweise zur besonders unkomplizierten Durchführung eines CP- (Cleaning in Place) Vorganges. Die Bohrungen können auch düsenartig so ausgelegt sein, daß durch Austritt des gekühlten Steuerfluides in den Behälter 26 eine Kühlung der gesammelten Feststoffe sowie der Trommel erfolgt.
Die Kühlwirkung wird dadurch erzielt, daß als Steuerfluid gekühlte Sterilluft verwendet wird. Während des Schleuderbetriebes werden die Kanäle 58, 60, 48 des Öffnungs- und Schließmechanismus mit einer ersten Sterilluft-Durchströmrate beaufschlagt. Diese erste Durchströmrate erzielt eine Kühlwirkung, verschiebt den Kolbenschieber aber noch nicht. Dieses Verschieben wird vielmehr erst mit einer deutlich höheren, zweiten Durchströmrate realisiert.

Bezugszeichen

Schleudertrommel: 2
Zulaufrohr: 4
Zentrifugenrahmen: 6
Rahmenansatz: 8
Antriebsabschnitt: 10
Dichtabschnitt: 12
Behälterdeckel: 14
Bohrung: 16
Schälscheibe: 18
Schälkammer: 20
Ablaufrohr: 22
Behältermantel: 24
Behälter: 26
unterer Behälterabschnitt: 28
Behälterrahmen: 30
Verteiler: 32
Tellerpaket: 34
Schleuderraum: 36
Trommeldeckel: 38
Schleuderraumboden: 40
Tommelunterteil: 42
Verschlußring: 44
Kolbenschieber: 46
Öffnungskammer: 48
Schließkammer: 50
Schließkammerboden: 52
Schließfedern: 54
Feststoff-Austrittsöffnungen: 56
Steuerfluidzuleitung: 58
Zuführkanal: 60
axialer Anschluß: 62
radialer Anschluß: 64
Axialbohrung: 66
Radialbohrung: 68
Durchgangsbohrungen: 70, 72
Stopfen: 74

Claims

Zentrifuge, die folgendes aufweist:
a) eine Schleudertrommel (2),

b) ein in die Schleudertrommel (2) mündendes Zulaufrohr (4) zur Zuleitung eines Schleudergutes in die Schleudertrommel (2),

c) eine Einrichtung zur Kühlung der Schleudertrommel,
dadurch gekennzeichnet, daß

d) die Kühleinrichtung in einen mit einem Steuerfluid betätigbaren Öffnungs- und/oder Schließmechanismus der Schleudertrommel (2) integriert ist, wobei das Steuerfluid derart gekühlt ist, daß es als Kühlmedium wirkt.
Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerfluid ein gekühltes gasförmiges Medium ist.
Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerfluid gekühlte Sterilluft ist.
Zentrifuge nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungs- und/oder Schließabschnitt der Schleudertrommel (2) einen Zuführkanal (60) für das Steuerfluid aufweist, welcher direkt dem Zulaufrohr (4) für das Schleudergut zugeordnet ist.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleudertrommel (2) an einem Zentrifugenrahmen (8) hängt, wobei das Zulaufrohr (4) für das Schleudergut und der Zuführkanal (2) für das Steuerfluid gemeinsam von oben in die Schleudertrommel geführt sind.
Zentrifuge nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Zulaufrohr (4) eine äußere und eine innere Rohrwandung ausgebildet sind.
Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring-Zwischenraum zwischen der äußeren und der inneren Rohrwandung als Zuführkanal (60) für das Steuerfluid dient.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungs- und/oder Schließmechanismus der Schleudertrommel (2) einen verschieblichen Kolbenschieber (46) zum Öffnen und Schließen von Feststoff-Austragsöffnungen (56) in der Schleudertrommel nebst einer Öffnungskammer (48) und einer Schließkammer (50) sowie Zuleitungen zu diesen Kammern umfaßt.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zuführkanal (60) und der Öffnungskammer (58) eine Steuerfluidzuleitung (48) in einem Verteiler (32) der Schleudertrommel (2) ausgebildet ist.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschieber (46) und/oder die Außenwandung der Schleudertrommel (2) Durchgangsbohrungen (70, 72) aufweisen, welche vorzugsweise in einer der Arbeitsstellungen des Kolbenschiebers (46) miteinander in Wirkverbindung stehen und verschließbar sind.
Verfahren zum Betreiben einer Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Öffnungs- und/oder Schließmechanismus ein Kühlmedium zum Kühlen der Zentrifuge geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium ein gekühltes Steuerfluid verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als kombiniertes Steuerfluid und Kühlmedium ein gekühltes gasförmiges Medium verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Medium Sterilluft verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungs- und/oder Schließmechanismus während des Schleuderbetriebes der Zentrifuge mit einem ersten Steuerfluid-Volumenstrom und während eines Öffnens des Kolbenschiebers mit einem zweiten Steuerfluid-Volumenstrom beaufschlagt wird, der größer ist als der erste Volumenstrom.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reinigung von Steuerfluidwegen (40, 58, 48) und/oder weiteren Zentrifugenelementen mittels Durchleitung einer Spülflüssigkeit oder eines Spülgases durch die Steuerfluidwege erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Austrittsöffnung in der Trommelwandung das Steuer- und Kühlmedium in einen Feststoff-Sammelbehälter geleitet wird, um die gesammelten Feststoffe zu kühlen.