EP3177403B1

EP3177403B1 - Schnecke einer vollmantelschneckenzentrifuge

Info

Publication number: EP3177403B1
Application number: EP15745139.4A
Authority: EP
Inventors: Georg Bauer; Daniel NEUDECKER; Manfred Schlarb; Benno Vielhuber
Original assignee: Flottweg SE
Current assignee: Flottweg SE
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2018-05-02
Anticipated expiration: 2035-06-18
Also published as: CN106794473B; DE102014111104A1; EP3177403A1; TR201807976T4; DK3177403T3; US10583443B2; US20180178223A1; CN106794473A; DE102014111104B4; WO2016019944A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schnecke einer Vollmantelschneckenzentrifuge mit einer sich längs einer Längsachse erstreckenden Schneckennabe und einer die Schneckennabe umgebenden Schneckenwendel. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer derartigen Schnecke in einer Vollmantelschneckenzentrifuge.
Vollmantelschneckenzentrifugen sind durch eine Trommel mit geschlossenem bzw. vollem Mantel gekennzeichnet. Die Trommel wird mit hoher Drehzahl gedreht, wodurch ein sich in der Trommel befindendes, mehrphasiges Gemisch in zumindest eine schwere Phase und eine leichte Phase getrennt werden kann. Die schwere Phase ist in der Regel eine feste Phase, die mittels einer Schnecke aus der Trommel herausgefördert wird. Dazu ist die Schnecke in der Trommel relativ zu dieser drehbar gelagert und weist eine Schneckenwendel auf, die um eine Schneckennabe herum angeordnet ist. Die Schneckenwendel streicht entlang der Innenseite bzw. inneren Mantelfläche der Trommel und fördert so das Gut der schweren Phase zu einem axialen Endbereich der Trommel und dort insbesondere aus einem Austragkonus heraus. Das zu klärende, mehrphasige Gemisch befindet sich also zwischen der Innenseite der Trommel und der Schneckennabe.
In bestimmten Vollmantelschneckenzentrifugen wird, insbesondere aus klärtechnischen Gründen, eine große Teichtiefe angestrebt. Zugleich ist die Teichtiefe aber durch den Durchmesser der Schneckennabe und sich dort ergebende Auftriebs- und Ablagerungseffekte des zu klärenden Gemisches bzw. der leichten Phase begrenzt.
Der Durchmesser der Schneckennabe kann nicht unbegrenzt verringert werden, da dergleichen die Steifigkeit der Schnecke und deren Stabilität negativ beeinflussen würde.
Aus WO 2012 014031 A1 ist eine Schnecke einer Vollmantelschneckenzentrifuge mit einer längs einer Längsachse sich erstreckenden Schneckennabe und einer die Schneckennabe umgebende Schneckenwendel bekannt. Die Schneckennabe weist einen zylindrischen und einen konischen Längsabschnitt auf. Dabei sind beide Längsabschnitte mit einer Gitterstruktur gestaltet.

Zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vollmantelschneckenzentrifuge mit einer Schnecke zu schaffen, deren Schneckennabe in das zu trennende Gemisch eintauchen kann, ohne dass sich Nachteile hinsichtlich der Steifigkeit und auch des erwähnten Auftriebs sowie der Ablagerungen ergeben.

Erfindungsgemäße Lösung

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Schnecke einer Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 1 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Schnecke einer Vollmantelschneckenzentrifuge ist deren Schneckennabe bzw. Schneckenkörper abschnittsweise aus einer Gitterstruktur gestaltet. Diese Gitterstruktur ist grundsätzlich nach außen hin nicht geschlossen, sondern offen und kann demnach in den Teich des in der Trommel umlaufenden, zu klärenden Gemisches eintauchen, ohne dass Probleme durch Auftriebskräfte entstehen. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Gitterstruktur kann erreicht werden, dass sedimentierende Partikel, die aus dem zu klärenden Gemisch in Richtung Trommelinnenseite absinken, an der Gitterstruktur nicht haften bleiben. Solche Partikel gleiten von der erfindungsgemäßen Gitterstruktur vielmehr nach radial außen bzw. in den Außenbereich der Trommel ab. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schneckennabe liegt darin, dass der Bereich, in dem zu klärendes Gut aus einem Einlaufrohr im Zentrum der Trommel in diese abgegeben wird, in axialer Richtung frei gewählt werden kann.
Erfindungsgemäß weist die Schneckennabe einen zylindrischen Längsabschnitt und mindestens einen konischen Längsabschnitt auf und der Abschnitt, in dem die Schneckennabe mit einer Gitterstruktur gestaltet ist, ist der zylindrische Längsabschnitt. Die erfindungsgemäße Gitterstruktur befindet sich in einem zylindrischen Längsabschnitt der Schnecke und kann dort entsprechend besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.
Der konische Längsabschnitt der Schneckennabe ist erfindungsgemäß mit einer geschlossenen Mantelfläche gestaltet. Der derart mit einer geschlossenen Mantelfläche gestaltete konische Längsabschnitt ist besonders einfach herzustellen und verleiht der erfindungsgemäßen Schnecke darüber hinaus eine besonders hohe Steifigkeit. Der konische Längsabschnitt ist vorteilhaft insgesamt hohl und fluiddicht geschlossen gestaltet, so dass kein zu klärendes oder geklärtes Gut in sein Inneres eindringen kann.
Die Schneckennabe weist vorteilhaft mindestens einen ein Schneckenlager umfassenden Längsabschnitt auf, in dem die Schneckennabe mit einer geschlossenen Mantelfläche gestaltet ist. Das Schneckenlager ist bei dieser Weiterbildung also von einer geschlossenen Mantelfläche umgeben und entsprechend nicht nur besonders steif gelagert, sondern zugleich gegen ein Eintreten von zu klärendem oder geklärtem Gut in seinen inneren Lagerbereich geschützt.
Die Gitterstruktur ist ferner vorteilhaft mit mindestens einer Querscheibe gestaltet, die sich insbesondere in Form einer Ringscheibe über den gesamten Umfang der Schneckennabe erstreckt.
Die Gitterstruktur ist auch vorzugsweise mit mindestens einem Längsstab gestaltet, der sich insbesondere über eine Querscheibe und besonders bevorzugt über die gesamte Länge des Abschnitts hinweg in Längsrichtung erstreckt. Derartige Längsstäbe sind einfach zu verarbeiten und bieten für das nachfolgende Anbringen einer Schneckennabe an der erfindungsgemäßen Schneckennabe ein vorteilhaftes Grundgerüst.
Ferner ist die Gitterstruktur insbesondere mit mindestens einer Schrägstrebe gestaltet, die sich insbesondere schräg zur Längsachse zwischen zwei Querscheiben erstreckt. Zwischen den beiden Querscheiben sind derartige Schrägstreben vorteilhaft, insbesondere mittels einer Schweißverbindung, ortsfest mit hoher Steifigkeit anzubringen. Die derartigen Verbindungen können zugleich sehr einfach hergestellt werden, weil sich an den Querscheiben einfach geformte Kontaktflächen ergeben.
Die Schrägstrebe ragt vorteilhaft an ihrem Ende in die benachbarte Querscheibe hinein. Mit dem Hineinragen der Schrägstrebe in die zugehörige Querscheibe ergibt sich eine auch formschlüssige Verbindung, mittels der insbesondere die Gitterstruktur auch vorpositioniert werden kann.
Vorteilhaft sind insgesamt drei Schrägstreben über den Umfang der Schneckennabe hinweg gleichmäßig verteilt beabstandet angeordnet. Mit drei Schrägstreben ergibt sich in überraschender Weise ein vorteilhaftes Optimum hinsichtlich vieler Faktoren, wie Kosten, Herstellbarkeit, Steifigkeit, Dauerfestigkeit und Funktionstüchtigkeit in Bezug auf das Eintauchen in den Teich.
Die Erfindung ist auch gezielt auf eine Verwendung einer derartigen erfindungsgemäßen Schnecke in einer Vollmantelschneckenzentrifuge gerichtet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: einen Längsschnitt einer Vollmantelschneckenzentrifuge gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2: einen Längsschnitt einer Vollmantelschneckenzentrifuge gemäß der Erfindung mit einer Schnecke, die in einem Abschnitt ihrer Längserstreckung mit einer Gitterstruktur gestaltet ist,
Fig. 3: eine Seitenansicht der Gitterstruktur gemäß Fig. 2 mit Längsstäben, Querscheiben und Schrägstreben,
Fig. 4: die Ansicht gemäß Fig. 4 der Gitterstruktur mit weggelassenen Längsstäben,
Fig. 5: den Schnitt V - V gemäß Fig. 3 in vergrößerter Darstellung,
Fig. 6: den Schnitt gemäß Fig. 5 mit alternativen Längsstäben,
Fig. 7: den Schnitt gemäß Fig. 5 in alternativer Ausgestaltung.

Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In den Fig. ist ein eine Vollmantelschneckenzentrifuge 10 dargestellt, die sich im Wesentlichen längs einer waagrechten Längsachse 12 erstreckt. Die Vollmantelschneckenzentrifuge 10 weist ein Außengehäuse 14 auf, in dem eine Trommel 16 um die Längsachse 12 drehbar gelagert ist. Durch Drehen der Trommel 16 mit hoher Drehzahl kann in dieser eine Zentrifugalkraft erzeugt werden, mittels der ein zu klärendes Gut in eine schwere und eine leichte Phase getrennt werden kann. Die Trommel 16 ist dazu an einem ersten Trommellager 18 und einem zweiten Trommellager 20 abgestützt.
An der Trommel 16 ist eine Einlass 22 für das zu klärende Gut sowie ein Auslass 24 für die schwere Phase und ein Auslass 26 für die leichte Phase ausgebildet. Zum Drehen der Trommel 16 ist ein Antrieb 28 vorgesehen. Der Auslass 26 wirkt als ein Überlauf für die sich radial innen in der Trommel 16 befindende leichte Phase, so dass diese dort selbsttätig austritt, sofern in der Trommel 16 ein vorbestimmter Pegel, die so genannte Teichtiefe, erreicht ist. Damit die sich radial außen in der Trommel 16 befindende schwere Phase aus der Trommel 16 ausgetragen werden kann, ist in der Trommel 16 eine Schnecke 30 vorgesehen. Die Schnecke 30 wird mittels des Antriebs 28 relativ zur Trommel 16 gedreht und dadurch das Material der schweren Phase längs eines an der Trommel 16 ausgebildeten Konus nach radial innen und damit zum Auslass 24 ausgetragen.
Die Schnecke 30 ist dazu mit einer sich längs der Längsachse 12 erstreckenden Schneckennabe 32 gestaltet, die radial außen von einer Schneckenwendel 34 umgeben ist. Die Schneckennabe 32 dient also dazu, die Schneckenwendel 34 in radialer Richtung abzustützen, Drehmoment vom Antrieb 28 auf die Schneckenwendel 34 zu übertragen und dabei insbesondere Zugkräfte und Schubkräfte aufzunehmen.
Die Schneckennabe 32 weist dazu einen zylindrischen Längsabschnitt 36 und einen axial anschließenden konischen Längsabschnitt 38 auf. Sie ist mittels eines ersten Schneckenlagers 40 und eines zweiten Schneckenlagers 42 drehbar gelagert. Wie in Fig. 1 gut zu erkennen ist, ist bei einer Schneckennabe 32 gemäß dem Stand der Technik über deren gesamte Längserstreckung hinweg, also sowohl im zylindrischen Längsabschnitt 36 als auch im konischen Längsabschnitt 38 deren Mantelfläche 44 im Wesentlichen geschlossen bzw. vollflächig, insbesondere mittels eines Bleches bzw. einer Rohrfläche gestaltet. Lediglich dort, wo ein Einlaufrohr 46 zum Zuführen von zu klärendem Gut zentral in einem Einlaufbereich 48 ins Innere der Schneckennabe 32 hinein endet, sind in der Mantelfläche 44 einzelne Öffnungen 50 vorgesehen, durch die das zu klärende Gut nach radial außen treten kann. Ferner sind in dem das Einlaufrohr 46 umgebenden, zylindrischen Abschnitt der Schneckennabe 32 gemäß Fig. 1 einzelne Öffnungen 50 vorgesehen. Durch diese Öffnungen 50 kann gegebenenfalls solches Gut aus diesem inneren Teil der Schneckennabe 32 nach radial außen treten, das gegebenenfalls unbeabsichtigt am Ende des Einlaufrohrs 46 in diesen inneren Teil gelangt ist. Ferner befindet sich axial gegenüber vom Einlaufrohr 46 ein vergleichsweise großer fluiddichter Raum 54 im Inneren der Schneckennabe 32. Dieser Raum soll verhindern, dass dort überhaupt zu klärendes Gut ins Innere der Schneckennabe 32 gelangen kann. Zugleich bedingt dieser vergleichsweise große fluiddichte Raum 54 aber auch große Auftriebskräfte, sofern die Schneckennabe 32 in das zu klärende Gut eintauchen würde. Mit der derartigen Konstruktion darf die Schneckennabe 32 nicht dauerhaft in das zu klärende Gut eintauchen.
Damit ist eine Teichtiefe 52 dieser Vollmantelschneckenzentrifuge 10 gemäß dem Stand der Technik ist im Wesentlichen durch den Außenradius bzw. den Außendurchmesser der Schneckennabe 32 auf einen vergleichsweise großen Radius bzw. Durchmesser begrenzt.
In den Fig. 2 bis 7 sind Ausführungsbeispiele von Vollmantelschneckenzentrifugen 10 veranschaulicht, die es ermöglichen und die auch dazu vorgesehen sind, dass die Schneckennabe 32 dauerhaft in das zu klärende Gut eintaucht. Bei dieser Vollmantelschneckenzentrifuge ist die zugehörige Schneckennabe 32 im zylindrischen Längsabschnitt 36 und speziell ausschließlich in diesem Abschnitt mit einer Gitterstruktur 56 gestaltet.
Die Gitterstruktur 56 ist vorliegend mittels zwölf Längsstäben 58 gestaltet, die über den Umfang der Schneckennabe 32 hinweg in deren Längsrichtung, also parallel zur Längsachse 12 in gleichmäßigen Abständen verteilt angeordnet sind. Die erfindungsgemäß bevorzugte Anzahl an Längsstäben 58 liegt zwischen acht und sechzehn, insbesondere zwischen zehn und vierzehn. Die Längsstäbe 58 bilden radial außen jeweils eine Anlagefläche für die Schneckenwendel 34 und sind radial innen an Querscheiben 60 abgestützt. Die Längsstäbe 58 erstrecken sich dabei über die Querscheiben 60 hinweg, die quer zur Längsachse 12 ausgerichtet sind und damit eine innere Abstützung für die Längsstäbe 58 bilden. Die Querscheiben 60 sind radial innen mittels einer zentralen Öffnung 62 hohl in Form einer Ringscheibe gestaltet, so dass sich insbesondere auch das Einlaufrohr 46 durch sie hindurch erstrecken kann.
Zwischen jeweils zwei Querscheiben 60 erstrecken sich zwischen zwei und sechs Schrägstreben 64. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 sind es drei Schrägstreben 64 und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 vier Schrägstreben 64. Diese Schrägstreben 64 stehen zur Längsachse in einem Winkel von zwischen 30° und 40°, vorzugsweise zwischen 33° und 37°, vorliegend von 35° schräg und sind an ihren Enden jeweils schräg abgelängt und mit der benachbarten Querscheibe 60 verschweißt. Dabei ragt die jeweilige Schrägstrebe 64 vorzugsweise in eine Vertiefung (nicht dargestellt) an der Querscheibe 60 hinein. Mittels dieser Vertiefung ist die Schrägstrebe 64 vorteilhaft formschlüssig an die Querscheibe 60 gekoppelt und für die Montage der Gitterstruktur, die bei den geforderten geringen Maßtoleranzen durchaus schwierig ist, einfacher und präziser zu positionieren.
Neben den in Fig. 5 und 7 im Querschnitt jeweils rund und massiv ausgestalteten Längsstäben 58 und Schrägstreben 64 sind in Fig. 6 diverse vorteilhaft Querschnittsformen 66 für die Längsstäbe 58 veranschaulicht. Eine Sechseckform ist vorteilhaft im Hinblick auf eine gleichmäßige Biegemomentverteilung und ferner auf ein Abströmen von Gut von radial innen nach radial außen. Eine Rechteckform ist vorteilhaft im Hinblick auf die damit erzielten, unterschiedlich großen zwei Biegemomente in radialer Richtung und in Umfangsrichtung. Eine Dreiecksform ist vorteilhaft, weil sich eine breite radial äußere Fläche für die Schneckenwendel 34 ergibt und dennoch Gut leicht von innen nach außen abströmen kann. Bezüglich dieser Eigenschaften ist eine Halbrundform ein guter Kompromiss, wobei Halbrund-Material weit kostengünstiger beschafft werden kann. Mittels einer Hohlform, insbesondere einer Kreisrohrform können hohe Biegemomente bei geringem Materialbedarf und geringem Gewicht erzielt werden. Eine Quadratform ist kostengünstig zu beschaffen und gerade dann vorteilhaft, wenn zwei der Ecken in radialer Richtung ausgerichtet werden. Es sind dann auch die diagonalen Biegemomentachsen dieser Form vorteilhaft genutzt. Mittels einer T-Form kann ebenfalls radial außen eine breite Anlagefläche für die Schneckennabe 32 bereitgestellt werden.

Bezugszeichenliste

10: Vollmantelschneckenzentrifuge
12: Längsachse
14: Außengehäuse
16: Trommel
18: erstes Trommellager
20: zweites Trommellager
22: Einlass für zu klärendes Gut
24: Auslass für schwere Phase
26: Auslass für leichte Phase
28: Antrieb
30: Schnecke
32: Schneckennabe
34: Schneckenwendel
36: zylindrischer Längsabschnitt
38: konischer Längsabschnitt
40: erstes Schneckenlager
42: zweites Schneckenlager
44: geschlossene Mantelfläche
46: Einlaufrohr
48: Einlaufbereich
50: Öffnung in der Mantelfläche
52: Teichtiefe
54: fluiddichter Raum
56: Gitterstruktur
58: Längsstab
60: Querscheibe in Form einer Ringscheibe
62: zentrale Öffnung
64: Schrägstrebe
66: Querschnittsform der Längsstäbe

Claims

Schnecke (30) einer Vollmantelschneckenzentrifuge (10) mit einer sich längs einer Längsachse (12) erstreckenden Schneckennabe (32) und einer die Schneckennabe (32) umgebenden Schneckenwendel (34),
wobei die Schneckennabe (32) in einem Abschnitt (36) ihrer Längserstreckung mit einer Gitterstruktur (56) gestaltet ist und die Schneckennabe (32) einen zylindrischen Längsabschnitt (36) und mindestens einen konischen Längsabschnitt (38) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (36), in dem die Schneckennabe (32) mit einer Gitterstruktur (56) gestaltet ist, der zylindrische Längsabschnitt (36) ist, und, dass der konische Längsabschnitt (38) der Schneckennabe (32) mit einer geschlossenen Mantelfläche (44) gestaltet ist.
Schnecke einer Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckennabe (32) mindestens einen ein Schneckenlager (40, 42) umfassenden Längsabschnitt aufweist, in dem die Schneckennabe (32) mit einer geschlossenen Mantelfläche (44) gestaltet ist.
Schnecke einer Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (56) mit mindestens einer Querscheibe (60) gestaltet ist, die sich insbesondere in Form einer Ringscheibe über den gesamten Umfang der Schneckennabe (32) erstreckt.
Schnecke einer Vollmantelschneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (56) mit mindestens einem Längsstab (58) gestaltet ist, der sich insbesondere über eine Querscheibe (60) und besonders bevorzugt über die gesamte Länge des Abschnitts (36) hinweg in Längsrichtung erstreckt.
Schnecke einer Vollmantelschneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstruktur (56) mit mindestens einer Schrägstrebe (64) gestaltet ist, die sich insbesondere schräg zur Längsachse (12) zwischen zwei Querscheiben (60) erstreckt.
Schnecke einer Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägstrebe (64) an ihrem Ende in die benachbarte Querscheibe (60) hineinragt.
Schnecke einer Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt drei Schrägstreben (64) über den Umfang der Schneckennabe (32) hinweg gleichmäßig verteilt beabstandet angeordnet sind.
Verwendung einer Schnecke (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Vollmantelschneckenzentrifuge (10).