EP3271085B1

EP3271085B1 - Rotierender reiniger

Info

Publication number: EP3271085B1
Application number: EP16709785.6A
Authority: EP
Inventors: Kai Becker; Richard Collins
Original assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Current assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2036-03-14
Also published as: US10376930B2; WO2016146564A1; US20180111167A1; DK3271085T3; EP3271085A1; DE102015003561A1

Description

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Reiniger nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Rotierende Reiniger werden genutzt, den Innenraum von Behältern wie beispielsweise Tanks zu reinigen. Sie besitzen einen sich drehenden Sprühkörper mit einem oder mehreren Auslässen, aus denen ein Reinigungsfluid austritt. Durch die Drehung des Sprühkörpers wird nach Möglichkeit die gesamte innere Wandfläche des Behälters mit Reinigungsfluid benetzt. Eingesetzt werden diese Reiniger hauptsächlich in hygienischen Anwendungen, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, sie kommen jedoch auch in anderen Industrien zum Einsatz.
Der sich drehende Sprühkörper muss im Gehäuse des Reinigers drehbar unterstützt sein. Hierzu sind in einer Bauart dieses Reinigertyps Kugellager bekannt. Eine solche Lagerung stellt beispielsweise die DE 101 30 316 C1 vor. Kugeln, die zwischen einerseits an einer drehenden Baugruppe und andererseits an dem Gehäuse vorgesehenen Laufflächen angeordnet sind, sorgen für eine drehbare Unterstützung in axialer und radialer Richtung. Die Drehung wird durch das in den Reiniger einströmende Fluid erzeugt, in dem es eine innerhalb des Sprühkörpers vorgesehene verdrillte Blattfeder anströmt.
Die drehbare Baugruppe mit Kugellagern drehbar zu unterstützen, ist auch in der DE10 2005 015 534 B3 gezeigt.
Das aus dem Sprühkörper austretende Fluid kann zur Erzeugung der Drehung des Sprühkörpers genutzt werden. Dies ist beispielsweise in der DE 10 2011 078 857 A1 dargestellt. Die Drehung wird durch gerichteten Eintritt des Fluids in den hohlen Sprühkörper und durch Austritt aus dem Sprühkörper erzeugt. Eine weitere Austrittsdüse wird zum Abbremsen genutzt.
In einer anderen Bauart der rotierenden Reiniger wurde zu Gleitlagern übergangen, um eine drehbare Unterstützung des Sprühkörpers zu bewirken.
Einen Reiniger mit Gleitlagerung stellt die GB 1604650 A vor. Ein zylindrisches Teil ist zwischen Gehäuse und Schaft der drehenden Baugruppe angeordnet und wirkt als Radiallager. In einem rechten Winkel zu dem zylindrischen Teil ist ein flanschartiger Abschnitt vorgesehen, der eine Gleitlagerung in axialer Richtung bewirkt. Angetrieben wird die drehende Baugruppe von einer Kugel, die einerseits vom Reinigungsfluid angestoßen wird und andererseits gegen einen Vorsprung drückt, der an der drehenden Baugruppe vorgesehen ist.
Das zylindrische Lagerteil mit seinem flanschartigen Abschnitt, welches als Teil der Gleitlagerung wirkt und zu einem radialen und einem axialen Lager gehört, kann aus Teflon hergestellt sein. Dies schlägt die DE 101 43 468 C1 vor, die weiterhin Verbesserungen hinsichtlich der Reinigbarkeit und des Drehantriebs betrifft.
Die Dokumente EP1582265 A2 , FR2 894853 A1 , DE 4328744 C1 offenbaren einen rotierenden Reiniger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein rotierender Reiniger mit einem ersten, radialen und einem zweiten, axialen Gleitlager nach der hier beschriebenen Art und mit einem durch Rückstoß eines austretenden Fluides angetriebenen Sprühkörper ist unter dem Handelsbezeichnung Turbo SSB bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen rotierenden Reiniger zu schaffen, der gut reinigbar ist und dessen rotierende Baugruppe gute Rotationseigenschaften aufweist. Diese Aufgabe wird gelöst mit einem rotierenden Reiniger, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 9 geben vorteilhafte Weiterbildungen des rotierenden Reinigers an.
Die rotierende Baugruppe des Reinigers ist von einem Gleitlager drehbar unterstützt, welches eine drehende und eine ruhende Lagerfläche aufweist. Diese Lagerflächen sind als zusammenhängende Flächen geformt und so ausgeführt, dass eine Unterstützung der Baugruppe mit dem Sprühkörper in radialer und axialer Richtung gleichzeitig durch das von den Lagerflächen geschaffene Gleitlager bewirkt ist. Ein solches als Schräglager wirkendes Gleitlager verbessert den Lauf des Sprühkörpers durch verbesserte Zentrierung. Die Herstellung ist aufgrund der geringeren Anzahl genau zu fertigender Flächen vereinfacht. Gegenüber dem Stand der Technik ist daher eine höhere Genauigkeit des Gleitlagers leichter erzielbar. Die höhere Genauigkeit verbessert ebenfalls die Lauf- bzw. Dreheigenschaften. Durch die geringere Anzahl von Komponenten und einfachere Geometrie ist der Reiniger besser zu reinigen und weniger anfällig gegen Verschmutzung, so dass es einfacher ist, die geltenden Standards nach 3A und EHEDG zu erfüllen. Unter einer zusammenhängenden Fläche ist insbesondere eine Fläche zu verstehen, die frei von Stufen, Absätzen oder Knicken ist.
Ein im Hinblick auf seine Wirkung einfach herstellbares Merkmal der Erfindung sieht vor, drehende und ruhende Lagerfläche jeweils konisch zu gestalten. Diese Gestaltung ergibt ein Gleitlager mit gleichmäßiger Kraftaufnahme und gleichmäßiger Führungseigenschaft, woraus sich ein ruhiges Laufbild ergibt. Ein ruhigerer Lauf erhöht unter anderem die Lebensdauer des Reinigers und verbessert die erzielte Reinigungswirkung.
Eine besonders gleichmäßige Verteilung von axialen und radialen Kräften und ein sich daraus ergebendes besonders ruhiges Laufbild entstehen in einer Ausführung, in der die Erzeugenden der konischen Lagerflächen einen Winkel zwischen 40 Grad und 45 Grad mit einer Drehachse bilden.
Die Laufeigenschaften des Gleitlagers hängen auch von der Zufuhr eines Fluides in den Spalt zwischen Lagerflächen ab. Eine in dieser Hinsicht vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, im Schaft eine Zuführöffnung vorzusehen, durch die Lagerfluid in den Lagerspalt des Gleitlagers eintritt.
Eine noch gleichmäßigere Drehung und sich daraus ergebendes ruhiges Laufbild entsteht nach einer Weiterbildung, die eine Führungshülse im Hohlraum vorsieht, die in gleitendem Kontakt mit dem Schaft steht und dessen Spiel in einer axialen Richtung begrenzt.
Eine andere Weiterbildung hinsichtlich der Fluidführung des Lagerfluids sieht vor, im Gehäuse eine Auslassöffnung anzuordnen, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Lagerspalt und einer Umgebung des rotierenden Reinigers herstellt. Auf diese Weise kann Lagerfluid aus dem Lagerspalt entweichen, was den Nachfluss von frischem Fluid in den Lagerspalt ermöglicht. Der Fluidfilm zwischen den Lagerflächen wird auf diese Weise gleichmäßiger, zudem bewirkt das abfließende Fluid eine Reinigung einer Außenwand des Reinigers.
Gemäß einer wiederum anderen Weiterbildung wird vorgeschlagen, zwischen ruhender Lagerfläche und drehender Lagerfläche einen Zwischenring anzuordnen. Diese Maßnahme verschafft Spielräume bei der Wahl der Materialien, die die Lagerflächen formen, Für hygienische Anwendungen ist es beispielsweise vorteilhaft, Edelstahl für Schaft und Gehäuse zu verwenden, an denen die Lagerflächen ausgeformt sind. Ein Zwischenring, an dem sich Lagerflächen ergeben, kann beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, Polyetheretherketon oder ähnlichen Materialen hergestellt sein. Ähnliche Materialien an sich berührenden Lagerflächen können durch den Zwischenring umgangen werden, so dass sich bessere Lagereigenschaften ergeben. Ein Zwischenring schont zudem die Lagerflächen bei Verwendung eines abrasiven Fluids.
Die Reinigbarkeit des Reinigers lässt sich verbessern, Indem der Sprühkörper lösbar am Schaft befestigt ist. Die Teile können so einfach zerlegt und in der Folge gründlicher als im zusammengebauten Zustand gereinigt werden.
Eine andere Möglichkeit, die Reinigbarkeit zu erhöhen und zu vereinfachen Ist, gemäß einer Weiterbildung einen Auslass am Sprühkörper so zu formen, dass das durch den Auslass austretende Fluid in Drehung versetzt und gehalten wird. Durch diese Gestaltung sind im inneren des Reinigers weniger Bauteile notwendig. Die Geometrie wird einfacher, so dass ein Verzicht auf schwierig zu reinigende Teile und Hohlraumabschnitte ermöglicht ist.
Eine einfache Gestaltung des Auslasses, um eine sehr gute Antriebswirkung zu erzielen sowie guten Durchsatz und gutes Sprühbild der Reinigungsflüssigkeit zu erhalten, ist ein sich in axialer Richtung erstreckender Schlitz, der die Wandung des Sprühkörpers gegen eine radiale Richtung gekippt durchsetzt.
Anhand eines Ausführungsbeispiels und seiner Weiterbildungen sollen die Erfindung näher erläutert und die Darstellung der Wirkungen und Vorteile vertieft werden.
Es zeigen:

Fig. 1:: Seitlicher Blick auf einen rotierenden Reiniger;
Fig. 2:: Längsschnitt durch den rotierenden Reiniger;
Fig. 3:: Längsschnitt durch Gehäuse, Schaft, Führungshülse und Zwischenring in explodierter Ansicht.

In einem seitlichen Blick ist in Fig. 1 ein rotierender Reiniger 1 dargestellt. Der rotierende Reiniger 1 besitzt ein Gehäuse 2 und einen drehfähigen Sprühkörper 3. Der Sprühkörper 3 weist einen Hals 4 auf, in welchem ein Schaft 5 aufgenommen ist. Mit einer Klammer 6 ist eine lösbare Verbindung zwischen Hals 4 und Schaft 5 bewirkt. Das Gehäuse 2 des Reinigers 1 weist Stiftlöcher 7 auf. Diese ermöglichen es, den Reiniger 1 mit einer nicht gezeigten Zuleitung für Fluide, beispielsweise der Reinigungsflüssigkeit eines Cleaningin-Place-Prozesses, lösbar zu verbinden, beispielsweise mittels eines Stifts oder einer zweiten Klammer.
An dem Sprühkörper 3 ist wenigstens ein Auslass für ein Reinigungsfluid vorgesehen. In diesem Beispiel ist der Auslass als Schlitz 8 ausgeführt, der längs der axialen Richtung A verläuft.
Der rotierende Reiniger 1 ist in Fig. 2 im Schnitt entlang der Drehachse D dargestellt. Die Drehachse D legt zugleich die axiale Richtung A fest.
Das Gehäuse 2 des rotierenden Reinigers 1 weist einen Einlass 9 auf, durch welchen insbesondere während eines Reinigungsvorgangs vorwiegend flüssiges Reinigungsmittel in den Hohlraum 10 im Inneren des Reinigers 1 eintreten kann. Der Sprühkörper 3 ist ebenfalls hohl und besitzt einen innenraum 11, Vorzugsweise ist die innere Oberfläche des Sprühkörpers 3 glatt und nur von wenigstens einem im Beispiel als Schlitz 8 geformten Auslass durchbrochen. Hohlraum 10 und innenraum 11 sind mittels eines den Schaft 5 durchsetzenden Schaftinnenraums 12 miteinander fluidverbunden.
An seinem dem Gehäuse 2 zugewandten Ende weist der Schaft 5 einen Lagerabschnitt 13 auf. Dieser ist in einem Raum aufgenommen, welcher zwischen Gehäuse 2 und einer Führungshülse 14 gebildet ist. Die Führungshülse 14 besitzt einen Führungsabschnitt 15, welcher zylindrisch geformt sein kann und in den dazu passend zylindrisch geformten Schaftinnenraum 12 eingreift. Der Führungsabschnitt 15 ist insbesondere eingerichtet, eine radiale Führung des Schafts 5 im Gehäuse zu bewirken und so zu einer stabilen Drehung des Schafts 5 um die Drehachse D beizutragen.
Die Bewegung der Führungshülse 14 entlang der Drehachse D in Richtung des Einlasses 9 ist durch einen Vorsprung 16 begrenzt. Dieser ist so geformt, dass er einerseits diese Begrenzung bewirkt. Andererseits ist die Führungshülse 14 durch den Einlass 9 hindurch über den Vorsprung 16 verschiebbar und rastet in der dargestellten Position mit leichtem Spiel in axialer Richtung A ein.
Der Spalt zwischen Gehäuse 2 und Führungshülse 14, in dem der Lagerabschnitt 13 des Schafts 5 aufgenommen ist, und In dem ein Zwischenring 17 vorgesehen sein kann, wird mit Fluid gefüllt, wenn im Betrieb des Reinigers die Baugruppe aus Sprühkörper 3 und Schaft 5 in Drehung versetzt wird. Das Fluid tritt durch wenigstens eine Zufuhröffnung 18 in diesen Spalt ein. Der Spalt kann als einen Spaltabschnitt einen Axialspalt 19 aufweisen, der den zylindrischen Abschnitt des Schafts 5 umgibt. Aus diesem Axialspalt 19 strömt das Fluid dann zwischen die eigentlichen Lagerflächen und tritt durch wenigstens eine Austrittsöffnung 20 aus dem Spalt und dem Gehäuse 2 des Reinigers 1 aus. Für den Fluidfluss vorteilhaft ist es, jeweils mehrere Zufuhröffnungen 18 und Austrittsöffnung 20 über den Umfang zu verteilen. Diese Art der Fluidversorgung des Gleitlagers bewirkt eine jederzeit ausreichende und gleichmäßige Schmierung des Gleitlagers ohne Gefahr eines Fluidstaus oder eines Trockenlaufens.
Der schlitzförmige Auslass im Sprühkörper 3 durchsetzt die Wandung 21. Der Schlitz 8 ist in der Wandung 21 so geformt, dass durch Austreten des unter Druck stehenden Fluids, beispielsweise einer für hygienische Prozesse geeigneten Reinigungsflüssigkeit, der Sprühkörper in Drehung versetzt wird. Dies wird beispielsweise erreicht, indem der Schlitz 8 um einen Versatz V gegen die Drehachse D verschoben in die Wandung eingebracht ist. Vorteilhaft durchsetzt der Schlitz 8 die Wandung 21 gegen die radiale Richtung R verkippt.
In Fig. 3 sind in einer geschnittenen und zerlegten Ansicht sind Gehäuse 2, Sprühkörper 3, Schaft 5 sowie der nicht zwingend notwendige aber vorteilhafte Zwischenring 17 dargestellt.
Die Reihenfolge der Darstellung der Bauteile in der Fig. 3 entspricht der Reihenfolge, in der diese Bauteile montiert werden. Zunächst wird, soweit er zum Einsatz kommt, der Zwischenring 17 in den Hohlraum 10 des Gehäuses 2 eingesetzt. Es folgen der Schaft 5 und abschließend die Führungshülse 14. Sobald diese über den Vorsprung 16 hinweg geschoben ist und von diesem in der Beweglichkeit in axialer Richtung A eingeschränkt wird, ist die Montage der in Fig. 3 gezeigten Bauteile beendet.
Im Gehäuse 2 des rotierenden Reinigers ist eine ruhende Lagerfläche ausgebildet. Sie ist konisch geformt, ihre Geometrie entsteht durch Rotation einer Erzeugenden E1 um die Drehachse D. Die Erzeugende E1 bildet einen Winkel W1 mit dieser Drehachse, welcher im Bereich 35 Grad bis 45 Grad, vorteilhaft im Bereich 40 Grad bis 45 Grad liegt. Dieser Winkelbereich ist günstig zur Aufnahme der axialen und radialen Kräfte, die im Betrieb des Gleitlagers auftreten.
Der je nach beabsichtigten Betriebsbedingungen vorteilhafte aber nicht zwingend notwendige Zwischenring 17 kann konisch geformt sein. Eine Erzeugende E2 bildet einen Winkel W2 mit der Drehachse D. Dieser Winkel W2 entspricht vorteilhaft, um Materialspannung zu vermeiden, dem Winkel W1 oder weicht nur um wenige Winkelgrade davon ab. Weiche Materialien erlauben dabei eine höhere Abweichung als harte Materialien. Das Material ist einerseits im Hinblick auf das Einsatzfeld zu wählen, beispielsweise gesundheitsverträglich im Lebensmittelbereich. Andererseits muss es den Teil eines Gleitlagers bilden können, da die inneren und äußeren konischen Flächen des Zwischenrings in gleitendem Kontakt mit den eigentlichen Lagerflächen stehen. Ein Material, das diese Anforderungen erfüllt, ist beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE).
Der Lagerabschnitt 13 des in der Grundform zylindrischen Schafts 5 weist ebenfalls eine konische Grundform auf. Eine Erzeugende E3 dieses Konus bildet einen Winkel W3 mit der Drehachse D. Auch dieser Winkel W3 entspricht Im Rahmen der Fertigungsmöglichkeiten dem Winkel W1. Eine äußere Oberfläche des konischen Lagerabschnitts 13 bildet die drehende Lagerfläche 23 des Gleitlagers. Im Bereich des Schafts 5, der dem dem Lagerabschnitt 13 abgewandten Ende nahe liegt, sind Schaftlöcher 24 vorgesehen, die im zusammengebauten Zustand des rotierenden Reinigers 1 von der Klammer 6 durchsetzt werden.
Der Schaft 5 kann aus Polyetheretherketon (PEEK) oder einem im Hinblick auf die mechanischen und hygienischen Anforderungen sowie der Eignung für ein Gleitlager vergleichbaren Kunststoff hergesteilt sein. Dies ermöglicht den Verzicht auf den Zwischenring 17.
Die Führungshülse 14 dient Stabilisierung des Schafts 5 in axialer Richtung und der Verbesserung der Drehung. Die Drehung wird verbessert durch den an einem dem Schaft 5 zugewandten Ende der Führungshülse gelegenen Führungsabschnitt 15, der zylindrisch geformt ist und in den Schaftinnenraum 12 eintaucht. Durch gleitenden Kontakt zwischen Schaft 5 und Führungshülse wird die Drehung verbessert. An den Führungsabschnitt schließt sich auf der dem Schaft 5 abgewandten Seite ein Hülsenkonus 25 an. Der Hülsenkonus 25 besitzt eine konische Oberfläche, deren Form mit einer Erzeugenden E4 beschreibbar ist. Die Erzeugende E4 bildet einen Winkel W4 mit der Drehachse D. Dieser Winkel W4 entspricht vorteilhaft im herstellbaren Rahmen den Winkeln W1, W2 und W3. Der Hülsenkonus stabilisiert die Drehung des Schafts 5. Während des Betriebs des rotierenden Reinigers 1 treten Kräfte auf, die den Schaft 5 in axialer Richtung, in Fig. 3 nach oben, drücken, Der Hülsenkonus 25 nimmt diese Kräfte auf und stabilisiert den Schaft 5 somit auch in axialer Richtung.

Bezugszeichenliste

1: rotierender Reiniger
2: Gehäuse
3: Sprühkörper
4: Hals
5: Schaft
6: Klammer
7: Stiftlöcher
8: Schlitz
9: Einlass
10: Hohlraum
11: Innenraum
12: Schaftinnenraum
13: Lagerabschnitt
14: Führungshülse
15: Führungsabschnitt
16: Vorsprung
17: Zwischenring
18: Zuführöffnung
19: Axialspalt
20: Austrittsöffnung
21: Wandung
22: ruhende Lagerfläche
23: drehende Lagerfläche
24: Schaftlöcher
25: Hülsenkonus

E1: Erzeugende des Hülsenkonus
E2: Erzeugende der drehenden Fläche
E3: Erzeugende des Zwischenrings
E4: Erzeugende der ruhenden Fläche
D: Drehachse
A: axiale Richtung
R: radiale Richtung
V: Versatz
W1: Winkel der ruhenden Fläche
W2: Winkel von E2
W3: Winkel der drehenden Fläche
W4: Winkel von E4

Claims

Rotierender Reiniger (1) mit einem Gehäuse (2), welches einen Hohlraum (10) und einen mit einer Fluidzuleitung verbindbaren Einlass (9) besitzt, mit einem sich abschnittsweise in den Hohlraum (10) erstreckenden Schaft (5), mit einem Sprühkörper (3), welcher drehfest mit dem Schaft (5) verbunden ist und einen Auslass (8) umfasst, und mit einem Gleitlager zur drehbaren Unterstützung des Schafts (5) im Gehäuse (2), das Gleitlager eine drehende Lagerfläche (23), eine ruhende Lagerfläche (22) und einen Lagerspalt aufweisend, wobei die drehende Lagerfläche (23) und die ruhenden Lagerfläche (22) jeweils als zusammenhängende Fläche zur Unterstützung des Schafts (5) in radialer und axialer Richtung geformt sind, dadurch gekennzeichnet dass, die drehende Lagerfläche (23) und die ruhende Lagerfläche (22) konisch geformt sind.
Rotierender Reiniger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugenden (E2, E4) der konischen Lagerflächen (22, 23) einen Winkel (W2, W4) zwischen 40 Grad und 45 Grad mit einer Drehachse (D) bilden.
Rotierender Reiniger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (5) eine Zuführöffnung (18) aufweist, um Lagerfluid in den Lagerspalt des Gleitlagers einzulassen.
Rotierender Reiniger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum (10) eine Führungshülse (14) vorgesehen ist, die in gleitendem Kontakt mit Schaft (5) steht und dessen Spiel in einer axialer Richtung begrenzt.
Rotierender Reiniger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine Auslassöffnung (20) aufweist, welche eine Fluidverbindung zwischen dem Lagerspalt und einer Umgebung des rotierenden Reinigers (1) herstellt.
Rotierender Reiniger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen ruhender Lagerfläche (22) und drehender Lagerfläche (23) ein Zwischenring (17) angeordnet ist.
Rotierender Reiniger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühkörper (3) lösbar am Schaft (5) befestigt ist.
Rotierender Reiniger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprühkörper (3) einen Auslass aufweist, deren Gestaltung den Sprühkörper (3) durch austretendes Fluid in Drehung versetzt.
Rotierender Reiniger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einen Schlitz (8) aufweist, der sich längs einer axialer Richtung (A) erstreckt und eine Wandung (21) des Sprühkörpers (3) gegen eine radiale Richtung (R) gekippt durchsetzt.