EP3321079A1

EP3321079A1 - Schneckenfilterpresse zur filtrierung und/oder aufkonzentrierung eines fluiden, feststoffbeladenen suspensionsstroms und verfahren zur filtrierung und/oder aufkonzentrierung

Info

Publication number: EP3321079A1
Application number: EP17001792.5A
Authority: EP
Inventors: Thomas Bruckner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2037-11-02
Also published as: EP3321079B1; DE102016013059A1

Abstract

Eine Schneckenfilterpresse (10) zur Filtrierung und/oder Aufkonzentrierung eines fluiden, feststoffbeladenen Suspensionsstroms (S) mit einem Motor (M), der eine Motorwelle (50) antreibt, welche über eine Kupplung (51) eine Antriebswelle (52) antreibt, die drehbar gelagert vorhanden ist, am Motor (M) dichtend ein Gehäuse (40), mit einem Kopfbereich (K) und einen Fußbereich (F), angeschlossen ist, innerhalb des Gehäuses (40) eine Rotationsschnecke (20) vorhanden ist, die eine Walze (21) und mindestens einen seitlich angeschlossenen Abstreifkörper (23) aufweist, ein Filterelement (22), vorhanden ist, die Rotationsschnecke (20) und das Filterelement (22) eine Spaltzone (25) ausbilden, an das Filterelement (22) außenseitig eine Abscheidekammer (24) angrenzt, an das Gehäuse (40) im Fußbereich (F) ein Zulauf (33) für den Suspensionsstrom (S) angeschlossen ist, ein Permeatstromablauf (31) angeschlossen ist, an das Gehäuse (40) im Kopfbereich (K) ein Retentatstromablauf (32) angeschlossen ist gekennzeichnet dadurch, dass die Walze (21) außenseitig/die Innenseite des Filterelements (22) entlang ihrer Längsachse/Symmetrieachse in Richtung des Kopfbereichs (K) zumindest bereichsweise, insbesondere konisch, aufweitend geformt ist, d.h. einen ansteigenden Außendurchmesser/Innendurchmesser aufweist, die Antriebswelle (52) und die Rotationsschnecke (20), entlang einer zur Rotationsachse (W) koaxialen Verschieberichtung (V), längsverschieblich gelagert vorhanden sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneckenfilterpresse zur Filtrierung und/oder Aufkonzentrierung eines fluiden, feststoffbeladenen Suspensionsstroms mit einem Motor, der eine Motorwelle antreibt, welche über eine Kupplung eine Antriebswelle antreibt, die Antriebswelle um eine Rotationsachse, die koaxial zur Mittelachse der Antriebswelle verläuft, drehbar gelagert vorhanden ist, am Motor dichtend ein Gehäuse, mit einem Kopfbereich und einen Fußbereich, angeschlossen ist, innerhalb des Gehäuses eine von der Antriebswelle angetriebene Rotationsschnecke vorhanden ist, die eine Walze und mindestens einen seitlich angeformten/angeschlossenen Abstreifkörper aufweist, ein Filterelement, welches an der Innenseite des Gehäuses angeschlossen ist und zumindest bereichsweise die Rotationsschnecke umhüllt, vorhanden ist, die Rotationsschnecke und das Filterelement eine Spaltzone ausbilden, die zumindest bereichsweise eine Filtrierzone, das heißt eine Zone mit einer filtrierenden Wirkung, aufweist, an das Filterelement außenseitig, also an der von der Rotationsachse abgewandten Seite, eine Abscheidekammer angrenzt, an das Gehäuse im Fußbereich ein Zulauf für den Suspensionsstrom angeschlossen ist und der Zulauf mit einem Überdruck beaufschlagbar ist, im Bereich des Filterelements am Gehäuse ein Permeatstromablauf angeschlossen ist, der mit einem Unterdruck beaufschlagbar ist, an das Gehäuse im Kopfbereich ein Retentatstromablauf angeschlossen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Filtrierung und/oder Aufkonzentrierung eines fluiden, feststoffbeladenen Suspensionsstroms, wobei der Suspensionsstrom über den mit einem Überdruck beaufschlagten Zulauf in die Spaltzone geführt wird und diese durchtritt, dabei in der Filtrierzone, ein Permeatstrom abfiltriert wird, dieser weiterhin die Abscheidekammer durchtritt und über den Permeatstromablauf austritt oder mittels eines anliegenden Unterdruck abgezogen wird, ein Retentatstrom die Spaltzone kopfseitig verlässt und am Retentatstromablauf austritt oder abgezogen wird, der Suspensionsstrom beim Durchtreten der Spaltzone durch die rotierende Rotationsschnecke beaufschlagt wird, unter Einsatz einer obigen Schneckenfilterpresse.

STAND DER TECHNIK

Schneckenfilterpressen werden bei kontinuierlichen Trennprozessen von Suspensionen, also feststoffbeladenen Fluiden, eingesetzt. Hierbei wird ein Suspensionsstrom in eine Filtrierzone geführt und dort in zwei Fraktionen, eine aus hauptsächlich flüssigen Bestandteilen bestehende Fraktion (Permeat) und eine Fraktion mit höherem Feststoffanteil (Retentat) aufgespaltet. Prozesse mit Schneckenfilterpressen werden aufgrund ihrer hohen Trennleistung in vielen technischen Bereichen eingesetzt, beispielsweise der Lebensmittelindustrie, der Biotechnologie, Chemieindustrie, Abfallwirtschaft, Umwelttechnologie oder verwandten Branchen. Insbesondere bei der Entsaftung beziehungsweise Aufkonzentrierung von Frucht- oder Gemüsemusen hat sich der Einsatz von Schneckenfilterpressen etabliert.
Schneckenfilterpressen arbeiten nach dem Prinzip der Cross-Flow-Filtration, das heißt einer Filtrierung bei der der zu separierende Suspensionsstrom entlang einer flüssigkeitsdurchlässigen Membran, eines Filters oder eines Siebs zwangsgeführt wird und sich die durchlässigen Bestandteile, also im wesentlichen das Fluid und kleinere Partikel die die Poren, Löcher oder Sieböffnungen passieren können abgespalten werden und oberhalb der Membran die Fraktionen der größeren Partikel in Kuchenform mit einer gewissen Restfeuchte zurück bleiben. Durch den Einsatz einer rotierenden Rotationsschnecke, die über mindestens einen Abstreifköper am Filterelement anliegt, beziehungsweise einen definierten Abstand zwischen Abstreifkörper und Filterelement besitzt wird der Filtrierprozess begünstigt, indem die an der Walze angebrachte Abstreifkörper die Suspension gegen die Oberfläche des Filterelement führen und so die Filtrierungswirkung erhöht wird. Es liegt somit ein abreinigender Effekt vor, da sich die Filterlöcher zusetzen und zyklisch, beim Vorbeistreifen eines Abstreifkörpers, wieder freigespült werden. Durch eine Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsschnecke kann dieser Effekt verstärkt oder abgeschwächt werden. Durch den Einsatz einer elastischen Lippe, die am Abstreifkörper angeschlossen ist und am Filterelement anliegt und dessen Oberfläche überstreift lässt sich die Permeatausbeute weiter steigern. Zudem hat ein wendelförmiger Abstreifkörper eine fluidfördernde Wirkung, sodass auch zähfließende, stark eingedickte Suspensionen auch gegen ein Höhengefälle gefördert werden können. Die Beaufschlagung des Suspensionsstroms durch die Rotationsschnecke führt zu einer permanenten Fluidumwälzung in der Filtrierzone, sodass eine Kuchenbildung am Filterelement unterbunden wird. Insbesondere bei langkettigen Wertstoffen, beispielsweise Betakarotin, deren Übergang in den Permeatstrom einen intensiven Kontakt mit dem Filterelement voraussetzten, kann die Ausbeute gegenüber einer klassischen Cross-Flow-Filtrierung, mit Kuchenbildung, gesteigert werden.
Ist an die Filterzone weiterhin in Strömungsrichtung eine Aufsteigzone, die im Wesentlichen als Durchtrittsfläche einen Ringspalt besitzt und keine Flüssigkeitsabspaltung radial nach außen erfolgt, angeschlossen bringt diese den Vorteil mit sich, dass das Druckniveau im Strömungsraum erhöht wird und gleichzeitig die Filterzone luftdicht gegenüber dem Auslass abgedichtet werden kann. Das Trennergebnis wird zudem von der Beschaffenheit des Filtermaterials, insbesondere durch die Größe der Poren, Löcher oder Siebmaschen bestimmt. Eine weitere wichtige Eigenschaft des Filtermaterials ist die Robustheit und die Beständigkeit gegenüber hohen Prozessdrücken und der Beaufschlagung durch die Abstreifkörper der Rotationsschnecke. Werden geschweißte Filterelemente aus Blech eingesetzt stellt die Schweißnaht eine mechanische Schwachstelle dar, die bei höheren Belastungen oft versagt und zur Undichtigkeit neigt. Zur Erhöhung der Permeatausbeute (Saftausbeute) ist an den Retentatstromablauf ein Unterdruck anlegbar, sodass der Flüssigkeitsübergang in der Filtrierzone weiter gesteigert werden kann. Zur weiteren Steigerung der Permeatausbeute ist ein zirkulierendes Prozessführungskonzept, mit einer Kreislaufführung oder einer Hintereinanderschaltung mehrerer Schneckenfilterpressen zu wählen. Bei Letzterer ist durch den Einsatz verschiedener Filterelemente mit verschiedenen zunehmenden Filterfeinheiten eine Fraktionierung in verschiedene Partikelgrößenfraktionen möglich. So können beispielsweise Protein-Mischungen im Mikrometer-Bereich in verschiedengroße Fraktionen aufgeteilt werden.
Der Filtrierungsprozess unter Einsatz einer derartigen Filterpresse stellt sich beispielsweise wie folgt dar:

Eine Förderpumpe steht mit dem Zulauf in Strömungsverbindung und erzeugt den notwendigen Überdruck um den Suspensionsstrom durch die Anlage zu fördern. Der Suspensionsstrom durchströmt die Filtrierzone, wobei der Permeatstrom abfiltriert wird und in eine Abscheidekammer geführt wird. Parallel wird der Suspensionsstrom durch die rotierende Rotationsschnecke beaufschlagt, die auf den Fluidstrom einwirkt und auf diesen eine fördernde Wirkung besitzt und gleichzeitig durch das Anliegen und Abstreifen zu einer Reinigung des Filterelements führt. Über einen Permeatstromablauf, an welchem (wenn erforderlich) ein Unterdruck anliegt wird das Permeat abgezogen und einem Speicher zugeführt. Der gefilterte Suspensionsstrom durchtritt weiterhin eine Aufsteigzone, tritt an einem Retentatstromablauf aus und wird einem zweiten Speicher zugeführt.

Bei Prozessen mit heißen Fluidströmen, beispielsweise beim Sterilisieren der Schneckenfilterpresse mit überhitztem Nassdampf oder bei Hochtemperaturprozessen, treten hohe thermische Spannungen in den Bauteilen der teilweise verschweißten Schneckenfilterpresse auf. Besonders betroffen sind hierbei die Kontaktstellen zwischen Gehäuse und Filterelement. Insbesondere bei häufigen Temperaturlastwechseln führen die auftretenden thermischen Spannungen dazu, dass die Dichtheit der Schneckenfilterpresse im Dauerbetrieb nicht immer gewährleistet werden kann und kritische Bereiche stellenweise fluiddurchlässig werden.
Die hohe mechanische Belastung im Dauerbetrieb, die auf die Oberfläche der Rotationsschnecke einwirkt, insbesondere verursacht durch hohe Anpressdrücke oder durch Fremdkörper wie Steine, Fruchtkerne, Äste, Metallteile oder dergleichen führt zu einem erheblichen Verschleiß der Abstreifkörper. Beim Vorliegen einer zylinderförmigen Walze der Rotationsschnecke und einem zylindrischen Filterelements sowie einer festen, gleichbleibenden Einbaulage beider Bauteile zueinander kann als Folge des Verschleißes der Rotationsschnecke und des daraus resultierenden geringer werdenden Anpressdrucks oder Abstandes der Abstreifkörper bezüglich des Filterelemensts eine gleichbleibende Filtrierwirkung nicht aufrecht erhalten werden und bringt somit einen hohen Wartungsaufwand für die Schneckenfilterpresse mit sich.
Die Filterschnecke der eingangs beschriebenen Art kann einerseits dazu eingesetzt werden, eine Flüssigkeit aus einer Suspension abzutrennen, wobei die Flüssigkeit das Produkt darstellt, sodass ein Filtrierungsprozess vorliegt oder andererseits dazu eingesetzt werden einer bereits konzentrierten Suspension weiter Flüssigkeit zu entziehen und diese weiter einzudicken, wobei das feststoffbeladene Gut das Produkt darstellt, sodass ein Aufkonzentrierungsprozess oder ein Eindickungsprozess vorliegt.
Durch das Einbringen von Spühlgas, welches bei Beaufschlagung durch einen Unterdruck leicht flüchtig wird und beispielsweise über die Rotationsschnecke oder den Suspensionsstrom in den Prozess gleitet wird, kann die Permeatausbeute weiter gesteigert werden.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem beziehungsweise die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenfilterpresse der eingangs genannten Art anzugeben, die wirtschaftlich hergestellt werden kann, eine dauerhaft zuverlässige Funktionsweise gewährleistet, eine dauerhafte Dichtheit auch bei erschwerten Prozessbedingungen, wie hohe Prozesstemperaturen, gewährleistet, die verschleißarm arbeitet, sodass lange wartungsfreie Zeitintervalle ermöglicht werden, die wartungsfreundlich ausgebildet ist und einfach bedient werden kann. Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin das Problem beziehungsweise die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die vorstehenden beschriebenen Aufgaben einer Schneckenfilterpresse gelöst werden können und optimale Filtrierergebnisse dauerhaft erzielt werden können.
Die erfindungsgemäße Schneckenfilterpresse ist demgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der von dem unabhängigen Anspruch 1 direkt oder indirekt abhängigen Ansprüche 2 bis 14.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist demgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 15 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind durch die von dem unabhängigen Anspruch 15 direkt oder indirekt abhängigen Anspruch 16 gegeben.
Die erfindungsgemäße Schneckenfilterpresse zeichnet sich demgemäß dadurch aus, dass die Walze außenseitig entlang ihrer Längsachse/ Symmetrieachse in Richtung des Kopfbereichs zumindest bereichsweise, insbesondere konisch, aufweitend geformt ist, d.h. einen ansteigenden Außendurchmesser aufweist, die-Innenseite des Filterelements entlang seiner Längsachse/Symmetrieachse in Richtung des Kopfbereichs zumindest bereichsweise, insbesondere konisch, aufweitend geformt ist, d.h. einen ansteigenden Innendurchmesser aufweist, die Antriebswelle und die Rotationsschnecke, entlang einer zur Rotationsachse koaxialen Verschieberichtung, längsverschieblich gelagert vorhanden sind, die Beweglichkeit der Antriebswelle in Verschieberichtung gegenüber zumindestens einer ihrer Endbereiche durch einen Anschlag begrenzt wird.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, die einen dauerhaft zuverlässigen Betrieb mit langen Standzeiten gewährleistet, zeichnet sich dadurch aus, dass das Filterelement in seinem dem Fußbereich zugewandten Endbereich fluiddicht am Gehäuse anliegt und in seinem dem Fußbereich zugewandten Endbereich näherungsweise zur Verschieberichtung gleitend gelagert vorhanden ist.
Eine dauerhaft zuverlässige Funktion wird gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schneckenfilterpresse dadurch erzielt, dass die Antriebswelle in ihrem dem Motor zugewandten Endbereich drehfest mit der Kupplung in Wirkverbindung steht und die Antriebswelle gleitend in Verschieberichtung gelagert vorhanden ist, wobei die Kupplung als Gleitlager und Anschlag für die Antriebswelle ausgebildet ist.
Eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung, die eine besonders einfache und wirtschaftliche Herstellung der erfindungsgemäßen Schneckenfilterpresse ermöglicht, zeichnet sich dadurch aus, dass die Umgebung der Kupplung innerhalb des Gehäuses mit dem Zulauf in Strömungsverbindung steht.
Eine besonders wartungsfreundliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneckenfilteranlage zeichnet sich dadurch aus, dass der Motor im Fußbereich an das Gehäuses über eine Dichtung angeschlossen/angeflanscht ist.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung, die eine dauerhaft zuverlässige Funktionalität gewährleistet und lange wartungsfreie Zeitintervalle sicherstellt, zeichnet sich dadurch aus, dass im Kopfbereich des Gehäuses eine Anpresseinheit auf die Antriebswelle und/oder die Rotationsschnecke, insbesondere punktartig, zentrisch, einwirkt und eine Kraftwirkung entlang der Rotationsachse in Richtung des Fußbereichs auf die Antriebswelle und/oder die Rotationsschnecke ausübt.
Eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung, die eine besonders einfache Herstellung und gleichzeitig eine hohe Dichtwirkung der erfindungsgemäßen Schneckenfilterpresse ermöglicht, zeichnet sich dadurch aus, dass die Anpresseinheit ein huberzeugendes Mittel aufweist, das mit dem Gehäuse fest oder lösbarer verbunden vorhanden ist und auf die Antriebswelle und/oder die Rotationsschnecke direkt oder indirekt kräftemäßig einwirkt.
Eine besonders wirtschaftliche Ausgestaltung, die gleichzeitig eine dauerhaft zuverlässige Funktion gewährleistet, zeichnet sich dadurch aus, dass das huberzeugende Mittel mindestens eine elektrischmechanische, pneumatisch-mechanische, hydraulisch-mechanische oder rein mechanischbetätigbare Komponente aufweist.
Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausgestaltung, die einen verschleißarmen Betrieb der erfindungsgemäßen Schneckenfilterpresse gewährleistet, zeichnet sich dadurch aus, dass die Kraftwirkung der Anpresseinheit auf die Antriebswelle und/oder die Rotationsschnecke über einen Zentrierbolzen erfolgt, der stirnseitig und/oder seitlich an der Antriebswelle und/oder der Rotationsschnecke anliegt.
Um ein besonders langes wartungsfreies Zeitintervalle der erfindungsgemäßen Schneckenfilterpresse zu ermöglichen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass eine Steuereinheit vorhanden ist, welche die Anpresseinheit, insbesondere das huberzeugende Mittel, ansteuert und eine Strömungssensorik, insbesondere Drucksensorik, aufweist, welches die Strömungsverhältnisse, insbesondere die Druckverhältnisse, im durchströmten Teil des Gehäuses oder in der an den Zulauf angeschlossenen Leitung zumindest punktuell erfasst und abhängig von diesen die Anpresseinheit entsprechend ansteuert.
Eine besonders robuste Gestaltung der erfindungsgemäßen Schneckenfilterpresse mit der optimale Filtrierergebnisse dauerhaft erzielt werden können zeichnet sich dadurch aus, dass das Filterelement als, insbesondere vollwandiges, Kegelsieb, insbesondere mit einer Wandstärke zwischen 0,5 bis 2,5 mm, ausgebildet ist.
Eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung, die eine besonders einfache und wirtschaftliche Herstellung der erfindungsgemäßen Schneckenfilterpresse bei gleichzeitig hoher Filtrierwirkung ermöglicht, zeichnet sich dadurch aus, dass das Filterelement aus Metall, Kunststoff, Sintermetall oder Keramik oder aus einer Kombination dieser Materialien ausgebildet ist.
Eine besonders wartungsfreundliche Ausgestaltung, die dem Bedienpersonal einen schnellen Zugang zu den verschleißempfindlichen Teilen der Schneckenfilterpresse erlaubt zeichnet sich dadurch aus, dass die Ausrichtung der Rotationsachse bezüglich eines ebenerdigen Untergrundes zwischen der lotrechten Lage und der parallelen Lage liegt, insbesondere in einem Neigungswinkel von 2° bis 50° bezüglich der lotrechten Lage angeordnet ist.
Eine konstruktiv besonders einfache und kostengüstig herstellbare Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneckenfilterpresse zeichnet sich dadurch aus, dass der Abstreifkörper als, Spindel, Schnecke, Bürste, Schaber, Messer, Abstreiflippe oder Abstreifkante ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Filtrierung und/oder Aufkonzentrierung eines fluiden, feststoffbeladenen Suspensionsstroms unter Einsatz der erfindungsgemäßen Schneckenfilterpresse zeichnet sich demgemäß dadurch aus, dass die Querschnittsfläche der Spaltzone entlang der Rotationsachse in Richtung des Kopfbereichs zumindest bereichsweise ansteigt und durch die größer werdende Durchtrittsfläche das in Richtung des Kopfbereichs wandernde Strömungsgut eine Auflockerung und/oder Druckentlastung erfährt.
Um dauerhaft hohe Filtrierergebnisse bei einem gleichzeitig verschleißarmen Betrieb zu gewährleisten zeichnet sich eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindunsgemäßen Verfahrens dadurch aus, dass die Steuereinheit einen definierten lichten Spaltabstand zwischen Walze und Filterelement oder eine definierte Lage zwischen Walze und Filterelement oder ein definiertes Anliegen/Anpressen des Abstreifkörpers am Filterelement dadurch gewährleistet, dass in Abhängigkeit des von der Strömungssensorik, insbesondere Drucksensorik, erfasste Signal, insbesondere Drucksignal, die Anpresseinheit, insbesondere das huberzeugende Mittel, angesteuert und betätigt wird.
Verfahrensmäßig lässt sich eine optimale Funktionalität der Schneckenpresse dahingehend erzielen, dass die Größe des Volumenstroms im Zulauf so eingestellt ist, dass der maximal auftretende Druck in der Zulaufleitung einen Wert im Bereich zwischen 1,0 bis 4,0 bar, insbesondere 3,0 bar, nicht wesentlich übersteigt, wobei die Anpresseinheit, insbesondere das huberzeugende Mittel, so ausgelegt ist, dass deren maximale Kraftentwirkung mindestens in der Größenordnung vom 1,0 bis 2,5-fachen, insbesondere dem 1,5-fachen, von der maximal auftretenden Druckkraft in der Zulaufleitung entspricht.
Die erfindungsgemäße Filteranlage und das erfindungsgemäße Verfahren gewährleisten bezüglich der Filtrierung und/oder Aufkonzentrierung feststoffbeladener Suspensionsströme eine hohe Dichtheit und eine hohe Filtrierwirkung bei einem gleichzeitig wartungsarmen Betrieb, sodass ein breites Anwendungsspektrum beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, Biotechnologie, Chemieindustrie, Umwelttechnologie und dergleichen Branchen erschlossen werden kann. Insbesondere bei der Herstellung von Obst- und Gemüsesäften oder Konzentraten hat sich der Einsatz von Schneckenfilterpressen bewährt.
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

Fig. 1: stark schematisierte Darstellung einer Schneckenfilterpresse mit den relevanten ein- und ausgehenden Stoffströmen,
Fig. 2: schematische Detaildarstellung der Schneckenfilterpresse, mit den ein- und ausgehenden Stoffströmen,
Fig. 3: stark schematisierte Darstellung der Schneckenfilterpresse mit einer Steuereinheit und Signalwegen (gestrichelt eingezeichnet) zu beidseitig am Gehäuse sitzenden Hydraulikzylindern und zu einem in einer Zulaufleitung angebrachten Drucksensor,
Fig.4: Darstellung der Funktionalität der Anpresseinheit bei verschiedenen Betriebszuständen.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

In Fig.1 ist stark schematisiert der Filtrier- und/oder Aufkonzentrierungsprozesses mit einer Schneckenfilterpresse 10, die, eine um eine Drehachse W drehbar gelagerte Rotationsschnecke 20 und ein diese ummantelndes Filterelement 22 aufweist, dargestellt. Die Schneckenfilterpresse 10 trennt dabei den in das Gehäuse eintretenden Suspensionsstrom S in einen Permeatstrom P, welcher das Filterelement 22 durchtritt, und einen Retentatstrom R auf.
In Fig. 2 ist selbige Schneckenfilterpresse 10 in einer detaillierteren Darstellung gezeigt. Ein Motor M ist auf einem ebenerdigen Untergrund (Boden) sitzend vorhanden. Am Motor M ist eine Motorwelle 50 angeschlossen, die über eine Kupplung 51 eine Antriebswelle 52, die um eine Drehachse W drehbar gelagert vorhanden ist, antreibt. Die Drehachse W zeigt dabei in Richtung der Lotrechten bezüglich des ebenerdigen Bodens. Die Kupplung 51 ist als Klauenkupplung ausgebildet und verbindet die Antriebswelle 52 drehsicher mit der Motorwelle 50. Die Antriebswelle 52 ist gegenüber der Motorwelle 50 in Verschieberichtung V verschieblich angeordnet, wobei die Motorwelle 50 lediglich drehbar vorhanden ist und die Kupplung 51 als zweiteilige Gleitlagerung ausgebildet ist und den Verschiebeweg der Antriebswelle 52 in Verschieberichtung V in Richtung des Motors M begrenzt und als Anschlag fungiert. Am Motor M ist oberseitig eine Dichtung 53 angeflanscht, die beispielsweise als Gleitringdichtung ausgebildet ist. An die Dichtung 53 ist ein Gehäuse 40 mit einem Kopfbereich K und einem Fußbereich F angeflanscht.
Im Fußbereich F des Gehäuses ist ein Zulauf 33, der mit einem Überdruck Ü beaufschlagbar ist, am Gehäuse 40 angeschlossen. Über diesen tritt ein Suspensionsstrom S in das Gehäuse 40 ein. Die im Gehäuse 40 liegende Kupplung 51 liegt innerhalb des durchströmten Raums und wird vom Suspensionsstrom S überströmt. An das Gehäuse 40 ist ein Filterelement 22 angeschlossen. Im Kopfbereich K ist das Filterelement 22 lösbar am Gehäuse 40 angeschlossen.
Im Fußbereich F liegt das Filterelement 22 dichtend am Gehäuse 40 innenseitig, insbesondere an einer auskragenden Flanschverbindung 41 des Gehäuses 40, an. Im Ausführungsbeispiel ist am Gehäuse 40 innenseitig eine Dichtungseinheit 42 zwischen dem Gehäuse 40, insbesondere der Flanschverbindung 41 des Gehäuses 40, und dem Filterelement 22 vorhanden. Die Dichtungseinheit 42 weist im Ausführungsbeispiel zwei an der Außenseite des Filterelements 22 umlaufende Dichtungsringe auf. Das Filterelement 22 ist gegenüber dem Gehäuse 40, insbesondere der Flanschverbindung 41 des Gehäuses 40, innenseitig gleitend gelagert vorhanden, sodass eine Relativbewegung in Verschieberichtung V zwischen dem Filterelement 22 und dem Gehäuse 40 möglich ist. Wird die Rotationsschnecke 20 mittels des huberzeugenden Mittels 61 gegen das Filterelement 22 gepresst, so kann dieses auf Grund seiner unterseitig gleitenden Lagerung eine Ausgleichsbewegung in Verschieberichtung V in Richtung des Fußbereichs F ausführen. Die gleitende Lagerung verhindert, dass sich, beim Auftreten hohen Prozesstemperaturen, Spannungen zwischen dem Gehäuse 40 und dem Filterelement 22 aufbauen und fungiert somit als ein Kompensator, der zwischen dem Filterelement 22 und dem Gehäuse 40, insbesondere der Flanschverbindung 41 des Gehäuses 40, wirkt.
Das Filterelement 22 ist als ungeschweißtes, konisches Kegelsieb aus Vollmaterial ausgebildet, die Wandstärke beträgt bevorzugt bis 1,5 mm. Größere Wandstärken sind auch möglich. Das Filterelement 22 kann auch als geschweißtes Blechelement ausgebildet sein. Das Filterelement 22 ist im Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch ausgebildet. In der dem Fußbereich F zugewandten Seite weist das Filterelement 22 eine Perforierung auf, im dem Kopfbereich K zugewandten Seite ist das Filterelement 22 fluiddicht ausgebildet.
Das Filterelement 22 und das außenseitig liegende Gehäuse 40 begrenzen eine Abscheidekammer 24. Diese sitzt umfänglich am Filterelement 22, wobei die Symmetrieachsen beider Bauteile koaxial zur Rotationsachse W angeordnet sind. An die Abscheidekammer 24 ist zur Rotationsachse W angeordnet sind. An die Abscheidekammer 24 ist außenseitig ein Permeatstromablauf 31 angeschlossen, welcher mit einem Unterdruck U beaufschlagbar ist.
Eine mit der Antriebswelle 52 drehfest verbundene Rotationsschnecke 20 ist vorhanden. Diese weist eine Walze 21 und einen seitlich angeformten Abstreifkörper 23 auf. Letzterer ist im Ausführungsbeispiel als Wendel ausgebildet.
Die Walze 21 ist rotationssysmmetrisch ausgebildet und weist eine konische zum Kopfbereich K zunehmende Form auf. Zwischen der Walze 21 und dem Filterelement 22 liegt eine Spaltzone 25 mit einem lichten Spaltabstand 26, der im Wesentlichen der zur Oberfläche der Walze 21 lotrechten Höhe des Abstreifkörpers entspricht. Dabei sind die Oberfläche der Walze 21 und das Filterelement 22 parallel angeordnet. Die Spaltzone 25 untergliedert sich in eine fußseitige Filterzone 30 mit einer filtrierenden Wirkung und eine kopfseitige Aufsteigzone 27 ohne eine filtrierende Wirkung. Im Kopfbereich K wird die Rotationsschnecke 20 durch einen Zentrierbolzen 62, der zentrisch die Antriebswelle 52 oberseitig in Richtung der Rotationsachse W ausrichtet, gehalten. In beiden ihrer stirnseitigen Endbereiche ist die Rotationsschnecke 20 direkt mit dem durchströmten Raum in Kontakt. Die Walze 21 steht also in ihrer oberen und unteren Stirnseite frei in den inneren Gehäuseraum hinein. Als Auslass für den Fluidstrom ist im Kopfbereich K des Gehäuses 40 ein Retentatstromablauf 32 angeschlossen. Im Kopfbereich K ist am Gehäuse 60 eine Anpresseinheit 60 vorhanden. Diese weist zwei huberzeugende Mittel 61, die im Ausführungsbeispiel als Anpresszylinder ausgebildet sind, auf und die fest mit dem Gehäuse 40 in Wirkverbindung stehen. Durch das Betätigen des huberzeugenden Mittels 61 wird der Zentrierbolzen 62 in Verschieberichtung V dem Fußbereich F entgegen gegen die Antriebswelle 52 gepresst. Der Zentrierbolzen 62 sitzt dabei innerhalb des Gehäuses 40 in einer Kammer 63, die innerhalb des Gehäuses 40 fluiddicht vorhanden ist.
Die Kammer 63 wird von einer Maischeabdichtung 43 gegenüber dem Rest des Gehäuses 40 abgedichtet.
Im Fußbereich F des Gehäuses 40 tritt im Betrieb ein Suspensionsstrom S überdruckseitig über den Zulauf 33, an dem ein Überdruck Ü anliegt, in das Gehäuse 40 und weiter in die Spaltzone 35 ein. Ein Permenatstrom P löst sich in der Filterzone 30 vom Suspensionsstrom S ab und tritt seitlich über einen am Gehäuse 40 anliegenden Unterdruck U über eine Kammer 63 und den Permeatstromablauf 31 abgezogen. Der Suspensionsstrom S strömt weiter in Richtung des Kopfbereichs K des Gehäuses 40, wobei er die Aufsteigzone 27 durchtritt. In dieser weist das Filterelement 22 keine Perforierung auf, sodass in diesem Bereich keine seitliche Fluidstromabfluss erfolgt, wodurch der aufsteigende Retentatstrom R die Filterzone 30 gegenüber dem Kopfbereich K des Gehäuses 40 abdichtet. Im Kopfbereich K des Gehäuses 40 wird die stirnseitig zentrisch gelagerte Rotationsschnecke 20 vom Retentatstrom R überströmt. Der Retentatstrom R verlässt das Gehäuse 40 über ein Retentatstromablauf 32 auf der rechten Seite des Gehäuses 40. Durch das Aufweiten der durchströmten Querschnittsfläche zwischen dem Fußbereich F und Kopfbereich K, bedingt durch die Konizität der Rotationsschnecke 20 und des Filterelements 22, werden neue Kappilarwege innerhalb des Strömungsgutes geschaffen, dadurch, dass der sich in der Filtrierzone 30 bildende Filterkuchen aufgelockert wird und aufbricht. Dies hat den Effekt, das die Permeatausbeute weiter gesteigert werden kann.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform wäre es auch denkbar, auf die Aufsteigzone 27 zu verzichten, und deren abdichtende Wirkung dadurch zu gewährleisten, dass ein geschlossenes Fördersystem mit einer separaten Pumpe oder Schleuse am Retentatstromablauf 32 angeschlossen ist.
In Fig. 3 ist die Schneckenfilterpresse 10 mit einer Steuereinheit 64 und gestrichelt eingezeichneten Signalwegen, die zu beidseitig am Gehäuse 40 sitzenden huberzeugenden Mitteln 61, ausgebildet als Hydraulikzylindern, und zu einem im Zulauf 33 vorhandener Strömungssensor D, ausgebildet als Drucksensors, führen dargestellt.
In Fig. 4 ist die Lage der Rotationsschnecke 20 bezüglich des Filterelements 22 bei verschiedenen Betriebszuständen dargestellt, wobei eine Steuereinheit 64 vorhanden ist, die die Anpresseinheit 60 ansteuert und so in das Kräfteverhältnis zwischen der von der Anpresseinheit 60 erzeugten zum Fußbereich F gerichteten Hubkraft H, der Schwerkraft der Rotationsschnecke 20 und den zum Kopfbereich K gerichteten resultierenden Strömungskräfte eingreift, dass sich ein definierter lichter Spaltabstand 26 zwischen Walze 21 und Filterelement 22 oder eine definierte Lage zwischen Walze 21 und Filterelement 22 oder ein definiertes Anliegen/Anpressen des Abstreifkörpers 23 am Filterelement 22 eingestellt.
Linksseitig ist in Fig. 4 ein Betriebspunkt ohne eine Fluiddurchströmung dargestellt, wobei der Abstreifkörper 23 auf Grund des Schwerkafteinflusses pressend am Filterelement 22 anliegt (Anpresseinheit 60 nicht eingezeichnet). Mittig ist der Betriebspunkt im durchströmten Zustand dargestellt, die (nicht eingezeichnet) Anpress einheit 60 ist dabei inaktiv. Die aufwärtsgerichteten Strömungskräfte (zum Kopfbereich K gerichtete Pfeile) schieben die Rotationsschnecke 20 in Verschieberichtung V entgegen des Schwerkrafteinflusses in Richtung des Kopfbereichs K, sodass sich der lichte Spaltabstand 26 aufweitet und die beiden verschiebbaren Teile der Kupplung 51 in Verschieberichtung V in Richtung des Kopfbereichs K auseinander gleiten.
Rechtsseitig ist in Fig. 4 der vorherige Betriebspunkt dargestellt, mit dem Unterschied, dass die Steuereinheit 64 aktiv ist und eine Hubkraft H in Verschieberichtung V in Richtung des Fußbereichs F erzeugt, die den Strömungskräften entgegensteht und in der Größe ist, dass sich ein definierter, gleichbleibender lichten Spaltabstand 26 zwischen Walze 21 und Filterelement 22 oder eine definierte Lage zwischen Walze 21 und Filterelement 22 oder ein definiertes Anliegen/Anpressen des Abstreifkörpers 23 am Filterelement 22 eingestellt. Somit wird durch das Ansteuern des Anpressdrucks die Intensität der Abstreifung auf der Siebfläche definiert eingestellt. Insbesondere bei einem starkem Verschleiß kann die Steuereinheit 64 so programmiert werden, dass sich der lichte Spalt 26 zwischen dem Filterelement 22 und der Walze 21 automatisch nachstellt, sodass höhere Standzeiten erreichbar sind.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform wäre es auch denkbar, dass keine Strömungssensorik D vorhanden ist, sonder stattdessen das Drehmoment der Antriebswelle 52 oder der Motorwelle 50 sensorisch erfasst wird oder der Strombedarf des Motors M erfasst wird und auf Basis dieses Wertes/Signals die Anpresseinheit 60 von der Sensoreinheit 64 entsprechend angesteuert wird.

Claims

Schneckenfilterpresse (10) zur Filtrierung und/oder Aufkonzentrierung eines fluiden, feststoffbeladenen Suspensionsstroms (S) mit
- einem Motor (M), der eine Motorwelle (50) antreibt, welche über eine Kupplung (51) eine Antriebswelle (52) antreibt,

- die Antriebswelle (52) um eine Rotationsachse (W), die koaxial zur Mittelachse der Antriebswelle (52) verläuft, drehbar gelagert vorhanden ist,

- am Motor (M) dichtend ein Gehäuse (40), mit einem Kopfbereich (K) und einen Fußbereich (F), angeschlossen ist,

- innerhalb des Gehäuses (40) eine von der Antriebswelle (52) angetriebene Rotationsschnecke (20) vorhanden ist, die eine Walze (21) und mindestens einen seitlich angeformten/ angeschlossenen Abstreifkörper (23) aufweist,

- ein Filterelement (22), welches an der Innenseite des Gehäuses (40) angeschlossen ist und zumindest bereichsweise die Rotationsschnecke (20) umhüllt, vorhanden ist,

- die Rotationsschnecke (20) und das Filterelement (22) eine Spaltzone (25) ausbilden, die zumindest bereichsweise eine Filtrierzone (30), das heißt eine Zone mit einer filtrierenden Wirkung, aufweist,

- an das Filterelement (22) außenseitig, also an der von der Rotationsachse (W) abgewandten Seite, eine Abscheidekammer (24) angrenzt,

- an das Gehäuse (40) im Fußbereich (F) ein Zulauf (33) für den Suspensionsstrom (S) angeschlossen ist und der Zulauf (33) mit einem Überdruck (Ü) beaufschlagbar ist,

- im Bereich des Filterelements (22) am Gehäuse (40) ein Permeatstromablauf (31) angeschlossen ist, der mit einem Unterdruck (U) beaufschlagbar ist,

- an das Gehäuse (40) im Kopfbereich (K) ein Retentatstromablauf (32) angeschlossen ist

- dadurch gekennzeichnet, dass

- die Walze (21) außenseitig entlang ihrer Längsachse/ Symmetrieachse in Richtung des Kopfbereichs (K) zumindest bereichsweise, insbesondere konisch, aufweitend geformt ist, d.h. einen ansteigenden Außendurchmesser aufweist,

- die Innenseite des Filterelements (22) entlang seiner Längsachse/Symmetrieachse in Richtung des Kopfbereichs (K) zumindest bereichsweise, insbesondere konisch, aufweitend geformt ist, d.h. einen ansteigenden Innendurchmesser aufweist,

- die Antriebswelle (52) und die Rotationsschnecke (20), entlang einer zur Rotationsachse (W) koaxialen Verschieberichtung (V), längsverschieblich gelagert vorhanden sind,

- die Beweglichkeit der Antriebswelle (52) in Verschieberichtung (V) gegenüber zumindestens einer ihrer Endbereiche durch einen Anschlag begrenzt wird.
Schneckenfilterpresse nach Anspruch 1,
- dadurch gekennzeichnet, dass

- das Filterelement (22) in seinem dem Fußbereich (F) zugewandten Endbereich fluiddicht am Gehäuse (40) anliegt und

- in seinem dem Fußbereich (F) zugewandten Endbereich parallel zur Verschieberichtung (V) gleitend gelagert vorhanden ist.
Schneckenfilterpresse nach Anspruch 1 oder 2,
- dadurch gekennzeichnet, dass

- die Antriebswelle (52) in ihrem dem Motor (M) zugewandten Endbereich drehfest mit der Kupplung (51) in Wirkverbindung steht und

- die Antriebswelle (52) gleitend in Verschieberichtung (V) gelagert vorhanden ist, wobei die Kupplung (51) als Gleitlager und Anschlag für die Antriebswelle (52) ausgebildet ist.
Schneckenfilterpresse nach Anspruch 1 bis 3,
- dadurch gekennzeichnet, dass

- die Umgebung der Kupplung (51) innerhalb des Gehäuses (40) mit dem Zulauf (33) in Strömungsverbindung steht.
Schneckenfilterpresse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche
- dadurch gekennzeichnet, dass

- der Motor (M) im Fußbereich (F) an das Gehäuses (40) über eine Dichtung (53) angeschlossen/angeflanscht ist.
Schneckenfilterpresse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche
- dadurch gekennzeichnet, dass

- im Kopfbereich (K) des Gehäuses (40) eine Anpresseinheit (60) auf die Antriebswelle (52) und/oder die Rotationsschnecke (20), insbesondere punktartig, zentrisch, einwirkt und eine Kraftwirkung entlang der Rotationsachse (W) in Richtung des Fußbereichs (F) auf die Antriebswelle (52) und/oder die Rotationsschnecke (20) ausübt.
Schneckenfilterpresse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche
- dadurch gekennzeichnet, dass

- die Anpresseinheit (60) ein huberzeugendes Mittel (61) aufweist, das mit dem Gehäuse (40) fest oder lösbarer verbunden vorhanden ist und auf die Antriebswelle (52) und/oder die Rotationsschnecke (20) direkt oder indirekt kräftemäßig einwirkt.
Schneckenfilterpresse nach Anspruch 7,
- dadurch gekennzeichnet, dass

- das huberzeugende Mittel (61) mindestens eine elektrischmechanische, pneumatisch-mechanische, hydraulisch-mechanische oder rein mechanischbetätigbare Komponente aufweist.
Schneckenfilterpresse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche
- dadurch gekennzeichnet, dass

- die Kraftwirkung der Anpresseinheit (60) auf die Antriebswelle (52) und/oder die Rotationsschnecke (20) über einen Zentrierbolzen (62) erfolgt, der stirnseitig und/oder seitlich an der Antriebswelle und/oder der Rotationsschnecke (20) anliegt.
Schneckenfilterpresse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche
- dadurch gekennzeichnet, dass

- eine Steuereinheit (64) vorhanden ist, welche die Anpresseinheit (60), insbesondere das huberzeugende Mittel (61), ansteuert und eine Strömungssensorik (D), insbesondere Drucksensorik, aufweist, welches die Strömungsverhältnisse, insbesondere die Druckverhältnisse, im durchströmten Teil des Gehäuses (40) oder in der an den Zulauf (33) angeschlossenen Leitung zumindest punktuell erfasst und abhängig von diesen die Anpresseinheit (60) entsprechend ansteuert.
Schneckenfilterpresse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche
- dadurch gekennzeichnet, dass

- das Filterelement (22) als, insbesondere vollwandiges, Kegelsieb, insbesondere mit einer Wandstärke zwischen 0,5 bis 2,5 mm, ausgebildet ist.
Schneckenfilterpresse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche
- dadurch gekennzeichnet, dass

- das Filterelement (22) aus Metall, Kunststoff, Sintermetall oder Keramik oder aus einer Kombination dieser Materialien ausgebildet ist.
Schneckenfilterpresse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche
- dadurch gekennzeichnet, dass

- die Ausrichtung der Rotationsachse (W) bezüglich eines ebenerdigen Untergrundes zwischen der lotrechten Lage und der parallelen Lage liegt, insbesondere in einem Neigungswinkel von 2° bis 50° bezüglich der lotrechten Lage angeordnet ist.
Schneckenfilterpresse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche
- dadurch gekennzeichnet, dass

- der Abstreifkörper (23) als, Spindel, Schnecke, Bürste, Schaber, Messer, Abstreiflippe oder Abstreifkante ausgebildet ist.
Verfahren zur Filtrierung und/oder Aufkonzentrierung eines fluiden, feststoffbeladenen Suspensionsstroms (S) unter Einsatz einer Schneckenfilterpresse (10) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei
- der Suspensionsstrom (S) über den mit einem Überdruck (Ü) beaufschlagten Zulauf (33) in die Spaltzone (25) geführt wird und diese durchtritt,

- dabei in der Filtrierzone (30), ein Permeatstrom (P) abfiltriert wird,

- dieser weiterhin die Abscheidekammer (24) durchtritt und über den Permeatstromablauf (31) austritt oder mittels eines anliegenden Unterdruck (U) abgezogen wird,

- ein Retentatstrom (R) die Spaltzone (25) kopfseitig verlässt und am Retentatstromablauf (32) austritt oder abgezogen wird,

- der Suspensionsstrom (S) beim Durchtreten der Spaltzone (25) durch die rotierende Rotationsschnecke (20) beaufschlagt wird,

- dadurch gekennzeichnet, dass

- die Querschnittsfläche der Spaltzone (25) entlang der Rotationsachse (W) in Richtung des Kopfbereichs (K) zumindest bereichsweise ansteigt und durch die größer werdende Durchtrittsfläche das in Richtung des Kopfbereichs (K) wandernde Strömungsgut eine Auflockerung und/oder Druckentlastung erfährt.
Verfahren zur Filtrierung und/oder Aufkonzentrierung eines fluiden, feststoffbeladenen Suspensionsstroms (S) nach Anspruch 15,
- dadurch gekennzeichnet, dass

- die Steuereinheit (64) einen definierten lichten Spaltabstand (26) zwischen Walze (21) und Filterelement (22) oder eine definierte Lage zwischen Walze (21) und Filterelement (22) oder ein definiertes Anliegen/Anpressen des Abstreifkörpers (23) am Filterelement (22) dadurch gewährleistet, dass in Abhängigkeit des von der Strömungssensorik (D), insbesondere Drucksensorik, erfasste Signals, insbesondere Drucksignals, die Anpresseinheit (60), insbesondere das huberzeugende Mittel (61), angesteuert und betätigt wird.