WO2000072974A1 - Zentrifuge - Google Patents

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WO2000072974A1
WO2000072974A1 PCT/CH2000/000198 CH0000198W WO0072974A1 WO 2000072974 A1 WO2000072974 A1 WO 2000072974A1 CH 0000198 W CH0000198 W CH 0000198W WO 0072974 A1 WO0072974 A1 WO 0072974A1
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WO
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drum
helix
centrifuge according
flank
axial
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PCT/CH2000/000198
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Stahl
Harald Reinach
Original Assignee
Ferrum Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ferrum Ag filed Critical Ferrum Ag
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Priority to US09/979,478 priority patent/US6547972B1/en
Priority to JP2000621076A priority patent/JP4365043B2/ja
Priority to EP00912324A priority patent/EP1181103B1/de
Priority to DE50005694T priority patent/DE50005694D1/de
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B3/00Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering
    • B04B3/04Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B3/00Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering
    • B04B3/02Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering discharging solid particles from the bowl by means coaxial with the bowl axis and moving to and fro, i.e. push-type centrifuges

Definitions

  • the invention relates to a centrifuge with a rotating drum and with an ejection element which rotates with the drum in order to push a cake of solids deposited on the inside of the drum in the axial direction of the drum.
  • the filter cake of a sedimentation or filtration centrifuge can be a mayonnaise-like, a theological pasteuse or a mass in the form of a saturated or unsaturated heap with a Mohr rupture limit curve.
  • inverting filter centrifuge from Heinkel GmbH, D-74303 Bietigheim-Bissingen, Germany, in which batch filling, washing, dry spinning and emptying are possible in one stroke over the entire drum length.
  • Movable cloth is used as the inverting filter, which poses a not inconsiderable risk of cloth rubbing getting into the product.
  • a quasi-continuous double-thrust centrifuge is shown in the patent specification EP 0 635 309, in which an intermittent thrust floor is arranged in a sieve drum and reciprocally moves a ring made of solid material in its "wake" axially outwards by a stroke length.
  • a disadvantage of the pusher centrifuge is that the maximum thrust pressure that occurs via a saturated pile is greatest when the filter cake is freshly placed on the pusher floor.
  • the object of the present invention is to show centrifuges which can be adapted to different products and which allow different operating modes. This object is achieved with the features of independent claim 1, in that the ejection element has an ejection surface in the form of a helical coil, and in that the coil and drum are kinematically connected such that a reference point on the circumference of the coil relative to the drum rotates in the form of a sawtooth line executes, with a slope of a first flank of the saw teeth approximately corresponding to the pitch of the helix, while a second flank of the saw teeth corresponds to an approximately axial ejection movement.
  • This arrangement has the advantage that with a small but repeated stroke in the axial direction, because of the axial expansion of the helix over the entire length of the drum, the solid cake is reliably ejected, largely independent of the product properties.
  • there are structural advantages because only a small stroke is necessary for the ejection movement in the axial direction.
  • Resistors to turn the helix back in their own track This can be exploited by a specific choice of the absolute direction of rotation of the drum and helix with regard to the pitch of the helix so that the guidance of the solid cake is sufficient, for example, for a multi-turn helix with a braking torque with respect to the helix rotation and with an axial tensile force in it Turn back track.
  • Such a device would, for example, only be a hydraulic one Adjusting pistons and a power shift clutch with brake instead of a second drive for the helix are required.
  • the kinematic connection for running back in its own track would then be given by the helix in the solid cake itself.
  • Flank is smaller than that of the helix, there is still a slight ejection movement when passing through the first flank and a digging on the other side of the helix if the solid cake is only locally compliant with small ejection movements.
  • a suspension can first be filled into the center of the drum, which is first centrifuged to dispense liquid, then can be brought into a washing area of the drum by "running backwards on the sawtooth line” and after washing and compacting of the solids to be transported in the discharge direction by "running forward on the sawtooth line” over the filling position.
  • Batch operation also allows overlaid drying such as steam pressure or compressed air dehumidification.
  • Fig. 1 shows a schematic side view of a pusher centrifuge with a
  • Fig. 2 schematically drum and coil in a two-sided storage, the product being fed through a hollow shaft;
  • Fig. 3 schematically drum and coil in an arrangement according to
  • Fig. 1 wherein the coil is divided into several zones in which different products are fed;
  • FIG. 4 schematically shows an arrangement as in FIG. 3, in which the drum is provided with a level adjustment
  • Fig. 5 shows schematically an arrangement according to FIG. 1, in which the coil is provided with sealing washers, which in the drawn Seal the retracted position radially or axially against the drum and release the ejection side during an ejection stroke;
  • FIG. 6 schematically shows an arrangement according to FIG. 1, in which the helix is designed as a two-speed belt screw;
  • FIG. 7 schematically shows an arrangement according to FIG. 1, in which the helix and sieve drum are stepped;
  • FIG. 8 schematically shows an arrangement according to FIG. 1, in which the helix and drum have a conically opening area in the ejection direction;
  • FIG. 9 schematically shows an arrangement according to FIG. 2, in which a cylindrical drum is designed as a sieve towards the ejection side, while the helix is withdrawn radially towards the ejection side;
  • Fig. 10 schematically as a development of a sawtooth line that carries out a point of the helix relative to the drum;
  • Fig. 11 shows schematically a sawtooth line as in Fig. 10, wherein the
  • FIG. 12 schematically shows a sawtooth line as in FIG. 10, which is generated with a constant relative rotation between drum and helix and with an axial piston limited in its stroke;
  • Fig. 13 schematically shows a sawtooth line as in Fig. 10, which is generated with a constant but low relative rotation between the coil and drum and with a slow return stroke and a fast ejection stroke, the slope of the the first flank, ie should coincide approximately with the pitch of the helix during the return stroke;
  • FIG. 14 schematically shows an arrangement according to FIG. 2, in which the helix is designed as a filtering screw;
  • FIG. 16 schematically shows a section through a rotary piston in FIG. 15;
  • Fig. 17 schematically shows a gear arrangement with a viscous
  • FIG. 18 schematically shows a cross section through an arrangement in which a base layer in the filling zone is moved more slowly on average.
  • the figures show a centrifuge with a rotating drum 1 and with an ejection element 2 which rotates with the drum in order to push in the axial direction 4 a cake 3 placed on the inside of the drum 1.
  • the ejection element 2 has a helix 5 which extends over the length of the drum.
  • the helix 5 and drum 1 are kinematically connected such that a reference point A on the circumference of the helix rotates relative to the drum in the form of a sawtooth line 6, 8, with a first flank 7 of the saw teeth 8 with its pitch ⁇ approximately equal to the pitch ⁇ of the helix corresponds, while a second flank 9 of the saw teeth 8 corresponds to an approximately axial ejection movement.
  • the drum 1 shows a pusher centrifuge, the ejection element 2 of which rests in the form of a helix 5 on the inside of a circular cylindrical drum 1.
  • the starting product is introduced into the rotating drum 1 in the form of a suspension via a feed pipe 32 and via the hollow shaft 20 executed ejection element via openings 22 in a filling zone 21 to the drum and centrifuged.
  • the drum has a sieve-shaped outer surface on which the solids content settles into a cake 3.
  • the helix performs a rotational and lifting movement relative to the drum, such that a point A on the circumference of the helix describes a sawtooth line 6 (see FIG. 10).
  • a first flank 7 of a sawtooth 8 is achieved in that the reverse stroke and the rotation relative to the drum are linked to one another in such a way that the helix moves backwards in its own track. Any cake 3 set against the back is cut by the helix 5.
  • the relative rotary movement between the helix 5 and the drum 1 can be interrupted and it can be waited until the cake 3 formed meets the conditions for an ejection stroke in the axial direction.
  • the stroke which the helix 5 carries out in the axial direction need only be a fraction of its total axial length, since it extends to the point where it exits the drum 1 in order to ensure the axial transport of the cake.
  • a short-stroke axial oscillation of the sawtooth movement of the helix can be superimposed, which spreads the cake on several
  • the cake 3 is pushed gradually to the exit of the open drum 1 and with each step a ring piece of the cake is thrown off.
  • a housing 33 intercepts the spun off liquid and the spun off solid parts, which emerge separately from a drain 35 and a discharge opening 36 in two separate zones.
  • Drum 1 and helix 5 are rotatably supported relative to one another in a bearing block 31 and are driven by a main drive motor 28 by means of a belt drive 29.
  • a base plate 30, which is applied to a foundation 34, supports the bearing block 31, the housing 33 and a sawtooth converter 41, which generates the relative sawtooth movement between the helix and the drum.
  • a controller 27 coordinates the operating data of the system and controls the sawtooth converter 41.
  • the speed at which the flanks 7, 9 of a sawtooth are traversed is adjustable.
  • any length of pause in the relative rotation can be inserted at the reversal points for the axial stroke, i.e. Drum and helix rotate at the same speed in order to adapt the timing for the ejection movement according to the second flank 9 of a sawtooth to the most favorable moment in the process.
  • drum 1 and helix 5 are supported on both sides by bearings 37, a shaft stub of the helix being designed as a feed pipe 32.
  • the actual coil 5 is supported on a hollow shaft 20 in order to bring the product through openings 22 into the actual filling zone 21.
  • the inside of the cylindrical drum is additionally coated with a finer sieve 17.
  • the drum 1 is composed of two parts and has centrifugal window 40 on the ejection side, through the solid parts into the housing.
  • the helix itself is designed with two gears.
  • the sieve 17 does not extend over the entire length 13 of the helix 5.
  • two further zones 23, 24 are adjacent, through which further Reagents such as Washing liquids can be introduced via pipes 38, 39.
  • drain openings 15 can be provided on the end face of the drum 1, at which the level for the liquid level in the rotating drum can be set with adjustable covers.
  • the helix 1 is also designed as a hollow shaft 20.
  • the actual coil is sealed on both sides by side walls 14 to the drum 1.
  • a gap on the outlet side through which the solids are thrown off i.e. a point A on the circumference of the helix moves with the cake on the second flank 9 of a sawtooth in the ejection direction and then for closing together with the moving side wall 14 on the first edge 7 of the sawtooth back into a rear starting position.
  • the closing process can also be carried out relatively quickly and a longer dwell time in the rear starting position can be provided until the consistency is large enough for the next small ejection movement.
  • the drum 1 with the side wall 14 on the discharge side also has the advantage that compressed air can be introduced into the drum via a pipe 63 coaxially mounted in the feed pipe 32 to increase the pressure.
  • the helix 5 is designed as a band screw 19 which is fastened to the hollow shaft 20 via supports 42.
  • the helix is double-threaded, ie two slugs are arranged at 180 ° to each other.
  • the ribbon screw generally allows a better distribution of the suspension.
  • the inside of the drum 1 is stepped.
  • the larger diameter is on the discharge side.
  • the helix 5 radially jumps outwards.
  • the rear starting position for ejection on the second flank 9 of a sawtooth is defined in such a way that point A cannot move into the shoulder at the jump in diameter.
  • the filter cake moves over the jump in diameter and is broken open again. It can be advantageous to set the ejection movement 9 so slowly for certain products that a shift occurs at the jump in diameter.
  • the helix is turned back on the first flank 7 of the sawtooth into the original axial starting position while a certain angle of rotation has been traversed tangentially.
  • a cutting edge 43 which cuts backwards into the cake layered at the diameter jump of the drum.
  • the angle of rotation is set by selecting an appropriate axial stroke so that it does not correspond to a whole-number fraction of 360 °, so that with advancing time all areas of the shoulder in the drum 1 are cut free once by this cutting edge.
  • the effect of the cutting edge on the back of the drum is analogous.
  • a conical section 18 adjoins a cylindrical part at the filling zone 21.
  • the ejection of the cake is supported by the centrifugal forces on the cake and by the slope of the cone of the drum 1.
  • the play of a point A in the conical section 18 of the drum 1 increases.
  • the angle of rotation achieved with the retraction is not an integral fraction of 360 °, so that all surfaces in the conical section once to enjoy the little game come at the beginning of the ejection movement and thus no permanent deposits arise.
  • the drum 1 with its outer surface 16 is cylindrical and is supported on both sides with bearings 37 and is composed of two bodies in order to be able to insert the inner parts.
  • the product supply (not shown here) takes place through a hollow stub shaft of the helix 5.
  • Adjustable outflow openings 15 determine the level of the liquid.
  • the lateral surface 16 is designed as a sieve 17 only towards the outlet. The radial height of the helix is reduced in this sieve area with a cone as the enveloping surface. The cake is released through centrifugal window 40 on the exit side.
  • a trench 11 can also be produced with a continuous rotary movement between the helix 5 and the drum 1 if a suitable axial movement is superimposed thereon.
  • a point F shifts to G and creates a trench 11 in its "wake" as long as the cake is only deformed.
  • the axial ejection from G to H occurs suddenly and the cake jumps.
  • the reference point in the track of the helix moves back from H to F '. Approaching the other points G ', H' on the sawtooth line are repetitions.
  • the helix 5 is designed as a double helix with axial holes 56 in order to form a filtering screw 57, which additionally collects axially escaping liquid and outwards through the sieve 17 delivers.
  • the filling zone with openings 22 is arranged opposite to the discharge openings 40 on the discharge side.
  • a rotary piston 58 is combined as a hydraulic rotary drive 25 with a freewheel 59 so that a support of the helix on the filter cake is sufficient to turn the rotary piston after a reverse rotation corresponding to the second flank of a sawtooth to turn back to its original starting position and then to execute an ejection movement in the axial direction with a hydraulic piston 25.
  • the actual target position of the helix with its axis 5a to the axis 1a of the drum is predetermined by a controller (not shown here), while the actual position with respect to the relative rotation between the helix and drum is queried by a sensor 60 and the axial actual position of the helix is queried by a sensor 61.
  • the rotary piston 58 is driven with oil via supply lines 58a, 58b in order to carry out a relative rotary movement to the drum which occurs during the
  • Reverse rotation of the helix is transmitted through the locked freewheel 59 on axis 5a of the helix 5, while the return of the rotary piston 58 to its original position takes place without rotation of the helix by releasing the freewheel 59.
  • the ejection piston 25 is controlled via oil lines 25a, 25b and provides the axial adjustment between the helical axis 5a and the drum axis 1a.
  • the rotary piston 58 has already been turned back into its starting position by the release in the freewheel 59 and is held on a stop 62 by the oil pressure. If the ejection piston 25 is now actuated for a predetermined rapid ejection movement, the helical shaft 5a shifts to the right and ejects part of the filter cake. If there is a concern with a large incline of the helix that the helical rotation of the helix is inadmissible during the ejection movement, the freewheel 59 can be replaced by an electromagnetic clutch which fixes the two shafts with respect to each other during the ejection movement. Despite the blocked rotation, between the inner part of the clutch and the actual helical shaft 5a as with the inner part of An axial shift take place 59 because the shaft end 5b is displaceable as a toothed shaft in the inner part.
  • a selectable pause with respect to the relative movement between the helix 5 and the drum 1 can be switched on.
  • the second flank 9 of the sawtooth requires an incline corresponding to the helix.
  • This predetermined slope is generated by the control system, for example by specifying a rotational speed for the rotary piston 58 and specifying an axial adjustment speed for the hydraulic piston 25 corresponding to the helix.
  • the hydraulic adjustment elements 58, 25 can be operated as an open control chain in which the sensors 60, 61 only function as limit switches, or as a control circuit in which the sensors 60, 61 continuously transmit the actual position values to the control system.
  • the helical shaft 5a, 5b is inevitably carried along with the rotary piston 58.
  • the helical shaft 5a is moved axially back and forth along a stationary anchored hydraulic piston 25.
  • the main drive for the drum shaft 1 a is provided as in Fig. 1.
  • the movement of the drum shaft 1a is taken off via a wheel set 48 and transmitted to the helical shaft 5a via a viscous coupling 46 and a second wheel set 47.
  • the slip in the clutch is controlled so that both shafts 5a, 1a rotate at the same speed in order to generate pauses for depositing the product and for rapid ejection on the second flank 9 of a sawtooth, while when turning backwards on the first flank 7 the slip, which can be measured via the sensors 60a, 60b, is changed so that the helix turns backwards in its own track.
  • the coupling in the coupling 53 can be carried out with an electrically polarizable liquid, as is known from electro-rheology and is sold, for example, by Bayer, Leverkusen.
  • the fact that the wheel set 47 has a straight toothing with respect to the helical shaft 5a means that this can be axially displaced.
  • the axial movement is monitored by a sensor 61 and coordinated in the control 27 by comparison with a setpoint input 49 for rotation and axial movement with the measurements of the sensors 60a, 60b for the control along a sawtooth line.
  • This means that the control 27 also comprises a hydraulic part with which the hydraulic piston 25 is controlled.
  • the invention is not restricted to the embodiments of helical coils listed so far.
  • the screw spirals used can be provided with interruptions in order to form a “segment screw” or can be designed with different blade thicknesses over their length. It is also possible to slightly change the pitch of the screw in certain areas or to provide the screw with sealing elements for sealing the drum.

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Abstract

Die Erfindung handelt von einer Zentrifuge mit einer rotierenden Trommel (1) und mit einem mit der Trommel mitdrehenden Ausstosselement (2), um einen auf der Innenseite der Trommel (1) abgesetzten Kuchen (3) in axialer Richtung (4) zu stossen. Das Ausstosselement (2) weist eine Wendel (5) auf, welche sich über die Länge der Trommel erstreckt. Wendel (5) und Trommel (1) sind derart kinematisch verbunden, dass ein Referenzpunkt (A) am Umfang der Wendel relativ zur Trommel eine Drehbewegung in Form einer Sägezahnlinie (6, 8) ausführt, wobei eine erste Flanke (7) der Sägezähne (8) mit ihrer Steigung (α) annähernd der Steigung (β) der Wendel entspricht, während eine zweite Flanke (9) der Sägezähne (8) einer annähernd axialen Ausstossbewegung entspricht.

Description

Zentrifuge
Die Erfindung handelt von einer Zentrifuge mit einer rotierenden Trommel und mit einem mit der Trommel mitdrehenden Ausstosselement, um einen auf der Innenseite der Trommel abgesetzten Kuchen aus Feststoffen in axialer Richtung der Trommel zu stossen.
Die Entwicklung der Zentrifugen hat sich sehr bald in verschiedene
Spezialanwendungen aufgeteilt, um den unterschiedlichen Bedürfnissen der Verfahrenstechnik gerecht zu werden. Der Filterkuchen einer Sedimentations- oder Filtrationszentrifuge kann eine mayonnaiseähnliche, eine Theologisch pasteuse oder eine Masse in Form eines gesättigten oder ungesättigten Haufwerks mit Mohrscher Bruchgrenzkurve sein.
So gibt es beispielsweise eine Stülpfilterzentrifuge der Firma Heinkel GmbH, D-74303 Bietigheim-Bissingen, Deutschland, bei welcher chargenweise Füllen, Waschen, Trockenschleudern und Entleeren mittels-eines Hubes über die gesamte Trommellänge möglich sind. Als Stülpfilter wird bewegliches Tuch verwendet, welches ein nicht geringes Risiko in sich birgt, dass Tuchabrieb in das Produkt gelangt. Eine quasi-kontinuierlich arbeitende Doppelschubzentrifuge ist in der Patentschrift EP 0 635 309 gezeigt, bei der ein intermittierender Schubboden in einer Siebtrommel angeordnet ist und wechselseitig einen in seinem "Kielwasser" entstandenen Ring aus Feststoffmaterial um eine Hublänge axial nach aussen bewegt. Ein Nachteil der Schubzentrifugen besteht darin, dass der maximal auftretende Schubdruck, der über ein gesättigtes Haufwerk erfolgt, beim frisch abgelegten Filterkuchen am Schubboden am grössten ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es Zentrifugen aufzuzeigen, die an unterschiedliche Produkte anpassbar sind und verschiedene Betriebsarten zulassen. Diese Aufgabe wird mit den Kennzeichen vom unabhängigen Anspruch 1 gelöst, indem das Ausstosselement eine Ausstossfläche in Form einer schraubenförmigen Wendel aufweist, und indem Wendel und Trommel derart kinematisch verbunden sind, dass ein Referenzpunkt am Umfang der Wendel relativ zur Trommel eine Drehbewegung in Form einer Sägezahnlinie ausführt, wobei eine erste Flanke der Sägezähne mit ihrer Steigung annähernd der Steigung der Wendel entspricht, während eine zweite Flanke der Sägezähne einer annähernd axialen Ausstossbewegung entspricht.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass mit einem kleinen aber wiederholten Hub in axialer Richtung wegen der axialen Ausdehnung der Wendel über die ganze Länge der Trommel ein sicheres, von den Produkteigenschaften weitgehend unabhängiges Ausstossen des Feststoffkuchens stattfindet. Gleichzeitig entstehen bauliche Vorteile, weil nur ein geringer Hub für die Ausstossbewegung in axialer Richtung notwendig ist. Dadurch, dass die Rücklaufbewegung der Wendel durch Kombination von Drehung und Hub relativ zur Trommel in ihrer eigenen Spur erfolgt, wobei die Geschwindigkeiten beim Durchlaufen der ersten und zweiten Flanke, d.h. der Rückdreh- und Vorschubbewegung wählbar sein können, ist eine einfache Anpassung an unterschiedliche Eigenschaften der Feststoffkuchen möglich.
Weitere Verbesserungen der Erfindung ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen 2 bis 18.
Wenn die Steigung der ersten Flanke eines Sägezahns exakt mit der Steigung der Wendel übereinstimmt, ergeben sich die geringsten
Widerstände zum Zurückdrehen der Wendel in ihrer eigenen Spur. Dies kann durch eine gezielte Wahl der absoluten Drehrichtung von Trommel und Wendel im Hinblick auf die Steigung der Wendel so ausgenutzt werden, dass die Führung des Feststoffkuchens ausreicht, um beispielsweise eine mehrgängige Wendel mit einem Bremsmoment bezüglich Drehung der Wendel und mit einer axialen Zugkraft in ihrer Spur zurückzudrehen. Eine solche Einrichtung würde zum Beispiel nur einen hydraulischen Verstellkolben und eine Lastschaltkupplung mit Bremse statt einen zweiten Antrieb für die Wendel erfordern. Die kinematische Verbindung für das Zurücklaufen in ihrer eigenen Spur wäre dann durch die Wendel im Feststoffkuchen selbst gegeben.
Wenn die relative Drehbewegung zwischen Wendel und Trommel bewusst so gesteuert wird, dass die erste Flanke der Sägezähne von der Steigung der Wendel etwas abweicht, kann während des Durchlaufens dieser Flanke ein Graben an der Wendel entstehen, der sehr hilfreich sein kann, um zusätzlich Flüssigkeit zu sammeln und abzuführen. Diese kann axial aus dem Kuchen austreten oder über dem Kuchen stehen. Wenn die Steigung der ersten
Flanke geringer als die der Wendel ist, entsteht auch noch beim Durchlaufen der ersten Flanke eine geringe Ausstossbewegung und auf der anderen Seite der Wendel ein Graben, wenn der Feststoffkuchen bei geringen Ausstossbewegungen nur lokal nachgiebig ist.
Wenn die Relativbewegung auf der Sägezahnlinie beispielsweise hydraulisch gesteuert wird und eine Umkehrung der Bewegungen auf der Sägezahnlinie möglich ist, dann lassen sich auch chargenweise mehrere Prozessstufen durchlaufen. So kann beispielsweise in axialer Richtung gesehen zunächst in der Mitte der Trommel eine Suspension eingefüllt werden, die zunächst zentrifugiert wird, um Flüssigkeit abzugeben, um anschliessend durch "Rückwärtslaufen auf der Sägezahnlinie" in einen Waschbereich der Trommel gebracht zu werden und nach dem Waschen und Verdichten der Feststoffe durch ein "Vorwärtslaufen auf der Sägezahnlinie" über die Einfüllstellung weg in Ausstossrichtung transportiert zu werden. Ein chargenweiser Betrieb lässt auch eine überlagerte Trocknung wie beispielsweise Dampfdruck- oder Druckluftentfeuchten zu.
Eine weitere Möglichkeit, die mit einem Hydraulikkolben über eine Ventilsteuerung relativ einfach realisierbar ist, besteht darin, der Wendelbewegung eine Vibration in axialer Richtung zu überlagern, um die rheologischen Eigenschaften der Kuchen zur weiteren Entwässerung zu nutzen. Einfache Steuerungen für eine solche Zentrifuge mit Wendel können auch so aussehen, dass eine kontinuierliche, langsame Drehbewegung zwischen Wendel und Trommel erzeugt wird. Die axiale Bewegung der Wendel wird mit einem Hydraulikkolben erzeugt, der entsprechend der Tangentialgeschwindigkeit der Wendel eine Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung aufweist, um eine passend zusammengesetzte Geschwindigkeit in der Richtung der ersten Flanke eines vorgegebenen Sägezahns zu bilden. Wird eine langsamere Drehbewegung zwischen Wendel und Trommel gewählt, dann erhöht sich das Zeitintervall für das Absetzen des Kuchens. Für die zweite Flanke des Sägezahns findet ein schneller Hub in umgekehrter Richtung statt, um den Feststoffkuchen axial in Ausstossrichtung zu bewegen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Schematisch eine Seitenansicht einer Schubzentrifuge mit einer
Siebtrommel, mit einem Ausstosselement in Form einer schraubenförmigen Wendel und mit einer Produktzufuhr von der Ausstossseite her;
Fig. 2 schematisch Trommel und Wendel bei einer zweiseitigen Lagerung, wobei das Produkt durch eine Hohlwelle zugeführt wird;
Fig. 3 schematisch Trommel und Wendel in einer Anordnung gemäss
Fig. 1 , wobei die Wendel in mehrere Zonen unterteilt ist, in welchen unterschiedliche Produkte zugeführt werden;
Fig. 4 schematisch eine Anordnung wie in Fig. 3, bei der die Trommel mit einer Niveaueinstellung versehen ist,
Fig. 5 schematisch eine Anordnung gemäss Fig. 1 , bei der die Wendel mit Dichtscheiben versehen ist, die in der gezeichneten Rückzugsstellung gegen die Trommel radial oder axial dichten und bei einem Ausstosshub die Ausstossseite freigeben;
Fig. 6 schematisch eine Anordnung gemäss Fig. 1 , bei der die Wendel als zweigängige Bandschnecke ausgeführt ist;
Fig. 7 schematisch eine Anordnung gemäss Fig. 1 , bei der Wendel und Siebtrommel gestuft sind;
Fig. 8 schematisch eine Anordnung gemäss Fig. 1 , bei der Wendel und Trommel in Ausstossrichtung einen sich konisch öffnenden Bereich aufweisen;
Fig. 9 schematisch eine Anordnung gemäss Fig. 2, bei der eine zylindrische Trommel zur Ausstossseite hin als Sieb ausgeführt ist, während die Wendel zur Ausstossseite hin radial zurückgenommen ist;
Fig. 10 schematisch als Abwicklung eine Sägezahnlinie, die ein Punkt der Wendel relativ zur Trommel durchführt;
Fig. 11 schematisch eine Sägezahnlinie wie in Fig. 10, wobei beim
Rückwärtshub der Steigungswinkel α der ersten Flanke kleiner als der Steigungswinkel ß der Wendel gehalten ist, um einen Graben entgegen der Ausstossseite zu erzeugen;
Fig. 12 schematisch eine Sägezahnlinie wie in Fig. 10, die mit einer konstanten relativen Drehung zwischen Trommel und Wendel und mit einem in seinem Hub beschränkten Axialkolben erzeugt wird;
Fig. 13 schematisch eine Sägezahnlinie wie in Fig. 10, die mit einer konstanten aber geringen relativen Drehung zwischen Wendel und Trommel und mit einem langsamen Rückhub und einem schnellen Ausstosshub erzeugt wird, wobei die Steigung der ersten Flanke, d.h. beim Rückhub mit der Steigung der Wendel annähernd übereinstimmen sollte;
Fig. 14 schematisch eine Anordnung gemäss Fig. 2, bei der die Wendel als filtrierende Schnecke ausgeführt ist;
Fig. 15 schematisch einen hydraulisch angetriebenen Mechanismus zum Erzeugen einer Sägezahnlinie;
Fig. 16 schematisch einen Schnitt durch einen Drehkolben in Fig. 15;
Fig. 17 schematisch eine Getriebeanordnung mit einer viskosen
Kupplung, um eine relative Drehung zwischen Wendel und Trommel zu erzeugen; und
Fig. 18 schematisch einen Querschnitt durch eine Anordnung, bei der eine Grundschicht in der Einfüllzone im Mittel langsamer bewegt wird.
Die Figuren zeigen eine Zentrifuge mit einer rotierenden Trommel 1 und mit einem mit der Trommel mitdrehenden Ausstosselement 2, um einen auf der Innenseite der Trommel 1 abgesetzten Kuchen 3 in axialer Richtung 4 zu stossen. Das Ausstosselement 2 weist eine Wendel 5 auf, welche sich über die Länge der Trommel erstreckt. Wendel 5 und Trommel 1 sind derart kinematisch verbunden, dass ein Referenzpunkt A am Umfang der Wendel relativ zur Trommel eine Drehbewegung in Form einer Sägezähnlinie 6, 8 ausführt, wobei eine erste Flanke 7 der Sägezähne 8 mit ihrer Steigung α annähernd der Steigung ß der Wendel entspricht, während eine zweite Flanke 9 der Sägezähne 8 einer annähernd axialen Ausstossbewegung entspricht.
In Fig. 1 ist eine Schubzentrifuge gezeigt, deren Ausstosselement 2 in Form einer Wendel 5 an der Innenseite einer kreiszylindrischen Trommel 1 anliegt. Das Ausgangsprodukt wird in Form einer Suspension über ein Zubringerrohr 32 in die rotierende Trommel 1 eingebracht und über das als Hohlwelle 20 ausgeführte Ausstosselement über Durchbrüche 22 in einer Einfüllzone 21 an die Trommel abgegeben und auszentrifugiert. Die Trommel weist eine siebförmige Mantelfläche auf, auf welcher sich der Feststoffanteil zu einem Kuchen 3 absetzt. Die Wendel führt relativ zur Trommel eine Dreh- und Hubbewegung aus, derart, dass ein Punkt A am Umfang der Wendel eine Sägezahnlinie 6 beschreibt (siehe Fig. 10). Eine erste Flanke 7 eines Sägezahns 8 wird dadurch erreicht, dass der Rückwärtshub und die Drehung relativ zur Trommel so miteinander verknüpft sind, dass sich die Wendel in ihrer eigenen Spur rückwärts bewegt. Etwaiger gegen die Rückseite abgesetzter Kuchen 3 wird von der Wendel 5 angeschnitten. Mit dem Erreichen der rückseitigen axialen Endstellung kann die relative Drehbewegung zwischen Wendel 5 und Trommel 1 unterbrochen werden und solange gewartet werden bis der entstehende Kuchen 3 den Bedingungen für einen Ausstosshub in axialer Richtung genügt. Der Hub den die Wendel 5 in axialer Richtung ausführt, braucht nur ein Bruchteil ihrer gesamten axialen Länge zu sein, da sie sich bis zum Austritt aus der Trommel 1 erstreckt, um den axialen Transport vom Kuchen sicher zu stellen. Um den Austritt der Flüssigkeit zu verbessern oder um die Konsistenz vom Feststoffanteil zu verändern, kann eine kurzhubige axiale Schwingung der Sägezahnbewegung der Wendel überlagert werden, welche den Kuchen auf mehreren
Umdrehungen durchläuft und somit in allen Bereichen eine Axialbewegung überträgt. Dadurch kann zum Beispiel der Thrixotropiepunkt eines Gels überwunden werden.
Bei dieser Abscheidung des Feststoffanteils, die kontinuierlich erfolgt, wird das Sieb 17 - auch in der Einfüllzone 21 - immer mit Feststoffteilen abgedeckt, sodass die Filterwirkung der Feststoffteile selbst ständig erhalten bleibt. Dies ist besonders bei Feststoffen mit unterschiedlicher Teilchengrösse ein Vorteil, weil ein hohes Ausbringen erzielt wird. Das Sieb liegt nie vollständig frei, wodurch kleine Feststoffteilchen weniger verloren gehen. Eine weitere Möglichkeit diesen Effekt zu verstärken ist in Fig. 18 gezeigt. Eine Zweifachwendel 52 ist in der Einfüllzone auf der Länge des Axialhubes bis auf einen kleinen Sektor 53 an ihrem Beginn jeweils um einen Spalt 54 von einigen Millimetern beispielsweise von 5 bis 20 mm zurückgesetzt gegenüber dem Trommelmantel 16. Dies hat zur Folge, dass beim axialen Ausstossen eine Grundschicht 55 haften bleibt, die eine bessere Filterwirkung hat, und dass die Grundschicht nur im Bereich des Sektors axial weiterbewegt wird. Die Grundschicht, welche so im Bereich des Axialhubes entsteht, wird im Mittel langsamer durchgestossen. Der Betreiber muss lediglich darauf achten, dass der Sektor 53 mit der Drehung auf der Sägezahnlinie überall am Umfang einmal in Eingriff kommt, damit keine Verkrustungen entstehen.
Der Kuchen 3 wird schrittweise zum Austritt der offenen Trommel 1 geschoben und bei jedem Schritt wird ein Ringstück des Kuchens abgeschleudert. Ein Gehäuse 33 fängt in zwei getrennten Zonen die abgeschleuderte Flüssigkeit und die abgeschleuderten Feststoffanteile ab, welche aus einem Abfluss 35 und einer Ausfallöffnung 36 getrennt austreten.
Trommel 1 und Wendel 5 sind zueinander drehbar in einem Lagerbock 31 gelagert und werden über einen Hauptantriebsmotor 28 mittels Riementrieb 29 angetrieben. Eine Grundplatte 30, die auf ein Fundament 34 aufgebracht ist, stützt Lagerbock 31 , Gehäuse 33 und einen Sägezahnwandler 41 , welcher die relative Sägezahnbewegung zwischen Wendel und Trommel erzeugt. Eine Steuerung 27 koordiniert die Betriebsdaten der Anlage und steuert den Sägezahnwandler 41. Die Geschwindigkeit mit der die Flanken 7, 9 eines Sägezahns durchfahren werden ist einstellbar. Ausserdem können an den Umkehrpunkten für den Axialhub beliebig lange Pausen in der relativen Drehung eingeschoben werden, d.h. Trommel und Wendel drehen gleich schnell, um den Zeitpunkt für die Ausstossbewegung entsprechend der zweiten Flanke 9 eines Sägezahns dem günstigsten Moment im Prozess anzupassen.
Im Beispiel von Fig. 2 sind Trommel 1 und Wendel 5 zweiseitig durch Lager 37 abgestützt, wobei ein Wellenstummel der Wendel als Zubringerrohr 32 ausgeführt ist. Die eigentliche Wendel 5 stützt sich auf einer Hohlwelle 20 ab, um das Produkt über Durchbrüche 22 in die eigentliche Einfüllzone 21 zu bringen. Die zylindrische Trommel ist auf ihrer Innenseite zusätzlich mit einem feineren Sieb 17 belegt. Die Trommel 1 ist aus zwei Teilen zusammengesetzt und hat an der Ausstossseite Abschleuderfenster 40, durch die Feststoffteile in das Gehäuse gelangen. Die Wendel selbst ist zweigängig ausgeführt.
Im Beispiel von Fig. 3 erstreckt sich das Sieb 17 nicht über die ganze Länge 13 der Wendel 5. Dafür sind neben der Einfüllzone 21 , durch die das Produkt aus dem Zubringerrohr 32 eingebracht wird, zwei weitere Zonen 23, 24 angrenzend, durch welche weitere Reagenzien wie z.B. Waschflüssigkeiten über Rohre 38, 39 einbringbar sind. Zusätzlich können, wie in Fig. 4 gezeigt, an der Stirnseite der Trommel 1 Abflussöffnungen 15 angebracht sein, an denen mit einstellbaren Abdeckungen das Niveau für den Flüssigkeitsspiegel in der rotierenden Trommel festgelegt werden kann.
Im Beispiel der Fig. 5 ist die Wendel 1 ebenfalls als Hohlwelle 20 ausgeführt. Die eigentliche Wendel ist beidseitig durch Seitenwände 14 zur Trommel 1 abgedichtet. Beim Ausstossen entsteht auf der Austrittsseite ein Spalt durch den die Feststoffe abgeschleudert werden, d.h. ein Punkt A auf dem Umfang der Wendel bewegt sich mit dem Kuchen auf der zweiten Flanke 9 eines Sägezahns in Ausstossrichtung und anschliessend zum Schliessen zusammen mit der mitlaufenden Seitenwand 14 auf der ersten Flanke 7 des Sägezahns in eine hintere Ausgangsstellung zurück. Bei relativ dünnflüssigen Produkten kann auch der Schliessvorgang relativ schnell vorgenommen werden und dafür eine längere Verweilzeit in der hinteren Ausgangsstellung vorgesehen werden bis die Konsistenz für die nächste kleine Ausstossbewegung gross genug ist. Gerade bei einer mehrgängigen Wendel besteht hier der Vorteil, dass pro Stossfläche nur kurze Kuchenlängen in axialer Richtung verschoben werden müssen, d.h. die Aufsummierung der Schubkräfte im Kuchen wird kleiner. Diese Anordnung bringt also gegenüber einer chargenweise arbeitenden Stülpfilterzentrifuge den Vorteil, dass kontinuierliche Zufuhr vom Produkt möglich ist und dass die Abmessungen wegen der geringen axialen Bewegungen kleiner sind. Das Schliessen der Trommel 1 mit der Seitenwand 14 auf der Ausstossseite bringt ausserdem den Vorteil, dass über ein koaxial im Zubringrohr 32 angebrachtes Rohr 63 zur Druckerhöhung in der Trommel komprimierte Luft eingebracht werden kann. lm Beispiel von Fig. 6 ist die Wendel 5 als Bandschnecke 19 ausgeführt, welche über Stützen 42 an der Hohlwelle 20 befestigt ist. Die Wendel ist zweigängig, d.h. zwei Bandschnecken sind um 180° versetzt zueinander angeordnet. Die Bandschnecke lässt generell eine bessere Verteilung der Suspension zu.
Im Beispiel von Fig. 7 ist die Innenseite der Trommel 1 gestuft. Der grössere Durchmesser liegt auf der Ausstossseite. Die Wendel 5 macht in einem Punkt A radial einen Sprung nach aussen. Die hintere Ausgangsstellung für ein Ausstossen auf der zweiten Flanke 9 eines Sägezahns ist so festgelegt, dass der Punkt A nicht in die Schulter am Durchmessersprung hineinfahren kann. Während des Ausstossens bewegt sich der Filterkuchen über den Durchmessersprung und wird noch einmal aufgebrochen. Es kann vorteilhaft sein, bei bestimmten Produkten die Ausstossbewegung 9 so langsam einzustellen, dass eine Umschichtung am Durchmessersprung erfolgt. Das Zurückdrehen der Wendel erfolgt auf der ersten Flanke 7 des Sägezahns in die ursprüngliche axiale Ausgangsstellung, während tangential ein bestimmter Drehwinkel durchfahren wurde. Am Durchmessersprung Punkt A der Wendel 5 besteht eine Schneide 43, die sich rückwärts in den am Durchmessersprung der Trommel umgeschichteten Kuchen einschneidet. Der Drehwinkel wird so durch die Wahl eines entsprechenden Axialhubes eingestellt, dass er keinem ganzzahligen Bruchteil von 360° entspricht, damit mit fortschreitender Zeit alle Bereiche der Schulter in der Trommel 1 durch diese Schneide einmal freigeschnitten werden. Analog ist die Wirkung der Schneide zur Trommelrückseite.
Im Beispiel von Fig. 8 schliesst bei Trommel 1 und Wendel 5 ein konischer Abschnitt 18 an einen zylindrischen Teil an der Einfüllzone 21 an. In dieser konischen Zone wird das Ausstossen vom Kuchen durch die Fliehkräfte am Kuchen und durch die Schräge vom Konus der Trommel 1 unterstützt. Während des Ausstossens auf der zweiten Flanke 9 eines Sägezahns vergrössert sich das Spiel eines Punktes A im konischen Abschnitt 18 der Trommel 1. Auch hier gilt die Überlegung, dass der mit dem Zurückfahren erreichte Drehwinkel kein ganzzahliges Bruchteil von 360° ist, damit alle Flächen im konischen Abschnitt einmal in den Genuss des geringen Spiels bei Beginn der Ausstossbewegung kommen und damit keine dauernden Ablagerungen entstehen.
Im Beispiel von Fig. 9 ist die Trommel 1 mit ihrer Mantelfläche 16 zylindrisch und beidseitig mit Lagern 37 gelagert und aus zwei Körpern zusammengesetzt, um die Innenteile einzubringen zu können. Die Produktezufuhr (hier nicht dargestellt) erfolgt durch einen hohlen Wellenstummel der Wendel 5. Einstellbare Ausflussöffnungen 15 legen das Niveau der Flüssigkeit fest. Die Mantelfläche 16 ist erst zum Austritt hin als Sieb 17 ausgeführt. In diesem Siebbereich verringert sich die radiale Höhe der Wendel mit einem Konus als Hüllfläche. Der Kuchen wird durch Abschleuderfenster 40 auf der Austrittsseite freigegeben.
In den Fig. 10 bis 13 sind verschiedene Arten von Sägezahnlinien 6 dargestellt, deren Form von der Art des Antriebs für die Relativbewegung, d.h.. von der Art des Sägezahnwandlers abhängt.
In den Fig. 12 und 13 wird gezeigt, dass ein Graben 11 auch mit einer kontinuierlichen Drehbewegung zwischen Wendel 5 und Trommel 1 erzeugt werden kann, wenn dieser eine passende Axialbewegung überlagert ist. Bei Stillstand der Axialbewegung in der Ausgangsstellung verschiebt sich ein Punkt F nach G und erzeugt einen Graben 11 in seinem "Kielwasser" solange der Kuchen sich nur deformiert. Das axiale Ausstossen von G nach H erfolgt schlagartig und der Kuchen macht einen Sprung. Von H nach F' fährt der Referenzpunkt in der Spur der Wendel zurück. Das Anfahren der weiteren Punkte G', H' auf der Sägezahnlinie sind Wiederholungen. Da die Steigung α der ersten Flanke 7 eines Sägezahns durch die Steigung ß der Wendel vorgegeben ist, kann bei einer vorgegebenen konstanten Drehung zwischen Wendel und Trommel nur noch die Ausstossgeschwindigkeit auf der zweiten Flanke 9 eines Sägezahns verringert werden, um einen mehr oder weniger breiten Graben wie in Fig. 13 zu erzeugen.
In Fig. 14 ist die Wendel 5 als Doppelwendel mit axialen Löchern 56 ausgebildet, um eine filtrierende Schnecke 57 zu bilden, welche zusätzlich axial austretende Flüssigkeit sammelt und durch das Sieb 17 nach aussen abgibt. Die Einfüllzone mit Durchbrüchen 22 ist entgegengesetzt zu den Ausfallöffnungen 40 der Ausstosseite angebracht.
In Fig. 15 ist als hydraulischer Drehantrieb 25 ein Drehkolben 58, dessen Schwenkbereich aus Fig. 16 ersichtlich ist, so mit einem Freilauf 59 kombiniert, dass ein Abstützen der Wendel am Filterkuchen genügt, um den Drehkolben nach einer Rückwärtsdrehung entsprechend der zweiten Flanke eines Sägezahns in seine ursprüngliche Ausgangslage zurückzudrehen und anschliessend mit einem hydraulischen Kolben 25 eine Ausstossbewegung in axialer Richtung auszuführen. Die eigentliche Soll-Lage der Wendel mit ihrer Achse 5a zu der Achse 1 a der Trommel ist durch eine Steuerung (hier nicht gezeigt) vorgegeben, während die Ist-Lage bezüglich der relativen Drehung zwischen Wendel und Trommel durch einen Sensor 60 abgefragt wird und die axiale Ist-Position der Wendel durch einen Sensor 61 abgefragt wird. Der Drehkolben 58 wird über Zufuhrleitungen 58a, 58b mit Öl angesteuert, um eine relative Drehbewegung zur Trommel auszuführen, die beim
Rückwärtsdrehen der Wendel durch den gesperrten Freilauf 59 auf Achse 5a der Wendel 5 übertragen wird, während die Rückstellung des Drehkolbens 58 in seine ursprüngliche Lage ohne Drehung der Wendel durch Freigabe des Freilaufs 59 erfolgt. Der Ausstosskolben 25 ist über Ölleitungen 25a, 25b angesteuert und besorgt die Axial Verstellung zwischen Wendelachse 5a und Trommelachse 1 a.
In der gezeichneten Kolbenstellung ist der Drehkolben 58 bereits durch die Freigabe im Freilauf 59 in seine Ausgangsstellung zurückgedreht worden und wird durch den Öldruck auf einem Anschlag 62 festgehalten. Wenn jetzt der Ausstosskolben 25 für eine vorgegebene schnelle Ausstossbewegung angesteuert wird, verschiebt sich die Wendelwelle 5a nach rechts und stösst einen Teil des Filterkuchens aus. Falls bei einer grossen Steigung der Wendel Bedenken bestehen, dass während der Ausstossbewegung ein unzulässiges Rückwärtsdrehen der Wendel erfolgt, kann der Freilauf 59 durch eine elektromagnetische Kupplung ersetzt werden, die während der Ausstossbewegung die beiden Wellen bezüglich Drehung zueinander festsetzt. Trotz der blockierten Drehung kann zwischen dem Innenteil der Kupplung und der eigentlichen Wendelwelle 5a wie beim Innenteil vom Freilauf 59 eine axiale Verschiebung stattfinden, weil das Wellenende 5b als gezahnte Welle in dem Innenteil verschiebbar ist.
Nach der Beendigung der Ausstossbewegung auf der ersten Flanke 7 eines Sägezahns kann eine wählbare Pause bezüglich der Relativbewegung zwischen Wendel 5 und Trommel 1 eingeschaltet werden. Die zweite Flanke 9 des Sägezahns setzt eine der Wendel entsprechende Steigung voraus. Diese vorgegebene Steigung wird mit der Steuerung erzeugt, indem beispielsweise eine Drehgeschwindigkeit für den Drehkolben 58 vorgegeben wird und eine der Wendel entsprechende axiale Verstellgeschwindigkeit für den hydraulischen Kolben 25 vorgegeben wird. Je nach
Genauigkeitsanforderungen können die hydraulischen Verstellelemente 58, 25 als offene Steuerkette betrieben werden, bei der die Sensoren 60, 61 nur die Funktion von Endschaltern wahrnehmen, oder als Regelkreis bei denen die Sensoren 60, 61 die Positions-Istwerte ständig an die Steuerung weitergeben. Bei der Verwendung eines Freilaufs 59 wird die Wendelwelle 5a, 5b zwangsläufig mit dem Drehkolben 58 mitgenommen.
Bei der Verwendung einer Kupplung muss diese eingerastet sein, um eine Drehbewegung auf die Wendelwelle 5a zu übertragen. Bei der Ausführung nach Fig. 15 und 16 wird davon ausgegangen, dass der eigentliche Zentrifugenantrieb wie in Fig. 1 an der Trommelwelle 1 a erfolgt. Die Erfassung der relativen Drehung zwischen Trommelwelle 1a und Wendelwelle 5a und die Weitergabe eines elektrischen Signals über Schleifringe 50 schränkt die Messmöglichkeiten des Sensors 60 ein. Es ist ebenso möglich, wie in Fig. 17 gezeigt, mit zwei absolut messenden Sensoren 60a, 60b die Differenz in einer Steuerung 27 zu bilden, der entsprechende Sollwerte 49 vorgegeben sind.
Im Beispiel 17 wird die Wendelwelle 5a entlang einem stationär verankerten hydraulischen Kolben 25 axial hin und her bewegt. Der Hauptantrieb für die Trommelwelle 1 a ist wie in Fig. 1 vorgesehen. Die Bewegung der Trommelwelle 1a wird über einen Radsatz 48 abgenommen und über eine viskose Kupplung 46 und einen zweiten Radsatz 47 auf die Wendelwelle 5a übertragen. Der Schlupf in der Kupplung ist so geregelt, dass beide Wellen 5a, 1a gleich schnell drehen, um Pausen für ein Ablegen des Produktes und für ein schnelles Ausstossen auf der zweiten Flanke 9 eines Sägezahns zu erzeugen, während beim Rückwärtsdrehen auf der ersten Flanke 7 der Schlupf, der über die Sensoren 60a, 60b messbar ist, so verändert wird, dass die Wendel in ihrer eigenen Spur rückwärts dreht. Das heisst, die Radsätze 48, 47 müssen so gestuft sein, dass die Wendelwelle 5a bei Aufhebung des Schlupfes schneller als die Trommelwelle 1a drehen würde, da sonst kein ausreichendes Drehmoment zur Unterstützung der relativen Drehbewegung in der viskosen Kupplung 53 entstehen würde. Die Kopplung in der Kupplung 53 kann mit einer elektrisch polarisierbaren Flüssigkeit vorgenommen werden, wie sie aus der Elektro-Rheologie bekannt sind und zum Beispiel von der Firma Bayer, Leverkusen vertrieben werden. Dadurch, dass der Radsatz 47 zur Wendelwelle 5a eine Geradverzahnung aufweist, lässt sich diese axial verschieben. Die Axialbewegung wird durch einen Sensor 61 überwacht und in der Steuerung 27 durch Vergleich mit einer Sollwerteingabe 49 für Drehung und Axialbewegung mit den Messungen der Sensoren 60a, 60b für die Regelung entlang einer Sägezahnlinie koordiniert. Das heisst die Steuerung 27 umfasst auch einen hydraulischen Teil mit dem der hydraulische Kolben 25 angesteuert wird.
Die Erfindung ist nicht auf die bisher aufgeführten Ausführungsformen von Schneckenwendeln beschränkt. So können die verwendeten Schneckenwendeln mit Unterbrüchen versehen sein, um eine "Segmentschnecke" zu bilden oder über ihre Länge mit unterschiedlicher Blattdicke ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, die Steigung der Schnecke in bestimmten Bereichen leicht zu verändern oder die Schnecke mit Verschliesselementen zur Trommelabdichtung zu versehen.

Claims

Patentansprüche
1. Zentrifuge mit einer rotierenden Trommel (1 ) und mit einem mit der Trommel mitdrehenden Ausstosselement (2), um einen auf der Innenseite der Trommel abgesetzten Kuchen (3) aus Feststoffen in axialer Richtung (4) der Trommel zu stossen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausstosselement (2) eine Ausstossfläche in Form einer schraubenförmigen Wendel (5) aufweist, und dass Wendel (5) und Trommel (1 ) derart kinematisch verbunden sind, dass ein Referenzpunkt (A) am Umfang der Wendel (5) relativ zur Trommel (1 ) eine Drehbewegung in Form einer Sägezahnlinie (6, 8) ausführt, wobei eine erste Flanke (7) der Sägezähne (8) mit ihrer Steigung (α) annähernd der Steigung (ß) der Wendel (5) entspricht, während eine zweite Flanke (9) der Sägezähne (8) einer annähernd axialen Ausstossbewegung (10) entspricht.
2. Zentrifuge nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung (α) der ersten Flanke (7) exakt der Steigung (ß) der Wendel (5) entspricht.
3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung (α) der ersten Flanke (7) um bis zu plus oder minus 20 % von der Steigung (ß) der schraubenförmigen Wendel (5) abweicht, um beim Durchlaufen der ersten Flanke (7) einen Graben (11) im sich absetzenden Kuchen (3) zu erzeugen.
4. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (12) der Sägezähne (8) nur einen Bruchteil der axialen Länge (13) der schraubenförmigen Wendel (5) ausmacht.
5. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seitenwand (14) der Trommel (1 ) Abflussöffnungen (15) für flüssige Bestandteile aufweist.
6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Mantelfläche (16) der Trommel (1 ) als Sieb (17) ausgeführt ist.
7. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (5) als mehrgängige Wendel ausgeführt ist.
8. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Wendel (5) und Trommel (1 ) mehrere Stufen mit unterschiedlichem Durchmesser bilden.
9. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Trommel (1 ) und schraubenförmige Wendel (5) sich in der
Ausstossrichtung (10) mindestens in einem gleichen axialen Abschnitt (18) konisch aufweiten oder verengen, wobei der axiale Hub so bemessen ist, dass konische, sich gegenüberliegende Abschnitte relativ zueinander drehen können.
10. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenförmige Wendel (5) als Bandschnecke (19) ausgeführt ist.
11. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenförmige Wendel als filtrierende Schnecke (57) ausgeführt ist.
12. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenförmige Wendel (5) an einer hohlen Welle (20) befestigt ist, welche mindestens eine Einfüllzone (21 ) mit Durchbrüchen (22) für eine Suspension aufweist.
13. Zentrifuge nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hohle Welle (20) mindestens eine weitere Zone (23, 24) mit Durchbrüchen (22) für das Einführen von Medien wie zum Beispiel Waschflüssigkeiten oder anderen Reagenzien aufweist.
14. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen Wendel (5) und Trommel (1 ) mindestens in einem Umkehrpunkt der Sägezähne (8) beliebig lange anhaltbar ist.
15. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit für das Durchlaufen der Flanke (7, 9) eines Sägezahns (8) einstellbar ist.
16. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die axiale Verstellung zwischen Wendel (5) und Trommel (1 ) ein hydraulischer Kolben (25) vorgesehen ist und dass zwischen Trommel und Wendel ein hydraulisch betätigter Drehantrieb (26) vorgesehen ist.
17. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Drehbewegung zwischen Wendel (5) und Trommel kontinuierlich erfolgt, während eine vorgesehene Steigung der Flanken eines Sägezahns durch Steuerung der Geschwindigkeit eines Axialkolbens (25) erfolgt.
18. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Zentrifuge so konzipiert ist, dass die Sägezahnlinie in beiden Richtungen durchlaufbar ist.
19. Verfahren zum Betreiben einer Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 18 mit einer rotierenden Trommel (1 ) und mit einer in der Trommel (1 ) mitdrehenden schraubenförmigen Wendel (5), welche mit einem Referenzpunkt (A) an ihrem Umfang relativ zur Trommel (1 ) mit einer Drehbewegung in Form einer Sägezahnlinie (6, 8) bewegt wird, wobei eine erste Flanke (7) der Sägezähne (8) mit ihrer Steigung (α) annähernd der Steigung (ß) der Wendel (5) entspricht, während eine zweite Flanke (9) der Sägezähne (8) einer annähernd axialen Ausstossbewegung (10) entspricht.
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