Vorrichtung zur hydromechanischen Zerstörung von Schwimmdecken in Abwasserund Schlammbehandlungsanlagen, sowie zur Umwälzung von Flüssigkeiten und Schlämmen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur hydromechanischen Zerstörung von Schwimmdecken in Abwasser- und Schlammbehandlungsanlagen, sowie zur Umwälzung von Flüssigkeiten und Schlämmen, insbesondere zur Behandlung von Gülle in Sammelbehältern bei einstreuloser Tierhaltung in der Landwirtschaft.
Es ist allgemein üblich, die bei der einstreulosen Tierhaltung anfallende Gülle, z.B. Kot- und Harnstoffe sowie unverwertete Futterreste, für Düngezwecke weiter zu verwenden. Aus agrartechnischen Gründen und seuchenhygienischen Bestimmungen ist eine Speicherung der Gülle über längere Zeiträume in Güllesammelbehältern notwendig. Infolge beginnender Faulung und durch hydrostatische Einflüsse tritt eine Fraktionierung der Gülle ein, wodurch eine feste Schwimmdecke entsteht. Für eine spätere Verwertung der Gülle müssen die fraktionierten Bestandteile umgewälzt und die Schwimmdecke zerstört werden.
Zur Schwimmdeckenzerstörung und Umwälzung von Flüssigkeiten ist eine Strahldüse für Rührstrahlvorrichtungen in Faulbehältern, Jauchesilos und dgl. bekannt.
Diese Vorrichtung ist inmitten eines Behälters stationiert und von der Flüssigkeit völlig umgeben. Über einen drehbaren Düsenkopf, der mit einer Saug- bzw. Druckleitung verbunden ist, kann die Behälterflüssigkeit im Wechsel über eine Ventilklappe abgepumpt und wieder durch eine aussermittig im Düsenkopf gelegene Öffnung in den Behälter gedrückt werden.
Durch den Rückstoss beim Zupumpen entsteht eine Drehbewegung des Düsenkopfes und der austretende Flüssigkeitsstrahl durchmischt die Behälterflüssigkeit und zerstört die Schwimmdecke.
Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass sich Düsenkopf und Sang- bzw. Druckleitung in der mehr oder weniger aggressiven Flüssigkeit befinden und daher der Korrosion und Verschmutzung direkt ausgesetzt sind.
Die Pflege der Vorrichtung ist nur schwer möglich. Die Behälterflüssigkeit muss immer pumpfähig sein, um die Erzeugung eines Flüssigkeitsstrahles zu gewähren.
Eine andere bekannte Aufbereitungsanlage für Stalldung und organische Abfallstoffe der Landwirtschaft sieht in einem kreisrunden Behälter ein mittig angeordnetes, vertikal durchgehendes, mit düsenartigen Öffnungen versehenes Rohr vor. Das Rohr ist mit einer Saugbzw. Druckleitung verbunden, so dass die Behälterflüssigkeit sowohl ab- als auch wieder zugepumpt werden kann. Durch die austretenden Flüssigkeitsstrahlen erfolgt eine Durchmischung der Behälterflüssigkeit und zugleich eine Schwimmdeckenzerstörung.
Diese Anlage weist etwa die gleichen Nachteile wie die vorgenannte Vorrichtung auf. Hinzu kommt aber noch, dass sich diese Anlage mehr zur Verhinderung der Schwimmdeckenbildung als zu ihrer Zerstörung eignet.
Des weiteren ist eine Einrichtung zum Auflockern von Schlamm und Abpumpen desselben sowie zum Umwälzen von Lösungen bekannt, bei der eine, der Grösse des Behälters entsprechende, Anzahl rotierender Strahldüsen kurz über der Beckensohle angeordnet sind.
Über die rotierenden Strahldüsen können sowohl flüssige als auch gasförmige Medien zugeführt werden. Die austretenden Strahlen bewirken zusammen mit der rotierenden Bewegung eine Auflockerung des abgesetzten Schlammes und eine Umwälzung der Flüssigkeit. Als besonders nachteilig an dieser Einrichtung erweist sich.
dass die über der Beckensohle angeordneten Strahldüsen keine Zerstörung der Schwimmdecke bewirken, da die Umwälzung nicht bis zur Oberfläche des Behälters dringt.
Auch bei dieser Einrichtung werden Korrosion und Verschmutzung durch die unmittelbare Berührung mit der Flüssigkeit gefördert.
Es sind weiterhin Geräte in Kombination mit Zerkleinerungs- und Umwälzvorrichtungen für Gülle bekannt.
Ein solches Gerät besteht aus einem langen Schutzrohr mit innenliegender Antriebswelle, auf dem am oberen Ende ein Elektro-Motor angeflanscht und am unteren Ende ein oben und unten offener Strahltopf als Strö mungslenker mit Schneidkopf und Schneidquirl befestigt ist. Der Strahl topf wird in den Güllebehälter abgesenkt.
Der Schneidquirl arbeitet mit einer hohen Drehzahl, saugt die Flüssigkeit durch die obere Öffnung des Strahltopfes an und strahlt sie je nach Bauart des Gerätes zurück in den Behälter, wobei zugleich die Einstreu- und Futterreste fein zerschnitten werden. Der gesamte Bekkeninhalt wird kurzzeitig bewegt und die Schwimmdecke zerstört und untergemischt. Dabei sind einige Variationen dieser Geräte bekannt, die sich dadurch unterscheiden, dass Strahltopf und Schneidvorrichtung anders ausgebildet sind.
Nachteilig bei diesen Geräten ist, dass die Verschleissteile unmittelbar der aggressiven Flüssigkeit und damit der Korrosion ausgesetzt sind. Ausserdem können die Geräte nicht eingesetzt werden, wenn sich eine Schwimmdecke mit starker innerer Festigkeit ausgebildet hat, da die Schwimmdecke erst mechanisch zerstört werden muss, um den Strahltopf absenken zu können.
Auch reicht die Strahlwirkung zur völligen Defraktionierung des Behälterinhaltes nicht aus. Da sich die Gerätelängen nur in bestimmten Grenzen bewegen, können sie auch nicht zum Einsatz in beliebig grossen Behältern vorgesehen werden.
Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zur hydromechanischen Zerstörung von Schwimrudecken in Abwasser- und Schlammbehandlungsanlagen sowie zur Umwälzung von Flüssigkeiten und Schlämmen zu schaffen, die unter den Bedingungen der einstreulosen Tierhaltung zur Behandlung der Gülle anwendbar ist und die Nachteile der bekannten Vorrichtungen und Geräte weitestgehend vermeidet. Dabei soll die Vorrichtung sowohl Schwimrudecken beliebiger Dicke und grosser innerer Festigkeit zerstören, als auch durch Umwälzen die Schwimmdeckenbildung verhindern und die abgesetzte Dickgülle defraktionieren. Die Vorrichtung soll darüber hinaus einfach in Herstellung, Montage und Bedienung und witterungsunabhängig beliebig einsetzbar sein.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist mit einem Grundrahmen zur Befestigung der Vorrichtung auf einem Sammelbehälter, einem auf dem Grundrahmen befestigten Traggestell und einer vertikalen hohlen Hauptwelle mit Druckleitungsanschluss und Strahlrohr versehen und zeichnet sich dadurch aus, dass über dem Grundrahmen ein Antriebsmotor mit vertikaler Abtriebswelle am Traggestell seitlich von der vertikalen Hauptwelle fest angebracht und mit dieser durch einen Schubkurbeltrieb kraftschlüssig verbunden ist, und dass das mit der vertikalen Hauptwelle verbundene Strahlrohr schwenkbar angeordnet ist und einen Schwenkhebel aufweist, dessen Ende mit einer auf einer horizontal an der Hauptwelle angeordneten Gewindespindel laufenden Wandermutter im Eingriff steht, wobei auf einer einseitigen Verlängerung der Gewindespindel ein Relativtriebrad sitzt.
das bei Drehbewegung der Hauptwelle an am Grundrahmen befestigten Anschlagelementen anschlägt, bzw. in diese eingreift.
Der Schubkurbeltrieb besteht vorzugsweise aus einem durch Gelenk verbundenen Kurbel- und Schwenkarm, wobei der Kurbelarm an einer am Stumpf der Abtriebswelle angeordneten Exzenterscheibe beweglich befestigt ist, während der Schwenkarm mit der Hauptwelle beweglich verbunden ist. Auf dem Schwenkarm kann ein Schubglied aufgesetzt werden, das in die Verzahnung einer horizontalen mit der Hauptwelle fest verbundenen Zahnscheibe eingreift.
Die Gewindespindel kann in einer fest mit der Hauptwelle verbundenen Konsole gelagert sein. Die auf der Spindel laufende Wandermutter weist vorzugsweise einen Zapfen auf, der mit dem in das als geschlitzte Gabel ausgebildeten Ende des Schwenkhebels im Eingriff steht.
Der Radius der Exzenterstellung des Kurbelarmes an der Exzenterscheibe ist zweckmässig verstellbar. Nach einer Ausführungsvariante der Vorrichtung besteht das Schubglied aus zwei gegensätzlich und in verschiedenen Ebenen angeordneten Schubzähnen und einer gewichtsbelasteten Reversiervorrichtung. In diesem Falle sind auf der Hauptwelle zwei Zahnscheiben mit gegensätzlicher Verzahnung in verschiedenen Ebenen befestigt.
Das Relativtriebrad weist mit Vorteil mindestens drei Anschlagkanten auf, und der Schwenkwinkel des Strahlrohres kann durch einen Endschalter, der am Grundrahmen befestigt ist, begrenzt werden. Zu diesem Zwecke kann er in beiden Grenzstellungen durch zwei einstellbare, am Strahlrohrkörper befestigte Schaltnocken betätigt werden. Bei einer weiteren Ausführungsvariante ist anstelle der Stehbolzen am Grundrahmen ein Zahnkranz angeordnet, wobei das Relativtriebrad verzahnt ist.
Durch die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe entsteht der Vorteil, dass von einem Antrie'o zwei Bewegungsabläufe abgenommen werden können. Dabei besteht gegenüber dem Antriebsmotor nur die Abhängigkeit der rotierenden Bewegung der Hauptwelle und der Schwenkbewegung des Strahlrohres, wogegen die Drehzahl der Hauptwelle durch die Exzenterverstellung und der Abstand der Windungen der Spiralbahn des Strahles durch die Anzahl der Stehbolzen und die Anzahl der Anschlagkanten am Relativtriebrad bestimmt werden. Es ist also möglich, von einem Antrieb mit konstanter Drehzahl zwei Bewegungsabläufe mit jeweils variablen Bewegungsgrössen abzunehmen.
Die Einstellung der Vorschubgrösse am Exzenter und des Schwenkausschlages des Strahlrohres mit Hilfe der Stehbolzen können nach Belieben entsprechend den örtlichen Bedingungen, wie Behäl tergrösse, Schwimindeckendicke und -konsistenz und Zustand der Fraktionierung vorgenommen werden.
Durch die Endschaltersteuerung kann das selbsttätige Abschalten des Antriebes gewährleistet werden, sobald eine der Endstellungen des Schwenkausschlages erreicht ist.
Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 2 die Vorderansicht nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Detaildarstellung der Elemente des Schwenkausschlages am Strahlrohr,
Fig. 4 die Detaildarstellung der Stehbolzen und des Relativtriebrades,
Fig. 5 die Draufsicht nach Fig. 3,
Fig. 6 die Detaildarstellung Schubkurbeltrieb mit Reversiervorrichtung,
Fig. 7 eine Systemdarstellung des Schubkurbeltriebes.
Auf einem geschweissten Grundrahmen 1, der auf der Öffnung eines runden Güllesammelbehälters aufliegt, ist das Traggestell 2 für die Vorrichtung montiert. Am Traggestell 2 befinden sich oben und unten die beiden Hauptlager 3a und b für die Lagerung der vertikalen Hauptwelle 4. Die Hauptwelle ist als Hohlwelle ausgebildet. Oberhalb des oberen und unterhalb des unteren Lagers befinden sich Flanschverbindungen 7a und b. Der Anschluss der Hauptwelle 4 mit einer starren Pumpendruckleitung 5 erfolgt über die Flanschverbindung 7a und eine Drehstopfbuchse 6. An der unteren Flanschverbin dung 7b der Hauptwelle ist ein Umlenkstück 8 mit einer horizontalliegenden Schwenkstopfbuchse 9 angeordnet.
An der Schwenkstopfbuchse 9 ist das abgewinkelte Strahlrohr 10 mit auswechselbarer Strahldüse 11 über die Flanschverbindung 7c befestigt.
Die Abwinklung des Strahlrohres 10 liegt so, dass die Strahlrichtung in Verlängerung der Hauptwellenachse liegt. Das Strahlrohr bewegt sich durch die Drehbewegung der Hauptwelle auf einer Kreisbahn und erhält zusätzlich einen Schwenkausschlag, so dass sich eine Strahlführung in Form einer Spirale ergibt.
Der Antriebsmechanismus besteht aus einem Antriebsmotor 12, der seitlich von der Hauptwelle 4 fest am Traggestell 2 montiert ist. Des weiteren aus einem Untersetzungsgetriebe 13 mit vertikaler Abtriebswelle 18, einem durch Exzenterverstellung im Hub veränderlichen Schubkurbeltrieb 14, zwei in verschiedenen Ebenen an der Hauptwelle befestigten Zahnscheiben 16 und der Reversiervorrichtung 17. Dabei befindet sich am Stumpf der vertikalen Abtriebswelle 18 des Getriebes eine Exzenterscheibe 19, an der der Kurbelarm 15a des Schubkurbeltriebes 14 beweglich befestigt ist. Der Schubkurbeltrieb besteht aus dem Kurbelarm 15a und dem Schwenkarm 15b. Der Kurbelarm ist mit dem Exzenterbolzen an der Exzenterscheibe 19 und mit dem Schwenkarm beweglich und der Schwenkarm mit der Hauptwelle 4 beweglich verbunden.
Die beiden Zahnscheiben 16 für Links- und Rechtsdrehung der Hauptwelle sind gegensätzlich sägezahnartig verzahnt Am Schwenkarm 15b ist ein Schubglied 20.
bestehend aus zwei gegensätzlich und in verschiedenen Ebenen angeordneten Schubzähnen 21, angebracht. Es wird durch die Reversiervorrichtung 17 jeweils bei Linksoder Rechtsdrehung mit der zugeordneten Zahnscheibe in Eingriff gebracht. Durch die vorgenannten Elemente wird die Hauptwelle in Drehbewegung versetzt. Der Antriebsmotor 12 hat eine konstante Drehzahl. Durch Verstellung des Exzenterradius wird der Hub der Schubkurbel verändert und demzufolge der Vorschub an der jeweiligen Zahnscheibe 16 und damit auch die Drehzahl der Hauptwelle.
Von der Drehbewegung der Hauptwelle wird im Relativtrieb der Antrieb für die Schwenkbewegung des Strahlrohres 10 abgenommen. Dies erfolgt, indem die Drehbewegung über am Grundrahmen 1 koaxial angeordnete Stehbolzen 22 auf ein vierflügliges Relativtriebrad 23 übertragen wird. Das Rad sitzt auf einer einseitig verlängerten horizontal liegenden Gewindespindel 24, auf deren Gewindeteil eine Wandermutter 25 läuft. Die Gewindespindel ist in einer Konsole 27 mehrfacn gelagert, die ihrerseits mit der Hauptwelle 4 fest verbunden ist, so dass sich der gesamte Relativtrieb mitdreht. Die Wandermutter ist über einen Zapfen 26 mit der geschlitzten Gabel 29 des Schwenkhebels 28, der an der Schwenk stopfbuchse 9 des Strahlrohres 10 befestigt ist, im Eingriff.
Durch die Drehung der Spindel und das Wandern der Mutter 25 bei Anschlag des Relativtriebrades an einen Stehbolzen wird der Schwenkhebel bewegt und das Strahlrohr schwenkt um ein der Drehbewegung der Spindel entsprechendes Stück aus. Die Schwenkbewegung des Strahlrohres pro Hauptwellenumdrehung ist abhängig von der Anzahl der Stehbolzen und kann variiert werden.
Der Schwenkwinkel für das Strahlrohr liegt beispielsweise bei 800. Er ist so bemessen, dass die gesamte Oberfläche des beispielsweise Rundspeichcrbehälters bestrichen wird. Durch die Exzenterverstellung ist der Zahnvorschub und damit die Drehzahl einstellbar und mittels der Wahl der Anzahl der Stehbolzen die Zahl der Schwenkausschläge des Strahlrohres. Der Strahlverlauf ergibt in jedem Fall eine Spirale. Durch die vorgenannten Einstellmöglichkeiten sind Spiralformen mit engem und grossem Windungsabstand möglich. Die Vorrichtung ist mit einem am Grundrahmen befestigten Endschalter 30 bestückt, der von zwei einstellbaren Schaltnocken 31 betätigt wird und in beiden Begrenzungsstellungen des Strahlrohres den Antriebsmotor selbsttätig abschaltet.
Die Schaltnocken sind am Körper des Strahlrohres 10 befestigt. Bei Erreichen der Endstellung kann der Bewegungsablauf durch die Reversiervorrichtung 17 umgekehrt werden. Dazu ist es erforderlich, den durch ein Gewicht 17b belasteten Hebel 17a der Reversiervorrichtung um 1800 umzulegen. Damit wird der bisher im Eingriff gestandene Schubzahn 21 ausser Eingriff genommen und der Gegenschubzahn in Eingriff gebracht.