DE102004053530B4

DE102004053530B4 - Sichterrad für eine Vorrichtung zur Trennung staubförmiger, fasriger oder körniger Güter

Info

Publication number: DE102004053530B4
Application number: DE200410053530
Authority: DE
Inventors: Ulf Noll
Original assignee: AUFBEREITUNGSTECHNOLOGIE NOLL; AUFBEREITUNGSTECHNOLOGIE NOLL GmbH
Current assignee: NOLL, ULF, DE
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2024-11-06
Also published as: BRPI0516707A; EP1807223A1; WO2006048050A1; JP4980231B2; JP2008518763A; EP1807223B1; BRPI0516707B1; DE102004053530A1

Abstract

Sichterrad für eine Vorrichtung zur Trennung staubförmiger, fasriger oder körniger Güter nach der Sinkgeschwindigkeit unter dem Einfluß von Kornform, Korngröße und Dichte, bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Körper mit einem konzentrischen Kern oder Zapfen zur Aufnahme einer Antriebswelle, einer Vielzahl über den Zylinderumfang verteilten Strömungsöffnungen sowie einem Feingutaustritt, wobei der zylindrische Körper aus einem monolithischen Block besteht, zwischen den Strömungsöffnungen Stege (7) im Zylindermantel (5) verbleiben und die Strömungsöffnungen als eine Vielzahl radial orientierter Bohrungen (9) ausgebildet sind, die Bohrungslängsachsen unter einem Winkel schräg verlaufend angeordnet sind sowie sich die gedachten verlängerten Bohrungslängsachsen außerhalb der Zylinderlängsachse (2) schneiden, wobei die Zylindermantelwandstärke im Bereich des 0,1- bis 0,4-, bevorzugt 0,125- bis 0,3-fachen des Zylinderaußendurchmessers und bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem mit Ursprung auf der Zylinderlängsachse (2) der Schrägstellungswinkel im Bereich zwischen 40° und 50° liegt sowie die jeweiligen Bohrungen (9) in Umfangsrichtung benachbarter Bohrungsreihen versetzt zueinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sichterrad für eine Vorrichtung zur Trennung staubförmiger, fasriger oder körniger Güter nach der Sinkgeschwindigkeit unter dem Einfluß von Kornform, Korngröße und Dichte, bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Körper mit einem konzentrischen Kern oder Zapfen zur Aufnahme einer Antriebswelle, einer Vielzahl über den Zylinderumfang verteilten Strömungsöffnungen sowie einem Feingutaustritt.
Windsichten stellt sich als ein Verfahren zur Trennung staubförmiger, körniger oder fasriger Güter dar, wobei das Trennen nach der Sinkgeschwindigkeit unter dem Einfluß von Kornform, Korngröße und Dichte erfolgt.
Ein Qualitätskriterium eines Windsichters ist die Trennwirkung, wobei nach Möglichkeit alle Teilchen, die größer als die Trenngrenze sind, ins Grobgut und kleinere Teilchen ins Feingut befördert werden.
Für Windsichter kommen sogenannte Sichterräder aus z.B. Stahl oder Keramik zum Einsatz, wobei auch die Möglichkeit besteht, mehrere Sichterräder in einem Gerät anzuordnen, um eine Steigerung der Leistungsfähigkeit zu erreichen.
Durch den Einsatz von Sichterrädern aus Al₂O₃ oder SiC in Verbindung mit einer entsprechenden Auskleidung eines Sichters kann erreicht werden, daß eisenabriebfreie Pulver zur Verfügung stehen. Üblicherweise zur Anwendung kommende Sichterräder weisen eine im wesentlichen Zylinderform auf mit einer Boden- und einer Deckplatte, wobei im Regelfall in oder an der Bodenplatte eine Aufnahme für einen motorischen Antrieb, insbesondere für eine Antriebswelle vorgesehen ist.
Zwischen den über Abstandshalter voneinander distanzierten Platten befindet sich eine Vielzahl von Förderschaufeln, welche für die notwendige Gutströmung in Verbindung mit dem vorerwähnten Antrieb sorgen. Die mit dem aufgegebenen Gut in Verbindung kommenden Schaufeln müssen insbesondere bei hohen Drehzahlen außerordentlich beständig und abriebfest sein, um eine technologisch sinnvolle Standzeit des jeweiliges Sichterrads zu erreichen.
Bezüglich der Verwendung eines Sichterrads innerhalb eines Sichterkopfs mit Strömungskammer sei auf die multifunktionale Vorrichtung zum Mahlen, Sichten, Mischen und/oder Desagglomerieren gemäß DE 100 45 160 A1 aufmerksam gemacht. Auch bei der dortigen Vorrichtung findet ein Sichterrad Anwendung, welches eine Vielzahl radial orientierter Schaufeln zwischen zwei gegenüberliegenden kreisförmigen Flächen aufweist. Der vorbekannte Sichter besteht aus einem Sichtergehäuse mit einem Spiralaustritt für Feingut und weist eine durch eine Tür verschließbare Öffnung auf, wobei das Sichterrad einstellbar drehbar an der Tür gelagert ist und die Tür außenseitig mit einem elektromotorischen Antrieb in Verbindung steht. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß nur das Sichterrad selbst mit dem zu sichtenden Gut in Kontakt kommt und Beschädigungen der Achse oder der Aufnahme für das Sichterrad weitgehend ausgeschlossen werden können.
Aus der DD 290 318 A7 ist ein Sichterrad für einen Gegenstrom-Zentrifugalwindsichter mit erzwungener Wirbelströmung zum Trennen eines Sichtgutes in eine Grob- und Feinfraktion vorbekannt. Das dortige Sichterrad besitzt eine zylindrische Form und weist auf der Mantelfläche zahlreiche, zum Innenraum des Sichterrades durchgehende Bohrungen auf. Konkret sind die Bohrungen gleichmäßig verteilt auf der gesamten Mantelfläche des Sichterrades angeordnet. Bei einer ersten dortigen Ausführungsform sind die Bohrungen sämtlich in den radialen Ebenen des Sichterrades angeordnet, d.h. weisen keinerlei Schrägstellung auf. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel liegen die zylinderförmigen Bohrungen in einem Winkel von etwa 20° zu den radialen Ebenen des Sichterrades. Ebenso ist aus der DD 290 318 A7 eine Winkelstellung der Bohrungen in einem Bereich von 10° zur radialen Richtung des Sichtrades vorbekannt. Dieses 10°-Ausführungsbeispiel lässt erkennen, dass darauf abgestellt wurde, bei einer Schrägstellung zur radialen Richtung diese auf jeden Fall kleiner als 45°, bevorzugt 10°, zu halten.
Die DE 41 40 656 C1 zeigt ein Sichterrad für Schleuderrad-Windsichter mit schlitzförmigen Öffnungen, die jedoch keinerlei Schrägstellung aufweisen.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß bekannte Sichterräder hinsichtlich der Trennschärfe, der Feingutausbeute und der Standzeiten noch nicht allen Anforderungen bei verschiedenen Applikationen genügen. Insbesondere tritt bei üblichen Sichterrädern insbesondere am Feingutaustritt ein sehr hoher, kaum vermeidbarer Verschleiß auf, mit der Folge, daß ein mehr oder weniger häufiges Wechseln des Sichterrads und damit eine Produktionsunterbrechung notwendig wird.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Sichterrad für eine Vorrichtung zur Trennung staubförmiger, fasriger oder körniger Güter nach der Sinkgeschwindigkeit unter dem Einfluß von Kornform, Korngröße und Dichte anzugeben, wobei dieses Sichterrad im Vergleich zum Stand der Technik längere Standzeiten durch einen gleichmäßigeren Verschleiß, feinere Trenngrenzen sowie noch feinere Fertiggüter gewährleisten soll, wobei insbesondere letzteres Qualitätskriterium durch die Anwendung höherer Drehzahlen zu sichern ist.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Sichterrad gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Bei dem vorgeschlagenen Sichterrad wird von einem an sich bekannten, im wesentlichen zylindrischen Körper ausgegangen, wobei der zylindrische Körper einen konzentrischen Kern oder Zapfen zur Aufnahme einer Antriebswelle, bevorzugt für einen motorischen Antrieb aufweist und eine Vielzahl über den Zylinderumfang verteilte Strömungsöffnungen sowie einen Feingutaustritt besitzt.
Erfindungsgemäß besteht der zylindrische Körper aus einem monolithischen Block, wobei die Zylindermantelstärke im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich größer gewählt ist. Die Zylindermantelstärke liegt im Bereich des 0,1- bis 0,4-, bevorzugt 0,125- bis 0,3-fachen des Zylinderaußendurchmessers.
Zwischen den, z.B. durch Fräsen eingebrachten Strömungsöffnungen verbleiben signifikante Stege im Zylindermantel, so daß für eine ausreichende Festigkeit gegenüber Verschleiß Sorge getragen wird. Die Strömungsöffnungen sind als eine Vielzahl radial orientierter Bohrungen ausgebildet.
Die Bohrungslängsachsen sind unter einem Winkel schräg verlaufend angeordnet, wobei sich die gedachten verlängerten Bohrungslängsachsen außerhalb der Zylinderlängsachse schneiden.
Die Schräganordnung oder Schrägorientierung der Bohrungen verläuft bevorzugt in Drehrichtung des Sichterrads.
Bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem mit Ursprung auf der Zylinderlängsachse liegt der Schrägstellungswinkel der Bohrungen im Bereich bevorzugt zwischen 40° und 50°.
Die jeweiligen Bohrungen in Umfangsrichtung benachbarter Bohrungsreihen sind ausgestaltend versetzt angeordnet.
Am antriebsseitigen Ende weist der zylindrische Körper eine Fase auf, welche üblicherweise schräg verlaufend oder als Kreisbogenabschnitt ausgeführt sein kann.
Der zylindrische Körper besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus Kunststoff, insbesondere einem Hartpolymer.
Weiterhin umfaßt der zylindrische Körper einen Metallkerneinsatz, welcher wiederum der Aufnahme einer Antriebswelle dient.
Selbstverständlich kann das Sichterrad auch aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff gefertigt werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.
Mit Einsatz des erfindungsgemäßen Sichterrads hat es sich gezeigt, daß durch die Vielzahl von Strömungsöffnungen, insbesondere Bohrungen, sich die strömende Luft bzw. das Produkt-Luft-Gemisch sehr gleichmäßig über den vollen Flächenumfang des Rades verteilt. Hierdurch resultiert eine sehr gleichmäßige und insgesamt geringe Belastung des Rades, d.h. der Radoberfläche, wobei in der Quintessenz sich längere Standzeiten ergeben.
Durch die Anordnung von Bohrungen im monolithischen Körper in einem Flächenverhältnis Bohrung zu verbleibenden Stegen von im wesentlichen etwa 1:1 ergeben sich höhere Festigkeiten des Laufrads, wodurch höhere Umfangsgeschwindigkeiten von ≥ 60 m/sec möglich werden, d.h. es können noch feinere Fertiggüter bei Anwendung des Sichterrads in einem Windsichter erzielt werden.
Insgesamt führt die Nutzung des vorgestellten Sichterrads zu einer besseren Trennschärfe, einer höheren Feingutausbeute, wodurch wiederum feingutarmes Grobgut zur Verfügung steht.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 eine Darstellung eines Loch-Sichterrads im Teilquerschnitt sowie Teillängsschnitt und
2 eine Darstellung des Loch-Sichterrads nach 1 mit erkennbaren schräg orientierten versetzten Bohrungen, umfangsseitig über den Zylindermantel verteilt.
Die im Ausführungsbeispiel gezeigten Sichterräder besitzen eine im wesentlichen zylindrische Form mit einem Bodenbereich, welcher flanschartig ausgeführt ist und der bezogen auf die Zylinderlängsachse 2 einen Stahlkerneinsatz 3 zur Aufnahme einer nicht gezeigten Antriebswelle aufweist.
Am dem Bodenbereich gegenüberliegenden Ende des zylindrischen Sichterrads weist dieses einen Öffnungsabschnitt 4 auf, welcher dem Feingutaustritt dient.
Aus den Darstellungen wird deutlich, daß abweichend zum bekannten Stand der Technik die Stärke oder Dicke des Zylindermantels 5 sehr groß gewählt wird und beispielsweise im Bereich bis 0,1- bis 0,4-, bevorzugt 0,125- bis 0,3-fachen des Zylinderaußendurchmessers liegt.
In den Zylindermantel 5 sind, wie aus den Figuren ersichtlich, Strömungsöffnungen eingebracht.
Die bevorzugte Drehrichtung des Sichterrads ist im linken Teil der 1 durch eine Pfeildarstellung symbolisiert.
Bei der Ausführungsform gemäß den zeichnerischen Darstellungen nach 1 und 2 wird von einem Loch-Sichterrad ausgegangen, welches einen Bodenbereich 1, eine Zylinderlängsachse 2, einen Stahlkerneinsatz 3 sowie einen Öffnungsabschnitt 4 aufweist.
In den Zylindermantel 5 sind lochartige Bohrungen 9 eingebracht.
Die Längsachsen der Bohrungen 9 verlaufen unter einem vorgegebenen Winkel (siehe 1, linker Bildteil).
Demnach sind die Bohrungslängsachsen der Bohrungen 9 unter einem Winkel schräg verlaufend angeordnet, wobei sich die gedachten verlängerten Bohrungslängsachsen außerhalb der Zylinderlängsachse 2 schneiden.
Die Schrägorientierung der Bohrungen 9 verläuft bevorzugt in Drehrichtung des Sichterrads (siehe Pfeildarstellung).
Bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem mit Ursprung auf der Zylinderlängsachse 2 liegt der Schrägstellungswinkel der Bohrungen 9 im Bereich zwischen 30° und 60°, bevorzugt zwischen 40° und 50°.
Die jeweiligen Bohrungen 9 in Umfangsrichtung benachbarter Bohrungsreihen besitzen eine versetzte Anordnung, wie dies aus der 1, rechter Bildteil deutlich wird.
Am antriebsseitigen Ende weisen die zylindrischen Körper gemäß den Ausführungsbeispielen eine Fase 10 auf.
Im Vergleich zu Standard-Sichterrädern tritt bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen, insbesondere bei derjenigen mit einer Vielzahl von Löchern oder Bohrungen ein geringerer und umfangsseitig gleichmäßiger Verschleiß auf, so daß sich größere Standzeiten ergeben.
Die Sichterräder können aus zerspanbaren Stählen sowie Keramiken wie Al₂O₃, Zirkonoxide, SiC oder Ähnliches, aber auch aus Polyurethanen oder Kunststoffen gefertigt werden.
Die Geometrien der Bohrungen im Rad sind im Bereich der Erfindungslehre frei wählbar und lassen sich entsprechend der gewählten Materialarten des Rades durch spanabhebende Verfahren realisieren.
Versuche mit Kaolin unter Anwendung der Windsichter mit erfindungsgemäßem Sichterrad bei gleicher Sichterrad-Drehzahl haben gezeigt, daß die maximale Feingutfeinheit bei einem erfindungsgemäßen Lochrad D 95%, 5,7 µm beträgt. Die Feingutfeinheit bei einem Standard-Rad hingegen beträgt 8,0 µm.
Der Fehlkornanteil bei einem Standard-Rad liegt im Bereich zwischen 33% und 34%; bei einem erfindungsgemäßen Lochrad hingegen nur im Bereich zwischen 30% und 32%. Trotz deutlich feinerer Trennung ergibt sich bei der Nutzung der Erfindungslehre ein besserer Fehlkornanteil.
Bei weiteren Versuchen mit Sand wurde eine deutlich bessere Trennschärfe und somit Feingutausbeute nachgewiesen. Der Fehlkornanteil lag hier bei einem Standard-Rad im Bereich zwischen 15% und 16%, beim erfindungsgemäßen Lochrad bei ca. 5%.

1: Bodenbereich
2: Zylinderlängsachse
3: Stahlkerneinsatz
4: Öffnungsabschnitt
5: Zylindermantel
7: Steg
9: Bohrung
10: Fase

Claims

Sichterrad für eine Vorrichtung zur Trennung staubförmiger, fasriger oder körniger Güter nach der Sinkgeschwindigkeit unter dem Einfluß von Kornform, Korngröße und Dichte, bestehend aus einem im wesentlichen zylindrischen Körper mit einem konzentrischen Kern oder Zapfen zur Aufnahme einer Antriebswelle, einer Vielzahl über den Zylinderumfang verteilten Strömungsöffnungen sowie einem Feingutaustritt, wobei der zylindrische Körper aus einem monolithischen Block besteht, zwischen den Strömungsöffnungen Stege (7) im Zylindermantel (5) verbleiben und die Strömungsöffnungen als eine Vielzahl radial orientierter Bohrungen (9) ausgebildet sind, die Bohrungslängsachsen unter einem Winkel schräg verlaufend angeordnet sind sowie sich die gedachten verlängerten Bohrungslängsachsen außerhalb der Zylinderlängsachse (2) schneiden, wobei die Zylindermantelwandstärke im Bereich des 0,1- bis 0,4-, bevorzugt 0,125- bis 0,3-fachen des Zylinderaußendurchmessers und bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem mit Ursprung auf der Zylinderlängsachse (2) der Schrägstellungswinkel im Bereich zwischen 40° und 50° liegt sowie die jeweiligen Bohrungen (9) in Umfangsrichtung benachbarter Bohrungsreihen versetzt zueinander angeordnet sind.
Sichterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägorientierung der Bohrungen (9) in Drehrichtung des Sichterrades verläuft.
Sichterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am antriebsseitigen Ende der zylindrische Körper eine umlaufende Fase (10) aufweist.
Sichterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper aus einem Kunststoff, insbesondere Hartpolymermaterial, besteht.
Sichterrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper einen Metallkerneinsatz umfaßt.