-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beschicken eines
Fermenters, insbesondere eines Biogasfermenters, bestehend aus einer Grundeinheit,
die eine Wanne zur Aufnahme einer Förderschnecke sowie einen Auflösebehälter mit
von der Wanne nach oben wegführenden
Seitenwänden und
Stirnflächen
sowie eine Austrittsöffnung
aufweist.
-
Mit
solchen Vorrichtungen wird Füll-
oder Inputmaterial für
den Fermenter, das zum großen
Teil in Form von relativ großen
Festmist- oder Silageklumpen oder -brocken und anderen nachwachsenden Rohstoffen
in die Vorrichtung eingebracht wird, aufgelöst, so dass der Fermenter – vorzugsweise
dosiert – beschickt
werden kann. „Auflösen" ist hier im Sinne von „mechanisch
zerkleinern" oder „zerrupfen" des in Brocken-
bzw. Klumpen- oder Blockform vorliegenden Inputmaterials zu verstehen.
-
Das
von der Förderschnecke
zu Austrittsöffnung
geförderte
Material kann direkt oder über
zwischengeschaltete Vorrichtungen in den Fermenter verbracht werden.
Für den
alltagstauglichen Betrieb ist es erforderlich, dass die gattungsgemäße Vorrichtung
so ausgebildet ist, dass eine Beschickung des Fermenters zu jeder
Zeit möglich
ist. Dies setzt voraus, dass die Förderschnecke immer mit Material
beaufschlagt ist.
-
Bekannte
Vorrichtungen weißen
Auflösebehälter auf,
deren Seitenwände
von der Wanne bzw dem Teil der Vorrichtung in dem sich die Förderschnecke
befindet, schräg
nach außen
oben verlaufen und somit zumindest in Bezug auf die Seitenwände eine
herkömmliche
Trichterform aufweisen. Nachteilig dabei ist, dass sich im rauen
Alltagsbetrieb das Füllmaterial
in dem sich nach unten zur Wanne hin verjüngenden Auflösebehälter verkeilen
kann und somit nicht mehr bis an die Förderschnecke gelangt, so dass
diese leer läuft
und kein Material mehr fördert.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Beschicken eines Fermenters
so auszubilden, dass eine störungsfreier
Betrieb gewährleistet ist.
-
Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung
die Seitenwände über eine
vorgegebene Höhe
im wesentlichen senkrecht nach oben verlaufen, so dass eine Verkeilung
des Inputmaterials vermieden wird.
-
Eine
vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass sich der
Querschnitt der Wanne zur Austrittsöffnung hin verbreitert. Diese
Verbreiterung verbessert zusammen mit den senkrechten Seitenwänden die
Förderwirkung.
-
Eine
weitere Verbesserung der Förderwirkung
kann dadurch erreicht werden, dass eine untere Seitenwand vorgesehen
ist, die die Wannenoberkanten mit den Seitenwänden verbindet. Durch die Abmessungen
dieser unteren Seitenwände
kann ein zueinander paralleler oder zum Beispiel ein konischer Verlauf
der im Wesentlichen senkrechten Seitenwände vorgegeben und so die Geometrie
des Auflösebehälters – insbesondere
seine Querschnittsfläche – unabhängig von
der Geometrie der Wanne gestaltet werden. Beispielsweise könnte sich
der Querschnitt des Auflösebehälters (in
Draufsicht) von der Austrittsseite zur entgegengesetzten Seite verjüngen. Dabei
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Lichte Weite der Seitenwände mindestens
so groß,
vorzugsweise größer ist,
wie die größte Lichte
Weite der Wannenoberkanten.
-
Eine
einfach herzustellende Ausführungsform
der Erfindung besteht dann, dass der von den Seitenwänden und
den Stirnflächen
gebildete Auflösebehälter (in
Draufsicht) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Außerdem
lässt sich
dann ein auf den Auslösebehälter aufzusetzender
Trichter hinsichtlich seiner geometrischen Grundform einfach herstellen.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass
die Seitenwände
des Auflösebehälters am
oberen Ende der vorgegebenen Höhe
nach außen
hin aufgeweitet sind. Im Bereich dieser Ausweitung lassen sich Auflöseschnecken
unterbringen, die die Aufgabe haben, das Inputmaterial aufzulösen oder
aufzulockern und zur Förderschnecke
hin zu bewegen.
-
Zur
Erhöhung
der Beschickungskapazität wird
vorteilhaft am oberen Ende des Auflösebehälters ein Trichter mit mindestens
einem Trichtersegment aufgesetzt bzw. lösbar oder unlösbar befestigt. Das
erste und gegebenenfalls einzige Trichtersegment, das sich an den
Auflösebehälter anschließt, sollte
dabei im wesentlichen senkrechte seitliche Trichterwände aufweisen.
-
Dadurch
wird gewährleistet,
dass sich eine nachteilige Verkeilung des Inputmaterials nicht schon im
Trichter einstellt. Der Auflösebehälter selbst
kann nach oben hin einteilig zum Trichter verlängert werden.
-
Als
besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Förderschnecke
an dem der Austrittsöffnung
gegenüberliegenden
Ende gelagert ist und mit ihrem Ende mindestens teilweise in ein
an der Austrittsöffnung
angebrachtes Auslassrohr ragt. Dadurch kann auf eine gesonderte
Lagerung am Ende der Förderschnecke
verzichtet werden. Dies ermöglicht einen
robusten Betrieb und vermeidet Störungen durch zusätzliche
Lager, die in diesem Bereich extremen Belastungen, insbesondere
durch Verschmutzungen, ausgesetzt wären.
-
Diese
besonders vorteilhafte Ausführung wird
noch dadurch verbessert, dass die Förderschnecke kardanisch gelagert
ist, wobei der Innendurchmesser der Austrittsöffnung größer ist, als der Außendurchmesser
der Förderschnecke.
Dadurch kann sich das Ende der Förderschnecke – lediglich
begrenzt durch den Durchmesser der Austrittsöffnung und des Auslassrohres – frei bewegen,
was eine erhebliche Verbesserung der Förderleistung mit sich bringt.
-
Eine
weitere erhebliche Verbesserung der Wirkungsweise der Vorrichtung
besteht darin, dass im oberen Bereich der Seitenwände mindestens
eine Auflöseschnecke
im Auflösebehälter angeordnet
ist. Damit wird die Zuführung
zur Förderschnecke
erheblich verbessert. Die Auflöseschnecken
können
parallel zueinander im Bereich der nach außen aufgeweiteten Seitenwände angeordnet
werden. Sie können dabei
schräg
nach unten verlaufen. Anstelle eines parallelen Verlaufes ist es
auch möglich,
die Auflöseschnecken
aufeinander zulaufend anzuordnen. Die Auflöseschnecken können prinzipiell
jede Lage zueinander einnehmen. Es bleibt dem Fachmann überlassen,
sie in Abhängigkeit
von der Geometrie der Vorrichtung, insbesondere des Auflösebehälters, sowie
zur Lage der Förderschnecke
optimal anzuordnen.
-
Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben. Dabei
zeigen:
-
1:
Eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
-
2:
Eine schematisierte Schnittansicht der Grundeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Bereich der Austrittsöffnung
-
3:
Eine schematisierte Schnittansicht der Grundeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in dem der Austrittsöffnung
gegenüberliegenden Bereich
Die Darstellung gemäß 1 zeigt
eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Beschicken eines Biogasfermenters mit Festmist o.ä. nachwachsenden
Rohstoffen. Sie besteht aus einer Grundeinheit, bestehend aus einer
Wanne W und einem Auflösebehälter AB. Die
Wanne W ist so ausgebildet, dass sich in ihr eine Förderschnecke
FS angetrieben durch einen Motor M drehen kann. Von der Wanne W
führen
zunächst untere
Seitenwände
US nach oben außen.
An diese schließen
sich Seitenwände
S an, die im Wesentlichen senkrecht nach oben verlaufen (vgl. 2 und 3).
Die unteren und die senkrechten Seitenwände US, S bilden mit der lagerseitigen
Stirnfläche
FL, an der der Motor M gelagert ist sowie mit der gegenüberliegenden,
austrittseitigen Stirnfläche
FA, den Auflösebehälter AB.
Im oberen Ende des Auflösebehälters sind
Auflöseschnecken
AS untergebracht, die hier teilweise in das erste Trichtersegment
T1 eines aus drei Segmenten T1, T2, T3 bestehenden Trichters T hineinragen.
Das erste Trichtersegment T1 überlappt
sich hier teilweise mit dem oberen Teil des Auflösebehälters AB, der bis zur gestrichelten
Linie oberhalb der Auflöseschnecke
AS reicht. Die stirnseitigen Trichterwände der ersten beiden Segmente
T1, T2 sind in der Darstellung senkrecht ausgeführt, sie können sich aber auch trichterförmig nach
oben außen
aufweiten.
-
Von
der Austrittsöffnung
A der Grundeinheit führt
ein Austrittsrohr R durch die Wand WF eines Fermenters. Das Rohr
R ist im ersten Teil von der Austrittsöffnung A bis etwa zur Rohrmitte
hin im oberen Bereich konisch und im letzten Teil zylindrisch ausgeführt. In
etwa bis zur Mitte des Rohres R ragt die Förderschnecke FS hinein. Der
Außendurchmesser
der Förderschnecke
FS ist kleiner als der Innendurchmesser des Rohres R, in den sie
hineinragt. Die Förderschnecke
FS ist an der gegenüberliegenden Seite
kardanisch gelagert und wird von einem Motor M, der am Kardangelenk
K befestigt ist, angetrieben.
-
Die
Wanne W weitet sich von der lagerseitigen Stirnfläche FL zur
austrittseitigen Stirnfläche
FA auf und ist so ausgebildet, dass sich die Förderschnecke FS aufgrund der
kardanischen Lagerung und durch das Spiel, dass sie im Rohr R hat
frei bewegen kann. Die Wanne ist so geformt, dass, wenn die Förderschnecke
FS, bzw. die Schneckenwindung an der Wanneninnenwand anliegt oder – bedingt durch
austauschbare Kunststoffeinlagen – gering von ihr beabstandet
ist, ist sie das gleichmäßig über ihre gesamte
Länge.
-
Das
Austrittsrohr R ragt in die Wand WF eines Fermenters hinein. Es
könnte
aber auch zum Beispiel mit einer Platte an der Wand WF eines Fermenter
befestigt werden. Die Grundeinheit erstreckt sich über die
Länge L.
Die Wannenkante befindet sich im Bereich der Länge L und ist durch die Linie WK
gekennzeichnet. Von der Wannenkante WK nach außen verläuft die untere Seitenwand US
dessen obere Kante im Bereich der Länge L durch die Linie OK gekennzeichnet
ist. An die Oberkante OK der unteren Seitenwand US schließen sich
die im Wesentlichen senkrecht nach oben verlaufenden Seitenwände S an.
Auf die Geometrie der unteren sowie der senkrechten Seitenwände US,
S wird im Zusammenhang mit den 1 und 2 noch
genauer eingegangen.
-
Auf
der Seite des Motors M ist ein Motor MA einer Auflöseschnecke
AS zu sehen. Sind mehr als eine Auflöseschnecke AS vorgesehen, können diese über je einen
Motor MA oder über
einen Motor und ein Getriebe angetrieben werden.
-
Die
Darstellung gemäß 2 zeigt
eine schematisierte Schnittansicht der Grundeinheit mit drei Trichtersegmenten
T1, T2, T3 im Bereich der Austrittsöffnung A (Schnitt II-II, 1).
Die Grundeinheit erstreckt sich von der Wanne W über die unteren Seitenwände US,
die senkrechten Seitenwände
S bis zur Oberkante des Auflösebehälters AB.
An diese schließt
sich das erste Segment T1 eines Trichters T an (Die in 1 dargestellte Überlappung
des ersten Trichtersegments T1 mit dem oberen Teil des Auflösebehälters ist
hier nicht dargestellt). Über
dem ersten Trichtersegment T1 sind bei dieser Ausführungsform
noch ein zweites und drittes Trichtersegment T2, T3 vorgesehen,
die in Form eines Trichters mit querschnittsförmigen Grundriss ausgeführt sind.
-
Von
den Wannenoberkanten WK führt
eine untere Seitenwand US nach außen oben und geht in die Seitenwände S über. Die
Seitenwände
S verlaufen über
die Höhe
HS im wesentlichen senkrecht und sind am oberen Ende nach außen hin
aufgeweitet. Im Ausführungsbeispiel
ist diese Aufweitung durch mehrere Abkantungen realisiert. Im Bereich
der Aufweitung sind die Auflöseschnecken
AS angeordnet und an den Stirnseiten gelagert.
-
Die
Darstellung gemäß 3 zeigt
eine schematisierte Schnittansicht der Grundeinheit im Bereich der
lagerseitigen Stirnfläche
FL (Schnitt III-III). Die Lichte Weite LW' der Wanne W – gemessen zwischen den Wannenoberkanten
WK – ist
hier kleiner als die Lichte Weite LW an der Austrittsöffnung A.
Dies hat zur Folge, das die Stirnkante der unteren Seitenwände US sehr
viel Länger
wird, damit die Lichte Weite der Seitenwände S an der lagerseitigen
Stirnfläche
FL gleich oder in etwa gleich ist, wie deren Lichte Weite an der
austrittseitigen Stirnfläche FA.
Damit ergibt sich dann in der Draufsicht ein im wesentlichen rechteckiger
Querschnitt des Auflösebehälters AB,
der über
die unteren Seitenwände
US an die Geometrie der Wanne W angepasst wird. Durch die Formgebung
der unteren Seitenwände
ist es somit möglich,
den durch die Seitenwände
S bestimmten Querschnitt des Auflösebehälters (in der Draufsicht) an
die Form der Wanne anzupassen, da diese durch den Freiheitsgrad
der kardanisch aufgehängten
Förderschnecke
und die Tatsache, dass diese über
die gesamte Länge
an der Wanneninnenwand anliegen können oder geringfügig beabstandet sein
soll, vorgegeben ist.
-
An
der Oberkante des Auflösebehälters AB kann
das erste Trichtersegment T1 beispielsweise mittels Schrauben, Nieten
oder Schweißen,
befestigt werden. In 3 ist unterhalb der Oberkante
des Auflösebehälters AB
noch eine Befestigungsvorrichtung V vorgesehen, mittels der das
erste Trichtersegment T1 sicher befestigt werden kann. Damit ergibt sich
auch die anhand von 1 bereits erwähnte Überlappung
des ersten Trichtersegmentes T1 mit dem oberen Teil des Auflösebehälters AB.
Dies ist in 1 deutlich daran zu erkennen,
dass der Motor MA der Auflöseschnecke
in Höhe
der unteren Hälfte der
Seitenwand des ersten Trichtersegmentes T1 angeordnet ist.
-
Das
erste und zweite Trichtersegment T1, T2 der 1 weisen
im wesentlichen rechteckige Grundform auf, während das dritte Segment T3
sich trichterförmig
nach außen
aufweitet. Das zweite Trichtersegment kann aber ebenfalls bereits,
wie in 2 gezeigt, trichterförmig ausgebildet sein.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass die Wellen der Auflöseschnecken nicht zwangsläufig eine Schnecke
aufweisen müssen.
Die Funktion der Auflöseschnecken
besteht darin, das Inputmaterial nach unten zur Förderschnecke
FS hin zu fördern
und so zu einem kontinuierlichen Flussbild beizutragen. An der Welle
könnten
somit auch andere Mittel als ein Schneckengang angebracht werden,
die diese Funktion erfüllen.
-
Teile
der Wanne W, die von der Förderschnecke
berührt
werden, sowie der Teil des Rohres R in den die Förderschnecke hineinragt, können durch austauschbare
Kunststoffeinlagen gegen Abrieb geschützt werden. Um Schäden durch
Korrosion zu vermeiden, wird die Wanne überwiegend aus V2A Stahl gefertigt.
Der Trichter dient als Vorratsbehälter und vergrößert das
Vorratsvolumen.
-
Die
vorstehend beschriebene Vorrichtung ist energiesparend, robust und
wartungsarm. Soweit die eingebrachte Biomasse nahezu vollständig geschnitten
oder gehäkselt
vorliegt, kann auf ein Durchmischen im Vorratstrichter verzichtet
werden. Dadurch wird ein niedriger Stromverbrauch bei geringem Verschleiß und erhöhter Standzeit
erzielt.
-
Ein
weiterer Vorteil ist die Installation an der Behälterseite. Da keine fest installierten
Teile der Einbringtechnik im Fermenter als Hindernisse wirken, wenn
das Rohr R direkt an der Fermenterwand WF befestigt wird, kann das
Rühren
im Fermenter optimal und energiesparend durchgeführt werden.
-
Mit
einer Steuerung der Motoren M, MA kann das aufgelöste Inputmaterial
dosiert in den Fermenter eingebracht werden. Die Steuerung erfolgt
direkt am Gerät,
oder über
einen zentralen Schaltschrank. Da lediglich Pausen- und Laufzeiten
festgelegt werden müssen,
ist eine einfache Bedienung gewährleistet.