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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Stülpfilterzentrifuge, mit einer in einem Maschinengestell drehbar gelagerten freitragend in ein mit dem Maschinengestell verbundenes Gehäuse hineinragenden radiale Durchlassöffnungen aufweisenden Filtertrommel, die einen Schleuderraum radial umschließt, mit einem den Schleuderraum auf der Stirnseite verschließenden Schleuderraumdeckel, mit einem unter Freilassung eines Abstands starr mit dem Schleuderraumdeckel verbundenen, die andere Seite des Schleuderraums abgrenzenden Schubboden, wobei die Filtertrommel und der Schubboden axial relativ zueinander bewegbar sind, um ein Filtertuch umzustülpen, mit einer am Schleuderraumdeckel vorgesehenen Einfüllöffnung für einzubringende Medien insbesondere Suspension und/oder Waschflüssigkeit und mit einem die Einfüllöffnung bei geschlossenem Schleuderraum durchdringenden Füllrohr, mit einem Filtratsammelraum zur Aufnahme des durch Zentrifugieren bei in die Filtertrommel eingestülpten Filtertuch abgetrennten Filtrats, mit einem Feststoffsammelraum zur Aufnahme unter Weiterotieren der Filtertrommel mit ausgestülpten Filtertuch abgetrennten Feststoffs, mit einer den Filtratsammelraum und den Feststoffsammelraum gegeneinander abgrenzenden Trennwand, wobei ein die Filtertrommel im Öffnungsbereich abschließender Filtertrommelrand die Trennwand in einem Ringspalt durchdringt.
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Stand der Technik
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Stülpfilterzentrifugen werden überwiegend als „geschlossenes System” für sensible hochwertige Produkte eingesetzt. Das heißt: um eine Kontamination des Verfahrensraums mit der Umgebungsatmosphäre zu vermeiden, wird der gesamte Verfahrensraum druckdicht ausgebildet und meistens mittels eines inerten Druckgases unter einen leichten Überdruck gesetzt, so dass die Umgebungsatmosphäre nicht in den Verfahrensraum eindringen kann.
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In einem solchen „geschlossenen System” wird üblicherweise vor Produktionsbeginn, der gesamte Verfahrensraum (Filtratsammelraum und Feststoffsammelraum, sowie das mit diesen Räumen kommunizierende Equipment) mit einer großen Menge (pro Zeiteinheit) inertem Druckgas solange gespült bis ein vorgegebener maximal zulässiger Sauerstoffgehalt im Verfahrensraum unterschritten ist. Anschließend wird während der Produktion permanent eine kleine Menge (pro Zeiteinheit) inertes Druckgas, im Fachjargon häufig als „Schleichgas” bezeichnet, zugeführt. Auf diese Weise wird ein vorgegebener leichter Überdruck im Verfahrensraum sicher aufrechterhalten und eine Kontamination des Verfahrensraums, durch eindringende Umgebungsatmosphäre, verhindert.
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Allgemein sind im Betrieb von herkömmlichen Stülpfilterzentrifugen Taumelbewegungen der Filtertrommel, infolge von unvermeidlichen Unwuchten bekannt. Aufgrund dessen ist es vonnöten, den Ringspalt durch den der Filtertrommelrand die Trennwand zwischen dem Filtratsammelraum und Feststoffsammelraum durchdringt, mindestens so groß auszubilden, dass bei maximaler Unwucht keine Berührung der rotierenden Filtertrommel mit der starren Trennwand stattfinden kann. Der einerseits aufgrund der Taumelbewegung der Filtertrommel erforderliche Ringspalt, sowie andererseits die hohe Umfangsgeschwindigkeit der Filtertrommel, die eine schleifende Radialdichtung verbietet, bringen es mit sich, dass zwischen dem Filtratsammelraum und dem Feststoffsammelraum keine absolute Abdichtung möglich ist.
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Weiterhin wirkt die im Filtratsammelraum rotierende Filtertrommel wie ein Ventilator und bewirkt infolgedessen einen Überdruck gegenüber dem Feststoffsammelraum, sowie Turbulenzen. Das beim Zentrifugieren vom Schleuderraum durch das Filtertuch und die Durchlassöffnungen im Filtertrommelmantel austretende Filtrat wird im Filtratsammelraum durch die Turbulenzen teilweise fein verwirbelt, und somit das im Filtratsammelraum vorhandene Gas mit Flüssigkeit/Flüssigkeitsaerosolen angereichert, das nunmehr über den Ringspalt infolge des zwischen dem Filtrat- und Feststoffsammelraum herrschenden Druckgefälles in den Feststoffsammelraum gelangen kann. Trotz der üblicherweise bei Stülpfilterzentrifugen zwischen dem Filtratsammelraum und dem Feststoffsammelraum angeordneten externen Gaspendelleitung, die einen Druckausgleich zwischen den beiden Räumen gestattet. Unvorteilhafterweise können auch über die Gaspendelleitung Flüssigkeitsaerosole in den Feststoffsammelraum gelangen. Ebenso mit Filtrat gesättigtes Gas, das dann im Feststoffsammelraum in unerwünschter Weise auskondensieren kann.
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Bei Produktwechsel muss zur Vermeidung jedweder Kontamination der gesamte Verfahrensraum penibel gereinigt und inspiziert werden. Dies ist insbesondere bei der Gaspendelleitung, infolge ihrer geometrischen Gegebenheit und der damit verbunden beschwerlichen Inspizierbarkeit ein mühsamer und aufwändiger Prozess.
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Zum Austragen des im Schleuderraum nach dem Filtrieren angesammelten Feststoffs wird das Filtertuch mittels des Schubbodens wie ein Plungerkolben in den Feststoffsammelraum hinein- und nach dem Feststoffabwurf wieder in die Ausgangsstellung zurück bewegt. Durch die Schubbewegung entsteht jeweils zwischen den getrennten Räumen ein Druckgefälle, das sich über den Ringspalt und die Gaspendelleitung abbaut.
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Der Übertritt von Filtrat in den Feststoffsammelraum ist wegen der damit verbundenen Kontamination des abgeworfenen Feststoffs äußerst unerwünscht, war jedoch bisher wegen des Ringspalts zwischen dem Filtertrommelrand und der Trennwand, bei Verzicht auf eine Gaspendelleitung unabwendbar, obwohl mit speziellen Maßnahmen versucht wurde den Ringspalt zu verringern.
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In der gattungsbildenden
DE 27 10 624 A1 ist eine Stülpfilterzentrifuge beschrieben, bei der die rotierende Filtertrommel ein Ringspalt von dem starren Umgebungsgehäuse trennt. Um bei den unvermeidlichen Taumelbewegungen eine metallische Berührung der rotierenden Filtertrommel mit dem Umgebungsgehäuse zu vermeiden, wurde senkrecht zur Drehachse der Filtertrommel das Umgebungsgehäuse mit Nuten versehen in die nichtmetallische Dichtstreifen, beispielweise aus Teflon, eingebracht sind. Auf diese Art und Weise wird bei Berührung eine Beschädigung der Filtertrommel weitestgehend vermieden und eine marginale Verringerung des Ringspalts ermöglicht.
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Der Nachteil eines möglichen Übertritts von Flüssigkeit/Flüssigkeitsaerosolen vom Filtratsammelraum in den Feststoffsammelraum, mit der damit verbundenen Kontamination des abgeworfenen Feststoffs im Feststoffsammelraum, ist bei der offenbarten Ausführung systemimmanent gegeben. Zwar kann der infolge von möglicher Unwucht und der damit verbundenen Taumelbewegung der Filtertrommel benötigte Ringspalt durch die die nicht metallischen Dichtstreifen marginal verringert werden, da die rotierende Filtertrommel bei Kontakt mit den nichtmetallischen Dichtstreifen keinen gravierenden Schaden nimmt. Allerdings werden bei einem Kontakt die nichtmetallische Dichtstreifen von der Filtertrommel soweit ab radiert wie die Filtertrommel für ihre Taumelbewegung benötigt. Dies vergrößert naturgemäß den Ringspalt und verschärft die Gefahr eines Übertritts von Flüssigkeit/Flüssigkeitsaerosolen in den Feststoffsammelraum.
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Bei einer bekannten Stülpfilterzentrifuge
DE 34 30 506 C3 ist eine Stülpfilterzentrifuge dargestellt, die hinsichtlich einer Verhinderung des möglichen Übertritts von Flüssigkeit/Flüssigkeitsaerosolen vom Filtratsammelraum in den Feststoffsammelraum im Prinzip bereits vorstehend unter der gattungsbildenden
DE 27 10 624 A1 beschrieben wurde.
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Gegenüber einer Stülpfilterzentrifuge nach
DE 27 10 624 A1 ist jedoch die Anordnung der nichtmetallische Dichtstreifen so modifiziert, dass sie nun nicht mehr senkrecht, sondern schräg zur Drehachse der Filtertrommel verlaufen. Aufgrund der schrägen Anordnung sind die nichtmetallische Dichtstreifen bei einem Kontakt mit der rotierenden Filtertrommel in gewissem Umfang nachgiebig, sodass bei Berührung die Gefahr einer Beschädigung der Filtertrommel weiter reduziert wird und eine weitergehende Verringerung des Ringspalts ermöglicht.
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Die zuvor unter der
DE 27 10 624 A1 beschriebenen Nachteile werden durch die modifizierte Anordnung der nicht metallische Dichtstreifen abgemildert, bleiben jedoch im Prinzip bestehen.
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Bei einer bekannten Stülpfilterzentrifuge
DE 196 46 038 C2 ist eine Stülpfilterzentrifuge beschrieben bei der die den Filtratsammelraum und den Feststoffsammelraum gegeneinander abgrenzende Trennwand eine kreisförmige Öffnung mit einer Ringfläche aufweist, durch die ein die Filtertrommel im Öffnungsbereich abschließender Filtertrommelrand unter Bildung eines Ringspaltes durchtritt. Es ist eine Sperrgaserzeugungseinrichtung vorgesehen, mittels welcher im Ringspalt am Filtertrommelrand ein Sperrgasstrom erzeugt wird, der einen unerwünschten Übertritt von Flüssigkeit/Flüssigkeitsaerosolen vom Filtratsammelraum in den Feststoffsammelraum verhindern soll.
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Nachteilig ist bei dieser Anordnung, dass außer einer aufwändigen Sperrgaserzeugungseinrichtung, weiterhin noch umfangreiches weiteres Equipment (Pumpe, Filter, Flüssigkeitsabscheider und Ventile) in der Gaspendelleitung vonnöten ist. Weiterhin ist misslich, dass diese Geräte funktionell eingebunden werden müssen, was wiederum einen komplexen Steuerungsaufwand bedingt.
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Außerdem muss bei Produktwechsel der gesamte Verfahrensbereich zur Vermeidung einer Crosskontamination penibel gereinigt werden und somit das gesamte zusätzliche Equipment, was einen sehr hohen zeitlichen Aufwand erfordert und somit erhebliche Kosten generiert.
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Bei einer bekannten Stülpfilterzentrifuge
DE 10 2007 017 982 A1 ist eine Stülpfilterzentrifuge beschrieben, bei der die den Filtratsammelraum und den Feststoffsammelraum gegeneinander abgrenzende Trennwand von dem Trommelrand sowie dem das Filtertuch befestigenden Deckel durchdrungen wird, wobei ein System bestehend aus diversen Ring- und Axialspalten sowie einem Ringraum gebildet wird. Es ist eine Absaugeinrichtung vorgesehen, mittels der in den Ringraum gelangendes Filtrat entfernt werden soll.
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Nachteilig ist bei dieser Anordnung, dass infolge der zuvor beschriebenen Taumelbewegungen der Filtertrommel infolge unvermeidlicher Unwucht, die Ringspalte beachtlich auszubilden sind, so dass bei maximaler Unwucht keine Berührung der rotierenden Filtertrommel mit der starren Trennwand stattfinden kann. Weiterhin wirkt bekanntlich die im Filtratsammelraum rotierende Filtertrommel wie ein Ventilator und erzeugt somit ein Überdruck gegenüber dem Feststoffsammelraum, der naturgemäß für einen Gasaustausch zwischen dem Filtrat-Feststoffsammelraum sorgt. Durch die nicht vermeidbaren, beachtlichen Ringspalte gelangt somit das im Filtratsammelraum vorhandene, mit Flüssigkeit bzw. Flüssigkeitsaerosolen angereicherte Gas in den Feststoffsammelraum und kontaminiert den bereits angelagerten Feststoff.
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Weiterhin ist bei der vorgesehenen Absaugeinrichtung nachteilig, dass dieses Geräte einerseits funktionell einzubinden ist, was einen weiteren Steuerungsaufwand bedingt und andererseits bei Produktwechsel, zur Vermeidung einer Crosskontamination eine penible Reinigung erfordert. Beides führt zu erheblichen zusätzlichen Kosten.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Stülpfilterzentrifuge dahingehend zu verbessern, dass die beschriebenen Nachteile hinsichtlich eines Übertritts von Flüssigkeit/Flüssigkeitsaerosolen vom Filtratsammelraum in den Feststoffsammelraum vermieden werden, insbesondere dahingehend, dass keine zusätzlichen aktiven Aggregate benötigt werden und dass der Wartungsaufwand minimiert wird.
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Die Aufgabe wird durch eine Stülpfilterzentrifuge mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Lösungsgedanken, den Übergangsbereich vom Filtratsammelraum zum Feststoffsammelraum so auszugestalten, dass sich während des Filterns im Bereich des Ringspalts zwischen Filtertrommelrand und Ringfläche ohne apparativen Aufwand mittels eine aus dem anfallenden Filtrat selbst generierende hydraulische Barriere aufbaut.
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Dies wird dadurch erreicht, dass die den Ringspalt in der Trennwand begrenzende Ringfläche in Richtung des Filtratsammelraums verlängert ist und sich in diesen erstreckt. Hierdurch trifft das beim Zentrifugieren durch die radialen Durchlassöffnungen in der Filtertrommel in den Filtratsammelraum gelangende Filtrat teilweise beim Ringspalt auf die starre Ringfläche auf, wobei das Filtrat abgebremst wird, und sich dadurch vor dem Ringspalt zu einem Flüssigkeitsstau aufstaut, der sich auch in den Ringspalt erstreckt, folglich den Ringspalt füllt, dadurch versperrt und somit eine hydraulische Barriere zwischen dem Filtratsammelraum und dem Feststoffsammelraum generiert.
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Die erfindungsgemäße Stülpfilterzentrifuge hat den weiteren Vorteil, dass sich die hydraulische Barriere nur temporär, bei Filtratanfall, das heißt während dem Zentrifugieren aufbaut, und somit in der restlichen Zykluszeit der Übergangsbereich vom Filtratsammelraum zum Feststoffsammelraum wieder frei ist. Infolgedessen ist eine bei Produktwechsel nur aufwändig zu reinigende und äußerst mühsam zu inspizierende Gaspendelleitung nicht mehr vonnöten, da das beim Stülpen des Filtertuchs verdrängte Gas, sei es vom Feststoffsammelraum zum Filtratsammelraum oder umgekehrt durch den während dem Stülpen freien Übergangsbereich fließen kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Zusammenhang mit den Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Stülpfilterzentrifuge des Standes der Technik in der Arbeitsphase des Zentrifugierens, und, mittels unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt, in der Arbeitsphase des Feststoffabwurfs;
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2 schematisch eine vergrößerte Teilschnittansicht im Bereich des strichpunktiert gezeichneten Kreises A in 1, wobei die erfindungsgemäße Verbesserung dargestellt ist;
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3 eine Modifikation zu dem in 2 Gezeigten.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Die in 1 dargestellte Stülpfilterzentrifuge umfasst ein den gesamten Verfahrensraum dicht umschließendes Gehäuse 1, das an ein stationäres Maschinengestell 2 angeschlossen ist, in dem eine Hohlwelle 3 in Hauptlagern 4 und 5 drehbar gelagert ist. Das in 1 rechts gelegene, über das Hauptlager 5 hinausragende Ende der Hohlwelle 3 ist mit einem Antriebsrad 7 drehfest verbunden, über welches die Hohlwelle 3, zum Beispiel mittels eines Keilriemens 6, von einem Motor 8 in Umlauf versetzbar ist.
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Die zwischen den Hauptlagern 4 und 5 starr durchgehende Hohlwelle 3 weist eine axial gerichtete Keilnute 10 auf, in welcher ein Keilstück 9 axial verschiebbar ist. Dieses Keilstück 9 ist starr mit einer im Innern der Hohlwelle 3 verschiebbaren Schubwelle 12 verbunden. Die Schubwelle 12 läuft daher gemeinsam mit der Hohlwelle 3 um, ist jedoch in dieser axial verschiebbar.
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Die Hohlwelle 3 und die Schubwelle 12 verlaufen in einem auch der Halterung der Hauptlager 4 und 5 dienenden Tragkörper 13, der auf dem Maschinengestell 2 abgestützt ist. Das vom Hauptlager 5 abgestützte Ende der drehbar gelagerten Schubwelle 12 ist am rechten Ende mit einer nicht dargestellten Verschiebeeinrichtung verbunden.
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An dem in 1 links gelegenen, über das Hauptlager 4 und eine Radialdichtung 11 hinausragenden Ende der Hohlwelle 3, ist eine Filtertrommel 16 mit ihrem Boden 17 drehfest angeflanscht. An ihrer zylindrischen Außenwand weist die Filtertrommel 16 radial verlaufende Durchlassöffnungen 18 auf. An ihrer dem Boden 17 gegenüberliegenden Seite ist die Filtertrommel 16 offen. An einem diese offene Stirnseite umgebenden, flanschartigen Filtertrommelrand 19 ist mittels eines Halterings 21 der eine Rand eines im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Filtertuchs 22 dicht eingespannt. Der andere Rand des Filtertuchs 22 ist in entsprechender Weise dicht mit einem Schubboden 23 verbunden, welcher starr mit der verschiebbaren, den Boden 17 frei durchdringenden Schubwelle 12 verbunden ist.
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An dem Schubboden 23 ist über Stehbolzen 24 unter Freilassung eines Zwischenraums starr ein Schleuderraumdeckel 25 befestigt, der einen Schleuderraum 14, der Filtertrommel 16, mittels einer Schleuderraumdichtung 20 dicht verschließt, und gemeinsam mit dem Schubboden 23 durch axiales Herausschieben der Schubwelle 12 aus der Hohlwelle 3, die Filtertrommel 16 öffnet, in 1 mittels unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt.
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Das Gehäuse 1 ist vorzugsweise um eine, nicht dargestellte, vertikale Achse schwenkbar und kann in eine ebenfalls nicht dargestellte Offenstellung überführt werden, so dass ein völlig unbehinderter Zugang zur Filtertrommel 16, einem Feststoffsammelraum 32, einem Filtratsammelraum 31 und eine die beiden Räume abgrenzende Trennwand 33 möglich ist. In dieser Trennwand 33 ist eine rotationssymmetrische Öffnung vorgesehen, durch die der Filtertrommelrand 19 unter Bildung eines Ringspaltes 39 durchtritt. Das heißt, dass zwischen zumindest einem Abschnitt der Mantelfläche des Filtertrommelrandes 19 und einem Abschnitt einer den Ringspalt 39 auf Seiten der Trennwand 33 begrenzenden Ringfläche 41 der Trennwand 33 der Ringspalt 39 gebildet ist.
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Das Gehäuse 1 ist mittels bekannten Elementen aus dem Maschinenbau, zum Beispiel Schrauben oder Schnellverschluss, unter Zwischenschaltung einer Dichtung, mit dem Maschinengestell 2 verbunden.
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Bei einer weiteren nicht dargestellten beispielhaften Ausführung ist das Gehäuse 1 in zwei separate Gehäuse gesplittet, wobei das eine separate Gehäuse den Feststoffsammelraum 32 und das andere den Filtratsammelraum 31 sowie die, die beiden separaten Gehäuse im geschlossenen Zustand abgrenzende Trennwand 33, umfasst. Jedes separate Gehäuse ist jeweils um eine eigene vertikale Achse schwenkbar, oder ist mit einem anderweitigen Öffnungsmechanismus verbunden. Somit kann jedes einzelne Gehäuse für sich in eine Offenstellung überführt werden, was ein völlig unbehinderter Zugang zur Filtertrommel 16, dem Feststoffsammelraum 32, dem Filtratsammelraum 31 und der die beiden separaten Gehäuse abgrenzende Trennwand 33 ermöglicht.
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An der in 1 links gelegenen Seite ist ein Füllrohr 26 vorgesehen, welches zum Zuführen von Medien, insbesondere eine in ihre Feststoff- und Flüssigkeitsbestandteile zu zerlegende Suspension oder Waschflüssigkeit, in den Schleuderraum 14 in der Filtertrommel 16 dient. Hierzu weist der Schleuderraumdeckel 25 eine zentrale Einfüllöffnung 28 auf, durch welche hindurch das freie Ende des Füllrohrs 26 in den Schleuderraum 14 eintritt.
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2 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführung des Übergangs vom Filtratsammelraum 31 zum Feststoffsammelraum 32, in der die Trennwand 33 im wesentlichen so ausgebildet ist, dass der umlaufende Filtertrommelrand 19 durch einen Ringspalt 39 und einen Axialspalt 40 von der starren Trennwand 33 abgegrenzt ist, wobei der Axialspalt 40 in seine Erstreckung nach innen hin zur Schleuderraummittelachse in mindestens einem Axiallabyrinth 47 mündet, welches gemäß der hier getroffenen Definitionen zum Axialspalt 40 gehört. Weiterhin grenzt ein im Feststoffsammelraum 32 mündender weiterer Ringspalt 44 den das Filtertuch 22 fixierende Haltering 21, der seinerseits mit dem Filtertrommelrand 19, zwar lösbar, aber fest verbunden ist und mit im umläuft, gegen die Trennwand 33 ab.
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Um bei einer extremen Taumelbewegung der rotierenden Filtertrommel 16 eine metallische Berührung des Filtertrommelrand 19 sowie des Halterings 21 mit der jeweils gegenüberliegenden starren Ringfläche zu vermeiden, können die dem Außendurchmesser des Filtertrommelrands 19 und/oder dem Außendurchmesser des Halterings 21 gegenüberliegenden starren Ringflächenabschnitte Oberflächen von Kunststoffelementen 48 beziehungsweise 49 sein.
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Wie man der 2 entnimmt, erstreckt sich die Ringfläche 41 über den Ringspalt 39 hinaus in Richtung des Filtratsammelraums 31. Hierdurch trifft, wie ebenfalls aus 2 ersichtlich, das beim Zentrifugieren durch die radialen Durchlassöffnungen 18 der Filtertrommel 16 in den Filtratsammelraum 31 gelangende Filtrat beim Ringspalt 39 auf eine starre Ringfläche 41 auf. Dabei wird das rotierende Filtrat abgebremst und in seiner Fließrichtung umgelenkt, was zu einem Flüssigkeitsstau 43 vor dem Ringspalt 39 führt, der sich auch in den Ringspalt 39 erstreckt und folglich den Ringspalt 39 versperrt. Auf diese Weise wird zwischen dem Filtratsammelraum 31 und dem Feststoffsammelraum 32 eine hydraulische Barriere aufgebaut die verhindert, dass der sich im Filtratsammelraum 31 aufgrund des Ventilator-Effekts, der umlaufenden Filtertrommel 16, aufbauende Überdruck hin zum Feststoffsammelraum 32 abbaut und dabei Flüssigkeit/Flüssigkeitsaerosole verschleppt.
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Ferner ist aus 3 eine beispielhafte Ausführung einer Filtrat-Leiteinrichtung 42 ersichtlich, bestehend aus einem sich in Richtung des Ringspaltes 39 radial aufweitenden und axial verengenden Auffangkonus 45 der mittels mehreren Abstandshaltern 46 mit dem Filtertrommelrand 19 fest verbunden ist. Wobei die Ausgestaltung des Auffangkonus 45 die Menge des auf den Ringfläche 41 auftreffenden Filtrats beeinflusst, somit die Mächtigkeit des den Ringspalt 39 versperrende Flüssigkeitsstaus 43 und dadurch die Effizienz der hydraulischen Barriere.
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Bei einer weiteren nicht dargestellten beispielhaften Ausführung, ist die Filtrat-Leiteinrichtung 42 eine eigene in sich geschlossene Baugruppe in welcher der Auffangkonus 45 mittels mehreren Abstandshalter 45 mit einem separaten Flansch starr vereinigt ist. Die in sich geschlossene Baugruppe ist mit dem Filtertrommelrand 19 lösbar verbunden.
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Auf diese Art und Weise ist es möglich bei Multiproduktionen, die unterschiedliche Produktionsbedingungen mit sich bringen, zur verfahrenstechnischer Optimierung auf eine dem jeweiligen Produkt angepasste Filtrat-Leiteinrichtung 42 umzurüsten.
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Die sowohl in 2 wie auch in 3 zylindrisch dargestellte Ringfläche 41 kann auch als eine sich im Durchmesser erweiternde und somit zum Filtratsammelraum 31 hin öffnende konische Ringfläche ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann dann, in der Endphase des Zentrifugierens, die sich noch auf der Ringfläche 41 befindliche Restflüssigkeit zügiger in den Filtratsammelraum 31 abfließen. Ergänzend kann bei dieser Konfiguration der Außendurchmesser des Filtertrommelrands 19 ebenfalls konisch ausgebildet werden, so dass ein gleichmäßiger, konisch sich zum Filtratsammelraum 31 hin im Durchmesser erweiternder Ringspalt 39 entsteht.
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Weiterhin ist bei einer beispielhaften Druckgasversorgung der Stülpfilterzentrifuge, wie aus 1 ersichtlich, sowohl eine Zufuhrleitung 50 wie auch eine Abflussleitung 51 vorgesehen, sowie ein Druckhalteeinrichtung 34. Desweiteren ist ein symbolischer Verschluss 29 für den Feststoffsammelraum 32 und ebenso ein symbolischer Verschluss 30 für den Filtratsammelraum 31, strichpunktiert dargestellt.
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Die symbolisch dargestellten Verschlüsse 29 und 30 sind lediglich Platzhalter für das bei realen Ausführungen von „geschlossenen Systemen” zur Anwendung kommende unterschiedliche Equipment. Der Feststoffsammelraum 32 ist meistens mit einem Drehklappenverschluss, Feststoffauffangbehälter, Trockner oder Mischer und der Filtratsammelraum 31 mit einem Filtratauffangbehälter oder Filtrataufbereitungsanlage verbunden.
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Im Betrieb nimmt die Stülpfilterzentrifuge zunächst die in 1 mittels durchgezeichneter Linie dargestellte Betriebsstellung ein. Die verschiebbare Schubwelle 12 ist in die Hohlwelle 3 zurückgezogen, wodurch der mit der Schubwelle 12 verbundene Schubboden 23 in der Nähe des Boden 17 der Filtertrommel 16 liegt, und das Filtertuch 22 derart in die Filtertrommel 16 eingestülpt ist, dass es in deren Innerem liegt. Der Schleuderraumdeckel 25 hat sich dabei mit seiner Schleuderraumdichtung 20, dichtend in den Haltering 21 am Öffnungsrand 19 der Filtertrommel 16 eingeschoben.
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Bei umlaufender Filtertrommel 16 wird durch die Einfüllöffnung 28 und das im Schleuderraum 14 mündende Füllrohr 26 die zu filtrierende Suspension oder Waschflüssigkeit eingeführt. Nach Beendigung des Einfüllvorgangs wird die Filtertrommel 16 in relativ raschen Umlauf versetzt. Die flüssigen Bestandteile der Suspension passieren in Richtung der Pfeile 35 das Filtertuch 22, weiterführend die Durchlassöffnungen 18 der Filtertrommel 16, gelangen in den Filtratsammelraum 31 und werden von dort zu einer Filtrataustrittsöffnung 37 geleitet. Die Feststoffteilchen der Suspension werden vom Filtertuch 22 zurückgehalten.
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Nach Beendigung des Filtriervorganges wird bei weiterhin rotierender Filtertrommel 16 nun die Schubwelle 12 nach links, hin zum Feststoffsammelraum 32 verschoben, in 1 mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt, wodurch sich das Filtertuch 22 nach außen umstülpt und die an ihm haftenden Feststoffteilchen nach außen in Richtung der Pfeile 38 in den Feststoffsammelraum 32 abgeworfen werden. Von da aus können sie leicht durch eine Feststoffaustrittsöffnung 36 weiter befördert werden. In dieser geöffneten Stellung der Filtertrommel 16 dringt das Füllrohr 26, frei in eine Öffnung 15 der Schubwelle 12 ein. Nach beendetem Abwurf der Feststoffteilchen unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft, wird die Filterzentrifuge durch zurückschieben der Schubwelle 12 wieder in Betriebsstellung entsprechend 1 gebracht, wobei sich das Filtertuch 22 in entgegengesetzter Richtung zurückstülpt. Auf diese Weise ist ein Betrieb der Zentrifuge mit ständig umlaufender Filtertrommel 16 möglich.
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Das beim Zentrifugieren vom Schleuderraum 14 durch das Filtertuch 22 und die Durchlassöffnungen 18 in der Filtertrommel 16 austretende Filtrat wird im Filtratsammelraum 31, in den dort infolge der rasch umlaufenden Filtertrommel 16 vorherrschenden Turbulenzen, teilweise verwirbelt, wobei sich das vorhandene Gas mit Flüssigkeit/Flüssigkeitsaerosolen anreichert. Wie schon erwähnt wirkt die im Filtratsammelraum 31 rotierende Filtertrommel 16 wie ein Ventilator und erzeugt somit einen geringen Überdruck gegenüber dem Feststoffsammelraum 32, der naturgemäß für eine Gasströmung aus dem Filtratsammelraum 31 hin zum Feststoffsammelraum 32 sorgt, wodurch über den Ringspalt 39/Axialspalt 40 und den weiteren Ringspalt 44 unerwünschter weise Flüssigkeit/Flüssigkeitsaerosole in den Feststoffsammelraum 32 gelangen können, welche dort dann den bereits anlagernden filtrierten Feststoff verunreinigen.
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Um dies abzuwenden wird, wie aus 2 hervorgeht, das anfallende Filtrat so genutzt, dass sich am Übergang vom Filtratsammelraum 31 zum Feststoffsammelraum 32 im Bereich des Ringspalts 39 eine hydraulische Barriere aufbaut, die einen Gasfluss hin zum Feststoffsammelraum 32 verhindert.
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Eine Teilmenge des aus dem Schleuderraum 14 durch die radialen Durchlassöffnungen 18 der Filtertrommel 16 in den Filtratsammelraum 31 ab geschleuderten Filtrats gelangt auf die sich in den Filtratsammelraum 31 erstreckende starre Ringfläche 41. Dabei wird das rotierende Filtrat beim Auftreffen auf die starre Ringfläche 41 abgebremst, und außerdem von seiner radialenin eine axiale Fließrichtung umgelenkt. Dies führt infolge des Massenträgheitseffekts rundum auf der starren Ringfläche 41 zu einem Flüssigkeitsstau 43 und somit auch vor dem Ringspalt 39, wobei sich der Flüssigkeitsstau 43, infolge des Fließverhalten von Flüssigkeit auch in den Ringspalt 39 erstreckt und folglich diesen versperrt.
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Der sich durch die Dynamik des Geschehens selbst generierende Flüssigkeitsstau 43 besteht solange Filtrat nachströmt (Tsunami-Effekt).
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Sobald die Filtration beendet ist, und folglich der Filtratstrom und damit der Flüssigkeitsnachschub versiegt, löst sich der Flüssigkeitsstau 43 auf. Der Ringspalt 39 entleert sich, und das Filtrat fließt mit dem auf der starren Ringfläche 41 befindlichen restlichen Filtrat in den Filtratsammelraum 31 ab. Zumal der Ringspalt 39, der Axialspalt 40, sowie der weitere Ringspalt 44 so mit einander korrespondieren, dass die im Spaltsystem befindliche Rest-Flüssigkeit, barrierefrei und somit ungehindert in den Filtratsammelraum 31 abfließen kann.
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Die Mächtigkeit des Flüssigkeitsstau 43, das heißt wie viel Filtrat sich beim Stauen auftürmt, hängt ist im Wesentlichen von der auf die starre Ringfläche 41 auftreffenden Filtratmenge ab.
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Wie zuvor beschrieben wird zum Austragen des im Schleuderraum nach dem Filtrieren angesammelten Feststoffs, das Filtertuch 22 mittels des Schubbodens 23 wie ein Plungerkolben in den Feststoffsammelraum 32 hinein- und nach dem Feststoffabwurf wieder in die Ausgangsstellung zurück bewegt.
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Bei der Schubbewegung entsteht durch den Plungerkolben-Effekt jeweils zwischen dem Filtratsammelraum 31 und dem Feststoffsammelraum 32 ein Druckgefälle, das sich über den Ringspalt 39, den Axialspalt 40, sowie den weiteren Ringspalt 44 ausgleichen kann, da während dieser Zyklusphase die hydraulische Barriere nicht existiert.
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Vorteilhafterweise generiert sich beim Betrieb der erfindungsgemäßen Stülpfilterzentrifuge die hydraulische Barriere, die den Filtratsammelraum 31 vom Feststoffsammelraum 32 trennt selbst, weiterhin wirkt sie nur temporär beim abtrennen der Flüssigkeit, verhindert auf diese Weise während dieser Zyklusphase ein Übertritt von mit Flüssigkeit/Flüssigkeitsaerosolen angereichertem Gas in den Feststoffsammelraum 32, und dadurch die höchst unerwünschte Verunreinigung des im Feststoffsammelraum 32 bereits anlagernden Feststoffs.
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In der übrigen Zykluszeit gleicht sich aufgrund der offenen Verbindung durch den Ringspalt 39/Axialspalt 40 sowie den weiteren Ringspalt 44 zwischen dem Filtratsammelraum 31 und dem Feststoffsammelraum 32 ein differierender Druck selbstregelnd aus. Bei der erfindungsgemäßen Konzeption ist weiterhin vorteilhaft, dass auf die bei bisherigen Stülpfilterzentrifugen erforderliche externe, bei Produktwechsel nur aufwändig reinig- und äußerst mühsam inspizierbare Gaspendelleitung verzichtet werden kann.
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Weiterhin kann im Betrieb mittels der in 3 gezeigten Filtrat-Leiteinrichtung 42 die Effizienz der hydraulischen Barriere beeinflusst werden: Durch die Ausgestaltung des Auffangkonus 45 ergibt sich die Teilmenge, welche sich von der Gesamtmenge des beim Zentrifugieren anfallenden Filtrats abzweigt. Im weiteren Verlauf staut sich die Teilmenge auf der Ringfläche 41, und bestimmt die Mächtigkeit des den Ringspalt 39 versperrende Flüssigkeitsstaus 43, und demgemäß die Effizienz der hydraulischen Barriere.
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Stülpfilterzentrifugen werden überwiegend in „geschlossenen Systemen” für sensible hochwertige Produkte eingesetzt. Zur Vermeidung einer Kontamination der Stülpfilterzentrifuge nebst dem mit ihr kommunizierend verbundenen Equipment, also des gesamten Verfahrensraums durch die Umgebungsatmosphäre, wird der gesamte Verfahrensraum druckdicht ausgebildet und meistens mittels eines inerten Druckgases unter einen leichten Überdruck gesetzt, so dass die Umgebungsatmosphäre, auch bei unbeabsichtigten Leckagen, nicht in den Verfahrensraum eindringen kann.
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Bei Einsatz der Stülpfilterzentrifuge in einem „geschlossenen Systemen” wie in 1 gezeigt, wird beispielweise vor Produktionsbeginn, der Verfahrensraum mit einer großen Menge inerten Druckgases solange gespült bis ein vorgegebener maximal zulässiger Sauerstoffgehalt im Verfahrensraum unterschritten ist. Anschließend wird während der Produktion permanent eine kleinere Menge inertes Druckgas (Schleichgas) zugeführt. Auf diese Weise wir der vorgegebene leichte Überdruck im Verfahrensraum sicher aufrechterhalten und ein Eindringen der Umgebungsatmosphäre vermieden.
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Während dem Betrieb wird das „Schleichgas” in den Feststoffsammelraum 32 eingeleitet und ist infolge einer nicht mehr existierenden Gaspendelleitung gezwungen den Feststoffsammelraum 32 zu durchqueren, anschließend durch den Ringspalt 44/Axiallabyrinth 47 und den Ringspalt 39 weiter zu strömen, weiterhin den Filtratsammelraum 31 zu durchqueren, um dann über die einen konstanten Überdruck im Verfahrensraum aufrechterhaltende Druckhalteeinrichtung 34 abzufließen.
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In der Zyklusphase, während der Flüssigkeit abgetrennt wird und sich im Bereich des Ringspalts 39 die hydraulische Barriere aufbaut, welche einen Übertritt von mit Flüssigkeit/Flüssigkeitsaerosolen angereichertem Gas in den Feststoffsammelraum 32 verhindert, passt sich der Druck des Gases im Feststoffsammelraum 32 an die sich temporär verändernden Verhältnisse selbstregelnd an. Infolge des dem Feststoffsammelraum 32 permanent zufließenden Schleichgases baut sich der Druck im Feststoffsammelraum 32 immer soweit auf, dass er in Balance ist mit dem im Filtratsammelraum 31 anliegenden Druck, der durch die Druckhalteeinrichtung 34 vorgegeben wird, zuzüglich dem Druck der durch das sich ausbildenden Sperrpotenzial der hydraulischen Barriere generiert wird.
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Das nach Erreichen des vollen Sperrpotenzials in dieser Zyklusphase weiterhin dem Feststoffsammelraum 32 zufließende Schleichgas führt zu keiner weiteren Druckerhöhung im Feststoffsammelraum 32. Physikalisch bedingt wird durch die Druckhalteeinrichtung 34 und dem vollendeten Sperrpotenzial die Druckobergrenze limitiert. Das in dieser Zyklusphase dem Feststoffsammelraum 32 weiter zufließende Schleichgas bahnt sich seinem Weg hin zum Filtratsammelraum 31 in dem es durch den den Ringspalt 39 versperrenden Flüssigkeitsstau 43 blubbert. Dabei naturgemäß den Weg des geringsten Wiederstandes wählt und die, infolge von Turbulenzen, eventuell im Flüssigkeitsstau 43 entstehenden Ungänzen (Aneinanderreihung von Miniblasen) bevorzugt auf seinem Weg hin zum Filtratsammelraum 31 nutzt. Infolgedessen einen Übertritt von mit Flüssigkeitsaerosolen angereichertem Gas vom Filtratsammelraum 31 in den Feststoffsammelraum 32 durch die eventuell vorhandenen Ungänzen verhindert und auf diese Weise sicher stellt, dass die Wirksamkeit der hydraulischen Barriere nicht gemindert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Maschinengestell
- 3
- Hohlwelle
- 4
- Hauptlager
- 5
- Hauptlager
- 6
- Keilriemen
- 7
- Antriebsrad
- 8
- Motor
- 9
- Keilstück
- 10
- Keilnut
- 11
- Radialdichtung
- 12
- Schubwelle
- 13
- Tragkörper
- 14
- Schleuderraum
- 15
- Öffnung
- 16
- Filtertrommel
- 17
- Boden
- 18
- Durchlaßöffnung
- 19
- Filtertrommelrand
- 20
- Schleuderraumdichtung
- 21
- Halterring
- 22
- Filtertuch
- 23
- Schubboden
- 24
- Stehbolzen
- 25
- Schleuderraumdeckel
- 26
- Füllrohr
- 27
- Axiales Labyrinth
- 28
- Einfüllöffnung
- 29
- Symbolischer Verschluss Feststoffsammelraum
- 30
- Symbolischer Verschluss Filtratsammelraum
- 31
- Filtratsammelraum
- 32
- Feststoffsammelraum
- 33
- Trennwand
- 34
- Druckhalteeinrichtung
- 35
- Pfeile
- 36
- Feststoffaustrittsöffnung
- 37
- Filtratsaustrittsöffnung
- 38
- Pfeile
- 39
- Ringspalt
- 40
- Axialspalt
- 41
- Ringfläche
- 42
- Filtrat-Leiteinrichtung
- 43
- Flüssigkeitsstau
- 44
- weiterer Ringspalt
- 45
- Auffangkonus
- 46
- Abstandshalter
- 47
- Axiallabyrinth
- 48
- Kunststoffelement
- 49
- Kunststoffelement
- 50
- Zufuhrleitung
- 51
- Abflussleitung
