DE19503266A1 - Zerkleinerungsvorrichtung - Google Patents
ZerkleinerungsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zerkleinerungsvorrichtung zum Einbau in Rohrleitungen.
In der Klärtechnik, der Gülletechnik und der Kompostiertechnik fallen mehr oder
weniger dickflüssige Medien an, die organische Weich- oder Feststoffe aber auch
nichtorganische Fremdstoffe enthalten. Für die Weiterverarbeitung solcher Medien
ist es wichtig, die enthaltenen Fest- bzw. Fremdstoffe zu zerkleinern.
Zu diesem Zweck ist bei Güllerührwerken schon vorgeschlagen worden, dem
Flügelrad einen mitlaufenden Zerkleinerungsring vorzuschalten, der Schneidorgane
aufweist, um langfaseriges Material zu zerkleinern. Der Zweck ist hier die
Schwimmdeckenbildung in Lagerbehältern zu minimieren, um eine möglichst
homogene Gülle zu erhalten.
Beim Pumpen oder Durchsaugen solcher verunreinigter Medien durch Rohrleitungen
kann es zu Verstopfungen kommen. Um dies zu verhindern wäre denkbar, in die
Rohrleitung ein motorisch angetriebenes Schneidwerk einzubauen, allerdings
würde das Schneidwerk den Durchflußquerschnitt reduzieren, so daß die
Pumpleistung vergrößert werden müßte. Außerdem müßte das gesamte
Schneidwerk in Tauchmotortechnik ausgebildet sein, was wiederum kostenmäßig
nachteilig wäre.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zerkleinerungsvorrichtung zum Einbau in
Rohrleitungen vorzuschlagen, die einen einfachen Aufbau hat, geringe
Herstellungskosten bedingt und bei hoher Effektivität leicht gewartet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Rohrleitungsstück
einen, in dieses unter einem Winkel mündenden Schrägstutzen mit Endflansch
aufweist, an dem eine Montageplatte unter Zwischenlage eines Dichtringes
befestigt ist, an welcher koaxial ein Antriebsmotor befestigt ist, dessen
Motorwelle mit einer zu dieser koaxialen, in den Schrägstutzen und in das
Rohrstück eingreifenden Antriebswelle gekuppelt ist oder mit dieser einstückig
ausgebildet ist, daß am Ende der Antriebswelle ein Schneidorgan befestigt ist,
dessen Außendurchmesser nicht größer und höchstens etwa 10% kleiner als der
Innendurchmesser des Schrägstutzens ist und daß der Durchmesser des
Schrägstutzens größer als der Durchmesser des Rohrstückes ist und wenigstens
angenähert der Gleichung D=k*d/cos a genügt, wobei D der Durchmesser des
Schrägstutzens, d der Durchmesser des Rohrstückes, a der spitze Winkel zwischen
den Achsen des Schrägstutzens und des Rohrstückes und k eine Konstante bildet,
die im Bereich von 0,8 bis etwa 2,0 liegt. Weiterbildungen der Erfindung bestehen
darin, daß der Winkel a des Schrägstutzens im Bereich von etwa 30° und etwa
45° liegt, daß die Konstante k etwa 1,25 beträgt und daß das Schneidorgan als
Propeller mit mindestens zwei, vorzugsweise aber drei Flügeln ausgebildet ist.
Die Erfindung bringt viele Vorteile. Das Schneidwerk mit Antriebsmotor und
Schneidorgan bildet eine Baueinheit, die eine Montageplatte aufweist, mit welcher
die Baueinheit am Schrägstutzen angeflanscht ist. Durch Lösen der
Flanschschrauben kann die Baueinheit aus dem Rohrstück abgezogen, gereinigt
und gewartet und schnell wieder montiert werden. Das Rohrstück selbst braucht
dabei nicht aus der Rohrleitung entnommen zu werden. Der Antriebsmotor befindet
sich außerhalb des mediendurchflossenen Rohrstückes, so daß Standardmotoren
verwendbar sind. Die Baueinheit behindert den Durchfluß des Pumpmediums nicht,
da lediglich das Schneidorgan in den Strömungsweg des Mediums hineinragt. Auch
wenn - worin eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zu sehen ist - der
vorzugsweise verwendete Propeller nur eine geringe Steigung aufweist, wirkt der
Propeller mit einer Bewegungskomponente in Pumprichtung, was insbesondere bei
dickflüssigen Medien von Vorteil ist, weil dadurch jegliche Komprimierung des
Mediums im Bereich der Schneidzone vermieden wird. Bei eher dünnflüssigen
Medien liegt es ausdrücklich im Rahmen der Erfindung, den Propeller so
anzutreiben, daß seine Förderkomponente entgegen der Strömung des Mediums
gerichtet ist. Dadurch wird die Verweilzeit des zu zerkleinernden Mediums in der
Schneidzone vergrößert und die Zerkleinerungswirkung erhöht. Die letztere
Betriebsweise läßt sich erkennbar dadurch realisieren, daß ein Propeller mit
entgegengesetzter Steigung verwendet wird oder der Motor in Gegenrichtung
angetrieben wird.
Ein großer Vorteil der Erfindung resultiert aus der Tatsache, daß der wirksame
Durchmesser des Schneidwerkes größer ist als der Durchmesser des Rohrstückes.
Im Fall des vorzugsweise verwendeten Propellers läuft dieser also sowohl im
gesamten Querschnitt des Rohrstückes und ragt in den Schrägstutzen hinein und
aufgrund dieses mit Bezug auf den Durchmesser des Rohrstückes größeren
Durchmessers des Schneidorgans, hat dieses eine hohe Umfangsgeschwindigkeit,
auf der nicht zuletzt eine sehr wirksame Zerkleinerung von Fremdstoffen beruht.
Da das Schneidorgan mit seinem Außendurchmesser dem Innendurchmesser des
Schrägstutzens angepaßt ist, besteht im Bereich des Schrägstutzens nur ein enger
Laufspalt, der eine Bypass-Strömung verhindert. Die Axialstellung des
Schneidwerkes wird nun erfindungsgemäß so gewählt, daß etwa derselbe
Laufspalt auch im gegenüberliegenden Mantelbereich des Rohrstückes vorhanden
ist, so daß auch hier jegliche Fremdstoffe im Pumpmedium vom Schneidwerk
erfaßt werden.
Im praktischen Einsatz sollte der Durchmesser des Rohrstückes demjenigen der
Rohrleitung entsprechen. Unterschiedliche Durchmesser der Rohrstücke erfordern
auch entsprechend angepaßte Durchmesser des Schrägstutzens, jedenfalls für das
minimale Durchmesserverhältnis D/d. Dieses beträgt bei einem Achswinkel a des
Schrägstutzens von 45° etwa 1,4. Die Schneidzone befindet sich dann nahezu
vollständig im Rohrstück und dringt kaum in den Schrägstutzen ein. Vergrößert
man dieses Durchmesserverhältnis, so taucht der Schneidpropeller entsprechend
mehr in den Schrägstutzen ein, d. h. der Abstand zum Endflansch des
Schrägstutzens wird geringer. Daher liegt es im Rahmen der Erfindung für
Rohrstücke in einem gewissen Durchmesserbereich, Schrägstutzen gleicher Größe
zu verwenden, so daß auch Schneidwerke desselben Typs eingesetzt werden
können. Es ist dann lediglich erforderlich, den Abstand des Schneidpropellers von
der Montageplatte der Baueinheit zu verändern. Dies läßt sich gemäß einer
weiteren Ausgestaltung dadurch sehr einfach erreichen, daß das Schneidorgan auf
der Antriebswelle längsverstellbar befestigt ist.
Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, wird die Erfindung
näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt einen Axialschnitt durch die neuartige
Zerkleinerungsvorrichtung.
Die Zerkleinerungsvorrichtung 10 weist ein Rohrstück 12 auf, das mit einem
Schrägstutzen 14 versehen ist, dessen Achswinkel a mit der Rohrstückachse in
diesem Ausführungsbeispiel 45° beträgt. Größere Winkel als 45° haben sich
weniger bewährt. Die untere Grenze für den Winkel a beträgt etwa 30°. Der
Schrägstutzen 14 hat einen Außenflansch 16, an dem mittels eines nicht
dargestellten Dichtringes eine Montageplatte 18 von außen angeschraubt ist.
Diese Montageplatte 1 8 ist Bestandteil einer Baueinheit, die einen Antriebsmotor
20, eine Antriebswelle 22 und einen zweiflügeligen Schneidpropeller 24 umfaßt.
Die Antriebswelle 22 ist in einem konischen Gehäuse 26 gelagert, das seinerseits
innenseitig an der Montageplatte 18 festgeschraubt ist. Der Antriebsmotor 20 ist
auf der Außenseite der Montageplatte 18 festgeschraubt.
Der Durchmesser des Schrägstutzens 14 ist in jedem Fall größer als derjenige des
Rohrstückes 12. Das kleinste Verhältnis D/d beträgt etwa 1/cos a. Im
Ausführungsbeispiel ist der Innendurchmesser des Schrägstutzens 14 also etwa
40% größer als der Innendurchmesser des Rohrstückes 12. Der
Außendurchmesser des Schneidpropellers 24 ist gleich der Differenz des
Innendurchmessers D des Schrägstutzens 14 und der doppelten Laufspaltbreite,
sowie einem geringfügigen Abzug, der sich aufgrund der Axialerstreckung des
Propellers und der damit verbundenen Flügelkontur ergibt. In der Praxis ist der
Außendurchmessers des Propellers 24 etwa 5% kleiner als der Innendurchmesser
D des Schrägstutzens 14. Die Axialstellung des Propellers 24 längs der Achse des
Schrägstutzens 14 ist dadurch definiert, daß der Laufspalt des Propellers 24 im
Bereich des Schrägstutzens 14 gleich dem diametral gegenüberliegenden Laufspalt
am Rohrstück 12 ist.
Derselbe Schrägstutzen 14 ließe sich auch bei einem Rohrstück mit der nächst
niedrigeren Nennweite einsetzen, und es könnte dieselbe Baueinheit, bestehend
aus Antriebsmotor 20, Antriebswelle 22 und Schneidpropeller 24 verwendet
werden, wenn letzterer auf der Antriebswelle 22 axial in Richtung der
Montageplatte 18 verstellt wird. Umgekehrt könnte die Baueinheit auch für die
nächst größere Nennweite des Rohrstückes 12 verwendet werden, wenn man den
Abstand des Schneidpropellers 24 von der Montageplatte 18 vergrößert.
In einem Probelauf der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung 10 mit einem
Rohrdurchmesser des Rohrstückes 12 von 100 mm, einer Antriebsdrehzahl des
Motors 20 von 3000/min und einem dreiflügeligen Schneidpropeller 24, wurde bei
einem verschmutzen Abwasser, das Papierreste und Küchenabfälle enthielt, ein
Zerkleinerungsergebnis von unter 4 mm Korngröße erzielt. Dabei wurde ein
Propeller 24 verwendet, dessen Flügelkanten geschliffen waren und zwar mit
einem Kantenschliff von 14°. Dieser Kantenschliff wird als besonders vorteilhaft
für die Erfindung angesehen.
Bei dieser Versuchsanlage wurde als vorteilhafte Ausgestaltung vorgesehen, daß
das dem Einlaufende des Rohrstückes 12 benachbarte Ende der hier nicht
dargestellten Rohrleitung mit einem Absperrschieber versehen war. Bei dieser
Versuchsanlage wurde statt einer Förderpumpe für das zu zerkleinernde Medium
ein Hochbehälter verwendet. Dank des Absperrschiebers konnte die Rohrleitung
zum Ausbau der Zerkleinerungs-Baueinheit 10 abgesperrt werden. Nach
Herausnahme der Zerkleinerungseinheit zeigte sich, daß der Schneidpropeller 24
völlig frei von jeglichen Fremdstoffen war.
Das Rohrstück 12 war übrigens beidseitig mit Endflanschen versehen und konnte
so sehr einfach an die beiden Enden der Rohrleitung angeflanscht werden.
Claims (10)
1. Zerkleinerungsvorrichtung zum Einbau in Rohrleitungen, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Rohrleitungsstück (12) einen, in dieses unter einem
Winkel (a) mündenden Schrägstutzen (14) mit Endflansch (16) aufweist, an
dem eine Montageplatte (18) unter Zwischenlage eines Dichtringes befestigt
ist, an welcher koaxial ein Antriebsmotor (20) befestigt ist, dessen
Motorwelle mit einer koaxialen, zu dieser in den Schrägstutzen (14) und in
das Rohrstück (12) eingreifenden Antriebswelle (22) gekuppelt ist oder mit
dieser einstückig ausgebildet ist, daß am Ende der Antriebswelle (22) ein
Schneidorgan (24) befestigt ist, dessen Außendurchmesser nicht größer und
höchstens etwa 10% kleiner als der Innendurchmesser des Schrägstutzens
(14) ist und daß der Durchmesser (D) des Schrägstutzens (14) größer als der
Durchmesser (d) des Rohrstückes (12) ist und wenigstens angenähert der
Gleichung D=k*d/cos a genügt, wobei a der spitze Winkel zwischen den
Achsen des Schrägstutzens (14) und des Rohrstückes (12) und k eine
Konstante bildet, die im Bereich von 0,8 bis 2,0 liegt.
2. Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Schneidorgan (24) aus einem Propeller besteht.
3. Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens die Vorderkanten des Propellers messerartig geschärft sind.
4. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Einlaufende des Rohrstückes (12) oder das diesem
Einlaufende benachbarte Ende der Rohrleitung mit einem Absperrschieber
versehen ist.
5. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Enden des Rohrstückes (12) mit Außenflanschen
versehen sind.
6. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Winkel (a) des Schrägstutzens (14) im Bereich von
etwa 30° bis etwa 45° liegt.
7. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Propeller (24) mindestens drei Flügel aufweist.
8. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (22) in einem konischen Gehäuse (26)
gelagert ist, das motorseitig einen Außenflansch aufweist, mit dem das
Gehäuse (26) innenseitig an der Montageplatte (18) angeschraubt ist.
9. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Konstante (k) etwa 1,25 beträgt.
10. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schneidorgan (24) auf der Antriebswelle (22)
längsverstellbar befestigt ist.
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