DE2709894A1 - Filterzentrifuge - Google Patents

Description

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9. Februar 1977

Firma Ernst lleinkel Maschinenbau GmbH + Co.
Erzbergerstraße 115

7500 Karlsruhe

Filterzentrifuge

Die Erfindung betrifft eine Filterzentrifuge zum Trennen von in einer Suspension befindlichen Feststoff- und Flüssigkeitsbestandteilen mit einer radiale Durchlaßöffnungen aufweisenden, in einem Zentrifugengehäuse drehbar gelagerten, an einer Stirnseite offenen Schleudertrommelund mit einem in die Trommel einlegbaren Filtertuch, das einerseits an dem durch einen Schleuderraumdeckel dicht verschließbaren Öffnungsrand der
Trommel und andererseits an einem unter Freilassung eines
Zwischenraumes starr mit dem Deckel verbundenen Bodenstück
lösbar befestigt ist, wobei Schleudertrommel und Bodenstück
koaxial zueinander angeordnet, gemeinsam in Umlauf versetzbar und axial zueinander bewegbar sind, und mit einem zentral in
den Schleuderraum ragenden Füllrohr zur Zuführung der Suspension.

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Bei bekannten Filterzentrifugen dieser Art (DT-PS 1 911 147) ist das Bodenstück axial unbeweglich gehalten, während die Schleudertrommel axial über das Bodenstück aufschiebbar ist. Dies stellt eine aufwendige Bauweise dar, deren Leistungsfähigkeit begrenzt ist. Insbesondere treten dabei schwierige Dichtungs- und Lagerprobleme auf, die zu einem starken Verschleiß führen und häufige Reparaturen erforderlich machen. Insbesondere gilt dies im Hinblick auf den meist für die relative Axialbewegung zwischen Trommel und Bodenstück verwendeten, hydraulischen Arbeitszylinder. Außerdem erfordern diese bekannten Filterzentrifugen einen verhältnismäßig hohen, unerwünschten Platzbedarf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die aufwendige Bauweise der bekannten Filterzentrifuge unter gleichzeitiger Erhöhung der Leistungsfähigkeit zu vereinfachen und die Zentrifuge dabei kompakter, weniger verschleißanfällig und wartungsfreundlicher auszubilden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schleudertrommel auf einer im Zentrifugengehäuse drehbar und axial unverschieblich gelagerten Hohlwelle befestigt ist und der Innenraum der Hohlwelle als Aufnahme für eine das Bodenstück tragende, mit der Hohlwelle umlaufende, jedoch gegen diese axial verschiebbare Welle dient.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das freie, dem Bodenstück abgekehrte Ende der verschiebbaren Welle als Kolbenstange Teil eines Druckmittelzylinders für die Axialbewegung des die Ausstülpung des Filtertuches zum Feststoffaustrag bewirkenden Bodenstücks ist, wobei es weiterhin günstig ist, den Druckmittelzylinder als mit der Schleudertrommel mit-

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rotierendes Element auszubilden, weil damit einerseits eine platzsparende Bauweise ermöglicht wird und andererseits die Lagerstellen von Axialkräften freigehalten werden, weil diese bei der vorgeschlagenen Lösung ausschließlich direkt in die verschiebbare Welle eingeleitet werden. Durch die vorgeschlagene Kombination, die verschiebbare Welle als Kolbenstange auszubilden und dem Druckmittelzylinder mitrotierend an die Hohlwelle anzuflanschen, wird schließlich der Vorteil eines einwandfreien Rundlaufs der Zentrifuge erreicht.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Filterzentrifuge in der Arbeitsphase des Zentrifugierens;

Fig. 2 schematisch die Zentrifuge aus Fig. 1 in der Arbeitsphase des Feststoffausträges;

Fig. 3 eine vergrößerte Einzelansicht im Bereich des strichpunktierten Kreises A in Fig. 1;

Fig. 4 eine vergrößerte Einzelansicht im Bereich des Kreises B in Fig. 1;

Fig. 5 eine Einzelansicht des vorderen Endes eines Füllrohres und

Fig. 6 eine Stirnansicht des Füllrohres aus Fig. 5.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Filterzentrifuge umfaßt ein

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lediglich schematisch angedeutetes, die gesamte Maschine dicht umschließendes Zentrifugengehäuse 1, In dem auf einem stationären Maschinengestell 2 eine Hohlwelle 3 in Wälzlagern 4,5 drehbar gelagert ist. An das in Fig. 1 und 2 rechts gelegene, über das Lager 5 hinausragende Ende der Hohlwelle 3 ist ein Druckmittelzylinder 6, vorzugsweise ein Hydraulikzylinder, abgedichtet angeflanscht. Mit diesem Zylinder 6 ist ein Antriebsrad 7 drehfest verbunden, über welches die Hohlwelle 3 und der Zylinder 6 in bekannter Weise, z. B. mittels eines Keilriemens von einem Elektromotor gemeinsam in raschen Umlauf versetzbar sind. Die zwischen den Lagern 4, 5 starr durchgehende Hohlwelle 3 weist eine in Fig. 1 und 2 sichtbare, axial gerichtete Keilnut 8 auf, in welcher ein Keilstück 9 verschieblich ist. Dieses Kcilstück 9 ist starr mit einer in dem als Bohrung ausgebildeten Innenraum 11 der Hohlwelle 3 (vgl. Fig. 4) verschiebbaren Welle 12 verbunden. Die Welle 12 läuft daher gemeinsam mit der Hohlwelle 3 um, ist jedoch in dieser axial verschieblich. Die Wellen 3 und 12 verlaufen in einem auch der Halterung der Lager 4, 5 dienenden, buchsenförmigen Gehäuse 13, das auf dem Maschinengestell 2 abgestützt ist und dessen Inneres durch eine von einem lösbaren Deckel 14 dicht verschlossene öffnung 15 zugänglich ist.

An dem in Fig. 1 und 2 links gelegenen, über das Lager 4 hinausragenden Ende der Hohlwelle 3 ist drehfest eine topfförmige Schleudertrommel 16 mit ihrem Boden 17 drehfest angeflanscht. An ihrer zylindrischen Seitenwand weist die Trommel

16 radial durchgehende öffnungen 18 auf. An ihrer dem Boden

17 gegenüberliegenden Stirnseite ist die Trommel 16 offen.

An dem diese offene Stirnseite umgebenen Öffnungsrand 19 ist vgl. Fig. 2 - mittels eines Ringflansches 21 der eine Rand eines im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Filtertuches

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22 dicht eingespannt. Der andere Rand des Filtertuches 22 ist in entsprechender Weise dicht mit einem Bodenstück 23 verbunden, welches starr mit der verschiebbaren Welle 12 verbunden ist. An dem Bodenstück 23 ist über Stehbolzen 24 unter Freilassung eines Zwischenraumes starr ein Schleuderraumdeckel 25 befestigt, der in Fig. 1 den Schleuderraum der Trommel 16 durch Auflage an deren Öffnungsrand dicht verschließt und in Fig. 2 gemeinsam mit dem Bodenstück 23 durch axiales Herausschieben der Welle 12 aus der Hohlwelle 3 von der Trommel 16 abgehoben ist. An der in Fig. 1 und 2 links gelegenen Vorderseite der Filterzentrifuge ist ein Füllrohr 26 starr angeordnet, welches zum Zuführen einer in ihre Feststoff- und Flüssigkeitsbestandteile zu zerlegenden Suspension in den Schleuderraum der Trommel 16 dient (Fig. 1) und in dem in Fig. 2 dargestellten Betriebszustand der Zentrifuge in eine Bohrung 27 der verschiebbaren Welle 12 eindringt. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist auf einem mit dem Druckmittelzylinder 6 fest verbundenen und zusammen mit diesem umlaufenden Verschlußstück 28 mittels Lager 29, 31 ein Maschinenteil 32 drehbar gelagert. Das Maschinenteil 32 ist, z.B. durch starre Leitungen 61, 62, 63 an einem Rotieren gehindert, verharrt also bei sich drehendem Verschlußstück 28 in Ruhe. Die Leitungen 71, 72, 73, das Maschinenteil 32 und das VerschlußstUck 28 vermitteln die Zu- und Abfuhr des Druckmittels, vorzugsweise einer Hydraulikflüssigkeit, für die Hin- und Herbewegung der verschiebbaren Welle 12, deren hinteres Teil 33 als Kolbenstange in den Druckmittelzylinder 6 eindringt und dort mit einem doppelt wirkenden Kolben 34 verschraubt ist. Mit den Leitungen 71,72,73sind in bekannter und deshalb im einzelnen nicht beschriebener Weise Leitungen und fernsteuerbare Ventile verbunden, die das Druckmittel einmal über einen Ringkanal .35 und eine Bohrung 36 auf die eine Seite des

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Kolbens 34 leiten, so daß der Kolben über die Kolbenstange und die verschiebbare Welle 12 das Bodenstück 23 in die in Fig. 2 gezeichnete Stellung verschiebt. Das auf der anderen Seite des Kolbens 34 befindliche Druckmittel strömt dabei über einen in der Wand des Zylinders 6 ausgebildeten Kanal 37, Bohrungen 38, 39 und einen Ringkanal 41 ab. Bei entsprechender Umsteuerung der Ventile gelangt unter Druck stehendes Druckmittel über den Kanal 37 auf die andere Seite des Kolbens 34 und drückt den Kolben in die in Fig. 3 gezeichnete Lage, wodurch die in Fig. 1 gezeichnete Betriebsstellung der Zentrifuge erreicht wird. Dabei strömt das Druckmittel von der in Fig. 3 rechts gelegenen Kolbenseite frei über die Bohrung und den Ringkanal 35 sowie über die mit diesen verbundenen Leitungen und Ventile ab.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist als Auflager für die verschiebbare Welle 12 ein die Hohlwelle 3 teilweise ausfütterndes Gleitelement 42 in Form eines ringförmigen Kunststoffbandes vorgesehen. An dieses Gleitelement 42 schließen sich in Richtung auf den Schleuderraum zunächst eine Fett enthaltende Ringkammer 43 sowie zwei Gleitdichtungen 44, 45 an, die in dem Teil 46 der Hohlwelle 3 angeordnet sind, welcher den Boden 17 der Schleudertrommel 16 trägt. Das in der Kammer 43 enthaltene Fett dient der zusätzlichen Abdichtung und gleichzeitig zur Fettung der verschiebbaren Welle 12, um diese gegen Benetzung durch Filtrat zu schützen. Wie weiterhin aus Fig. 4 hervorgeht, ist die zentrale Bohrung 27 der verschiebbaren Welle 12, welche in der Betriebsstellung nach Fig. 2 das Füllrohr 26 aufnimmt, mit einem auswechselbaren Reinigungseinsatz 47 ausgekleidet. Dieser Reinigungseinsatz 47 ist als Teflon-Schlauch ausgebildet, der an seinem Ende durch einen scheibenförmigen Boden 48 verschlossen ist. Es hat sich her-

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ausgestellt, daß sich an einem solchen Schlauch praktisch kein Feststoff absetzt. Der schlauchförmige Reinigungseinsatz 47 ist an seinem offenen Ende durch einen Ringflansch 49 und Schrauben 51 lösbar gehalten. Damit kann von Zeit zu Zeit das aus dem Schleuderraum beim Schleudervorgang in die zentrale Bohrung der verschiebbaren Welle 12 eintretende und sich dort absetzende Produkt leicht entfernt werden.

Um die Zeitintervalle zwischen diesen Reinigungsprozessen relativ lang ausdehnen zu können, ist es vorteilhaft, das Füllrohr 26 an seiner in die zentrale Bohrung 27 der Welle 12 eintretenden Vorderkante mit Fräsernuten 52 (Fig. 5 und 6) zum Ausschaben von Produktresten beim Einfahren in die zentrale Bohrung 27 bzw. den Einsatz 47 der rotierenden Welle 17 zu versehen. Die zur Achse des Füllrohres schräg verlaufenden Fräsernuten 52 wirken dabei ähnlich wie die Nuten einer Förderschnecke, so daß die abgeschabten Produktreste hinter die im Durchmesser etwas größer als das übrige Füllrohr ausgebildete Vorderkante 53 des Füllrohres 26 gelangen und bei der Herausbewegung des Füllrohres aus der Bohrung 27 bzw. dem Einsatz 47 mitgenommen werden.

Um eine besonders zuverlässige Abdichtung der Lagerstellen 4, 5 der freitragend oder fliegend angeordneten Schleudertrommel 16 gegenüber dem Filtratraum zu erreichen, sind verschiedene Dichtungsvorkehrungen getroffen. Diese Vorkehrungen verhindern, daß abgeschleuderte, teils vernebelte Filtratflüssigkeit in die hochempfindlichen und hochbelasteten Lager 4, 5 eintreten und diese unbrauchbar machen. Dies wird erreicht, indem diese Lager gegenüber dem Filtratraum durch ein System aus Spalt-, Labyrinth-, Schrauben-, Druckluft- und/oder Schleifdichtungen abgedichtet werden. Dabei hat sich die

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Dichtungsaufeinanderfolge - von der Schleudertrommel aus gesehen - entsprechend der voranstehenden Angabe als besonders wirkungsvoll erwiesen. Die erwähnten Dichtungsvorkehrungen sind aus Fig. 1, 2 und 4 ersichtlich. Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist die zylindrische Wand der Schleudertrommel 16 im Dereich des Bodens 17 von einer ortsfesten, herkömmlichen Spaltdichtung^in Form eines abstehenden Flansches überfangen. In diesen Flansch kann auch ein Gleitdichtring eingelegt sein. Hierdurch werden grobe Feststoffteilchen zurückgehalten. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist in der Nähe der Mitte des Bodens 17 der Schleudertrommel 16 eine herkömmliche LabyrinthdichtungAvorgesehen, die zwischen einem ortsfesten Teil 56 und einem mitumlaufenden Teil 57 ausgebildet ist. An diese Labyrinthdichtung schließt sich eine an sich bekannte Schraubendichtung 58 an, deren an einem ortsfesten Teil vorgesehene Nuten 59 in solchem Windungssinn angebracht werden, daß beim Umlaufen des Teiles 57 etwa eingedrungene Fremdstoffe wie von einer Förderschnecke in Richtung auf die Labyrinthdichtung 55 hin zurückbefördert werden. An die Schraubendichtung 58 schließt sich eine Druckluftdichtung 61 an. Diese Dichtung besteht im wesentlichen aus einer ortsfesten Ringnut, die mit einer Druckluftleitung 62 verbunden ist. Die in die Nut eingeführte Druckluft verhindert, daß Schmutz in Richtung auf das Lager 4 vordringt. Schließlich ist unmittelbar vor dem Lager 4 als Schleifdichtung ein üblicher Wellendichtung 63 angeordnet.

Im Betrieb nimmt die Filterzentrifuge zunächst die in Fig. 1 gezeichnete Stellung ein. Die verschiebbare Welle 12 ist in der Hohlwelle 3 und im Druckmittelzylinder 6 zurückgezogen, wodurch das mit der Welle 12 verbundene Bodenstück 23 in der Nähe des Bodens 17 der Schleudertrommel 16 liegt und das

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Filtertuch 22 derart in die Trommel eingestülpt ist, daß es sich an die Innenseite der zylindrischen Wand der Trommel anlegt. Der Schleuderraumdeckel 25 hat sich dabei dicht auf den Öffnungsrand der Schleudertrommel 16 aufgelegt. Bei rotierender Schleudertrommel wird über das Füllrohr 26 zu filtrierende Suspension eingeführt. Die flüssigen Bestandteile der Suspension treten in Richtung der Pfeile 64 durch die öffnungen 18 der Schleudertrommel hindurch und werden von einer Abschirmung 65 in eine Abführleitung 66 geleitet. Die Feststoffteilchen der Suspension werden vom Filtertuch 22 aufgehalten. Bei weiterhin rotierender Schleudertrommel wird nun entsprechend Fig. 2 die Welle 12 (nach links) vorgeschoben, wodurch sich das Filtertuch 22 nach außen stülpt und die an ihm haftenden Feststoffteilchen nach auswärts in Richtung der Pfeile 67 in das Zentrifugengehäuse 2 abgeschleudert werden. Von da aus können sie leicht abbefördert werden.In der Stellung nach Fig. 2 ist das Füllrohr 26 durch öffnungen, welche im Deckel 25 und im Bodenstück 23 vorgesehen sind, in die Bohrung 27 der Welle 12 eingedrungen. Nach beendeter Abschleuderung der Feststoffteilchen wird die Filterzentrifuge durch Zurückschieben des Kolbens 34 wieder in die Betriebsstellung entsprechend Fig. 1 gebracht.

Die beschriebene Filterzentrifuge hat den Vorteil, daß sie mit relativ einfachen Mitteln eine sehr kompakte und dabei leistungsfähige, betriebssichere und wartungsfreundliche Bauweise ermöglicht.

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   Patentansprüche

   Filterzentrifuge zum Trennen von in einer Suspension befindlichen Feststoff- und Flüssigkeitsbestandteilen mit einer radiale Durchlaßöffnungen aufweisenden, in einem Zentrifugengehäuse drehbar gelagerten, an einer Stirnseite offenen Schleudertrommel und mit einem in die Trommel einlegbaren Filtertuch, das einerseits an dem durch einen Schleuderraumdeckel dicht verschließbaren Öffnungsrand der Trommel und andererseits an einem unter Freilassung eines Zwischenraumes starr mit dem Deckel verbundenen Bodenstück lösbar befestigt ist, wobei Schleudertrommel und Bodenstück koaxial zueinander angeordnet, gemeinsam in Umlauf versetzbar und axial zueinander bewegbar sind, und mit einem zentral in den Schleuderraum ragenden Füllrohr zur Zuführung der Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleudertrommel (16) auf einer im Zentrifugengehäuse (2) drehbar und axial unverschieblich gelagerten Hohlwelle (3) befestigt ist und der Innenraum (11) der Hohlwelle (3) als Aufnahme für eine das Bodenstück (23) tragende, mit der Hohlwelle umlaufende, jedoch gegen diese axial verschiebbare Welle (12) dient.

   2. Filterzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleudertrommel (16) an der ihrer offenen Stirnseite gegenüberliegenden Seite freitragend gelagert ist.

   3. Filterzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Auflager für die verschiebbare Welle (2) im als Bohrung ausgebildeten Innenraum (11) der Hohlwelle (3) Gleitelemente (42) vorgesehen sind, denen gegen die Schleudertrommel hin zuerst eine Fett enthaltende Kammer

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   (43) und danach mindestens eine Gleitdichtung (44, 45) vorgelagert sind.

   4. Filterzentrifuge nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie, dem Bodenstuck (23) abgekehrte Ende der verschiebbaren Welle (12) als Kolbenstange (33) Teil eines Druckmittelzylinders (6) für die Ajcialbewegung des die Ausstülpung des Filtertuches (22) zum Feststoffaustrag bewirkenden Bodenstücks ist.

   5. Filterzentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der als Kolbenstange (33) dienenden, verschiebbaren Welle (12) zusammen wirkende Druckmittelzylinder (6) als rotierendes Element ausgebildet ist.

   6. Filterzentrifuge nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Welle (12) für die Aufnahme des Füllrohrs (26) beim Feststoffaustrag mit einer zentralen Bohrung (27) versehen ist.

   7. Filterzentrifuge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Bohrung (27) der verschiebbaren Welle (12) mit einem auswechselbaren Reinigungseinsatz (47) ausgekleidet ist.

   8. Filterzentrifuge nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllrohr (26) an seiner Vorderkante (53) mit Fräsernuten (52) zum Ausschaben von Feststoffresten beim Einfahren in die zentrale Bohrung (27) der rotierenden Welle (12) versehen ist.

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   9. Filterzentrifuge nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Hohlwelle (3) gegenüber der Schleudertrommel (16) durch ein System von Spalt- (54), Labyrinth- (55), Schrauben- (58), Druckluft- (61) und/oder Schleifdichtungen (63) abgedichtet ist.

   10. Filterzentrifuge nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß von der Schleudertrommel (16) aus die Dichtungsaufeinanderfolge entsprechend der Angabe in Anspruch 9 ist.

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