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Schnecke zum Fördern abgeschiedenen Feststoffes in einer
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Zentrifuge Die Erfindung betrifft eine Schnecke zum Fördern abgeschiedenen
Feststoffes in einer Zentrifuge mit einer drehbar gelagerten Trommel und einem damit
koaxialen inwendigen Rotor, der die Förderschnecke trägt und während des Betriebes
mit einer von der Drehzahl der Trommel abweichenden Drehzahl rotiert, welche Schnecke
auf ihrer beim Fördern des Feststoffes wirksamen Seitenfläche Platten aus verschleissbeständigem
Material trägt, deren Plankontur ein Viereck mit einer äusseren und einer inneren
Längskante, die generell in Richtung des Umfanges der Schnecke verlaufen, und zwei
generell radial verlaufenden Stirnkanten ist.
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Bei Zentrifugen dieser Art, die oft als Dekanter beziechnet werden,
wird ein in den Trennraum zwischen der Trommel und dem inwendigen Rotor eingeleitetes
Rohmaterial in eine oder mehrere Flüssigkeitsphasen und eine Feststoffphase zerlegt,
welche letztere durch die relative Rotation der Schnecke an der Trommelwand entlang
axial in Richtung von Austrittöffnungen am einen Ende der Trommel gefördert wird
und den Trennraum durch diese Offnungen verlässt. Die auf der wirksamen Förderfläche
der Schnecke befestigten Platten schützen hierbei die Schnecke gegen übermässigen
Verschleiss durch Erosion oder Korrosion under verlängern auf diese Weise die Lebensdauer
der Schnecke.
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niis der DK-PS 132 692 ist eine Förderschnecke der angegebenen Art
bekannt geworden, bei der die Platten als Kreisbogensektoren mit geradlinigen radialen
Stirnkanten geformt sind, die wenigstens an der äusseren Peripherie der Schnecke
dicht gegeneinander anliegen. Aus Rücksicht auf die Förderwirkung der Schnecke muss
der Spalt zwischen den äusseren
Längskanten der Platten und der
Trommelwand so klein sein, wie es praktisch möglich ist, und zwar je nach Trommeldurchmesser
zwischen 0,5 und 2 mm, und eine Platte mit gegebenen Abmessungen kann deshalb nur
für Trommeldurchmesser benutzt werden, die innrhalb eines kleinen Intervalls um
den nominellen Durchmesser für die äussere Längskante der Platte liegen. Da normalerweise
Zentrifugen in mehreren Grössen mit entsprechend verschiedenen Trommeldurchmessern
hergestellt werden und es ausserdem üblich ist, dass die Trommel und die Schnecke
auf einem Teil ihrer Länge konische Form mit entsprechend gleichmässig abnehmendem
Durchmesser in Richtung der Austrittöffnungen für den Feststoff besitzen, erfordert
ein lückenloses Fabrikationsprogramm die Bereitstellung einer grossen Anzahl von
Platten mit unterschiedlichen Grössen und entsprechenden Presswerkzeugen für jede
Plattengrösse, indem die Platten normalerweise durch Pressen und Sintern eines hierfür
geeigneten Materials, beispielsweise eines Hartmetalls oder eines keramischen Materials,
hergestellt werden.
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Mit dem Zweck, die angeführten Mängel zu beheben und die Erstellung
einer verschleissfesten Oberfläche längs der Peripherie der Förderschnecke unter
geringerem Kostenaufwand zu ermöglichen, besteht die Erfindung darin, dass die Stirnkanten
jeder Platte die Form eines konvexen bzw. eines konkaven Kreisbogens mit hauptsächlich
demselben Radius besitzen.
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Die Ausgestaltung der Platten mit gekrümmten Stirnkanten,die ineinanderpassen
und die Befestigung von zwei nebeneinanderliegenden Platten in beliebiger relativer
Winkelstellung erlauben, ermöglicht es im Gegensatz zu der bekannten Konstruktion,
bei welcher der Winkel zwischen den Platten durch den Winkel zwischen den beiden
geradlinigen Stirnkanten festgelegt ist, innerhalb eines erheblichen Intervalls
von Trommel-und Schneckendurchmessern ein und dieselbe Plattengrösse zu
verwenden.
In der Praxis hat sich erwiesen, dass man mit nur zwei verschiedenen Plattengrössen
einen zwischen 200 mm und 600 mm liegenden Bereich für den Trommeldurchmesser decken
und somit eine erhebliche Ersparnis an Herstellungs- und Lagerhaltungskosten für
die Platten erzielen kann. Es liegt auf der Hand, dass die äussere Kontur der befestigten
Platten in den meisten Fällen keinen ununterbrochenen Kreis darstellt, sondern an
den Fugen zwischen den einzelnen Platten Knickpunkte aufweist. Durch geeignete Wahl
der Krümmung der äusseren Längskante der Platten können die dadurch bedingten Abweichungen
von der Kreisform und damit die Variationen des Spielraumes zwischen den Kanten
der Platten und der Trommelwand jedoch innerhalb des zulässigen Intervalls gehalten
werden.
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Es ist zweckmässig, der äusseren Längskante der Platte die Form eines
Kreisbogens zu verleihen, für dessen Durchmesser dann ein passender Wert zwischen
den Extremwerten für die Trommeldurchmesser gewählt werden kann, für welche die
Platte Anwendung finden soll.
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Die Platte kann in einem radialen Querschnitt in Richtung von der
äusseren zur inneren Längskante abnehmende Dicke haben. Hierdurch wird die Tendenz
zum Stauen von Feststoff längs der inneren Längskanten der Platten gemindert. Dieser
Tendenz kann zusätzlich noch dadurch entgegengewirkt werden, dass man die Ecke zwischen
den Innenkanten und der Schnecke mit einer geeigneten härtbaren Spachtelmasse ausfüllt,
und in diesem Fall wird durch die Verjüngung der Platten in Richtung nach innen
der Verbrauch an Spachtelmasse reduziert.
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Im Längsschnitt kann die Dicke jeder Platte von der in der relativen
Rotationsrichtung der Schnecke vorderen Stirnkante zur hinteren Stirnkante hin zunehmen.
Hierdurch wird sicher-
gestellt, dass sich der geförderte Feststoff,
der an der relativen Rotation der Schnecke ja nicht teilnimmt, nicht vor der Vorderkante
einer Platte staut, sondern von der Ifinterkante der vorigen Platte gleichmässig
auf die Platte hiniiberfällt oder -gleitet.
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Als zusätzliche oder alternative Sicherung dagegen, dass lokale Unebenheiten
der Oberfläche der Schnecke, die in der Regel aus rohem Stahlblech hergestellt ist,
eine Stauung von Feststoff verursachen, kann die konvexe Stirnkante der Platte in
der relativen Rotationsrichtung der Schnecke nach vorn gekehrt sein. Selbst wenn
die Vorderkante einer Platte etwas über die Hinterkante der vorigen Platte emporragen
sollte, sorgt die Krümmung der Kante dann dafür, dass der Feststoff seitlich, d.h.
in radialer Richtung, abgleitet.
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Es kann zweckdienlich sein, den Krümmungsradius für die konvexe Stirnkante
der Platte etwas kleiner zu machen als den Radius für die konkave Stirnkante. Dadurch
lässt sich sicherstellen, dass zwei nebeneinanderliegende Platten an ihren äusseren
Kanten immer ganz dicht gegeneinander anliegen, ohne einen radialen Spalt zu bilden,
in dem sich Feststoff festsetzen könnte.
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Um die Förderwirkung der Platten zu verstärken, kann es zweckmässig
sein, den Winkel zwischen der äusseren Längskante der Platte und der in der Förderrichtung
nach vorn gekehrten Fläche der Platte kleiner als 900 zu wählen. Dann wirkt jede
Platte als Schabekante, und dies kann insbesondere angebracht sein, wenn die Schneckenwindung
nicht rechtwinklig zur Trommelwand verläuft, sondern mit dieser einen spitzen Winkel
bildet, indem sie vom Rotor aus gesehen in der Förderrichtung nach vorn geneigt
ist.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische
Zeichnung näher erklärt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Dekanterzentrifuge
mit einer erfindungsgemässen Förderschnecke, bei der die Platten längs der äusseren
Peripherie der Schnecke jedoch der t)bersichtlichkeit halber weggelassen sind, Fig.
2 in grösserem Massstab und in der Draufsicht einen Teil einer Schneckenwindung,
gesehen in der durch den Pfeil II in Fig. 1 angegebenen Richtung, Fig. 3 in noch
grösserem Massstab einen Ausschnitt des in Fig. 2 dargestellten, Fig. 4 einen radialen
Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig.
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3, Fig. 5 einen tangentialen Schnitt längs der Linie V-V in Fig.
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3 und Fig. 6 einen Fig. 4 entsprechenden Schnitt durch eine geänderte
Ausführungsform, bei der die Schneckenwindung mit der Trommelwand einen'spitzen
Winkel bildet.
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Die in Fig. 1 veranschaulichte Zentrifuge hat eine Trommel 1 und einen
mit dieser koaxialen inwendigen Rotor 2, die beide auf einem wesentlichen Teil ihrer
Länge konisch sind. Die Trommel 1 ist an ihren Enden in schematisch angedeuteten
Lagern 3 und 4 drehbar gelagert. Durch die links in Fig. 1 gezeigten Wellenstümpfe
5 bzw. 6 sind die Trommel und der Rotor mit einem nicht eingezeichneten Antriebsmechanismus
gekuppelt, der so eingerichtet ist, dass er die Trommel und den Rotor mit voneinander
verschiedenen Drehzahlen rotieren lässt.
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Am Rotor 2 ist eine zweigängige Förderschnecke befestigt, deren zwei
Gänge mit 7 bzw. 8 bezeichnet sind. Auf Grund des Unterschiedes zwischen den Drehzahlen
der Trommel und des Rotors, der einer relativen Rotation des Rotors 2 in der durch
den Pfeil 9 angegebenen Richtung entspricht, übt die Schnecke 7, 8 eine nach rechts
in Fig. 1 gerichtete Förderwirkung auf den Feststoff aus, der beim Zentrifugieren
im Trennraum 10 zwischen dem Rotor und der Innenwand der Trommel abgeschieden wird.
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Das zu zerlegende Material wird durch ein stationäres Rohr 11 eingeleitet,
welches durch den hohlen Lagerzapfen 12 der Trommel 1 hindurch in den Rotor 2 hineinragt.
Vom Inneren des Rotors strömt das Material durch Öffnungen 13 in der Wand des Rotors
in den Trennraum hinaus. Auf Grund der Rotation der Trommel 1 erfolgt eine Trennung
des Feststoffes und der Flüssigkeitsphase des Materials, und der Feststoff wird
mit Hilfe der Schnecke 7, 8 nach rechts in Fig. 1 zu Austrittöffnungen 14 am rechtsseitigen
Ende der Trommel transportiert. Die Flüssigkeitsphase verlässt die Zentrifuge durch
Oberlauföffnungen 15 am linken Ende der Trommel, und die Lage dieser Offnungen legt
den Stand 16 der Flüssigkeitsphase in der Trommel 1 fest.
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An der beim Fördern des Feststoffes in Richtung der Öffnungen 14 wirksamen
Seitenfläche 17 jeder Schneckenwindung 7, 8 ist längs der Peripherie eine fortlaufende
Reihe von Platten 18 befestigt, und zwar so, wie aus den Fig. 2-5 detaillierter
ersichtlich ist. Jede Platte hat eine gekrümmte Aussenkante 19, die bevorzugterweise
als Kreisbogen geformt ist, und eine in grossen Zügen damit parallele Innenkante
20, die zwar geradlinig gezeichnet ist, aber auch einen anderen Verlauf aufweisen
könnte. Jede Platte 18 hat ausserdem eine konvexe Stirnkante 21 und eine dieser
gegenüberliegende konkave Stirnkante 22, die beide nach Kreisbogen mit nominell
gleichem Radius verlaufen, wobei jedoch der Radius der konvexen Stirn-
kante
21 ein klein wenig kleiner sein kann als der Radius der konkaven Stirnkante 22,
so wie es in Fig. 3 übertrieben wiedergegeben ist.
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Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, wie die beschriebene Konfigur.ltion
jeder Platte 18 es ermöglicht, eine fortlaufende Reihe von Platten längs der Kontur
der Fläche 17 so zu montieren, dass zwei nebeneinanderliegende Platten relativ zueinander
um einen beiliebigen Winkel gedreht sind und die Stirnkanten aneinanderstossender
Platten dicht gegeneinander anliegen, wenigstens an den Aussenkanten 19 der Platten.
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Durch geeignete Wahl des genannten Winkels zwischen den beiden nebeneinanderliegenden
Platten lässt sich die Reihe von Platten derartig montieren, dass die Aussenkanten
der Platten mit guter Annäherung ein vorgegebenes Stück über die äussere Kontur
der Fläche 17 hinausragen, so dass die Grösse des Spalts zwischen den Kanten 19
und der Innenwand der Trommel innerhalb eines gewünschten Intervalls liegt.
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Wie in Fig. 4 gezeigt, ist jede Platte 18 an ihrer Aussenkante 19
dicker als an ihrer Innenkante 20, so dass die "tote" Ecke 23 zwischen jeder Kante
20 und der Fläche 17 verhältnismässig klein wird. Wie oben erwähnt, können nach
dem Befestigen der Platten 18 eventuell die Ecken 23 mit einer geeigneten härtbaren
Spachtelmasse ausgefüllt werden, z.B. mit einer Suspension von harten keramischen
Partikeln in einem geeigneten Bindemittel, beispielsweise einer Epoxidharzmasse.
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Die Platten 18 werden bevorzugterweise so montiert, dass ihre konvexen
Stirnkanten 21 in Richtung der relativen Rotation der Schnecke in bezug auf die
Trommel 1, vgl. die Pfeile 9 in den Fig. 1 und 2,nach vorn zeigen. Wie in Fig. 5
gezeigt, ist es zweckmässig, jede Platte an ihrer Hinterkante 22 etwas
dicker
zu machen als an ihrer Vorderkante 21, so dass am Ubergang zwischen der Hinterkante
jeder Platte und der Vorderkante der darauffolgenden Platte normalerweise eine kleine
Stufe 24 gebildet wird.Während der Unterschied in der Dicke an den Kanten 19 und
20 zwischen 1 und 2 nun betragen kann, ist ein Dickenunterschied von weniger als
0,5 mm zwischen der Vorderkante 21 und der llinterkante 22 gewöhnlich zulänglich,
um vorkommende lokale Unebenheiten der Oberfläche 17 auszugleichen.
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Fig. 6 veranschaulicht eine etwas geänderte Ausführungsform, bei der
die am Rotor 31 befestigte Schneckenwindung 32 in der Förderrichtung, d.h. von links
nach rechts, etwas nach vorn geneigt ist, so dass die wirksame Förderfläche 33 der
Schnekke mit der Innenseite der Trommel 34 einen spitzen Winkel bildet. Während
der Winkel zwischen der Aussenkante 19 der Platten 18 und deren wirksamer Förderfläche
25, siehe Fig. 4, in 0 allem wesentlichen 90 ist (wenn man von der Wirkung der Verjüngung
der Platten radial nach innen absieht), ist der entsprechende Winkel bei den an
die Fläche 33 in Fig. 6 befestigten Platten 35 wesentlich kleiner als 900, so dass
die Aussenkanten 36 der Platten mit der Innenwand der Trommel parallel verlaufen.
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Bei der gezeigten Ausführungsform wird vorausgesetzt, dass die Platten
direkt an der Förderschnecke befestigt werden, bevorzugterweise durch Anleimen und
vorzugsweise mit einem Leim, der durch Erhitzen (z.B. auf 150 bis 2000C) reversibel
plastisch wird, so dass eine defekte Platte durch lokales Erhitzen ausgewechselt
werden kann. Der Leim sollte auch eine verhältnismässig hohe Zähigkeit haben, so
dass er Unebenheiten in speziell der Oberfläche der Schneckenwindung
ausfüllen
kann. Da die Schneckenwindung infolge der benutzten llerstellungstechnik normalerweise
schwach schalenförmig ist, ist cs zweckmässig, die gegen die Schneckenwindung anliegende
Fläche der Platte mit einer hierzu passenden entgegengesetzten Wö]bung auszubilden,
so dass die Dicke der Leimfuge so weit wie möglich konstant wird. hierzu ist normalerweise
nur eine Pfeilhöhe von einigen Zehntel Millimetern erforderlich. Es hat sich erwiesen,
dass zum Festkleben der Platten Zweikomponenten-Epoxidkleber (Araldit) wohlgeeignet
sind. Vor der Montage der Platten kann es zweckmässig sein, die Schnecke vorzuwärmen,
nachdem ihre Oberfläche, z.B. durch Sandblasen, entfettet und gereinigt worden ist.
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Das Festkleben hat sich als be onders geeignet erwiesen für Platten
aus keramischem Material, beispielsweise Aluminiumoxyd, da diese Materialien ein
verhältnismässig niedriges spezifisches Gewicht haben und deshalb die Leimfuge unter
dem Einfluss der Zentrifugalkräfte nicht so stark beanspruchen.
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Im übrigen können die Platten auf an sich bekannte Weise, z.B. wie
in der DK-PS 132 692 beschrieben, an Trägerplatten aus Stahl angeklebt oder auf
andere Weise befestigt werden, die dann an die Schnecke befestigt werden.