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Kammerfilterpresse
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Die Erfindung betrifft eine Kammerfilterpresse mit einem Gestell,
das wenigstens annähernd horizontale Längsträger aufweist,in dem zwischen einem
festen und einem losen Deckel mehrere, ein Filterpaket bildende Filterkammern mit
dazwischenliegenden Filtermitteln hintereinander und verschiebbar angeordnet sind
und wenigstens einer im Bereich eines oder beider Deckel angreifenden Schließeinrichtung,
die zum Öffnen bzw. Schließen des Filterpaketes vorgesehen ist und einer hydraulischen
Preßeinrichtung zum flüssigkeitsdichten Zusammendrücken des Filterpaketes.
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Eine derartige Kammerfilterpresse weist mehrere hintereinander angeordnete
Filterkammern, insbesondere Membranfilterkammern mit dazwischenliegenden Filtermitteln,
wie z.B. Filtertücher o.ä. auf, in denen z.B. eine Suspension gefiltert, gewaschen
und zu einem festen Kuchen verdichtet werden kann. Die zu separierende Suspension
wird zu diesem Zweck mittels einer Pumpe in den Suspensionsraum einer Membranfilterkammer
gedrückt, wobei das Filtrat über ein Entwässerungssystem abläuft und der Feststoffanteil
von dem Filtertuch zurückgehalten wird. Zur Entfernung des Filterkuchens und zur
Abreinigung werden die Filterkammern jeweils einzeln nacheinander um eine einen
Arbeitsraum bildende Strecke verschoben. Dadurch kann der Filterkuchen entnommen
und der Suspensionsraum der Filterkammer anschließend ausgespült werden.
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Das von mehreren Filterkammern gebildete Filterpaket muß vor Beginn
jedes Filtrationsprozesses geschlossen und flüssigkeitsdicht zusammengepreßt werden,
damit die zu separierende Suspension nicht aus dem Filter herauslaufen kann.
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Der von der Pumpe erzeugte Druck innerhalb des Preßraumes der Filterkammern
versucht, die Filterkammern auseinanderzudrücken,
was Undichtheit
in der Filterfläche und Suspensionsverlust zur Folge hätte. Um dies zu vermeiden,
wird das Filterpaket während des Separationsvorganges zusammengepreßt. Üblicherweise
geschieht dies gemäß dem Stand der Technik über einen Hydraulikzylinder, der den
vorderen losen Deckel im Kraftschluß über eine Brücke und die Träger in Richtung
zum hinteren Deckel preßt und auf diese Weise das dazwischenliegende Kammerfilterpaket
zum Kraftschluß bringt. Erfahrungsgemäß beträgt dabei die vom Hydraulikzylinder
aufzubringende Schließkraft etwa das 1,3-fache der die Filtration bewirkenden Druckkraft,
die sich als Produkt aus Innendruck in der Filterkammer und der Filterfläche ergibt.
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Anstelle eines Hydraulikzylinders kann auch eine Spindel treten, die
in ähnlicher Weise wie der Hydraulikzylinder, von Hand oder motorisch betätigt,
die Schließkraft erzeugt.
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Nach dem Auffüllen der Suspensionsräume mit dem Feststoffanteil der
Suspension, der in Form eines Filterkuchens zurückbleibt, wird die Kammerfilterpresse
geöffnet. Dazu
wird durch Betätigung des Hydraulikzylinders, bzw.
der Spindel der vordere Deckel soweit zurückgefahren, daß jeweils eine Filterkammer
oder alle Filterkammern gleichzeitig so verschoben werden, daß die darin vorhandenen
Filterkuchen nach unten herausfallen oder entnommen werden können.
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Ein'wesentlicher Nachteil der hydraulikzylinderbetätigten, sowie der
5 pinde:lbetätigten Schließeinrichtung besteht darin, daß die Bewegung des vorderen
Deckels beim Öffnen wie auch beim nachfolgenden Schließen der Presse zwar mit möglichst
hoher Geschwindigkeit (um die Totzeit zu verringern), aber mit geringer Kraft abläuft,
während des eigentlichen Filtrationsvorgangs zum Verpressen der Presse aber entgegengesetzt
eine hohe Kraft ohne Bewegung aufgebracht werden muß.
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Bei hydraulisch zu schließenden Pressen benötigt man hierzu eine zweistufige
Hydraulikpumpe. Eine erste Pumpenstufe mit hoher Fördermenge, aber nur geringem
Enddruck bewegt während des Öffnens und Schließens der Kammerfilterpresse den vorderen
Deckel. Die Anpreßkraft dagegen wird von einer zweiten Pumpenstufe mit sehr geringer
Fördermenge, aber hohem Enddruck erzeugt. Die notwendige hydraulische
Anlage
hat erheblichen Konstruktions-, Kosten- und Wartungsaufwand und dazu einen nicht
geringen Platzbedarf.
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Hinzu kommt, daß in verschiedenen Betrieben, z.B. in der Nahrungsmittelindustrie
das Vorhandensein einer Hydraulik mit der Gefahr austretendern Hydraulikflüssigkeit,
z.B. Öl, unerwünscht ist.
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Bei mit einer oder mehreren Spindeln geschlossenen Kammerfilterpressen
besteht andererseits die Gefahr, daß bei Setzbewegung während des Pressens des Kammerfilterpaketes
die durch die Spindel in formelastischer Verformung erzeugte Vorspannung nachläßt
und die Preßkraft während des Filtrierens unkontrolliert absinkt.
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Weiter ist von Nachteil, daß unter der hohen Preßkraft während des
Filtrierens Schmiermittel von den Gleitflächen des Spindelgewindes verdrängt wird,
wodurch sich die Reibung zwischen Spindel und Spindelmutter so vergrößert, daß die
Spindel nach dem Filtrieren nicht mehr oder nur schwer geöffnet werden kann.
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Ein weiterer Nachteil einer hydraulisch oder mit einer oder mehreren
Spindeln geschlossenen Kammerfilterpressen
besteht darin, daß
die Preßkräfte an den Deckel punktförmig eingeleitet werden. Um der dadurch hervorgerufenen
Gefahr größerer elastischer Verformungen, die zu einer schlechten Anlage und damit
Dichtung der Filterkammern untereinander bzw. an den Deckeln führen würden, zu begegnen,
führt die Peckelkonstruktion notwendigerweise zu sehr massiven, schweren und teuren
Ausführungen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Kammerfilterpresse der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß auf einfache
Weise und mit geringen Druckkräften das Filterpaket schnell geöffnet und geschlossen
werden kann, wobei die Vorrichtung raumsparend, kostengünstig, betriebssicher und
wartungsarm sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Preßeinrichtung
zwischen wenigstens einem der beiden Deckel und der ersten Filterkammer angeordnet
ist, wobei eine mit einer Zuleitung versehene Membrankammer zwischen dem als Zylinder
ausgebildeten Deckel und einer flächigen, im wesentlichen an der ersten Filterkammer
anliegenden Kolbenplatte gebildet ist.
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Im wesentlichen wird demnach erfindungsgemäß der Schließvorgang vom
Preßvorgang getrennt, d.h. in zwei getrennte Vorgänge aufgeteilt Die Erfindung schlägt
also vor, zum Öffnen und Schließen des Filterpaketes einen Hydraulikzylinder mit
geringer Druckkraft oder aber eine oder mehrere Spindeln vorzusehen und zum anschließenden
flüssigkeitsdichten Zusammenpressen des Filterpaketes zwischen den Deckel und der
ersten Filterkammer eine Membrankammer mit einer Kolbenplatte vorzusehen, wobei
die Kolbenplatte flächig auf die erste Filterkammer aufliegt und wobei der Deckel
den die Kolbenplatte aufnehmenden Zylinder bildet.
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Diese Zweiteilung in eine getrennte Schließ- und getrennte Preßeinrichtung
hat den Vorteil, daß zum hydraulischen Öffnen und Schließen des Filterpaketes eine
für geringe Druckkräfte und hohe Geschwindigkeit ausgelegte einstufige und damit
einfache, billige Hydraulik genügt und daß zum druckdichten Zusammenpressen des
Filterpaketes eine, eine Membranhydraulik bildende Membrankammer mit flächiger Kolbenplatte
eine gleichmäßige Flächenpressung der Filterelemente insbesondere in ihren Dichtflächen
gewährleistet.
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Wird vorzugsweise das Öffnen und Schließen mit einer oder mehreren
motorisch angetriebenen Spindel ausgeführt, so
genügt auch hier
die Installation einer kleinen Antriebseinrichtung mit geringen Kräften aber hohen
Bewegungsgeschwindigkeiten. Im letzteren Fall also bei völligem Verzicht auf eine
Hydraulik verringert sich weitgehend der konstruktive-, kosten-, wartungs- und Raumaufwand.
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In Ausgestaltung der Erfindung wird der Zylinderboden von der dem
Filterpaket zugewandten Stirnseite des Deckels und die Zylinderwand von einem auf
dieser Stirnwand des Deckels angeordneten Rahmen gebildet. Deckel und Rahmen können
aber auch einstückig ausgebildet sein. Auf diese Weise wird die konstruktive und
raumsparende Bauweise erreicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zur Abdichtung zwischen
der Kolbenplatte und dem Zylinder eine Membrane vorgesehen sein, die einstückig
und elastisch sein kann. Dabei kann die Membrane zwischen dem Deckel und der gesamten
Innenfläche des Kolbens einerseits und zwischen dem Rahmen und der Stirnseite andererseits
dichtend angeordnet sein.
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Durch diese Anordnung der einstückigen Membrane wird in vorteilhafter
Weise die-erfindungsgemäße Membrankammer gebildet. Gleichzeitig wird auf diese Weise
in sehr vorteilhafter Manier eine absolut druckdichte Kammer geschaffen, was zur
Erzeugung der erforderlichen hohen Preßkraft Voraussetzung ist. Dadurch, daß die
Kolbenplatte auf ihrer gesamten Innenfläche von der Membrane abgedeckt ist, kann
die Kolbenplatte selbst aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, ohne auf
irgendwelche möglichen korrosiven Eigenschaften des Hydraulikmediums Rücksicht.
nehmen zu müssen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann zur Druckversorgung für
die Membrankammer und die in der Filterkammer angedrdneten Druckkammern ein gemeinsames
Niederdruckaggregat vorgesehen sein.
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Dies hat gegenüber bisherigen Einrichtungen den entscheidenden Vorteil,
daß nur mehr eine Pumpe, gegenüber bisher zwei Pumpen notwendig ist. Diese eine
Pumpe verpreßt einerseits über die Membranhydraulik das Filterpaket druckdicht und
andererseits liefert sie während
der Separation den notwendigen
Preßdruck zum Fest-Flüssig-Trennen der in dem Suspensionsraum eingelagerten Suspension.
Außerdem kann dadurch gleiches Medium von ein und derselben Druckstation, nämlich
der einen Pumpe, sowohl für die Membranhydraulik als auch für die Membranfilterkammer
verwendet werden.Zum anderen ergibt sich der Vorteil, daß bei Verwendung nur einer
Pumpe und einem Hydraulikmedium auch gleiche Druckkraft vorliegt. Außerdem können
vorteilhafterweise Hydraulikmedien verwendet werden, die in Betrieben me,ist schon
aus anderen Gründen installiert sind, wie z.B. Wasser- oder Druckluft.
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Ein weiterer Vorteil ist, daß das verwendete Druckmittel, also Druckwasser
oder Druckluft, die Schließkraft über die Kolbenplatte gleichmäßig verteilt auf
das Filterpaket aufbringt und somit eine gleichmäßige Pressung der Filterelemente,
insbesondere ihrer Dichtfläche gewährleistet.
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Darüber hinaus können die beiden Deckel konstruktiv so ausgelegt werden,
daß sie nur einer bestimmten zulässigen mechanischen Beanspruchung genügen müssen.
Das verlangt eine weitaus weniger aufwendige statische Auslegung und damit geringeres
Gewicht und Bauvolumen, als wenn dieselben
Teile auf geringste
elastische Verformung ausgelegt werden müßten. Letzteres ist dann der Fall, wenn
das Filterpaket durch die beiden Deckel direkt und ohne Beilegung der als elastische
Kissen wirkenden Membrankammern zusammengepreßt wird und die ungleichmäßige Einleitung
der Schließkräfte durch punktuell angeordnete Hydraulikzylinder oder Spindeln zu
elastischen Verformungen der Deckel führt.
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In vorteilhafter Weiterbildung kann die Kolbenplatte auf der der Membrane
zugewandten Fläche eine umlaufende Nut direkt am Rand zum Zylinder aufweisen. ~Auf
diese Weise kann eine scharfkantige Verformung' der elastischen Membrane verhindert
werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können entweder in der Lauffläche
der Kolbenplatte oder in der Lauffläche des Rahmens zwischen der Kolbenplatte und
dem Rahmen umlaufende Nuten zur Aufnahme von Rundschnurringen angeordnet sein.
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Ebenso können im Rahmen auf der der Stirnseite des Deckels zugewandten
Seite oder in der Stirnseite des Deckels oder in beiden Rundschnurringe angeordnet
sein. Auf diese Weise kann eine zusätzliche sichernde Abdichtung geschaffen werden.
Es
wäre aber auch denkbar, die Abdichtung der Membrankammer nur alleine mit dieser
Variante vorzunehmen.
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Der Schließkraftüberschuß, der während des Separationsprozesses das
Filterpaket druckdicht verschlossen hält, beträgt etwa das 1,3-fache der Druckkraft,
mit der die Suspension in der Filterkammer ausgepreßt wird. Dieser Schließkraftüberschuß
resultiert bei Verwendung nur einer Pumpe mit konstantem Druck, sowohl für die Membrankammern
als auch für die Druckkammern in den Filterkammern, aus dem Verhältnis der unterschiedlichen
Flächen der größeren Kolbenplatten in den Membrankammern zu den kleineren Auspreßflächen
der Filtermembranen in den Druckkammern der Membranfilterkammern.
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Mit der vorgeschlagenen Erfindung lassen sich Kammerfilterpressen
schnell öffnen und ebenso schnell schließen. Die sogenannten Totzeiten werden wesentlich
verringert. Außerdem ist die vorgeschlagenen Membranhydraulik sehr raumsparend,
weil diese zwischen den Deckeln und den jeweils ersten Filterkammern angeordnet
ist und weil der Deckel selbst den Zylinder für die Kolbenplatte bildet. Der Vorteil,
daß nur eine einzige Niederdruckpumpe notwendig ist,
wirkt sich
günstig auf die Gesamtherstellungskosten aus.
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Nicht nur, weil eine Pumpe weniger angeschafft werden muß, sondern
auch deshalb, weil die Deckel aufgrund des Niederdrucks des verwendeten Preßmittels
weniger mechanischer Beanspruchung ausgesetzt sind und deshalb konstruktiv leichter
ausgestaltet sein können. Darüber hinaus kann ein Hydraulikmittel zum Einsatz gelangen,
das betriebsseitig bereits vorhanden ist und das nicht produktunfreundlich ist.
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Weitere Vorteile und erfinderische Weiterbildungen ergeben sich aus
den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Kammernfilterpresse in schematischer Darstellung
in Draufsicht, Fig. 2 einen Ausschnitt von Fig. 1 im Schnitt.
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Eine Kammernfilterpresse 1 besteht aus einem festen Deckel 2, einer
Brücke 3 und zwischen diesen angeordneten horizontalen
Längsträgern4.
Ein loser--Deckel 5 ist zwischen dem festen Deckel 2 und der Brücke 3 angeordnet
und liegt auf den beiden horizontalen Längsträgern 4 verschiebbar auf (nicht dargestellt).
Mehrere Filterkammern 6 bilden ein Filterpaket 7, zwischen denen jeweils Filtertücher
8 liegen. Am losen Deckel 5 greift eine Schließeinrichtung 9 zum Öffnen bzw. Schließen
des Filterpaketes an. Zwischen dem festen Deckel 2 und dem Filterpaket 7 und auch
zwischen dem losen Deckel 5 und dem Filterpaket 7 ist eine hydraulische Preßeinrichtung
10 zum flüssigkeitsdichten Zusammendrücken -des Filterpaketes vorgesehen.
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Die Schließeinrichtung 9 besteht aus einem Zylinder 40, der an der
Brücke 3 befestigt ist.Im Zylinder 40 wird ein Kolben 39 zwischen den Druckräumen
41 und 42 abwechselnd hin- und herbewegt, je nach dem, ob das Filterpaket geöffnet
oder geschlossen werden soll. Eine Kolbenstange 43 ist durch die Brücke 3 gelagert
geführt und verbindet den Kolben 39 mit dem losen Deckel 5.
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Die Preßeinrichtung 10 beinhaltet eine Membrankammer 11, die mit einer
Zuleitung 12 versehen ist. Die Membrankammer 11 wird von einem als Zylinder ausgebildeten
Deckel und einer flächigen Kolbenplatte 13 gebildet. Dabei bildet die Stirnseite
des Deckels 2 den Zylinderboden 14.
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Die Zylinderwand wird von einem Rahmen 15 gebildet.
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Zwischen der Kolbenplatte 13 und dem Zylinder 14, 15 ist eine Membrane
16 vorgesehen, die zwischen dem Deckel 2 und der gesamten Innenfläche der
Kolbenplatte
13 angeordnet ist. Dabei greift die Membrane 16 zwischen dem Rahmen 15 und der Stirnseite
des Deckels 14 dichtend an. Die Kolbenplatte 13 ist an ihrem Rand abgerundet, und
zwar zur Vermeidung von scharfkantigen Verformungen der Membrane 16 in diesem Breich.
Eine Pumpe 17 ist über eine Leitung 18, 19 mit der Membrankammer 11 und mit einer
weiteren Leitung 18,20 mit den Druckkammern 22 verbunden.
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Wie aus Fig 2 ersichtlich, hat die Kolbenplatte 13 auf der der Membrane
16 zugewandten Fläche eine umlaufende Nut 21, und zwar direkt am Rand zum Rahmen
i5 hin. Durch diese Nut wird in vorteilhafter Weise die Kolbenplatte am Rand abgerundet.
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In der Lauffläche des Rahmens 15 ist in einer umlaufenden Nut ein
Rundschnurring 23 eingelegt. Dieser Rundschnurring 23 liegt auf seiner anderen Seite
auf der Lauffläche der Kolbenplatte 13 an. Ein weiterer Rundschnurring 24 ist in
einer Nut in der Stirnseite des Deckels 14 zum Rahmen 15 hin vorgesehen. Der Rahmen
15 ist mit winkelförmigen Kreissegmenten am Deckel 2 befestigt.
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Zur Inbetriebnahme der Kammerfilterpresse 1 wird zunächst über die
Schließeinrichtung 9 der lose Deckel 5 und das Filterpaket 7 schnell gegen den festen
Deckel 2 geschoben und auf "Block" gefahren. Bei geöffneten Ventilen 26 und geschlossenehem
Ventil 27 wird das Hydraulikmedium über die Pumpe 17 und die Leitung 18, 19 über
die Zuleitung 12 in die Membrankammer 11 gedrückt. Die Kolbenplatte 13 der Preßeinrichtung
10 preßt nunmehr das Filterpaket 7 druckdicht zusammen. Nach Erreichen des maximalen
Zusammenpreßdruckes werden die Ventile 26 geschlossen und die Pumpe 17 vorläufig
ausgeschaltet. Über schematisch in Fig. 2 angedeuteten Zulaufleitungen 30'werden
die Suspensionsräume 31 der Filterkammern6 mit Suspension gefüllt.
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Nach völliger Füllung der Räume 31 und nach Öffnen des Ventiles 27
wird über die Pumpe 18 nunmehr Hydraulikmedium in die Druckkammern 22 gepreßt, so
daß die Suspension in den Suspensionsräumen 31 durch eine Membran 32 mit Druck beaufschlagt
und dadurch filtriert wird. Das ausgepreßte Filtrat läuft über Leitungen 33 ab.
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Nach beendeter Separation wird die Pumpe 17 abgestellt, wobei vorher
das Ventil 27 geschlossen wurde. Bei nunmehr geöffnetem Ventil 26 wird die Membrankammer
druckentlastet.
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Der noch auf dem Filterpaket 7 lastende Preßdruck schiebt den Kolben
13 in die Membrankammer 11 zurück, solange bis das Filterpaket 7 völlig drucklos
ist. Mittels der Schließeinrichtung 9 kann nun der Deckel 5 in Richtung Brücke 3
zurückgezogen werden, und zwar um den Weg, der als Arbeitsraum zwischen zwei Filterkammern
6 benötigt wird.
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Die Filterka-mmern werden dann entweder von Hand oder maschinell auseinandergefahren,
so daß der Filterkuchen entnommen und die Kammer gereinigt werden kann.
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