[0001] Klär-Filter-Zentrifuge mit einer geschlossenen Trommel, welche von einer Welle angetrieben
wird und ein senkrecht zur Drehachse der Welle in einem Deckel mit Filtratablauföffnungen
ein Filtermedium (34) aufweist, sowie ein Verfahren zur Trennung von Suspensionen
mit der Klär-Filter-Zentrifuge.
[0002] Im allgemeinen unterscheidet man zwei Arten von Zentrifugen, Vollmantelzentrifugen
und Filterzentrifugen.
[0003] Vollmantelzentrifugen werden vorzugsweise zum Klären von Flüssigkeiten eingesetzt.
In ihnen sedimentiert die schwere Phase und sammelt sich an der Trommelwand. Die leichtere
Phase, also die Flüssigkeit, strömt über ein Ueberlaufwehr ab.
[0004] Bei Filterzentrifugen strömt die Flüssigkeit durch einen Filterkuchen und ein Filtermedium
ab. Man setzt diese Zentrifugen vorzugsweise.zum Entfeuchten von gut filtrierbaren
Schlämmen ein.
[0005] Das besondere Merkmal der Klär-Filter-Zentrifuge besteht darin, dass in ihr sowohl
sedimentiert, als auch filtriert wird. Ist ein möglichst feststoffreies Zentrifugat
erwünscht, z.B. bei der Lösungsmittelrückgewinnung und sind die Suspensionen schlecht
filtrierbar, so gelangt vorzugsweise die Klär-Filter-Zentrifuge zur Anwendung, besonders.dann,
wenn der Einsatz von Flockungsmitteln aus Kostengründen unerwünscht ist oder unterbleiben
muss, weil diese z.B. einen nachfolgenden chemischen Vorgang beeinflussen würden.
[0006] Nach der deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 32 38 728 ist eine Zentrifuge dieser
Art für schwer filtrierbare Suspensionen bekannt. Der Trennvorgang ist in ihr gekennzeichnet
durch Ueberlagerung zweier unterschiedlicher Trennverfahren. Die Trennung von Flüssigkeit
und Feststoffen erfolgt durch Sedimentation und Filtration. Im Wesentlichen besteht
diese Zentrifuge aus zwei, vorzugsweise parallel zueinander liegenden, mit der rotierenden
Achse senkrecht, fest verbundenen, plattenförmigen Körpern, welche an der Peripherie
durch einen rohrförmigen Körper derart abgeschlossen sind, dass sie einen Hohlraum
zur Aufnahme der Suspension bilden.
[0007] Zum Austragen des Feststoffes wird hierbei der Hohlraum durch Verschieben des rohrförmigen
Körpers in axialer Richtung geöffnet. Ein Trenneinsatz, bestehend aus einer Membran,
die durch konische Ringe auf einem Trägerkörper befestigt ist, ist senkrecht zur Rotationsachse
an der ringförmigen vorderen Kammerwand befestigt. Die ringförmige Vorderwand ist
mittels drei Bolzen, die in Schutzhülsen stecken, an der Kammerrückwand befestigt.
Die Suspension strömt über ein Einlaufrohr einem Verteilerkegel zu, der die Suspension
beschleunigt und an der Rückwand entlangleitet. Es wird solange Suspension zugeführt,
bis der Flüssigkeitsspiegel die Bolzen erreicht. Das Verschieben des Vollmantels zum
Entladen des Feststoffs geschieht über Pneumatikzylinder, welche die Verschiebekraft
aus dem ruhenden äusseren System über ein Kugellager ins rotierende System übertragen.
Auch die Schliesskraft, die zum Zuhalten der Zentrifuge beim Schleudern benötigt wird,
wird über diese Zylinder aufgebracht. Eine andere Variante verwendet.Vakuum und Druckluft,
die zum Schliessen bzw Oeffnen der Zentrifuge über die Zentrifugenwelle der Kammer
zwischen Kammerrückwand und Trommelboden zugeführt werden.
[0008] Nachteile dieser Ausführung sind, wie Betriebsversuche gezeigt haben:
Die Zentrifugenkammer ist an der Dichtstelle zwischen Trommel und Deckel sowohl bedingt
durch die zu geringe Schliesskraft der Pneumatik bzw des Vakuums, als auch durch die
Ausführung der Dichtung nicht dicht beim Zentrifugieren, so dass.Suspensionsflüssigkeit
austritt und in den Festatoffauffang gelangt und daher das Trennergebnis verschlechtert.
[0009] Bedingt durch Einleitung der verhältnismässig hohen Schliesskraft über ein Kugellager
bei hohen Drehzahlen aus dem ruhenden ins rotierende System kommt es häufig zum Ausfall
dieses Lagers.
[0010] Durch die konische Ausbildung der Aufspannstelle und der Spannringe des Filtermediums
kommt es zur Faltenbildung des Filtermediums, welches dadurch nicht sicher und sauber
gespannt werden kann.
[0011] Die Aufspannung des Filtermediums ist nicht zum Aufspannen verschieden dicker Filtermedien
geignet, da jeweils genau angepasste Spann- und Blendringe verwendet werden müssen.
[0012] Bedingt durch Fertigungstoleranzen von Spannringen und Blendringen, sowie Herstellungstoleranzen
der Dicke des Filtermediums, sowie Ungleichmässigkeiten beim Anziehen der Spannringe
liegt der Blendring nicht richtig auf der Membran auf, was zu Undichtheiten an der
Verschlussstelle zwischen Trommel und Deckel führt.
[0013] Durch Verschleiss bedingt werden die Dichtungen zwischen Kammerrückwand und Trommelmantel
undicht, so dass Suspension in die Kammer zwischen Kammerrückwand und Trommelboden
eindringt, was einesteils durch Lekage den Vakuumdruck zum Schliessen der Trommel
vermindert und andernteils beim Trennen radioaktiver Suspensionen zur Bildung von
Strahlungsnestern führt. Ausserdem.führt dieser unerwünschte Durchschlag bei Suspensionen
die faulende, gärende oder sonstwie sich verändernden Stoffen, z.B. Bakterien, enthalten,
zu unerwünschten Rückständen in der besagten Kammer, so dass es zu unerwünschten Produktver-
änderungen kommt. Hinzu kommt, dass die besagte Kammer nur nach aufwendiger Demontage
der Zentrifuge zu reinigen ist.
[0014] Die verwendeten Dichtungsmaterialien und Dichtungsformen, sowie die Ausbildung der
Sichtstellen sind ungeeignet zur Abdichtung beim Zentrifugieren pharmazeutischer,
lebensmitteltechnologischer, strahlungsaktiver oder chemisch aggressiver Suspensionen.
Sie sind auch.ungeeignet bei den zu erwartenden hohen Drücken, wie sie auftreten durch
den Flüssigkeitsdruck der Suspensionen bei hohen Drehzahlen.
[0015] Die verwendeten produkteberührenden Metallteile haben sich als nicht beständig genug
erwiesen beim Zentriefugieren strahlungsaktiver oder chemisch aggressiver Suspensionen.
[0016] Dadurch dass zum Entladen des Feststoffs die Trommel verschoben wird, ergibt sich
ein um den Trommelverschiebeweg vergrösserter Ueberatand der Zentrifugenwelle zwischen
Lager und Trommelboden bzw.Massenschwerpunkt.der überstehenden Teile, wie Trommel.
Kammerwänden, Schleudergut u.s.w., was zu ungünstigen Lagerbelastungen, ungünstigen
Wellenbelastungen und ungünstig liegenden kritischen Drehzahlen führt, so dass höhere
Drehzahlen zur Abtrennung noch schwierigerer Güter nicht eingestellt werden können.
[0017] Der Ueberlauf ist nicht getrennt vom reinenZentrifugat, dadurch kommt es bei Ueberfüllung
der Zentrifuge und überlaufender Suspension zu einer Verunreinigung des Zentrifugats.
[0018] Der Flüssigkeitsstand und die Feststoffmenge in der Zentrifuge werden vom Menschen
optis.ch kontrolliert, was beim Zentrifugieren strahlungsaktiver oder toxischer Suspensionen
unzulässig ist.
[0019] Das Gehäuse ist zum Zulauf hin offen, so dass es beim Zentrifugieren strahlungsaktiver
oder toxischer Suspensionen unzulässigerweise zu Beeinträchtigungen des Bedienungspersonals
und der Umwelt kommt.
[0020] Die Maschine muss in ihrem Arbeitszyklus vollkommen manuell gesteuert werden, was
unrationell und besonders beim Zentrifugieren strahlungsaktiver Suspensionen unerwünscht
ist.
[0021] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klär-Filter-Zentrifuge zur Abtrennung schwer filtrierbarer
Feststoffteilchen aus einer Suspension bereit zu stellen; die Feststoffe aus Suspensionen
so vollständig abtrennt, dass eine optisch klare Flüssigkeit entsteht, sowie einen
möglichst niedrigen Feuchtgehalt in den abgetrennten Feststoffmedien zu erzielen.
[0022] Eine weitere Aufgabe ist es, eine Klär-Filter-Zentrifuge derart zu modifizieren,
dass sie auch zum Trennen von Suspensionen geeignet ist, die sehr hohe Ansprüche an
physiologische Unbedenklichkeit, chemische Beständigkeit gegen aggressive Medien,
sowie Strahlenbeständigkeit der produktberührenden Teile der Zentrifuge und produktgemässe
Gestaltung der Verfahrensräume stellen.
[0023] Eine weitere Aufgabe ist es, eine Klär-Filter-Zentrifuge derart zu modifizieren,
dass zu höheren Drehzahlen und grösseren Trommellängen übergegangen werden kann, um
noch schwerer trennbare Suspensionen abtrennen zu können.
[0024] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klär-Filter-Zentrifuge derart zu
modifizieren, dass die gesamten Arbeitsabläufe beim erfindungsgemässen Betreiben der
Zentrifuge automatisch ablaufen können.
[0025] Eine weiter Aufgabe der Erfindung ist es, eine Klär-Filter-Zentrifuge derart anzupassen
und.zu verbessern, dass sie zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet
ist.
[0026] Die zur Lösung der Aufgabe dienende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Trommel aus einem äusseren Trommelmantel, einem koaxial angeordnetem inneren Trommelmantel
besteht und an einer Hohlwelle mit axial verschiebbarer Innenwelle befestigt ist.
[0027] Bei allen in dieser Erfindung genannten Aufführungsformen ist der äussere Trommelmantel
vorteilhaft auf einer Hohlwelle befestigt, welche in geeigneten Lagern, vorzugsweise
Wälzlagern, gelagert ist. Bedingt durch die Befestigung des äusseren Trommelmantels
erreicht man kurze Abstände zwischen Trommelschwerpunkt und Lagerung, woraus günstige
Wellenbelastungen, günstige Lagerbelastungen, günstig liegende, höhere kritische Drehzahlen
bei gleichem Wellendurchmesser resultieren und daher die Maschine bei höheren Drehzahlen
betrieben werden kann. Das führt dazu, dass wegen des zu erzielenden höheren Zentrifugalfeldes
schwieriger zu trennende Suspensionen getrennt werden können, und kleinere Partikel
in kürzerer Zeit abgetrennt werden können, sowie durch die grössere zu erzielende
Pressung im Sediment eine niedrigere verbleibende Feuchte erreicht wird.
[0028] Die in dieser Erfindung genannten Ausführungsformen weisen in der Hohlwelle eine
axial verschiebbare Innenwelle auf, mittels welcher die erforderliche Schliesskraft
zwischen Deckel und äusserer Trommel über einen mitrotierenden Linearantrieb, vorzugsweise
einen Hydraulikzylinder, aufgebracht wird. Die Lagerung der Zentrifuge ist dadurch
vorteilhafterweise.nieht von der hohen Schliesskraft belastet, da diese im rotierenden
System erzeugt wird. Ausserdem können dadurch vorteilhafterweise höhere Dichtkräfte
zwischen Deckel und äusserer Trommel erzeugt werden, was zum einen höhere Drehzahlen
der Zentrifugel rmöglicht und daher höhere Beschleunigungen, also bessere, schnellere
Sedimentation und höhere Pressung im Sediment, also niedrigere Restfeuchte ermöglicht;
zum anderen verbesserte Dichtheit gewährleistet, also garantiert, dass in Verbindungen
mit einer verbesserten Ausführung der Dichtstelle Suspension in den Feststoffaustrag
gelangt und so das Trennergebnis verschlechtert wird.
[0029] Bei einer in dieser Erfindung genannten Ausführungsform ist ein im äusseren Trommelmantel
vorzugsweise koaxial angeordneter innerer Trommelmantel vorhanden, in welchem die
Suspension voreingedickt und sanft beschleunigt wird, wodurch feine Partikel besser
sedimentierende, grössere Agglomerate bilden können, welche durch die sanfte Beschleunigung
eher erhalten bleiben, was das Gesamtergebnis verbessert.
[0030] Bei einer in dieser Erfindung genannten Ausführungsform ist das Dichtelement zur
Abdichtung zwischen äusserem Trommelmantel und Deckel vorteilhafterweise durch eine
radial weiter innen befindliche Nase vor dem ausgeschleuderten Feststoff derart geschützt,
dass sich dieser nicht darauf festsetzen kann, was die Dichtstelle für lange Zeit
vor Anbackung schützt und eine längere Funktionstüchtigkeit gewährleistet, so dass
länger Sicherheit vor Vermischung des abgeschleuderten Feststoffs mit Suspensionen
besteht.
[0031] Bei einer in dieser Erfindung genannten Ausführungsform weist der Schubboden zum
Deckel vorteilhafterweise ein zusätzliches Filtermedium auf, so dass eine erhöhte
Suspensionsmenge in gleicher Zeit getrennt werden kann.
[0032] Bei einer in dieser Erfindung genannten Ausführungsform ist die Aufspannung des Filtermediums
im Deckel bzw im Schubboden vorteilhafterweise so ausgebildet, dass Filtermedien verschiedener
Dicke aufgespannt werden können, der Dickenausgleich wird hierbei von elastischen
Ausgleichselementen, vorzugsweise elastischen Kunststoffringen, in den Spannringen
vorgenommen. Vorteilhafterweise werden hierbei die radialen Ueberstände des Filtermediums
so klein gehalten und derart verformt, dass eine Faltenbildung ausgeschlossen ist.
[0033] Bei einer in dieser Erfindung genannten Ausführungsform werden Undichtheiten der
Dichtung zwischen Schubboden und äusserem Trommelmantel vorteilhafterweise derart
berücksichtigt, dass die Kammer zwischen Schubboden und Trommelboden durch Zuführen
einer Spülflüssigkeit über eine Fangrinne und Bohrungen in der Trommelrückwand von
Anbackungen und Aktivitätsnestern bei laufender Maschine von aussen gereinigt werden
kann.
[0034] Bei einer in dieser Erfindung genannten Aussführungsform sind die Dichtungsformen
und Dichtungsmaterialien vorteilhafterweise den Bedingungen zum Trennen physiologisch
anspruchsvoller, bzw chemisch hochagressiver, bzw strahlungsaktiver Suspensionen angepasst.
Vorzugsweise werden PTFE oder fluorisierte Elastomere verwendet.
[0035] Bei einer in dieser Erfindung genannten Ausführungsform bestehen die produktberührenden
Metallteile vorteilhafterweise aus Metall, vorzugsweise hochlegierten oder plattierten
Stählen, das zum Zentrifugieren physiologisch anspruchsvoller, bzw chemisch hochaggressiver,
bzw strahlungsaktiver Suspensionen geeignet ist.
[0036] Bei einer in dieser Erfindung genannten.Ausführungsform weist der Schubboden vorteilhafterweise
Ueberlauföffnungen auf, durch welche zuviel zulaufende Suspension überlaufen kann,
wobei der abgeschleuderte Ueberlauf in einer gesonderten Fangkammer im Gehäuse aufgefangen
und zum Zulauf zurückbefördert wird. Vorteilhafterweise kann dabei die Kammer zwischen
Schubboden und Trommelboden, durch welche der Ueberlauf läuft, bei laufender Maschine
durch Zugabe einer Spülflüssigkeit gereinigt werden.
[0037] Bei einer anderen vorteilhaften erfindungsgemässen Ausführung der Maschine kann der
Ueberlauf durch eine Oeffnung im Deckel der Zentrifuge strömen, von wo er über einenLeitring
in eine gesonderte Ueberlaufkammer geleitet wird und danach in den Zulauf zurückgeführt
wird. Eine Vermischung des Ueberlaufs mit dem abgetrennten Feststoff ist hierdurch
ausgeschlossen.
[0038] Vorteilhafterweise können bei erfindungsgemässer Ausführung der Zentrifuge beim Trennen
strahlungsaktiver und toxischer Suspensionen.bedingt durch das druckfeste, geschlossene
und .mit einer geeigneten Dichtung, vorzugsweise Gleitringdichtung, zwischen Gehäuse
und Trommel versehenem Gehäuse keine toxischen oder strahlungsaktiven Stoffe nach
aussen in die Umgebung gelangen.
[0039] Durch Massenvergleich, bzw. Volumenstromvergleich von zulaufender Suspension und
abfliessendem Filtrat oder durch Kontrolle des Ueberlaufs mittels geeigneter Messeinrichtungen,
sowie durch Gewichtskontrolle der Zentrifuge, kann das Befüllen und Entleeren der
erfindungsgemässen Zentrifuge vorteilhafterweise automatisiert werden.
[0040] Durch Anbringen einer Leitvorrichtung im Bereich des Zulaufswird vorteilhafterweise
eine gleichmässige Verteilung der in die erfindungsgemässe Zentrifuge zufliessenden
Suspension über den Trommelumfang erreicht, was Unwuchten durch ungleichmässige Beladung
vermindert, sowie ein Eintauchen der zuströmenden Suspension in das Schleudergut mit
anschliessender Strömungsumkehr erzwungen, was zu einer Verringerung von die Sedimentation
störenden Turbulenzen führt.
[0041] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass Deckel und Schubboden
am inneren Trommelmantel befestigt sind, welcher seinerseits an der axial verschiebbaren
Innenwelle befestigt ist. Deckel, Schubboden und innerer Trommelmantel bilden auf
diese Weise eine sehr steife, stabile Einheit. Der Deckel trägt ein ringförmiges Filtermedium,
welches befestigt ist mittels Spannringen und elastischen Ausgleichselementen auf
einen Auflagering mit Kammer zur Filtrataufnahme und Stützrippen zum Stützen des ringförmigen
Stützelemente, auf dem das Filtermedium glatt aufgespannt ist. Gemäss einer alternativen
Ausführung' trägt der:Schubboden das besagte Filtermedium. Die Art, Dicke, Material
und Porengrösse des Filtermediums sind vorteilhafterweise der jeweiligen zu trennenden
Suspension angepasst. Der.Zulauf der Suspension befindet sich im Bereich des Schubbodens
und weist eine Leitvorrichtung zur gleichmässigen Verteilung und Umlenkung der Suspension
auf.
[0042] Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Deckel nicht am inneren
Trommelmantel befestigt, sondern über Zugstangen am Schubboden. Vorteilhafterweise
muss man dadurch zum Wechseln des Filtermediums nur die Verbindungen zwischen Zugstange
und Deckel lösen, um den Deckel zum Wechsel des Filtermediums entfernen zu können.
[0043] Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Deckel, radial
auf dem inneren Trommelmantel so gelagert, dass er axial verschieblich ist. Zugstangen,
die am-Trommelboden befestigt sind und einen Anschlag aufweisen, führen durch Bohrungen
im Schubboden und im Deckel. Beim Verschieben des Schubbodens mit dem inneren Trommelmantel
zum Austragen des Sediments verschiebt sich der Deckel nur bis zum.Anschlag auf den
Zugstangen. Vorteilhafterweise öffnet sich dadurch der Deckel auch bei grossen.Trommellängen
nur soweit, wie es zum Auswerfen des. Sediments nötig ist. Das führt zu einer sehr
kurzen Fangkammer für das Sediment und zu niedrigen sich verschiebenden Massen, was
auch beim Entladen bei hohen Drehzahlen eine ausreichende Stabilität bietet. Klemmelemente,
vorzugsweise vorgespannte Ringe aus Elastomeren mit geeignet hohem Reibwert in der
Bohrung im Deckel, durch die der innere Trommelmantel geführt ist. sorgen dafür, dass
der Deckel bei der Ausschiebbewegung des Schubbodens durch Reibung mittransportiert
wird. Abstreifelemente in der genannten Bohrung, sowie in den Bohrungen, durch die
die Zugstangen geführt sind, vorzugsweise Kolbenstangenabstreifer, verhindern das
Ansetzen von Verschmutzungen am Aussendurchmesser des inneren Trommelmantels bzw.
der Zugstangen.
[0044] Bei einer anderen sehr vorteilhaften erfindungsgemässen Weiterbildung der Zentrifuge
ist der innere Trommelmantel fest mit dem Trommelboden des äusseren Trommelmantels
bzw. mit der Hohlwelle verbunden, wobei der innere Trommelmantel als radiale Führung
für den axial verschiebbaren Deckel dient. Durch die feste Verbindung kann der Deckel
sehr exakt geführt werden, was wegen der verbesserten Stabilität auch ein Entladen
der Zentrifuge bei sehr hoher Drehzahl erlaubt. Hierbei ist der Sehubboden über Zugstangen,
die durch Bohrungen im Deckel geführt sind, über einen koaxial im inneren Trommelmantel
befindlichen Zulauftrichter mit der axial verschiebbaren Innenwelle verbunden. Beim
Verschieben des Schubbodens zum Auswerfen de.s Sediments nehmen Reibelemente in den
Bohrungen, durch welche die Zugstangen geführt sind, den Deckel nur soweit mit, bis
er an einem Anschlag am inneren Trommelmantel anläuft. Dadurch öffnet der Deckel nur
soweit, wie es zum Entleeren der Zentrifuge nötig ist, was eine kurze Bauweise ermöglicht,
sowie eine kurze Fangkammer für das Sediment.
[0045] Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden.
Fig. 1 eine Klär-Filter-Zentrifuge in einer erfindungsgemässen Ausführungsform im
Längsschnitt,
Fig. 2 eine andere Ausführungsform, ebenfalls im Längsschnitt, ohne Gehäuse und Lagerung,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform, ebenfalls im Längsschnitt,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform im Längsschnitt,
Fig. 5 eine Durchführung der Zugstange durch eine Bohrung im Deckel, im Längsschnitt,
Fig. 6 eine Durchführung des inneren Trommelmantels durch eine .Bohrung im Deckel,
im Halbschnitt,
Fig. 7 eine Lagerung des Zulauftrichters in der Bohrung des inneren Trommelmantels,
im Längsschnitt,
Fig. 8 eine Befestigung eines Filtermittels am Deckel, im Halbschnitt,
Fig. 9 eine Befestigung eines Filtermittels am Schubboden, im Halbschnitt,
Fig.10 eine Ausführungsform des Ueberlaufs im Deckel, im Längsschnitt.
[0046] Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform sieht vor, dass ein innerer Trommelmantel
2 fest an einem Trommelboden 37 befestigt ist. Der innere Trommelmantel 2 ist durch
eine Bohrung 42 in einem Deckel 30 geführt und weist einen Anschlag 25 auf, der den
Weg des Deckels 30 beim Oeffnen begrenzt. Ein Schubboden 38 ist mit einer Zugstange
24 verbunden, welche durch eine Bohrung 41 im Deckel 30 geführt und an einem Flansch
29 befestigt ist. Die Zugstange 24 weist einen Anschlag 23 auf, welcher beim Schliessen
die Schliesskraft auf den Deckel 30 überträgt. Der Flansch 29 ist mit einem Zulauftrichter
20 verbunden, welcher an der axial verschiebbaren Innenwelle 12 befestigt ist, durch
die die Schliessbewegung des Deckels 30 bzw. Ausschiebbewegung des Schubbodens 38
von einem mitrotierenden Linearantrieb übertragen wird. Der Zulauftrichter 20 weist
an seinem freien Ende eine Bohrung 27 mit einem Ring 26 auf, durch welchen ein Zulaufrohr
28 in den Zulauftrichter 20 führt. Der Durchmesser der Bohrung 27 ist durch wechseln
des Ringes 26 an den Aussendurchmesser des Zulaufrohres 28 in seinem Spiel anpassbar,
wodurch die Dichtwirkung des Spalts reguliert werden kann und die Gasmenge, welche
durch die Ventilationswirkung der Zentrifuge durch den Innenraum der Zentrifuge strömt,
den Erfordernissen des jeweiligen Schleuderguts angepasst werden kann. Der Deckel
30 weist ein ringförmiges Filtermedium 34 auf (Fig. 8). Der Schubboden 38 weist im
Bereich einer Verteileröffnung 36 eine Leitvorrichtung 3 auf. Die zu trennende Suspension
gelangt durch das Zulaufrohr 28 in den Zulauftrichter 20 und von da durch Bohrungen
53 in den inneren Trommelmantel.2, wo sie voreingedickt und vorbeschleunigt wird.
Von hier gelangt sie über die Verteilerrinne 39 und die Verteileröffnungen 40 in die
Fangrinne 6 beim Schubboden 38 und über Verteileröffnungen 36, wo sie beschleunigt
wird, zur Leitvorrichtung 3. Hier wird sie verteilt und zum Filtermedium 34 hin umgelenkt.
Auf ihrem Weg zum Filtermedium sedimentiert ein Teil des Feststoffes aus. Die Suspensionsflüssigkeit
durchströmt das Filtermedium 34 und tritt bei den Bohrungen 31 aus und wird an der
Nase 32 abgeschleudert. In der Fangkammer 22 wird das Filtrat aufgefangen und abgeleitet.
Der in der Suspensionsflüssigkeit befindliche Feststoff wird am Filtermedium 34 zurückgehalten.
Zuviel strömende Suspension fliesst durch Bohrungen 19 im Schubboden 38 über und strömt
in die Kammer 88. Durch Bohrungen 18 in der Kammer 88 gelangt der Ueberlauf aus der
Trommel und wird an der Spritznase 35 in die Fangkammer 17 abgeschleudert, von wo
er zum Zulauf zurückgeführt wird. Etwa in der Kammer 88 anhaftende Rückstände der
überlaufenden Suspension werden durch Spülen mit einer Spülflüssigkeit, vorzugsweise
klarem Filtrat, aus der Kammer herausgespült. Hierzu wird Spülflüssigkeit durch den
Zulauf 14 in eine Fangrinne 15 gebracht, von wo sie über Bohrungen 16 in die Kammer
88 gelangt, diese ausspült und mit den Rückständen durch die Bohrungen 18 in die Fangkammer
17 abgeschleudert wird. Im Falle, dass zum Spülen Filtrat verwendet wird, kann die
verschmutzte Spülflüssigkeit von der Fangkammer aus direkt zum Zulauf gegeben werden.
Wenn der Raum innerhalb. des äusseren Trommelmantels 1 zwischen Deckel 30 und Schubboden
38 bis zur zulässigen Höhe mit Sediment 4 gefüllt ist, oder keine Suspension mehr
vorhanden ist, wird.die Suspensionszufuhr abgestellt und das Sediment 4 über eine
vorwählbare Zeitdauer trocken geschleudert. Nach dem Trockenschleudern verschiebt
der Linearantrieb 7., vorzugsweise ein Hydraulikantrieb, die Innenwelle 12 und damit
über die Zugstange 24 den Schubboden 38 in Richtung auf das freie Ende des äusseren
Trommelmantels 1. Ist genügend Sediment 4 vorhanden, so drückt.dabei das Sediment
derart auf den Deckel 30, dass sich dieser öffnet. Im Falle, dass sich zu wenig Sediment
in. der Zentrifuge befindet, sorgen Klemmelemente, wie sie..in Fig. 5 beschrieben
werden, dafür, dass der Deckel.30 sich soweit öffnet, bis er am Anschlag 25 anläuft.
Hierbei wird das Sediment 4 ausgeschoben und in die Fangkammer 21 im Gehäuse 5 abgeschleudert.
Da bei voller Schleuderdrehzahl ausgetragen wird, reinigt das herrschende Zentrifugalfeld
das Filtermedium 34 im Deckel 30 vollständig ab. Durch geeignete Einstellung des Vorschubwegs
des Schubbodens ist dafür gesorgt, dass das Sediment 4 vollständig aus der Zentrifuge
ausgeschoben, wird. Die einzelnen Fangkammern 17, 21 und 22 für Filtrat, Sediment
und Ueberlauf bzw. Spülflüssigkeit sind durch geeignete Dichtungen, vorzugsweise Spaltdichtungen
mit Sperrgaseinleitung und Spritznase, derart voneinander getrennt, dass auch bei
einer erhöhten Ventilationswirkung des äusseren Trommelmantels, wie sie bei den erwünschten
höheren Drehzahlen zu erwarten ist, keine.Vermischung stattfindet. Nach dem Auswerfen
des Sediments zieht der Linearantrieb 87 den Schubboden 38 über die Zugstange 24 zurück,
dabei wird der Deckel 30 von dem Anschlag 23 mitgenommen und gegen das freie Ende
des äusseren Trommelmantels 1 derart gespannt, dass die Schleuderkammer dicht verschlossen
ist. Nun kann ein erneuter Schleuderzyklus beginnen. Eine geeignete Dichtung 7, vorzugsweise
eine Gleitringdichtung mit Sperr- und Kühlflüssigkeit, zwischen Gehäuse 5 und Hohlwelle
10 schliesst den Prozessraum in Verbindung mit geeigneten Anschlüssen.der einzelnen
Fangkammern an die verschiedenen Auffangbehälter vollkommen von der Umgebung ab.
[0047] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Auf eine Darstellung
von Gehäuse 5, sowie Gestell 9 wurde hierbei wegen gleicher Ausführung wie in Fig.
1 verzichtet. Hierbei ist der Schubboden 38 mit dem inneren Trommelmantel 2 fest verbunden.
Die axial verschiebbare Innenwelle 12 is.t am Schubboden 36 befestigt. Der innere
Trommelmantel 2 dient an seinem äusseren Umfang als radiale, axial verschiebbare Führung
für den Dekkel 30. Der innere Trommelmantel 2 weist einen Anschlag 25 auf. Eine Zugstange
24, die einen Anschlag 23 aufweist, ist durch eine Bohrung 41 im Deckel 30 geführt
und am Trommelboden 37 sowie am Ring 43 befestigt. Die zu trennende Suspension gelangt
durch das Zulaufrohr 28 direkt in den inneren Trommelmantel 2, wo sie vorsedimentiert
und vorbeschleunigt wird. Ueber eine Verteilerrinne 39 gelangt sie durch Verteileröffnungen
36 in die Schleuderkammer 89, wo sie wie beschrieben getrennt wird. Beim Ausschieben
des Sediments verschiebt die Innenwelle 12 den inneren Trommelmantel 2 mitsamt dem
Schubboden 38 in Richtung freies Ende des äusseren Trommelmantels 1. Ist genügend
Sediment in der Schleuderkammer 89 vorhanden, so drückt hierbei das Sediment.den Deckel
30 offen und die Zentrifuge entlädt. Andernfalls sorgen Klemmelemente mit einem genügend
hohen Reibwert zwischen Deckel und innerem Trommelmantel, wie in Fig. 6 dargestellt,
für den Transport des Deckels. Der Deckel 30 öffnet sich dabei nur soweit, bis er
am Anschlag 23,anläuft. Nach dem Entleeren zieht die innere Welle 12 wieder den. inneren
Trommelmantel 2 mit dem Schubboden 38 zurück..Hiebei läuft der Anschlag 25 am Deckel
30 an und nimmt diesen mit und spannt diesen derart gegen das freie Ende. des äusseren
Trommelmantels 1, dass die Schleuderkammer dicht verschlossen wird.
[0048] Fig. 3 zeigt eine weitere vorteihafte Ausführungsform der Erfindung. Der Schubboden
38 ist am inneren Trommelmantel 2 befestigt und zusammen mit diesem an der axial verschiebbaren
Innenwelle 12 befestigt. Der innere Trommelmantel 2 ist durch die vergrösserte Bohrung
42 im Deckel 30 geführt. Der Deckel 30 ist mittels Zugstangen 24, welche die Dichtkräfte
zum Schliessen des Deckels übertragen und den Deckel radial fixieren, mit dem Schubboden
38 verbunden. Bei der Ausschiebebewegung des. Schubbodens 38 zum Entladen des Sediments
werden daher Schubboden 38, innerer Trommelmantel 2 und Deckel 30 über dem gesamten
Verschiebeweg gemeinsam bewegt. Durch den Ringspalt, der sich nun zwischen dem Dekkel
30 und dem Aussendurchmesser des inneren Trommelmantels 2 befindet, kann nun vorteilhafterweise
ein Messinstrument von aussen befestigt innerhalb der Schleuderkammer angebracht werden,
vorzugsweise ein optoelektronischer Sensor, mittels dem der Füllstand in der Schleuderkammer
gemessen wird. Auch kann durch diesen Ringspalt ein Rohr mit Düsen für die Zugabe
von Flüssigkeitsanteilen im Sediment eingeführt werden.
[0049] Fig. 4 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung. Sowohl der
Schubboden 38, als auch der Deckel 30 ist am inneren Trommelmantel 2 befestigt, welcher
an der axial verschiebbaren Innenwelle 12 befestigt ist. Bei der Ausschiebebewegung.des
Schubbodens 38 zum Entladen des Sediments werden daher innerer Trommelmantel Schubboden
38 und Deckel 30 über dem gesamten Verschiebeweg gemeinsam bewegt. Diese Ausführungsform
ergibt eine besonders vorteilhafte, einfache Bauweise.
[0050] Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemässe Ausführungsform der Durchführung der Zugstange
24 durch den Deckel 30. Das Abstreifelement 68, vorzugsweise ein Stangenabstreifer,
reinigt die durchgeführte Z.ugstange vor anhaftendem Schmutz und verhindert das Eindringen
von Suspension in die Bohrung 41, wodurch es auch verhindert, dass sich in der Bohrung
41 beim Trennen von strahlungsaktiven Suspensionen Aktivitätsnester bilden.. Das Führungselement
69, vorzugsweise ein Stangenführungsring aus PTFE, verhindert den metallischen Kontakt
zwischen Deckel 30 und Zugstange 24. Das Klemmelement 70, vorzugsweise ein Kunststoffring,
erzeugt die erforderliche Reibung zum Transport des Deckels 30 zum Oeffnen der Schleuderkammer
beim Auswerfen des Sediments.
[0051] Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemässe Ausführungsform der Durchführung des inneren
Trommelmantels 2 durch die Bohrung 42 im Deckel 30. Das Abstreifelement 47, vorzugsweise
ein Stangenabstreifer, reinigt den inneren Trommelmantel 2 am äusseren Durchmesser
vor anhaftendem Schmutz und verhindert das Eindringen von Suspensionen in die Bohrung
42 und damit auch, dass sich in der Bohrung 42 Aktivitätsnester beim Trennen strahlungsaktiver
Suspensionen bilden. Die Führungselemente 46, vorzugsweise Stangenführungsringe aus
PTFE, fixieren den Deckel2 auf dem inneren Trommelmantel 2. Die Klemmelemente 48,
vorzugsweise Kunststoffringe, erzeugen die erforderliche Reibung zum Transport des
Deckels. im Falle der Ausführungsform der Zentrifuge nach Fig. 2. Das Drehbehinderungselement
44, vorzugsweise eine Passfeder aus PTFE, verhindert eine unzulässige radiale Bewegung
der Innenwelle 12.
[0052] Fig. 7 zeigt eine.Ausführungsform der Lagerung des Zulauftrichters 20 in der Bohrung
des. inneren Trommelmantels 2. Das Führungselement 51, vorzugsweise ein Stangenführungsring
aus PTFE, sorgt für eine starre, radiale Führung des Zulauftrichters bei ganz ausgefahrener
Innenwelle 12. Das Abstreifelement 50, sowie das Abstreifelement 52, vorzugsweise
Stangenabstreifer aus PTFE, verhindern ein Eindringen von Suspension in. den Bereich
des Führungselements 51 und damit eine Bildung von Aktivitätsnestern beim Trennen
von strahlungsaktiven Suspensionen.
[0053] Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der Befestigung des Filtermediums 34, vorzugsweise
einer Kunststoffmembran, am Deckel 30, sowie eine Ausführungsform der Dichtung zwischen
Deckel 30 und äusserem Trommelmantel 1. Das Filtermedium 34 liegt auf einem Stützelement
73 mit Oeffnungen, vorzugsweise einem Lochblechring, der die Kammer 81 zum Sammeln
des Filtrats abschliesst. Die Kammer.81 befindet sich in einem Auflaufring.72, welcher
auf dem Deckel 30 befestigt ist. Die Kammer 81 ist durch die Bohrung 74 mit einer
Ringnut 75 verbunden,. von der aus Bohrungen durch den Deckel 30 führen. Das Filtermedium
34 wird vermittels einem Spannring 82, welcher ein Ausgleichelement 71, vorzugsweise
ein elastischer Kunststoffring, aufweist und einem Spannring 77, welcher ein Ausgleichselement
78, vorzugsweiseein elastischer Kunststoffring, auf den Auflagering 72 aufgespannt..Die
Ausgleichselemente 71 und 77 gleichen Dickenunterschiede der Filtermedien aus und
ermöglichen das Aufspannen verschieden-dicker, der jeweiligen zu trennenden Suspension
angepassten Tiltermedien. Der Spannring 77 schliesst mit dem äusseren Trommelmantel
1 die Schleuderkammer ab. An der Berührungsstelle zwischen dem Spannring 77 und dem
äusseren Trommelmantel 1 weist der äussere Trommelmantel ein Dichteelement 80, vorzugsweise
ein perfluorisierter Kunststoffring, auf, welcher durch Entfernen des Ringes 79 ausgewechselt
werden kann. Die Nase 83 an der Ueberlaufkante des äusseren Trommelmantels 1 verhindert,
dass beim Entladen der Schleuderkammer Sediment an Dichtelement 80 gelangt und sich
hier festsetzt, was die Dichtwirkung beeinträchtigen würde. Beim Trennen von Suspensionen.wird
der Feststoff am Filtermedium 34 zurückgehalten. Die Flüssigkeit durchdringt das Filtermedium
und sammelt s.ich in der Kammer 81, von wo sie durch die Bohrungen 74 entweicht und
abgeschleudert wird. Die Ausführungsform der Auflage des Filtermediums 34 gestattet
ein dichtes, faltenfreies Aufspannen des Filtermediums..
[0054] Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Befestigung des Filtermediums 56 im Schubboden
38, sowie eine Ausführungsform der Dichtung zwischen Schubboden und äusserem Trommelmantel
1. Bis auf die unterschiedliche Gestaltung des Spannrings 59 ist die Aufspannung des
Filtermediums genauso ausgeführt wie die im Deckel 30. Der Schubboden weist ein in
einer Ringnut befindliches Dichtelement 54, vorzugseise.eine Hydraulikkolbendichtung
aus den Suspensionen angepasstem Material auf, welches beim Ausschieben des Sediments
mit der dem Spannring 59 zugewandten Kante bis zur Ueberlaufkante des äusseren Trommelmantels
1 geschoben wird, sodass die Schleuderkammer vollkommen von Sediment geleert.wird
und auch die dem Sediment zugewandte Nutwand durch die Fliehkräfte von anhaftendem
Sediment befreit wird.
[0055] Fig. 10 zeigt eine alternative Ausführungsform des Ueberlaufs. Der Deckel 30 weist
eine Bohrung 84 auf, durch welche zuviel zugeführte Suspension überläuft und über
den am Deckel befestigten Leitring 85 in die Fangkammer 86, ohnedass es zur Vermischung.mit.abgeschleudertem
Filtrat kommt. Aus der Fangkammer 86.wird der Ueberlauf wieder dem Zulauf zugeführt.
1. Klär-Filter Zentrifuge mit einer geschlossenen Trommel, welche von einer Welle
angetrieben wird und ein senkrecht zur Drehachse der Welle in einem Deckel (30) mit
Filtratablauföffnung (31) ein Filtermedium (34) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Trommel aus einem äusseren Trommelmantel (1) und einem koaxial angeordnetem
inneren Trommelmantel (2) mit einem Schubboden (38) besteht und an einer Hohlwelle
(10) mit axial verschiebbarer Innenwelle (12) befestigt ist.
2. Klär-Filter-Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere
Trommelmantel (2) als Verlängerung der Hchlwelle (10) ausgebildet ist.
3. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schubboden (38) zwischen dem äusseren Trommelmantel (1) und dem inneren Trommelmantel
(2) angeordnet ist und über wenigstens eine Zugstange (24) axial zur Hohlwelle (10)
teleskopartig verschiebbar ist.
4. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schubboden (38) im Bereich des freien Endes der Innenwelle (12) am inneren Trommelmantel
(2) befestigt ist.
5. Klär-Filter-Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens
die Zugstange (24) am Trommelboden (37) befestigt ist und durch eine Bohrung im Schubboden
(38) und eine Bohrung (42) im Deckel (30) geführt ist.
6. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb des inneren Trommelmantels (2) ein Zulauftrichter (20) konzentrisch angeordnet
ist, welcher am freien Ende der Innenwelle (12) befestigt ist.
7. Klär-Filter-Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange
(24) am Schubboden (38) und/oder am Deckel (30) befestigt ist.
8. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass
der freie Weg des Dekkels (30) durch einen Anschlag (23) und einen Anschlag (26) begrenzt
wird.
9. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
der innere Trommelmantel (2) an seinem Aussendurchmesser auf seiner ganzen Länge oder
auf einem Teil seiner Länge als axial verschiebbare, radiale Führung für den Deckel
(30) ausgebildet ist.
10. Klär-Filter-Zentrifuge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauftrichter
(20) an seinem Aussendurchmesser auf seiner ganzen Länge oder einem Teil seiner Länge
als axial verschiebbare, radiale Führung für die Innenwelle (12) ausgebildet und in
der Bohrung (49) im inneren Trommelmantel (2) gelagert ist.
11. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
der innere Trommelmantel (2) von seinem freien Ende her in Richtung Trommelboden (37)
auf seiner ganzen Länge oder auf einem Teil seiner Länge konisch erweitert ist.
12. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
der innere Trommelmantel (2) eine Verteilerrinne (39) aufweist.
13. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schubboden (38) im Bereich der Verteileröffnungen (36) eine Leitvorrichtung (3)
aufweist, derart, dass die Verteileröffnung (36.) zwischen die Leitvorrichtung (3)
und die dem Deckel (30) zugewandte Seite des Schubbodens (38) gelagert ist.
14. Klär-Filter-Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der freie
Weg des Schubbodens (38) derart begrenzt ist, dass die in Richtung Deckel (30) gerichtete
Kante des Dichtelements (54) in ausgefahrener Stellung der Innenwelle (12) genau mit
der Ueberlaufkante des äusseren Trommelmantels (1) übereinstimmt.
15. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schubboden (38) eine ringförmige Kammer (62) aufweist.
16. Klär-Filter-Zentrifuge nach dem Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
das Filtermedium (56) 0,2 bis 3 mm dick ist.
17. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass
der Trommelboden (37) eine ringförmige Fangrinne (15) aufweist.
18. Klär-Filter-Zentrifuge nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Trommelboden
(37) im Bereich der Fangrinne (15) mindestens eine radial weiter innen gelegene Bohrung
(16) aufweist.
19. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (5) druckdicht dicht bis zu Druckdifferenzen von 3 bar ausgeführt ist.
20. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass
die Filterfläche des Filtermediums (34) plan ausgebildet ist.
21. Klär-Filter-Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass
die Filterfläche des Filtermediums (34) kegelförmig ausgebildet ist.
22. Verfahren zum Trennen von Suspensionen mittels einer Klär-Filter-Zentrifuge nach
den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Suspension axial zugeführt,
in einen inneren Trommelmantel (2) eingespeist, im inneren Trommelmantel (2) vorgetrennt
und vorbeschleunigt, einer Verteilerrinne (39) bzw (6) zugeführt, über eine Leitvorrichtung
beschleunigt der äusseren Trommel (1) zugeführt, axial umgelenkt und in Richtung auf
das Filtermedium (34) und/oder das Filtermedium (56) zugeleitet wird, wobei die Suspensionsflüssigkeit
durch das Filtermedium nach aussen dringt und über Abflussöffnungen abgeleitet wird.