Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fördern von Dickstoffmaterial mit einem Förderzylinder, mit einem eintrittsseitig mit dem Förderzylinder verbundenen Materialaufgaberaum, mit einer austrittsseitig an den Förderzylinder angeschlossenen Förderleitung, mit einem durch den Materialaufgaberaum und den Förderzylinder hindurch hin- und herverschiebbaren Förderkolben und mit einem an der Austrittsseite des Förderzylinders oder in der Förderleistung angeordneten, zwischen einer Offenstellung und einer Sperrstellung verstellbaren Sperrorgan.

Siehe GB 1220773 mit dem nächsten Stand der Technik.

Es ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt (EP-B-681672), die zum Fördern von Dickstoffen mit zerkleinertem Metallschrott bestimmt ist. Die Dickstoffe werden dort über den Materialaufgaberaum der Fördervorrichtung zugeführt und mit Hilfe des Förderkolbens in den Förderzylinder verschoben und von diesem aus durch die Förderleitung gepresst. Das Sperrorgan sorgt dafür, dass das Dickstoffmaterial bei jedem Hub zunächst im Förderzylinder verdichtet wird, bevor es bei geöffnetem Sperrorgan in die Förderleitung eingedrückt wird. Mit dieser Vorrichtung wird das Dickstoffmaterial zusammen mit den darin befindlichen Fremdstoffen aus Metallschrott und dergleichen Festkörpern durch das Förderrohr transportiert.

Grundsätzlich ist es möglich, mit dieser Vorrichtung auch biogene Abfälle zu transportieren, die in der Regel nicht nur organische Bestandteile, sondern auch in erheblichem Umfang Fremdstoffe enthalten. Für einen weiteren Verarbeitungsprozess müssen die Fremdstoffe aus dem Stoffstrom entfernt werden. Solange der Abfall in relativ trockener Form vorliegt, wird die Fremdstoffabtrennung meist in Handarbeit vorgenommen. Bei nassem organischem Abfall wählt man dagegen den Weg der Zerkleinerung. Zur Aufbereitung von Speiseresten werden beispielsweise Hammermühlen eingesetzt, die in der Lage sind, Fremdstoffe, wie Messergriffe auf eine Partikelgröße von kleiner 10 mm zerkleinern. Derart konditionierte Dickstoffe lassen sich zwar mit Hilfe einer Dickstoffpumpe der eingangs angegebenen Art transportieren. Dies hat allerdings den Nachteil, dass die Fremdstoffe immer noch im Stoffstrom enthalten sind. Das Problem der Stoffabtrennung wird damit nicht gelöst, sondern auf einen am Ende des Transportprozesses liegenden Verfahrensschritt verlagert. So wird beispielsweise mit Substrat von Speiseabfällen verfahren, das einem Fermenter zugeführt wird, und das noch zerkleinerte Plastikverpackungen, Dosen, Tuben, Messer, Gabeln als Fremdstoffe enthält. Im Gärrest wird dort zwar die organische Substanz abgebaut. Die im Schlamm vorhandenen zerkleinerten Fremdstoffe müssen aber noch entfernt werden, wenn der Schlamm als organischer Stickstoffdünger genutzt werden soll. Ohne eine Abtrennung bleibt nur eine Entsorgung über die Verbrennung.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung zum Fördern von Dickstoffen dahingehend zu verbessern, dass die Fremdstoffe vor der eigentlichen Verarbeitungsstufe für die Nutzstoffe aus dem Stoffstrom abgetrennt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die die Eigenschaften einer Dickstoffpumpe, eines Siebes und einer Presse in sich vereinigt. Um dies zu erreichen, ist bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art der Förderzylinder zumindest über einen Teil seines Zylindermantels perforiert. Die Vorrichtung bildet in diesem Fall für die über den Kolben vom Materialaufgaberaum in den Förderzylinder bei gesperrtem Sperrorgan geförderten Dickstoffe eine Presse.

Der perforierte Zylindermantel bildet eine Siebanlage, durch die hindurch die flüssigen Nutzstoffe unter der Einwirkung des durch die Presse aufgebauten Druckes nach außen in einen Auffangschacht gefördert werden. Die Fremdstoffe werden bei anschließend geöffnetem Sperrorgan nach Art einer Pumpe in die Förderleitung gedrückt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Perforationen des Zylindermantels durch ein Lochraster gebildet sind. Die Perforationen sind dabei in einem vom Förderkolben beim Hin- und Herverschieben überstrichenen Bereich des Zylindermantels angeordnet. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Öffnungsquerschnitt der die Perforationen bildenden Löcher auf der Mantelinnenseite kleiner als auf der Mantelaußenseite ist. Um einen frühzeitigen Verschleiß zu vermeiden, besteht der Zylindermantel des Förderzylinders zweckmäßig aus einem innenseitig gehärteten Material.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Bereich des Zylindermantels ein Schieber angeordnet ist, der relativ zum Zylindermantel zwischen einer die Perforationen verschließenden Schließstellung und einer diese freilassenden Offenstellung verschiebbar ist.

Vorteilhafterweise ist der Zylindermantel von einem Schieberrohr umschlossen. Der Schieber kann dabei axial gegenüber dem Zylindermantel verschoben werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, dass der Zylindermantel maximal über seine halbe Länge perforiert ist, während der Schieber eine geschlossene Mantelfläche aufweist und von der Offen- in die Schließstellung um die halbe Zylindermantellänge verschoben wird.

Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass der Schieber ein dem Lochraster des Zylindermantels komplementäres Raster aus Löchern und geschlossenen Zwischenräumen aufweist. In diesem Fall ist es möglich, dass der Schieber zwischen der Offenstellung und der Schließstellung in axialer Richtung oder in Umfangsrichtung um die halbe Teilung des Lochrasters gegenüber dem Zylindermantel verschieb- oder verdrehbar ist. Dadurch ergibt sich nur eine relativ kleine Dreh- oder Hubbewegung des Schiebers im Vergleich zu der Ausführungsvariante mit der halben Zylinderlänge.

Grundsätzlich ist es auch möglich, eine Schließvorrichtung zu verwenden, die für jedes Perforationsloch ein eigenes Schließorgan, beispielsweise in Form eines Stopfens oder eines Verschlusskonus aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Steueraggregat zur gekoppelten Ansteuerung von Antriebsmechanismen für die Kolben-, die Sperrorgan- und/oder die Schieberbewegung vorgesehen. Um dies zu erreichen, bildet das Steuerorgan zweckmäßig eine Folgesteuerung zur Ansteuerung der Antriebsaggregate des Kolbens, des Sperrorgans und des Schiebers.

In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn das Steueraggregat auf durch den Kolben erzeugte Wegsignale unter Auslösung einer Schließbewegung des Sperrorgans anspricht, und/oder wenn das Steueraggregat auf Ausgangssignale eines vor dem Sperrorgan im Förderzylinder oder in der Förderleitung angeordneten Drucksensors unter Auslösung einer Öffnungsbewegung des Sperrorgans anspricht.

Entsprechend kann auch der Schieber einen über das Steueraggregat ansteuerbaren Antriebsmechanismus aufweisen. In diesem Fall wird das Steueraggregat beispielsweise auf Wegsignale des Förderkolbens unter Auslösung einer Öffnungsbewegung des Schiebers beim Eindringen des Förderkolbens in den Förderzylinder ansprechen, während es auf ein Drucksignal des Drucksensors unter Auslösung einer Schließbewegung des Schiebers beim Überschreiten eines vorgegebenen Druck-Schwellenwerts anspricht.

Um sicherzustellen, dass die Perforationslöcher stets für den Durchtritt der Nutzstoffe offen sind, ist zweckmäßig eine die Perforationslöcher mit Druckluft oder Druckwasser beaufschlagende Reinigungsvorrichtung vorgesehen. Abgesehen davon, wird das Zusetzen der Perforationslöcher mit Filterkuchen zuverlässig auch dadurch vermieden, dass die Zylinderfläche vom vorbeilaufenden Förderkolben bei jedem Hubvorgang selbsttätig gereinigt wird.

Der über den Kolbenvorschub einstellbare Druck, bei welchem das Sperrorgan geöffnet wird, ermöglicht es, die in einem konkreten Fall vorhandenen Partikel gezielt auszuquetschen und dadurch eine hohe Funktionssicherheit zu erhalten. Außerdem wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Förderleitung in eine zum Materialaufgaberaum zurückgeführte, vorzugsweise als Biorohrreaktor ausgebildete Rückführstrecke mündet. In der Rückführstrecke kann eine das Fördergut aufheizende Heizeinrichtung angeordnet sein. Um die Aufenthaltsdauer zu verlängern, kann in der Rückführstrecke eine vorzugsweise mäanderförmig geführte Verlängerungsstrecke angeordnet werden.

Außerdem kann auf der Außenseite des perforierten Zylindermantels eine Rohrleitung angeschlossen werden, die zu einer Verarbeitungsstation führt. Die durch die Perforationen ausgepressten Nutzstoffe können über diese Rohrleitung zur Verarbeitungsstation gefördert werden. Dadurch erhält die Pumpe die Funktion einer Zweiphasenpumpe.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zur Durchführung eines Verfahrens zum Fördern von Stoffgemischen mit unterschiedlichen Mischungsbestandteilen, wovon mindestens einer der Mischungsbestandteile eine überwiegend dickflüssige Konsistenz und mindestens ein anderer Mischungsbestandteil eine überwiegend partikelartig feste Konsistenz aufweist. Erfindungsgemäß wird hierbei das Stoffgemisch unter Aufbau eines Druckes in einen Druckraum gepresst, wobei die Mischungsbestandteile mit überwiegend dickflüssiger Konsistenz und die Mischungsbestandteile mit überwiegend partikelförmig fester Konsistenz durch den im Druckraum aufgebauten Druck unter Bildung unterschiedlicher Stoffströme voneinander getrennt werden. Die Auftrennung in unterschiedliche Stoffströme erfolgt bevorzugt dadurch, dass die Mischungsbestandteile mit überwiegend dickflüssiger Konsistenz unter der Einwirkung des Druckes durch Entlastungsöffnungen in einer Begrenzungswand hindurch aus dem Druckraum in eine erste Förderstrecke gedrängt werden, und dass die Mischungsbestandteile mit überwiegend partikelförmig fester Konsistenz nach dem Öffnen eines Sperrorgans aus dem Druckraum in eine zweite Förderstrecke gedrängt werden. Die Öffnung des Sperrorgans wird dabei zweckmäßig bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckgrenzwerts im Druckraum ausgelöst. Vorteilhafterweise werden bei einer Hubbewegung des Kolbens die überwiegend dickflüssigen Mischungsbestandteile bei geschlossenem Sperrorgan durch Perforationen in der Wandung des Zylinders hindurchgepresst, während die überwiegende partikelartig festen Mischungsbestandteile nach dem Öffnen des Schließorgans in eine an den Zylinder anschließende Förderleitung verdrängt werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

ein Schema einer Einkolbenpumpe zur Aufbereitung und Förderung biogener Abfälle;

Fig. 2a bis c

eine Seitenansicht, einen Längsschnitt und einen Querschnitt des perforierten Zylindermantels des Förderzylinders;

Fig. 3

eine mäanderförmig geführte Verlängerungsstrecke für den Einbau in die Rückführstrecke des Pumpenkreislaufs nach Fig. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist zum Aufbereiten und Fördern von Dickstoffen bestimmt, die einen flüssigen oder pastösen Nutzanteil und feste Fremdanteile enthält. Die Vorrichtung enthält nach Art einer Einkolbenpumpe einen mit einem Hydraulikkolben 11 eines Hydrozylinders 10 gekoppelten plungerartigen Förderkolben 12, einen über einen Beschickungsschacht 14 mit Dickstoffmaterial beschickbaren Materialaufgaberaum 16, einen eingangsseitig an den Materialaufgaberaum 16 und ausgangsseitig an eine Förderleitung 18 angeschlossenen Förderzylinder 20, sowie ein auf der Ausgangsseite des Förderzylinders 20 angeordnetes schieberartiges Sperrorgan 22, das zwischen einer Schließ- und einer Offenstellung quer zum Förderzylinder verschiebbar ist. Der Zylindermantel 24 des Förderzylinders 20 weist als Lochraster ausgebildete Perforationen 26 auf, die auf der Außenseite des Zylindermantels 24 in einen Auffangschacht 28 münden. Die Materialzufuhr zum Beschickungsschacht 14 erfolgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über einen Trichter 30 und einen Schraubenförderer 32.

Bei einer solchen Vorrichtung gestaltet sich der Ablauf eines Pumpentaktes wie folgt:

1. a) Zu Taktbeginn (vgl. Fig. 1) befindet sich der Förderkolben 12 in seiner in den Hydrozylinder 10 zurückgezogenen Stellung. Der Materialaufgaberaum 16 ist über den Beschickungsschacht 14 bis über den Kolbendurchmesser gefüllt, während das Sperrorgan 22 geschlossen ist.
2. b) Sodann setzt sich der Hydraulikkolben 11 zusammen mit dem Förderkolben 12 in Richtung Sperrorgan 22 in Bewegung und schiebt das im Materialaufgaberaum befindliche Fördergut in den Förderzylinder 20. Im Förderzylinder 20 baut sich ein Druck P auf. Dadurch werden flüssige und pastöse Bestandteile durch die Perforationen 26 im Zylindermantel 24 nach außen gepresst. Gleichzeitig wird der Zylindermantel 24 auf der Innenseite vom Filterkuchen durch den vorbeibewegten Förderkolben 12 gereinigt. In der im Förderzylinder 20 verbleibenden Masse wächst der Druck bis zu einem vorgegebenen Grenzdruck P_Grenz an, der produktspezifisch eingestellt werden kann. Der Grenzdruck wird beispielsweise so gewählt, dass im Fördergut befindliche Verpackungen platzen und ihren Inhalt freigeben. Die durch die Perforationen 26 gepresste Nutzstofffraktion fließt in den Auffangschacht 28 und wird von dort einer weiteren Verarbeitungsstufe zugeführt.
3. c) Ist der Grenzdruck P_Grenz erreicht, wird dieser Druck eine kurze Zeit lang gehalten.
4. d) Sodann öffnet das Sperrorgan 22. Dabei ergibt sich ein Druckabfall, so dass sich der Förderkolben 12 in seine Endposition innerhalb des Förderzylinders 20 weiterbewegen kann. Mit dem Förderkolben 12 wird die noch im Förderzylinder 20 vorhandene Fremdfraktion in die Förderleitung 18 zur weiteren Behandlung verschoben.
5. e) Das Sperrorgan 22 gelangt wieder in seine Schließstellung.
6. f) Der Hydraulikkolben 11 bewegt sich zusammen mit dem Förderkolben 12 in die Ausgangslage zurück. Gleichzeitig wird der Materialaufgaberaum 16 über den Beschickungsschacht 14 neu gefüllt.

Die Bewegungsabläufe des Förderkolbens 12 und des Sperrorgans 22 werden über ein Steueraggregat 40 nach Art einer Folgesteuerung über geeignete Antriebsaggregate gekoppelt angesteuert.

Je nach Art des zu verarbeitenden Ausgangsmaterials kann der beschriebene Vorgang mehrmals wiederholt werden. Bei biogenen Stoffen kann die Zwischenschaltung eines Biorohrreaktors in Form einer Hydrolysestufe sinnvoll sein. Hierzu wird eine zum Beschickungsschacht 14 zurückgeführte Rückführstrecke 34 verwendet, die je nach der gewünschten Aufenthaltsdauer auch eine mäanderförmig geführte Verlängerungsstrecke 36 enthalten kann.

Wie aus den Fig. 1 und 2a zu ersehen ist, ist der perforierte Zylindermantel 24 von einem rohrförmigen Schieber 38 umschlossen, der relativ zum Zylindermantel 24, zwischen einer die Perforationen 26 verschließenden Schließstellung und einer diese frei lassenden Offenstellung verschiebbar ist. Bei dem in Fig. 2a gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Zylindermantel etwa über seine halbe Länge perforiert, während der Schieber eine geschlossene Mantelfläche aufweist und von der Offen- in die Schließstellung um eine halbe Zylindermantellänge verschoben wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist angedeutet, dass der Schieber 38 ein dem Lochraster des Zylindermantels komplementäres Raster aus Löchern und geschlossenen Zwischenräumen aufweist. In diesem Fall ist es möglich, dass der Schieber zwischen der Offenstellung und der Schließstellung in axialer Richtung oder in Umfangsrichtung um eine halbe Teilung des Lochrasters gegenüber dem Zylindermantel verschieb- oder verdrehbar ist. Dadurch ergibt sich eine nur relativ kleine Hub- oder Drehbewegung des Schiebers 38 im Vergleich zur Ausführungsvariante nach Fig. 2a. In Fig. 1 ist angedeutet, dass auch der Schieber über das Steueraggregat 40 angesteuert wird. Zu diesem Zweck bildet das Steueraggregat 40 eine Folgesteuerung zur Ansteuerung der Antriebsaggregate des Förderkolbens 12, des Sperrorgans 82 und des Schiebers 38.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Fördern von Dickstoffmaterial. Die Vorrichtung umfasst einen Förderzylinder 20, einen eintrittsseitig mit dem Förderzylinder 20 verbundenen Materialaufgaberaum 16, eine austrittsseitig an den Förderzylinder 20 angeschlossene Förderleitung 18, einen durch den Materialaufgaberaum 16 und den Förderzylinder 20 hindurch hin- und herverschiebbaren Förderkolben 12 und ein an der Austrittsstelle des Förderzylinders 20 oder in der Förderleitung 18 angeordnetes, zwischen einer Offenstellung und einer Sperrstellung verstellbares Sperrorgan 22. Um die in dem Dickstoffstrom enthaltenen Fremdstoffe vor der eigentlichen Verarbeitungsstufe für die Nutzstoffe aus dem Dickstoffstrom abtrennen zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass der Förderzylinder 20 zumindest über einen Teil seines Zylindermantels 24 perforiert ist. Mit diesen Maßnahmen erhält man eine Vorrichtung, die die Eigenschaften einer Dickstoffpumpe, eines Siebes und einer Presse in sich vereinigt.