Die Erfindung betrifft eine Vollmantelschneckenzentrifuge mit einer um eine Längsachse drehbaren Zentrifugentrommel, mindestens einem Auslass zum Auslassen von geklärtem Gut aus der Zentrifugentrommel und einer am Auslass angeordneten Einrichtung.

Zum Drehen der Zentrifugentrommel einer Vollmantelschneckenzentrifuge ist bekanntlich Antriebsenergie erforderlich, weil beim Einbringen des zu klärenden bzw. zu zentrifugierenden Gutes diesem Gut kinetische Energie mitgegeben wird. Umgekehrt wird beim Entleeren die kinetische Energie des geklärten, ausströmenden Gutes in Reibungsenergie umgewandelt.

Es sind Bestrebungen bekannt, die kinetische Energie des ausströmenden Gutes möglichst derart zu nutzen, dass diese Energie wieder zum Antrieb der Drehbewegung der Zentrifugentrommel beiträgt. Dazu sind unter anderem an Auslassöffnungen an der Stirnseite der Zentrifugentrommel Auslasskanäle bekannt, die den Gutstrom in tangentialer Richtung umleiten. Das dann nicht in axialer, sondern in tangentialer Richtung austretende Gut führt der Zentrifugentrommel aufgrund seiner Fliehkraftenergie einen Impuls in Drehrichtung zu, der die Zentrifugentrommel in Drehrichtung antreibt. Solche Auslasskanäle sind z.B. aus WO 2012 013624 A1 und US 5 147 277 A bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vollmantelschneckenzentrifuge zu schaffen, bei der die Energierückgewinnung aufgrund einer Impulsrückführung des ausströmenden Gutes besonders kostengünstig und zugleich besonders wirkungsvoll bereitgestellt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Vollmantelschneckenzentrifuge gelöst, die eine um eine Längsachse drehbare Zentrifugentrommel umfasst. Die Zentrifugentrommel weist mindestens einen Auslass zum Auslassen von geklärtem Gut aus der Zentrifugentrommel auf. An dem Auslass ist eine Einrichtung angeordnet. Im Betrieb der Vollmantelschneckenzentrifuge kann sich die Zentrifugentrommel in einer ersten Drehrichtung und in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung drehen. Die Einrichtung weist eine erste Wirkfläche auf, über die bei Drehung der Zentrifugentrommel in der ersten Drehrichtung geklärtes Gut abströmen kann. Zugleich ist an der Einrichtung eine zweite Wirkfläche ausgebildet, über die bei Drehung der Zentrifugentrommel in der zweiten Drehrichtung geklärtes Gut abströmen kann. Die Einrichtung ist als eine Energierückgewinnungseinrichtung gestaltet, die in eine erste Stellung bringbar ist, bei der die erste Wirkfläche in Funktion ist, sowie in eine zweite Stellung bringbar ist, bei der die zweite Wirkfläche in Funktion ist. Bei den beiden Stellungen ist die Energierückgewinnungseinrichtung jeweils in Bezug auf eine Radialrichtung des Auslasses in einem Winkel von zwischen +/- 2° und +/- 20° schräg gestellt.

Erfindungsgemäß ist eine Energierückgewinnungseinrichtung geschaffen, die sowohl bei einer voreilenden Fahrweise einer Zentrifugentrommel als auch einer nacheilenden Fahrweise genutzt werden kann. Bei bisher bekannten Vollmantelschneckenzentrifugen mussten stattdessen für solche verschiedenen Trommeldrehrichtungen auch verschiedene Energierückgewinnungseinrichtungen vorgesehen werden. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann daher einfacher und kostengünstiger zwischen den verschiedenen Betriebsarten einer Vollmantelschneckenzentrifuge gewechselt werden. Die Anpassung an die jeweilige Fahrweise der Vollmantelschneckenzentrifuge wird einfach dadurch erreicht, dass an der Energierückgewinnungseinrichtung gemäß der Erfindung verschiedene dort vorgesehene Wirkflächen genutzt werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vollmantelschneckenzentrifuge sind die beiden Wirkflächen mit einer einzigen Schale gebildet. An der derartigen Schale befinden sich dann mehrere Flächenbereiche, die einzeln für das jeweilige Ableiten von ausströmendem, geklärtem Gut angepasst sind. Die Teilflächen weisen dabei insbesondere eine besonders angepasste Erstreckung, Krümmung und/oder auch Schrägstellung in Bezug auf die Zentrifugentrommel auf. Ferner kann an den Teilflächen jeweils eine Abströmkante vorgesehen sein, über die hinweg das ausströmende, geklärte Gut schließlich die Energierückgewinnungseinrichtung verlässt. Insbesondere sind vorteilhaft eine erste und eine zweite Abströmkante vorgesehen, die einander gegenüberliegend an einer solchen schalenförmigen bzw. konkaven Gesamtabströmfläche vorgesehen sind.

Die derartige Schale ist vorzugsweise mit einem Radius gestaltet, der im Wesentlichen gleich dem Radius des an dem Auslass ausgelassenen Gutes ist. Der Radius des ausströmenden, geklärten Gutes wird bei Vollmantelschneckenzentrifugen auch als Teichoberfläche bezeichnet. Dieser Radius ist deshalb für die Krümmung einer erfindungsgemäßen, konkaven Abströmfläche vorteilhaft, weil sich mit einem solchen Radius ein besonders verlustarmes Überströmen aus der Zentrifugentrommel heraus und über die Abströmfläche hinweg ergibt. Die Abströmfläche kann präzise vor dem Ausgang positioniert und an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst werden. Dabei kann insbesondere sehr vorteilhaft eine Anpassung an die jeweiligen Trommeldrehzahlen und Produktdurchsätze an der Zentrifugentrommel vorgenommen werden.

Alternativ ist die Schale vorteilhaft mit einem Radius gestaltet, der größer als der Radius des an dem Auslass ausgelassenen Gutes ist. Ein solcher Radius führt zwangsweise zu einem Abgleiten von ausgeleitetem Gut nach radial außen. Die derartige Energierückgewinnungseinrichtung ist daher unempfindlicher gegen möglicherweise sich ergebende Fehleinstellungen. Vorteilhaft ist ferner die erfindungsgemäß vorgesehene Schale zur Richtung der Tangente am Auslass zumindest leicht gekippt angeordnet. Besonders bevorzugt beträgt der Winkel zwischen der Tangenten am Auslass mit dessen Teichoberfläche und der Tangenten der dort positionierten Schale zwischen 5° und 20° entgegen der Drehrichtung der Zentrifugentrommel nach radial außen. Besonders bevorzugt wird ein Winkel von 12°.

Besonders bevorzugt ist bei der Vollmantelschneckenzentrifuge gemäß der Erfindung die Energierückgewinnungseinrichtung flächensymmetrisch gestaltet. Bei einer solchen Energierückgewinnungseinrichtung kann diese bei umgekehrter Drehrichtung die an sich gleiche, im Übrigen nur gespiegelte Stellung an der Zentrifugentrommel einnehmen. Eine solche Energierückgewinnungseinrichtung ist entsprechend zwischen den Betriebsarten besonders einfach umzupositionieren.

Die Energierückgewinnungseinrichtung ist ferner erfindungsgemäß in eine erste Stellung bringbar, bei der die erste Wirkfläche in Funktion ist, sowie in eine zweite Stellung bringbar, bei der die zweite Wirkfläche in Funktion ist. Diese beiden Stellungen können sehr leicht durch Umschrauben der Energierückgewinnung an der Zentrifugentrommel eingerichtet werden. Alternativ kann auch eine Umschaltung vorgesehen sein, so dass die Energierückgewinnung fremdgesteuert oder auch selbsttätig von der einen Drehrichtung in die andere Drehrichtung umschaltet. Bei den beiden Stellungen ist erfindungsgemäß die Energierückgewinnungseinrichtung jeweils in Bezug auf eine Radialrichtung des Auslasses in einem Winkel von zwischen +/- 2° und +/- 20° schräg gestellt.

Der Auslass ist aus diesem Grund auch vorzugsweise als eine Auslassöffnung in einer Trommelstirnwand der Zentrifugentrommel gestaltet und die Energierückgewinnungseinrichtung ist an der Trommelstirnwand in zumindest zwei, zur radialen Richtung symmetrischen Stellungen jeweils ortsfest anbringbar. Mit dieser symmetrischen Stellungsvorgabe ist es besonders einfach, die Energierückgewinnung an der Trommelstirnwand umzumontieren.

Die Energierückgewinnungseinrichtung weist vorzugsweise ferner eine erste Umlenkfläche auf, von der bei Drehung der Zentrifugentrommel in der ersten Drehrichtung geklärtes Gut aus einer weitgehend axialen Bewegungsrichtung in eine weitgehend tangentiale Bewegungsrichtung umlenkbar ist. Die Energierückgewinnungseinrichtung weist darüber hinaus vorteilhaft eine zweite Umlenkfläche auf, von der bei Drehung der Zentrifugentrommel in der zweiten Drehrichtung geklärtes Gut aus einer weitgehend axialen Bewegungsrichtung in eine weitgehend tangentiale Bewegungsrichtung umlenkbar ist. Die derartigen Umlenkflächen tragen erheblich zur Rückgewinnung von Energie bei und ermöglichen es zugleich, die Energierückgewinnungseinrichtung sowohl für einen vorauseilenden Trommelbetrieb als auch einen nacheilenden Trommelbetrieb zu verwenden.

Eine solche an einer Energierückgewinnungseinrichtung vorgesehene Umlenkfläche ist in Längsschnitt der zugehörigen Zentrifugentrommel betrachtet vorzugsweise zur Längsachse der Zentrifugentrommel schräg vom Auslass zumindest abschnittsweise schräg nach radial innen gerichtet angeordnet. Auf der derart angeordneten Umlenkfläche wird das geklärte Gut beim Ausströmen aus dem Auslass nicht nur von der axialen Richtung in die im Wesentlichen tangentiale Richtung umgelenkt, sondern es bewegt sich dabei zugleich auch axial entlang der Umlenkfläche von radial außen nach radial innen. Bei dieser Bewegung von außen nach innen sinkt die potentielle Energie des Gutes, weil es sich radial innen mit einer geringeren Umlaufgeschwindigkeit bewegt. Das Gut gibt also Energie an die Energierückgewinnungseinrichtung ab, welche zur Beschleunigung der Zentrifugentrommel beiträgt. Die Bewegung des Gutes auf der zur Längsachse schräg gestellten Umlenkfläche, welche dabei in axialer Richtung eben oder auch gekrümmt sein kann, ist ein sich selbst regelnder Vorgang. Je größer die Energieabgabe, desto weiter wandert das Gut in axialer Richtung und dabei von radial außen nach radial innen. Der Winkel der Schrägstellung beträgt vorzugsweise zwischen 5° und 45°, bevorzugt zwischen 10° und 20°, besonders bevorzugt 15°.

Bei der erfindungsgemäßen Vollmantelschneckenzentrifuge sind ferner in Entsprechung zur oben genannten Ausgestaltung vorzugsweise die beiden Wirkflächen und die beiden Umlenkflächen mit einer einzigen Schale gebildet.

Schließlich ist bei der Vollmantelschneckenzentrifuge gemäß der Erfindung vorzugsweise eine Wehreinrichtung vorgesehen, die zusammen mit der Energierückgewinnungseinrichtung in mindestens zwei Stellungen bringbar ist und insbesondere einteilig mit der Energierückgewinnungseinrichtung ausgebildet ist. Die Wehreinrichtung ermöglicht es, dass mit dem Positionieren der Energierückgewinnungseinrichtung zugleich auch in darauf abgestimmter Weise eine Wehrkante der Wehreinrichtung an der Zentrifugentrommel platziert wird. Insbesondere kann eine Wehrkante der Wehreinrichtung dabei in zwei symmetrischen Positionen angeordnet werden, bei denen die erfindungsgemäß ausgebildete Schale an der Energierückgewinnung ebenfalls vorteilhaft platziert ist. Bei diesen Stellungen ist sowohl die Schale als auch die Wehrkante zur zugehörigen radialen Richtung hin gekippt positioniert. Dadurch strömt an der Wehrkante das abströmende Gut prinzipiell durch einen Dreiecksbereich ab. Dieser Dreiecksbereich ermöglicht es, dass der Strom an geklärtem Gut insbesondere bei kleinen Durchsatzmengen durch die Vollmantelschneckenzentrifuge genau dosiert werden kann. Das Überströmen der Wehrkante findet ferner in einem Bereich statt, der für das Umleiten und Ableiten in tangentialer Richtung einen langen Strömungsweg auf der oben genannte Wirkfläche erlaubt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1

eine Vorderansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energierückgewinnungseinrichtung,

Fig. 2

den Schnitt II gemäß Fig. 1,

Fig. 3

eine Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energierückgewinnungseinrichtung,

Fig. 4

den Schnitt IV gemäß Fig. 3,

Fig. 5

eine Vorderansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energierückgewinnungseinrichtung,

Fig. 6

den Schnitt VI gemäß Fig. 5

Fig. 7

eine Vorderansicht der Energierückgewinnungseinrichtung gemäß Fig. 5 bei einem für eine erste Drehrichtung an einer Zentrifugentrommel montierten Zustand und

Fig. 8

eine Vorderansicht der Energierückgewinnungseinrichtung gemäß Fig. 5 bei einem für eine zweite Drehrichtung an einer Zentrifugentrommel montierten Zustand.

In den Fig. sind Energierückgewinnungseinrichtungen 10 dargestellt, die jeweils zum Anordnen an einer Trommelstirnwand bzw. Stirnwand 12 einer weiter nicht veranschaulichten Zentrifugentrommel vorgesehen sind. In der Stirnwand 12 sind dabei kreisförmig um die Drehachse der Zentrifugentrommel herum mehrere Auslässe 14 in Form je einer kreisrunden Auslassöffnung ausgebildet. Von diesen Auslässen 14 ist in den Fig. jeweils einer veranschaulicht.

Die Zentrifugentrommel ist in eine erste Drehrichtung 16 und in eine, zu dieser ersten Drehrichtung 16 entgegengesetzte, zweite Drehrichtung 18 drehbar. Die Energierückgewinnungseinrichtung 10 dient zum Rückgewinnen von Energie von aus dem Auslass 14 ausströmenden, geklärten Gut. Das dort ausströmende Gut hat eine der Drehgeschwindigkeit entsprechende kinetische Energie, die es beim Übergang in einen ortsfesten Ablass der zugehörigen Zentrifuge weitgehend verliert. Diese kinetische Energie kann mit der Energierückgewinnungseinrichtung 10 teilweise abgefangen und auf die Zentrifugentrommel rückübertragen werden, so dass für das Drehen der Zentrifugentrommel insgesamt weniger Rotationsenergie aufzubringen ist.

Die Energierückgewinnungseinrichtung 10 umfasst dazu eine erste Wirkfläche 20, über die bei Drehung der Zentrifugentrommel in der ersten Drehrichtung 16 geklärtes Gut abströmen kann. Ferner ist an der Energierückgewinnungseinrichtung 10 eine zweite Wirkfläche 22 ausgebildet, über die bei Drehung der Zentrifugentrommel in der zweiten Drehrichtung 18 geklärtes Gut abströmen kann. Die beiden Wirkflächen 20 und 22 sind beide mit einer einzigen Schale 24 ausgebildet, die unmittelbar vor dem zugehörigen Auslass 14 weitgehend senkrecht von der Stirnwand 12 der Zentrifugentrommel absteht und dabei ortsfest befestigt ist.

Über die Wirkfläche 20 kann (siehe Fig. 7) das ausströmende Gut ausgehend von dem Auslass 14 im Wesentlichen nur tangential und dabei geringfügig nach radial außen strömen. Insbesondere ist der radiale Strömungsweg von der Mitte des Auslasses 14 ausgehend auf ca. 8° nach radial außen begrenzt, bis das ausströmende Gut über eine erste Überströmkante 26 bezogen auf Fig. 7 am rechten Rand der Schale 24 schließlich frei nach radial außen wegtreten kann. Das gleiche gilt für die zweite Wirkfläche 22 und eine zweite Überströmkante 28 in Bezug auf die zweite Drehrichtung 18 (siehe Fig. 8).

Die Schale 24 weist dazu in Bezug auf die Drehachse der Zentrifugentrommel einen Radius 30 auf, der einem Radius 32 des an dem Auslaß 14 ausgelassenen Gutes, der so genannten Teichoberfläche, entspricht.

Die derart mit der Schale 24 und deren beiden Wirkflächen 20 und 22 gebildete Abströmfläche kann dazu auf einfache Weise an der Stirnwand 12 in zwei Stellungen, einer ersten Stellung 34 (Fig. 7) und einer zweiten Stellung 36 (Fig. 8) positioniert werden.

Bei den beiden Stellungen 34 und 36 ist die Schale 24 jeweils in Bezug auf eine Radialrichtung bzw. radiale Richtung 38 des zugehörigen Auslasses 14 in einem Winkel von zwischen +/- 2° und +/- 20°, bevorzugt +/- 10° schräg gestellt. Um diese Positionierung zu ermöglichen ist die Schale 24 einfach mittels einer Rückenplatte 40 gestützt, in der zwei Langlöcher 42 zum Befestigen an der Stirnwand 12 mittels nicht dargestellter Schrauben ausgeformt sind.

Die Schale 24 gemäß den Fig. 1 und 2 ist mittels der Rückenplatte 40 von der Stirnwand 12 senkrecht abstehend gehalten. Gemäß den Fig. 3 bis 6 ist die Schale 24 von dem Auslass 14 ausgehend nach axial außen ansteigend gestaltet. Dabei wird an einer ersten Umlenkfläche 44 und einer zweiten Umlenkfläche 46 je nach Drehrichtung eine Umlenkung des ausströmenden Gutes in eine weitgehend tangentiale Bewegungsrichtung 48 mit der oben erläuterten, kontrolliert radialen Auswärtsbewegung unterstützt. Die Schale 24 bildet also eine Umlenkfläche für das ausströmende, geklärte Gut, welche in Längsrichtung der Zentrifugentrommel sich von radial außen schräg nach radial innen erstreckt. Dabei ist die Schale 24 gemäß Fig. 3 und 4 im Längsschnitt eben bzw. gerade (insbesondere nicht gekrümmt) gestaltet, während die Schale 24 gemäß Fig. 5 und 6 auch eine Krümmung in axialer Richtung aufweist.

Das ausströmende Gut tritt an einer innerhalb der Rückenplatte 40 ausgebildeten Wehreinrichtung 50 auf die Schale 24. Die Wehreinrichtung 50 ist mit einer Wehrkante 52 an der Rückenplatte 40 gebildet, welche mit der schrägen Positionierung der Rückenplatte 40 dann je nach Drehrichtung ebenfalls vorteilhaft geringfügig schräg gestellt wird.

10

Energierückgewinnungseinrichtung

12

Stirnwand einer Zentrifugentrommel

14

Auslass in Form einer Auslassöffnung

16

erste Drehrichtung

18

zweite Drehrichtung

20

erste Wirkfläche

22

zweite Wirkfläche

24

Schale

26

erste Überströmkante

28

zweite Überströmkante

30

Radius der Schale

32

Radius des an dem Auslass ausgelassenen Gutes (Teichoberfläche)

34

erste Stellung

36

zweite Stellung

38

radiale Richtung

40

Rückenplatte

42

Langloch

44

erste Umlenkfläche

46

zweite Umlenkfläche

48

weitgehend tangentiale Bewegungsrichtung

50

Wehreinrichtung

52

Wehrkante