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Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeiten auf unterschiedlichem Niveau
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeiten auf
unterschiedlichem Niveau aus einem festen oder beweglichen Behälter mit Hilfe eines
mit einer Ansaugleitung verbundenen Entnahmerohres, dessen in die Flüssigkeit eintauchendes
Ende höhenverstellbar ist.
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Durch die Höhenverstellbarkeit des Entnahmerohres kann man einer sich
ändernden Niveaulage der Flüssigkeit folgen, beispielsweise von in einem Gefäß übereinandergeschichteten
Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte nur die eine abziehen.
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Bei den bisher bekannten Vorrichtungen der oben geschilderten Art
- insbesondere bei Hebeeinrichtungen, wie sie zum oberschichtigen Abziehen der Würze
aus einem Bottich einer Brauereianlage benutzt werden - besteht das Entnahmerohr
aus jeweils in sich starren, teleskopartig ineinanderschiebbaren Rohren. Diese Rohre
müssen gegeneinander durch Gleitdichtungen gedichtet sein, um beim Ansaugen das
Eintreten von Luft oder anderen Medien zu vermeiden.
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Derartige Vorrichtungen lassen sich wegen der notwendigen Gleitdichtungen
nicht in Anlagen verwenden, bei denen beispielsweise ein sehr hohes Vakuum oder
ein hoher Druck vorhanden ist oder in Anlagen, in denen gesundheitsschädigende oder
chemisch aggressive Flüssigkeiten behandelt werden, da in diesen Fällen die bei
Gleitdichtungen nur schwer zu vermeidenden Lässigkeitsverluste unbedingt ausgeschlossen
werden müssen. Verschiebbare Dichtungen nutzen sich auch im Gebrauch mehr oder weniger
rasch ab, so daß sie niemals eine absolute Sicherheit gegen das Auftreten von Undichtigkeiten
geben, durch die geringe Mengen der schädlichen Medien entweichen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auch für schwierige
Arbeitsbedingungen - wie sie oben erwähnt wurden - geeignete Vorrichtung zur Entnahme
von Flüssigkeiten auf unterschiedlichem Niveau zu schaffen, bei der zumindest in
dem von der Flüssigkeit zu durchströmenden Leitungszug keine beweglichen Dichtungen
vorhanden sind, aber dennoch eine Bewegung des in die Flüssigkeit eintauchenden
Entnahmerohres gegenüber der Ansaugleitung möglich ist.
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Die diese Aufgabe lösende Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeiten
auf unterschiedlichem Niveau aus einem festen oder beweglichen Behälter mit Hilfe
eines mit einer Ansaugleitung verbundenen Entnahmerohres, dessen in die Flüssigkeit
eintauchendes Ende höhenverstellbar ist, enthält erfindungsgemäß zwischen dem Entnahmerohr
und der Ansaugleitung ein federndes, schraubenlinienförmig gewundenes Verbindungsrohr,
das zwischen zwei als Platten und/oder Auflagezwischenstücke ausgeführten Begrenzungen
liegt, von denen die am entnahmerohrseitigen Ende gelegene unter gleichzeitiger
Änderung der axialen Länge des Verbindungsrohres gegenüber der anderen verschiebbar
ist.
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Durch axiales Auseinanderziehen oder Zusammendrücken des gewundenen
Verbindungsrohres kann das Entnahmerohr in Richtung der Schraubenlinienachse verschoben
werden; bei entsprechender Länge des Verbindungsrohres sind selbst relativ große
Verschiebungen möglich.
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Je nach der Art, wie das federnde Verbindungsrohr beansprucht wird,
kann man drei Betätigungsweisen der neuen Vorrichtung vorsehen: 1. Das federnde
Verbindungsrohr wird durch die beispielsweise als Platten ausgeführten Begrenzungen
dauernd federnd zusammengedrückt, wobei die Federspannung auch erhalten bleibt,
wenn die Begrenzungen voneinander entfernt werden, wobei sich die Nutzlänge des
Verbindungsrohres erhöht.
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2. Das federnde Verbindungsrohr kann durch die Begrenzungen dauernd
auf Zug beansprucht werden, mit Ausnahme derjenigen Betriebsstellung, in der die
Begrenzungen einander bis auf einen Kleinstwert genähert sind.
3.
Das federnde Verbindungsrohr kann durch seine Begrenzungen sowohl zusammengedrückt
als auch auseinandergezogen werden; in diesem Fall liegt bei einem mittleren Abstand
der Begrenzungen ein natürlicher Spannungsgleichgewichtszustand, bei dem das Rohrmaterial
-abgesehen von der Beanspruchung durch Differenzen des Druckes innerhalb und außerhalb
des Rohres -mechanisch am wenigsten beansprucht wird. Die erste Anwendungsweise
hat den Vorteil besonderer Einfachheit, da kein Festlegen der Enden des Verbindungsrohres
an ihren Auflagestellen an den Begrenzungen notwendig ist. Die zuletzt genannte
Anwendungsart bringt aber entweder eine Erhöhung der Bewegungsseite bei gleicher
mechanischer Beanspruchung des Rohrmaterials, oder sie macht es möglich, die Anzahl
der Windungen des federnden Verbindungsrohres und damit sowohl die Abmessungen des
Gerätes als auch die Strömungswiderstände zu verringern.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich sehr einfach fernbetätigen
oder in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsbedingungen steuern, indem man das Zusammendrücken
oder Auseinanderziehen des federnden Verbindungsrohres durch einen Motorantrieb
bewirken läßt, der entsprechend gesteuert wird. So kann man mit Hilfe eines geeigneten
Fühlers, beispielsweise einer photoelektrischen Zelle, die an dem Einlaufende des
Entnahmerohres angeordnet wird und ihrerseits funktionell mit dem Motorantrieb gekoppelt
ist, eine selbsttätige Einstellung des Entnahmerohrendes in einer bestimmten Flüssigkeitsschicht
bei einem Behälter oder einer Zentrifuge erreichen, beispielsweise kann das Entnahmerohr
auch selbsttätig den Veränderungen der Höhenlage der betreffenden Schicht folgen.
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Unter Hinweis auf die schematischen Fig. 1 bis 6 der Zeichnung werden
zur Erläuterung der Erfindung dienende Beispiele für die Ausbildung und Anwendung
der neuen Vorrichtung zur Entnahme von Flüssigkeiten mit veränderlichem Niveau aus
einem festen oder beweglichen Behälter beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine schematische
Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine schematische Seitenansicht
einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 3 einen
Schnitt längs der Schnittlinie 1-I der Fig. 2, der um 90° gedreht dargestellt ist,
Fig.4 einen Radialschnitt durch die Windungen des schraubenförmigen Rohres in zusammengedrücktem
Zustand mit Sicherheitshalterungen, Fig. 5 einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 4, aber
bei auseinandergezogenen Rohrwindungen, Fig. 6 eine schematische Darstellung der
Anwendungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit einem Flüssigkeitsheber.
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In den Figuren der Zeichnung sind nur diejenigen Teile der Vorrichtung
dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig erscheinen; einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Das in Fig. 1 dargestellte schraubenlinienförmig gewundene Verbindungsrohr
1 aus federelastischem Material hat mehrere oder zahlreiche Windungen; es wird zwischen
den Platten 2 und 3 unter Verwendung von Auflagezwischenstücken 4 und 5 federnd
zusammengedrückt, die ein Brechen des Verbindungsrohres an seinen abgewinkelten
Enden 6 verhüten sollen. Der gegenseitige Abstand der Platten 2 und 3 kann mit Hilfe
der Gewindespindel 7 geändert werden, die an ihrem unteren Ende fest mit der Platte
3 verbunden ist und mit ihrem Gewinde in eine Mutter 8 eingreift, die ihrerseits
zwischen der oberen Platte 2 und einer fest mit dieser Platte verbundenen Stützplatte
9 eingefügt ist. Wenn man die Mutter 8 mit irgendeiner geeigneten Vorrichtung in
Drehung versetzt, wird die Gewindespindel 7 axial verschoben; sie nimmt bei ihrer
axialen Verschiebung die untere Platte 3 mit. Anschlagpuffer 10 und
11 begrenzen die Hubweite bzw. die axiale Verschiebung der Gewindespindel
7. Führungen 12 verhindern eine Drehung der Platte 3 und damit der Gewindespindel
7 gegenüber der Platte 2 und halten die beiden Platten stets parallel zueinander.
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Diese erfindungsgemäße Vorrichtung ist in einem Gehäuse (vgl. Fig.
2 und 3) untergebracht, das aus einer oberen horizontalen Platte 13 und einer unteren
horizontalen Platte 14 besteht, die beide durch seitliche Stützplatten 15 starr
miteinander verbunden sind. Die senkrechten Stützplatten 15 sind an den Platten
13 und 14 durch Winkelprofile 16 festgelegt. Um die Klarheit der Fig. 2 nicht zu
beeinträchtigen, ist eine an der Vorderseite zu denkende Stützplatte 15 nicht eingezeichnet.
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Das Gehäuse ist einerseits über ein U-Profil 18 auf einen Sockel
17 abgestützt und anderseits an einem Gehäuse 19, das seinerseits den Behälter
20 enthält, aus dem die Flüssigkeit entnommen werden soll, mittels einer Stützplatte
21 festgelegt, die gleichzeitig zur Befestigung des Gehäuses 19 auf einer tieferen
Stufe des Sockels 17 dient.
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Vertikale Winkeleisen 22 (vgl. Fig. 3) halten die Stützplatten 15
fest zusammen.
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Ein auf Vor- und Rücklauf umschaltbarer Elektromotor 23 treibt über
ein Reduziergetriebe 24 und gegebenenfalls einen nicht besonders dargestellten Schneckentrieb
ein Drehglied an, in dem beispielsweise die in Fig. 1 eingezeichnete Mutter 8 gelagert
ist. Die Mutter 8 verschiebt die mit ihrem oberen, das Gewinde tragenden Ende in
der Mutter geführte Gewindespindel 7 in der gewünschten axialen Richtung. Zwei elektrische
Sicherheitskontakte 25 begrenzen die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des unteren Endes
des schraubenlinienförmig gewundenen Verbindungsrohres 1 und verhindern so
das Auftreten größerer Kräfte beim Auftreffen auf die Anschlagpuffer 10 oder 11.
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Das schraubenlinienförmige Verbindungsrohr, an dessen oberem Ende
die nicht dargestellte Ansaugleitung fest angeschlossen ist, steht über ein starres
Entnahmerohr 26 mit dem Behälter 20 in Verbindung, aus dem die Entnahme
der Flüssigkeit erfolgt; das Rohr 26 ist frei in einem senkrechten Schlitz 27 der
Stützplatte 21 bewegbar.
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Das Verbindungsrohr 1 könnte beim Zusammendrücken und Auseinanderziehen
durch die dabei auftretenden Druck- oder Zugkräfte ungleichmäßig verformt werden;
um die mechanischen Beanspruchungen möglichst gleichmäßig auf die Windungen des
Verbindungsrohres 1 zu verteilen, sind bügelartige Halterungen 28 und Anschläge
29 (Fig. 4 und 5) an den mit 30 bzw. 31 bezeichneten Punkten
des Verbindungsrohres mit diesem durch Schweißen verbunden.
Wenn
das Verbindungsrohr 1 zusammengedrückt wird, um das Entnahmerohr 26 aus der Flüssigkeit
im Behälter 20 herauszuziehen, und sich einige Rohrwindungen dabei früher
nähern, als die anderen, so legen sich die bügelartigen Halterungen 28 dieser Verbindungsrohrwindungen
mit ihrem einen Nasenpaar 28' an der unteren Fläche der Anschläge 29 an und verhindern
so ein übermäßiges Zusammendrücken dieser Windungen (Fig.4); wenn das Verbindungsrohr
1 auseinandergezogen wird, um Flüssigkeit vom Boden des Behälters 20 zu entnehmen,
kommen die anderen Nasenpaare 28" der bügelartigen Halterungen 28 mit der oberen
Fläche der Anschläge 29 in Berührung (Fig. 5), sie verteilen so die Kräfte auf mehrere
Rohrwindungen, ehe die Beanspruchungen so groß werden, daß gegebenenfalls bleibende
Formänderungen eintreten könnten.
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Bei einer praktisch benutzten Ausführungsform der Erfindung hatte
das Verbindungsrohr 1 einen Außendurchmesser von 24 mm und einen Innendurchmesser
von 20 mm; das schraubenlinienförmige Verbindungsrohr umfaßte 25 Windungen mit einem
Halbmesser von 150 mm. Die axiale Länge des vollkommen ausgezogenen oder entspannten
Verbindungsrohres war 1200 mm, die Längenänderung betrug 240 mm.
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Bei dieser Ausführungsform, deren Anwendung schematisch in Fig. 6
dargestellt ist, taucht das starre Entnahmerohr 26 nicht unmittelbar in die Pendelzentrifuge
32 ein; es ist vielmehr an den höchsten Punkt (Scheitelpunkt) 33 eines hydraulischen
Hebers angeschlossen, dessen einer Schenkel 34 in die Zentrifuge und dessen anderer
Schenkel 35 in ein Gefäß 36 eintaucht, welches in einem vollkommen dicht abgeschlossenen
Behälter 37 untergebracht ist, der auf einem wesentlich niedrigeren Niveau liegt
als das Zentrifugengefäß. Das feste Ende des Verbindungsrohres 1 ist über
die Ansaugleitung 42 mit einer Vakuumpumpe 38 verbunden.
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Das Übertragen der Flüssigkeit aus der Pendelzentrifuge 32 in das
Gefäß 36 geschieht in folgender Weise: Der hydraulische Heber wird durch entsprechendes
axiales Verschieben der Gewindespindel 7 auf die gewünschte Höhe gebracht; wegen
der Unsymmetrie der Schenkel 34 und 35 werden diese durch Stopfbuchsen 39 und 40
geführt, die in der haubenartigen Abdeckung der Zentrifuge und der Wand des dichten
Behälters 37 sitzen.
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Das gesamte Verbindungsrohr 1 und der hydraulische Heber werden nun
evakuiert; die aus der Zentrifugentrommel abzusaugende Flüssigkeit steigt in dem
Schenkel 34 des Hebers auf, und die zum Ingangsetzen des Hebers zuvor über die Rohrleitung
41 in das Gefäß 36 eingeführte Flüssigkeit steigt aus dem Gefäß 36 in dem Schenkel
35 nach oben.
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Das Evakuieren wird beendet, wenn die beiden Flüssigkeiten durch den
Scheitelpunkt 33 des Hebers hindurchgelaufen sind und in dem Entnahmerohr 26 ein
Niveau erreicht haben, das zwischen den Niveauhöhen X und Y liegt.
Dann beginnt der Heber von selbst zu laufen, und die Flüssigkeit aus der Zentrifuge
32 wird in das Gefäß 36 übergeleitet.