DE19503266C2 - Zerkleinerungsvorrichtung zum Einbau in Rohrleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zerkleinerungsvorrichtung zum Einbau in Rohrleitungen.

In der Klärtechnik, der Gülletechnik und der Kompostiertechnik fallen mehr oder weniger dickflüssige Medien an, die organische Weich- oder Feststoffe aber auch nichtorganische Fremdstoffe enthalten. Für die Weiterverarbeitung solcher Medien ist es wichtig, die enthaltenen Fest- bzw. Fremdstoffe zu zerkleinern.

Zu diesem Zweck ist bei Güllerührwerken schon vorgeschlagen worden, dem Flügelrad einen mitlaufenden Zerkleinerungsring vorzuschalten, der Schneidorgane aufweist, um langfaseriges Material zu zerkleinern. Der Zweck ist hier die Schwimmdeckenbildung in Lagerbehältern zu minimieren, um eine möglichst homogene Gülle zu erhalten.

Aus der US 36 58 262 ist eine Zerkleinerungsvorrichtung für Klärschlamm zum Einbau in Rohrleitungen bekannt, nach der ein Rohrleitungsstück einen in dieses unter einem Winkel von 90° mündenden Stutzen mit Endflansch aufweist, an dem eine Montageplatte befestigt ist, an welcher koaxial ein Antriebsmotor befestigt ist, dessen Motorwelle mit einer zu dieser koaxialen, in den Stutzen und in das Rohrstück eingreifenden Antriebswelle einstückig ausgebildet ist. Zum Ausbau des Schneidorgans ist eine vollständige Demontage der Zerkleinerungsvorrichtung notwendig.

Aus der US 37 86 996 ist ebenfalls eine Zerkleinrungsvorrichtung bekannt. Der Aufbau der gezeigten Zerkleinerungsvorrichtung ist vergleichsweise kompliziert and aufwendig.

Beim Pumpen oder Durchsaugen solcher verunreinigter Medien durch Rohrleitungen kann es zu Verstopfungen kommen. Um dies zu verhindern wäre denkbar, in die Rohrleitung ein motorisch angetriebenes Schneidwerk einzubauen, allerdings würde das Schneidwerk den Durchflußquerschnitt reduzieren, sodaß die Pumpleistung vergrößert werden müßte. Außerdem müßte das gesamte Schneidwerk in Tauchmotortechnik ausgebildet sein, was wiederum kostenmäßig nachteilig wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zerkleinerungsvorrichtung zum Einbau in Rohrleitungen vorzuschlagen, die einen einfachen Aufbau hat, geringe Herstellungskosten bedingt und bei hoher Effektivität leicht gewartet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zerkleinerungsvorrichtung zum Einbau in Rohrleitungen gelöst, wobei ein Rohrstück einen in dieses unter einem Winkel mündenden Schrägstutzen mit Endflansch aufweist, an dem eine Montageplatte unter Zwischenlage eines Dichtringes befestigt ist, an welcher koaxial ein Antriebsmotor befestigt ist, dessen Motorwelle mit einer zu dieser koaxialen, in den Schrägstutzen und in das Rohrstück eingreifenden Antriebswelle gekuppelt ist oder mit dieser einstückig ausgebildet ist, wobei am Ende der Antriebswelle ein Schneidorgan befestigt ist, dessen Außendurchmesser nicht größer und höchstens etwa 10% kleiner als der Innendurchmesser des Schrägstutzens ist und wobei der Durchmesser des Schrägstutzens größer als der Durchmesser des Rohrstückes ist und wenigstens angenähert der Gleichung D = k.d/cosa genügt, wobei D der Durchmesser des Schrägstutzens, d der Durchmesser des Rohrstückes, a der spitze Winkel zwischen den Achsen des Schrägstutzens und des Rohrstückes sind und k eine Konstante bildet, die im Bereich von 0,8 bis 2,0 liegt. Weiterbildungen der Erfindung bestehen darin, daß der Winkel a des Schrägstutzens im Bereich von etwa 30° und etwa 45° liegt, daß die Konstante k etwa 1,25 beträgt und daß das Schneidorgan als Propeller mit mindestens zwei, vorzugsweise drei Flügeln ausgebildet ist.

Ansonsten sind vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung bringt viele Vorteile. Das Schneidwerk mit Antriebsmotor und Schneidorgan bildet eine Baueinheit, die eine Montageplatte aufweist, mit welcher die Baueinheit am Schrägstutzen angeflanscht ist. Durch Lösen der Flanschschrauben kann die Baueinheit aus dem Rohrstück abgezogen, gereinigt und gewartet und schnell wieder montiert werden. Das Rohrstück selbst braucht dabei nicht aus der Rohrleitung entnommen zu werden. Der Antriebsmotor befindet sich außerhalb des mediendurchflossenen Rohrstückes, sodaß Standardmotoren verwendbar sind. Die Baueinheit behindert den Durchfluß des Pumpmediums nicht, da lediglich das Schneidorgan in den Strömungsweg des Mediums hineinragt. Auch wenn - worin eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zu sehen ist - der vorzugsweise verwendete Propeller nur eine geringe Steigung aufweist, wirkt der Propeller mit einer Bewegungskomponente in Pumprichtung, was insbesondere bei dickflüssigen Medien von Vorteil ist, weil dadurch jegliche Komprimierung des Mediums im Bereich der Schneidzone vermieden wird. Bei eher dünnflüssigen Medien liegt es ausdrücklich im Rahmen der Erfindung, den Propeller so anzutreiben, daß seine Förderkomponente entgegen der Strömung des Mediums gerichtet ist. Dadurch wird die Verweilzeit des zu zerkleinernden Mediums in der Schneidzone vergrößert und die Zerkleinerungswirkung erhöht. Die letztere Betriebsweise läßt sich erkennbar dadurch realisieren, daß ein Propeller mit entgegengesetzter Steigung verwendet wird oder der Motor in Gegenrichtung angetrieben wird.

Ein großer Vorteil der Erfindung resultiert aus der Tatsache, daß der wirksame Durchmesser des Schneidwerkes größer ist als der Durchmesser des Rohrstückes. Im Fall des vorzugsweise verwendeten Propellers läuft dieser also sowohl im gesamten Querschnitt des Rohrstückes und ragt in den Schrägstutzen hinein und, aufgrund dieses mit Bezug auf den Durchmesser des Rohrstückes größeren Durchmessers des Schneidorgans, hat dieses eine hohe Umfangsgeschwindigkeit, auf der nicht zuletzt eine sehr wirksame Zerkleinerung von Fremdstoffen beruht. Da das Schneidorgan mit seinem Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Schrägstutzens angepaßt ist, besteht im Bereich des Schrägstutzens nur ein enger Laufspalt, der eine Bypass- Strömung verhindert. Die Axialstellung des Schneidwerkes wird nun erfindungsgemäß so gewählt, daß etwa derselbe Laufspalt auch im gegenüberliegenden Mantelbereich des Rohrstückes vorhanden ist, sodaß auch hier jegliche Fremdstoffe im Pumpmedium vom Schneidwerk erfaßt werden.

Im praktischen Einsatz sollte der Durchmesser des Rohrstückes demjenigen der Rohrleitung entsprechen. Unterschiedliche Durchmesser der Rohrstücke erfordern auch entsprechend angepaßte Durchmesser des Schrägstutzens, jedenfalls für das minimale Durchmesserverhältnis D/d. Dieses beträgt bei einem Achswinkel a des Schrägstutzens von 45° etwa 1,4. Die Schneidzone befindet sich dann nahezu vollständig im Rohrstück und dringt kaum in den Schrägstutzen ein. Vergrößert man dieses Durchmesserverhältnis, so taucht der Schneidpropeller entsprechend mehr in den Schrägstutzen ein, d. h. der Abstand zum Endflansch des Schrägstutzens wird geringer. Daher liegt es im Rahmen der Erfindung für Rohrstücke in einem gewissen Durchmesserbereich, Schrägstutzen gleicher Größe zu verwenden, sodaß auch Schneidwerke desselben Typs eingesetzt werden können. Es ist dann lediglich erforderlich, den Abstand des Schneidpropellers von der Montageplatte der Baueinheit zu verändern. Dies läßt sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung dadurch sehr einfach erreichen, daß das Schneidorgan auf der Antriebswelle längsverstellbar befestigt ist.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, wird die Erfindung näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt einen Axialschnitt durch die neuartige Zerkleinerungsvorrichtung.

Die Zerkleinerungsvorrichtung 10 weist ein Rohrstück 12 auf, das mit einem Schrägstutzen 14 versehen ist, dessen Achswinkel a mit der Rohrstückachse in diesem Ausführungsbeispiel 45° beträgt. Größere Winkel als 45° haben sich weniger bewährt. Die untere Grenze für den Winkel a beträgt etwa 30°. Der Schrägstutzen 14 hat einen Außenflansch 16, an dem mittels eines nicht dargestellten Dichtringes eine Montageplatte 18 von außen angeschraubt ist. Diese Montageplatte 18 ist Bestandteil einer Baueinheit, die einen Antriebsmotor 20, eine Antriebswelle 22 und einen zweiflügeligen Schneidpropeller 24 umfaßt. Die Antriebswelle 22 ist in einem konischen Gehäuse 26 gelagert, das seinerseits innenseitig an der Montageplatte 18 festgeschraubt ist. Der Antriebsmotor 20 ist auf der Außenseite der Montageplatte 18 festgeschraubt.

Der Durchmesser des Schrägstutzens 14 ist in jedem Fall größer als derjenige des Rohrstückes 12. Das kleinste Verhältnis D/d beträgt etwa 1/cosa. Im Ausführungsbeispiel ist der Innendurchmesser des Schrägstutzens 14 also etwa 40% größer als der Innendurchmesser des Rohrstückes 12. Der Außendurchmesser des Schneidpropellers 24 ist gleich der Differenz des Innendurchmessers D des Schrägstutzens 14 und der doppelten Laufspaltbreite, sowie einem geringfügigen Abzug, der sich aufgrund der Axialerstreckung des Propellers und der damit verbundenen Flügelkontur ergibt. In der Praxis ist der Außendurchmesser des Propellers 24 etwa 5% kleiner als der Innendurchmesser D des Schrägstutzens 14. Die Axialstellung des Propellers 24 längs der Achse des Schrägstutzens 14 ist dadurch definiert, daß der Laufspalt des Propellers 24 im Bereich des Schrägstutzens 14 gleich dem diametral gegenüberliegenden Laufspalt am Rohrstück 12 ist.

Derselbe Schrägstutzen 14 ließe sich auch bei einem Rohrstück mit der nächst niedrigeren Nennweite einsetzen, und es könnte dieselbe Baueinheit, bestehend aus Antriebsmotor 20, Antriebswelle 22 und Schneidpropeller 24 verwendet werden, wenn letzterer auf der Antriebswelle 22 axial in Richtung der Montageplatte 18 verstellt wird. Umgekehrt könnte die Baueinheit auch für die nächst größere Nennweite des Rohrstückes 12 verwendet werden, wenn man den Abstand des Schneidpropellers 24 von der Montageplatte 18 vergrößert.

In einem Probelauf der erfindungsgemäßen Zerkleinerungsvorrichtung 10 mit einem Rohrdurchmesser des Rohrstückes 12 von 100 mm, einer Antriebsdrehzahl des Motors 20 von 3000/min und einem dreiflügeligen Schneidpropeller 24, wurde bei einem verschmutzen Abwasser, das Papierreste und Küchenabfälle enthielt, ein Zerkleinerungsergebnis von unter 4 mm Korngröße erzielt. Dabei wurde ein Propeller 24 verwendet, dessen Flügelkanten geschliffen waren und zwar mit einem Kantenschliff von 14°. Dieser Kantenschliff wird als besonders vorteilhaft für die Erfindung angesehen.

Bei dieser Versuchsanlage wurde als vorteilhafte Ausgestaltung vorgesehen, daß das dem Einlaufende des Rohrstückes 12 benachbarte Ende der hier nicht dargestellten Rohrleitung mit einem Absperrschieber versehen war. Bei dieser Versuchsanlage wurde statt einer Förderpumpe für das zu zerkleinernde Medium ein Hochbehälter verwendet. Dank des Absperrschiebers konnte die Rohrleitung zum Ausbau der Zerkleinerungs-Baueinheit 10 abgesperrt werden. Nach Herausnahme der Zerkleinerungseinheit zeigte sich, daß der Schneidpropeller 24 völlig frei von jeglichen Fremdstoffen war.

Das Rohrstück 12 war übrigens beidseitig mit Endflanschen versehen und konnte so sehr einfach an die beiden Enden der Rohrleitung angeflanscht werden.

Claims (10)

1. Zerkleinerungsvorrichtung zum Einbau in Rohrleitungen, wobei ein Rohrstück (12) einen in dieses unter einem Winkel (a) mündenden Schrägstutzen (14) mit Endflansch (16) aufweist, an dem eine Montageplatte (18) unter Zwischenlage eines Dichtringes befestigt ist, an welcher koaxial ein Antriebsmotor (20) befestigt ist, dessen Motorwelle mit einer zu dieser koaxialen, in den Schrägstutzen (14) und in das Rohrstück (12) eingreifenden Antriebswelle (22) gekuppelt ist oder mit dieser einstückig ausgebildet ist, wobei am Ende der Antriebswelle (22) ein Schneidorgan (24) befestigt ist, dessen Außendurchmesser nicht größer und höchstens etwa 10% kleiner als der Innendurchmesser des Schrägstutzens (14) ist und wobei der Durchmesser (D) des Schrägstutzens (14) größer als der Durchmesser (d) des Rohrstückes (12) ist und wenigstens angenähert der Gleichung D = k.d/cosa genügt, wobei a der spitze Winkel zwischen den Achsen des Schrägstutzens (14) und des Rohrstückes (12) ist und k eine Konstante bildet, die im Bereich von 0,8 bis 2,0 liegt.

2. Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidorgan (24) aus einem Propeller besteht.

3. Zerkleinerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Vorderkanten des Propellers messerartig geschärft sind.

4. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaufende des Rohrstückes (12) oder das diesem Einlaufende benachbarte Ende der Rohrleitung mit einem Absperrschieber versehen ist.

5. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Rohrstückes (12) mit Außenflanschen versehen sind.

6. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (a) des Schrägstutzens (14) im Bereich von etwa 30° bis etwa 45° liegt.

7. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Propeller (24) mindestens zwei, vorzugsweise drei, Flügel aufweist.

8. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (22) in einem konischen Gehäuse (26) gelagert ist, das motorseitig einen Außenflansch aufweist, mit dem das Gehäuse (26) innenseitig an der Montageplatte (18) angeschraubt ist.

9. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante (k) etwa 1,25 beträgt.

10. Zerkleinerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidorgan (24) auf der Antriebswelle (22) längsverstellbar befestigt ist.