DE19516635A1 - Zentrifuge mit mehrschichtiger Trommelausbildung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere Vollmantelschnecken­ zentrifuge, deren Trommel im wesentlichen aus einem faserverstärkten - vor­ zugsweise mit Kohlenstoffaserverstärktem - Kunststoff und einer Innenausklei­ dung besteht.

Derartige Zentrifugen mit einem faserverstärkten Kunststoffmantel und korrosionsbeständiger Auskleidung sind für die Trennung gasförmiger Substanzen grundsätzlich bekannt. Dabei sorgt die faserverstärkte Außenmantelschicht grundsätzlich für die mechanische Festigkeit, während die Innenauskleidung auf die Beständigkeit gegenüber den Suspensionen ausgelegt werden kann.

Ziel ist es, die zentrifugal Kraft durch höhere Drehzahlen der Zentrifuge zu stei­ gern und eine wirtschaftliche Fertigung zu ermöglichen.

Dazu wird erfindungsgemäß eine Zentrifuge zur Verfügung gestellt, die einen faserverstärkten Kunststoffaußenmantel und einen Innenmantel - Innenausklei­ dung, auch Innenliner genannt - aufweist, welch letzterer zumindest weitgehend spanlos hergestellt ist. Diese spanlose Herstellung geschieht bevorzugt dadurch, daß ein die Innenauskleidung bildender Werkstoff, vorzugsweise ein Metall, durch Aufspritzen ausgeformt wird, vorzugsweise auf die Mantelfläche eines Kerns. Dieser Kern kann eine gezielt ausgeprägte Mantelfläche aufweisen, bei­ spielsweise wellenförmig, sägezahnförmig oder nutenförmig, so daß eine ent­ sprechend geprägte Innenmantelfläche der Innenauskleidung entsteht.

Die Innenauskleidung kann aus mehreren Schichten unterschiedlicher Werkstoffe bestehen, insbesondere mit einem besonders abriebfesten Werkstoff an der inneren Oberfläche, beispielsweise Keramik. Desweiteren kann die Innenmantel­ fläche mit Leisten aus verschleißfestem Werkstoff versehen sein.

Desweiteren ist in bevorzugter Ausführung die Innenauskleidung an wenigstens einem axialen Ende mit einem flanschartig verdickten Rand versehen, der aus einem angeschweißten Metallring bestehen kann.

Der Mantel der Zentrifuge, gebildet aus faserverstärktem Kunststoff, kann durch eine Bandage um die Innenauskleidung herum ausgebildet sein, welche Bandage unter Vorspannung steht, die sich zumindest auf die in entsprechender Richtung verlaufenden Verstärkungsfasern bezieht. Bei diesen Kunststoffasern kann es sich um Glasfasern oder dergleichen, insbesondere aber um Kohlenstoffasern han­ deln. Eine entsprechende vorgespannte Verbindung zwischen Außen- und Innen­ schicht des Mantels kann man auch dadurch erreichen, daß man eine vorgefertig­ te faserverstärkte Kunststoff-Bandage auf die Innenauskleidung aufschrumpft.

Die Innenauskleidung - Innenliner - kann zumindest teilweise aus einem Blech­ mantel bestehen, insbesondere aus einer Kombination von Blech und durch Sprit­ zen aufgebrachtem Werkstoff. Dabei kann der Blechmantel profiliert ausgebildet sein.

Hinsichtlich der Herstellung kann man vorzugsweise derart vorgehen, daß man den Innenliner durch thermisches Spritzen vorzugsweise Hochgeschwindigkeits­ flammspritzen herstellt. Dabei wird der Werkstoff - insbesondere metallischer Natur - im Schmelzzustand oder zumindest im Zustand angeschmolzener Partikel in einem entsprechenden Heißluftstrom unter mehr oder weniger hoher Ge­ schwindigkeit aufgetragen, insbesondere auf die Mantelfläche eines formvor­ gebenden Kernes. Die Vereinigung zwischen der so gewonnenen - gegebenen­ falls mehrschichtigen Innenauskleidung und dem faserverstärkten Außenmantel aus Kunststoff kann derart geschehen, daß man den faserhaltigen Kunststoff nach Art einer Bandage auf die Außenmantelfläche der Innenauskleidung aufbringt, in vorgefertigtem Zustand als Außenmantel aufschrumpft oder dergleichen mehr.

Von besonderer Bedeutung ist demnach im Rahmen der Anmeldung, zunächst den Innenmantel zu fertigen, und zwar auf einem Formkern, und sodann den Kunststoff verstärkten Außenmantel auf diesen Innenmantel aufzuwickeln, gegebenenfalls unter Verwendung eines Stützkernes zur Halterung des Innen­ mantels. Grundsätzlich kann insoweit Formkern und Stützkern übereinstimmen.

Der ohne spanende Bearbeitung herzustellende Innenmantel wird - wie bereits ausgeführt - vorzugsweise durch einen thermischen Spritzvorgang, vorzugsweise Hochgeschwindigkeitsflammspritzen hergestellt, es können jedoch auch Verfah­ ren wie eine Beschichtung des Formkerns durch Plasmaspritzen, durch galvani­ schen Materialtransport, Bedämpfung und dergleichen in Betracht kommen. Da­ bei kann hinsichtlich des galvanischen Verfahrens ein elektrisch leitender Innen­ körper oder aber auch lediglich ein mit einer elektrischen Außenhaut versehener Kern oder Grundkörper verwendet werden. Man spricht in diesem Zusammen­ hang von Galvano-Forming oder auch Galvano-Plastik.

Zusammenfassend stellen sich folgende Herstellungsmethoden für den Innenmantel - Innenliner - dar:

Modellierung des Innenliners durch - gegebenenfalls schichtweisen Materialauftrag auf einen Innenkern durch

• a) thermisches Spritzen auf den Kern, insbesondere Hochgeschwindig­ keitsflammspritzen;
• b) Aufdampfen von Material auf einen Kern, vorzugsweise Plasmabedampfung;
• c) Galvanoplastik oder Galvanoforming, d. h. galvanisches Modellieren durch Beschichten eines elektrisch leitbar gemachten Innenkerns.

Der sogenannte Innenliner kann auch durch Rollen eines Blechmantels hergestellt werden.

Die Herstellung des CFK-Innenliner-Verbundes durch Bewickeln einer Metall­ trommel ist an sich bekannt, im vorliegenden Falle wird jedoch ein vorzugsweise dünnwandiger Innenliner geringer Stabilität als Basis für den später aufgewickel­ ten CFK-Mantel verwendet, der aufgrund seiner geringen Stabilität während des Bewickelns durch einen Kern abgestützt wird.

Die Vorteile der Bildung des Innenliners durch Materialauftrag auf einen Dorn liegen vor allem in der relativ großen Freizügigkeit bei der konstruktiven Form­ gebung. So können Innenliner mit flanschartig verdickten Enden oder Innenliner mit profilierter Innenkontur spanlos in einem Arbeitsgang hergestellt werden.

Neben solchen Flanschverbindungen für die Zusammenfügung der einzelnen Trommelteile lassen sich bei CFK-Trommeln besonders vorteilhaft Klemmver­ bindungen einsetzen. Es können Spannringe oder dergleichen selbsthaltende Elemente eingesetzt werden, die durch entsprechende Übereinstimmung zwischen Innenmantel und Außenmantel, in die sie eingesetzt sind, in axialer Richtung ge­ sehen formschlüssige Verbindungen schaffen. Auf diese Weise lassen sich Ver­ bindungen unter Vermeidung von Flanschen verhältnismäßig einfach herstellen.

Weitere Einzelheiten von Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Figuren zeigen schematisch einen Längsschnitt durch die Längsachse einer Zentrifugentrommel der in Rede stehenden Art (Fig. 1) sowie Querschnitte durch eine Reihe möglicher Querschnittsausbildungen der Innenauskleidung.

Der Längsschnitt zeigt eine Trommel 1 mit aus faserverstärktem Kunststoff ge­ bildetem Außenmantel und einer metallenen Innenauskleidung 2. Die übrigen Bauteile sind nicht näher bezeichnet.

Die Fig. 2 bis 6 zeigen mögliche Querschnitte mit kreisrunder - Fig. 2 -, wellenförmiger - Fig. 3-, sägezahnförmiger - Fig. 4-, nutenförmiger - Fig. 5 - und mit Leisten versehener Innenmantelfläche der Innenauskleidung 2.

Claims (39)

1. Zentrifuge, insbesondere Vollmantelschneckenzentrifuge, deren Trommel (1) im wesentlichen aus einem faserverstärkten - vorzugsweise mit Kohlenstof­ faserverstärktem - Kunststoff und einer Innenauskleidung besteht, wobei die Innenauskleidung (2) (Innenliner) weitgehend spanlos hergestellt ist.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (2) aus einem durch Aufspritzen gebildeten Werkstoff besteht.

3. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (2) eine wellenförmig (3) ausgebildete Innenoberfläche aufweist.

4. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (2) mit einem Sägezahnprofil (4) versehen ist.

5. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (2) eine Innenoberfläche mit nutenförmigen Ausprä­ gungen (5) weitgehend rechteckigen Querschnitts versehen ist.

6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (2) aus metallischem Werkstoff besteht.

7. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (2) aus mehreren Schichten unterschiedlicher Werk­ stoffe besteht.

8. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zentrifugeninnenraum zugewandte (Innerste) Innenfläche einen be­ sonders abriebfesten Werkstoff, vorzugsweise Keramik, aufweist.

9. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenmantelfläche der Innenauskleidung (2) Leisten aus verschleißfestem Material aufweist.

10. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (2) an einem axialen Ende mit einem flanschartig ver­ dickten Rand versehen ist.

11. Zentrifuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der flanschartig verdickte Rand aus einem angeschweißten Metallring be­ steht.

12. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (2) mittels einer unter Vorspannung stehenden faser­ verstärkten Kunststoff-Bandage derart umschlossen ist, daß die außenliegende Bandage im Ruhezustand mit Zugspannungen und die Innenauskleidung (2) mit Druckspannungen belastet ist.

13. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der faserverstärkte Kunststoffaußenmantel unter Vorspannung der Verstär­ kungsfasern auf die Innenauskleidung (2) aufgebracht ist.

14. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgefertigte faserverstärkte Kunststoff-Bandage auf die Innenauskleidung (2) aufgeschrumpft ist.

15. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (2) zumindest teilweise aus einem Blechmantel besteht.

16. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (2) aus einer Kombination aus Blech und durch Spritzen aufgebrachtem Werkstoff besteht.

17. Zentrifuge nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechmantel profiliert ausgebildet ist, beispielsweise wellenförmig, säge­ zahnartig oder mit rechteckiger Nutenausbildung.

18. Verfahren zur Herstellung einer Zentrifugentrommel, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein faserverstärkter Kunststoffmantel auf eine Innenauskleidung - Innenliner - aufgebracht wird, welche Innenauskleidung wenigstens weitgehend in spanloser Herstellungsmethode vorgefertigt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (Innenliner) durch thermisches Spritzen, vorzugsweise durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, hergestellt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (Innenliner) durch Aufspritzen auf einen Kern und an­ schließendes Entformen hergestellt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern im Querschnitt senkrecht zur Achse gesehen im wesentlichen kreis­ rund vorgesehen wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Kerns, auf die die Innenauskleidung aufgespritzt wird, profiliert ausgebildet ist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung auf einen Kern mit wellenförmiger, sägezahnprofilför­ miger oder nutenförmiger Mantelfläche aufgebracht wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung durch Aufspritzen mehrerer Schichten aus unterschied­ lichen Materialien hergestellt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß als innerste Schicht ein verschleißfestes Material, vorzugsweise Keramik, aufgespritzt wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufspritzen der Innenauskleidung auf die Mantelfläche des Kerns Leisten aus verschleißfestem Material lösbar befestigt werden, welche beim Auf­ spritzen in die Innenauskleidung eingebettet werden und beim Abziehen der In­ nenauskleidung vom Kern in der Innenauskleidung verbleiben.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufspritzen der Innenauskleidung (Innenliner) auf dem Kern, insbe­ sondere Metallkern, eine Trennschicht aufgebracht wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Innenauskleidung zumindest an einem Ende ein flanschartig verdick­ ter Rand angeordnet wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der flanschartig verdickte Rand an der Innenauskleidung durch thermisches Spritzen, vorzugsweise in einem Arbeitsgang mit dem Spritzen des Mantels, her­ gestellt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der flanschartig verdickte Rand an der Innenauskleidung durch Anschweißen eines Metallringes hergestellt wird.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenliner durch eine unter Vorspannung stehender faserverstärkte Kunststoff-Bandage umschlossen wird, so daß die außenliegende Bandage im Ruhezustand der Zentrifuge mit Zugspannungen und die Innenauskleidung dem­ gegenüber mit Druckspannungen belastet ist.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der faserverstärkte Kunststoffaußenmantel im Wickelverfahren mit Vorspan­ nung der Verstärkungsfasern auf die Innenauskleidung aufgewickelt wird.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgefertigte faserverstärkte Kunststoff-Bandage auf die Innenausklei­ dung aufgeschrumpft wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des faserverstärkten Kunststoffaußenmantels Kohlenstof­ fasern verwendet werden.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kern mit von der prismatischen Form abweichende Entformungsschräge verwendet wird.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenauskleidung mit zumindest in einem Teilbereich ihres Mantels konischem Verlauf bzw. ein entsprechend zumindest in einem Teilbereich seines Mantels konisch ausgebildeter Kern verwendet wird.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung vor dem Bewickeln mit dem Außenmantelwerkstoff auf einen Stütz- bzw. Wickelkörper aufgezogen wird.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel durch galvanische Materialaufbringung gewonnen wird.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel durch einen Bedampfungsvorgang gewonnen wird.