DE2551789A1 - Vollmantel-schneckenzentrifuge mit differenzdrehzahlvariabler kupplung zwischen mantelteil und schneckenteil - Google Patents

Description

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Flottweg-Werk

Dr. Georg Bruckmayer GmbH S Co. KG L 10.675

8313 Vilsbiburg Fl/Km

Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit differenzdrehzahlvariabler Kupplung zwischen Mantelteil und Schneckenteil

(Zusatz zu Ptil.ent ... (Patentanmeldung

P 25 25 280.6)

Das Hauptpatent (Patentanmeldung P 25 25 280.6) beinhaltet eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit gegenüber dem Mantelteil mit Differenzdrehzahl umlaufendem Schneckenteil, von welchen Teilen eines an ein beliebiges Antriebsaggregat angeschlossen ist und mit dem anderen Teil über einen Hydraulikmotor in Verbindung steht, dessen Druckmittelzufuhr nach Menge und/oder Druck mittels einer Differenzdrehzahl- und/ oder Drehmoment-Regeleinrichtung bestimmt ist.

Mit Hilfe der Regeleinrichtung gelingt es, einen kontinuierlichen Betriebszustand der Zentrifuge zu gewährleisten, es ist auch bereits darauf hingewiesen, daB die Arbeitsleistung der Zentrifuge optimal eingestellt werden kann, ohne daB die bisher dazu erforderlichen großen Sicherheitsbereiche in Drehmoment bzw. Volumendurchsatz vorgegeben sein müssen. In diesen Fällen orientiert sich die Sollgröße an einem nach einer kritischen Größe bemessenen Wert, bei dessen Über- bzw. Unterschreiten die Differenzdrehzahl zwischen Trommel und Schnecke im Sinne auf die Wiederherstellung der Sollgröße zu geändert wird. Die Feststellung der kritischen Werte kann durch Meßen geschehen, solche Werte können aber auch fest

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vorgegeben werden,

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Behandlung von Suspensionen, deren Eigenart sie für einen Trennvorgang mit Hilfe eines Dekanters der hier in Frage stehenden Art besonders schwierig macht. Im Rahmen der vorliegenden Zusatzanmeldung soll aufgezeigt werden, wie man mit der Zentrifuge nach dem Hauptpatent - insbesondere mit zusätzlichen Maßnahmen bzw. Einrichtungen - diese schwierigen Suspensionen erfolgreich und optimal behandeln kann.

Eine erste Gruppe von schwierig zu dekantierenden Suspensionen besteht in solchen, deren Feststoffe bereits in einem hier in Frage kommenden Bereich von Wärme- und/oder mechaniücher Belastung dazu neigen, ihren Aggregatzustand wieder hin zum flüssigen zu ändern oder sich zu größeren Einheiten zu verfestigen, beides Erscheinungen, die zur Aufrechterhai-} tung des Zentrifugenbetriebes bzw. nachgeschalteter Arbeits- ; gänge unbedingt vermieden werden müssen. '

Als Beispiel für solche Suspensionen, deren Feststoffe unter den vorerwähnten Belastungen zum Erweichen neigen, wird die Gewinnung von thermoplastischem Kunststoff, insbesondere von Polyvinilchlorid im folgenden näher dargelegt: Die Kunststoff partikel sind als ausgefällte Produkte in einer Lösung vorhanden, die als Suspension der Zentrifuge für die Abtren- j nung der Kunststoffpartikel als Feststoff zugeführt werden. Dieser Trennvorgang bestimmt zunächst die Trommeldrehzahl als insoweit konstante Größe. Über die Trommeldrehzahl muß unter Berücksichtigung des spezifischen Gewichtsverhältnisses zwischen Feststoff und Lösung die erforderliche Zentrifugalkrafί zur Verfügung gestellt werden. Um einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen und einen guten Trocknungsgrad zu erreichen, ist man bestrebt, relativ viel Feststoff in den Fördergängen der Schnecke anzusammeln, und zwar in dem Bereich, in welchem der Feststoff aus dem Teich im Trennraum der Zentri-

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fuge herausgeführt wird. Bei einer angestrebten optimalen Ansammlung von Feststoff erreicht man, daß dieser in Richtung der Förderbewegung relativ früh aus dem Teich herausragt, die sich an den Teich anschließende Trockenstrecke bis zum Auswurf kann dann ausreichend sein, um eine Entwässerung des Feststoffes je nach Produkt z.B. auf etwa 10 % Restfeuchte oder weniger hochzutreiben.

Die Größenordnung der Feststoffansammlung ist eine Funktion I der Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel und ι hängt im übrigen von der Konsistenz der eingegebenen Suspension ab, die Schwankungen unterworfen ist.

Die Beaufschlagung des Feststoffes hin zum Plastifizieren durch den Druck ist gegeben einmal von Seiten der Trommeldrehzahl und zum anderen von Seiten des Füllungsgrades. Die Trommeldrehzahl liefert die Zentrifugalkraftkomponente, der Füllungsgrad bestimmt die Druckbeanspruchung durch die Schnecke. Überschreitet der sich in den Fördergängen der Schnecke ansammelnde Feststoff aufgrund der nicht kontinuier-j liehen Arbeitsverhältnisse ein bestimmtes Volumen, so kann j aufgrund begrenzter Förderleistung der Schnecke die Ansamm- j

ι lung so hoch anwachsen, daß der Feststoff immer weniger j Platz in den Fördergängen findet, wodurch sich der Druck von einem bestimmten Füllungsgrad ab schlagartig erhöht. DieH se Erscheinung führte bislang zum Plastifizieren des Kunststoffes und damit zum Ausfall der Maschine sowie zu Störungen der weiterverarbeitenden Einrichtungen, soweit diesen plastifizierter Kunststoff zugeführt wird. Da die Belastung des Feststoffes von der Schneckennabe aus gesehen bis hin zur Trommelinnenwand ansteigt, findet an letzterer das j Plastifizieren statt. j

Neben der Druckbelastung ist die Temperatur eine Einflußgröße für das Plastifizieren des Feststoffes aus thermo- I

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plastischem Kunststoff. Die Temperatur setzt sich zusammen aus der normalen Betriebstemperatur bzw. Umgebungstemperatur innerhalb der Zentrifuge und aus einer von einer Reibleistung herrührenden Temperaturkomponente. Diese Reibleistung ist eine Funktion des Füllungsdruckes und der Reibgeschwindigkeit der Schnecke.

Die Reibgeschwindigkeit der Schnecke ist proportional abhängig von der Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel. Wird die Differenzdrehzahl erhöht, so erhöht sich die Reibgeschwindkeit und damit einer der Faktoren der Reibleistung. Eine Erhöhung der Differenzdrehzahl würde hier also zunächst zu einer erhöhten Temperaturbelastung des Kunststoffes führen.

Der Füllungsdruck ist andererseits abhängig von der Trommeldrehzahl und dem Füllungsgrad, es handelt sich hier insoweit um die gleiche EinflußgröBe, die unter dem Begriff "Druck " weiter oben bereits angesprochen wurde. Unter der Annahme, daß die Trommeldrehzahl bei einer bestimmten Suspension konstant auf einen geeigneten Wert eingestellt wird und unabhängig von Schwankungen des Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches konstant bleibt, muß der Füllungsgrad geändert werden. Der Füllungsgrad ist eine Funktion des Verhältnisses zwischen den benötigten Fördervolumen und dem tatsächlichen Fördervolumen. Das benötigte Fördervolumen ist dasjenige, bei dessen Überschreiten die Plastifizierung eintritt, weil die Kunststoffansammlung in den Fördergängen der Schnecke zu groB wird. Das ist wiederum der bereits vorstehend angesprochene Zeitpunkt eines plötzlichen Anstieges des Druckes. Das benötigte Fördervolumen hängt ab von der Art des Feststoffes, dem Trenn grad und der pro Zeiteinheit zu verarbeitenden Feststoffmenge Das tatsächliche Fördervolumen ist proportional zur Differenz drehzahl und muß oberhalb des benötigten Fördervolumens gehalten werden. Fällt das tatsächliche Fördervolumen gegen das

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benötigte Fördervolumen hin ab, so tritt die Erscheinung der Überfüllung der Förd&rgänge mit Feststoff auf, damit ergibt sich die Gefahr des Plastifizierens.

Diese Darlegung der verschiedenen Einflüsse und der damit verbundenen Plastifizierungsgefahr machen deutlich, daß mit der bisherigen konstanten oder von Hand nachregelbaren Differenzdrehzahl ein optimaler Betrieb nicht möglich war. Es mußten hier Sicherheiten hinsichtlich des Fördervolumens berücksichtigt werden, die dazu führten, daß der Füllungsgrad in der Maschine weit unter dem Optimalen lag, was ihren Niederschlag in einer entsprechend schlechten Trennleistung fand.

Dem wird erfindungsgemäß abgeholfen durch die Verwendung der eingangs genannten Vollmantel-Schneckenzentrifugen nach Patent ... [Anspruch 1 der Patentanmeldung P 25 25 2BG.B) zur Trennung von Suspensionen mit unterTemperatur- und/oder Druckbeaufschlagung zum Erweichen neigenden Feststoffen, insbesondere von in einer Lösung durch Ausfällen oder dergleichen enthaltenen thermoplastischen Kunststoffpartikeln, von der Flüssigkeit, nach Maßgabe einer optimalen Feststoffansammlung in den Fördergängen der Schnecke im Bereich des Aushubes des Feststoffes aus dem Teich im Trennraum der Zentrifuge, durch welches Optimum der Feststoffansammlung die Sollgröße bestimmt ist, die einer Regelung im Sinne ansteigender Differenzdrehzahl bei über die Sollgröße anwachsender Feststoffansammlung zugrunde liegt.

Die im Rahmen des Hauptpatentes geschilderte Möglichkeit der stufenlosen Änderung der Differenzdrehzahl in Abhängigkeit beispielsweise vom Schneckendrehmoment läßt es zu, die Belastbarkeit des Feststoffes bis zur zulässigen Grenze durch feinfühliges Abtasten auszunutzen und daher optimale Trennungsergebnisse bzw. einen hohen Trocknungsgrad des Feststoffes zu erzielen.

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Nähert man sich nämlich hinsichtlich der Feststoffansammlung dem Punkt der Überfüllungj bei dem der auf den Feststoff ausgeübte Druck schlagartig anwächst, so wird durch entsprechendes Abtasten des Betriebsdruckes in den Fördergängen bzw. des Drehmomentes der Schnecke das tatsächliche Fördervolumen durch Erhöhen der Differenzdrehzahl gesteigert, so daß durch erhöhte Abförderung von Feststoff die Feststoffansammlung in dem Förderschneckenraum verringert wird. Dadurch sinkt der Füllungsdruck, was einer entsprechenden Verringerung der Temperaturbelastung gleichkommt.

Zieht man die Gesamtbilanz der Einflüsse, so stellt man fest, daß die Erhöhung der Reibgeschwindigkeit durch die Zunahme der Differenzdrehzahl zum Zwecke der Erhöhung des tatsächlichen Fördervolumens hinsichtlich der Gesamtbelastung des Feststoffes auf das Plastifizieren zu nicht so stark ins Gewicht fällt wie die Reduzierung des Füllungsdruckes. Dies kann man sich vergröbert auch dadurch klar machen, daß bei vollständigem Ausfüllen der Fördergänge mit Feststoff dessen Reibbelastung nicht mehr überwiegend von der Differenzdrehzahlj abhängt, sondern ausschlaggebend von dem sich schlagartig er- ]

höhenden Druck in den restlos gefüllten Wänden. ■

Durch den vorbeschriebenen Einsatz der Zentrifuge nach dem I Hauptpatent bei entsprechender Bestimmung des Sollwertes gelingt es, die Feststoffansammlung in den Fördergängen der Schnecke bei schwankender Konsistenz der eingegebenen Suspension auf einem optimalen Wert zu halten, der es gestattet, einen verhältnismäßig sehr trockenen Feststoff zu erhalten, ohne daß die Gefahr des Plastifizierens des Feststoffes besteht.

Wie vorstehend bemerkt, hat auch die Trommeldrehzahl eine Belastung des Feststoffes zur Folge,diese Belastung ist allerdings durch die für das Trennen erforderliche Fliehkraft praktisch unumgänglich und auch beherrschbar. Es wäre aller-

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dings denkbar, bei drohender Überfüllung der Fördergänge der Schnecke die Trommeldrehzahl zu verringern, wodurch die Fliehkraftbelastung des Feststoffes entsprechend herabgesetzt würde. Der Feststoff würde sich dann leichter austragen lassen, da für seine Bewegung in Förderrichtung weniger Energie erforderlich ist. Ansonsten würde sich aber die Belastungskurve des Feststoffes nur insgesamt nach unten verschieben lassen, insbesondere wäre durch eine starke Reduzierung der Trommeldrehzahl der Förderbetrieb gestört, man könnte genötigt sein, den Suspensionseinlauf zu drosseln.

In bevorzugter Ausführung ist aber der als Hydraulikmotor ausgebildete Trommelantrieb in die Regelung im Sinne einer Trommeldrehzahlminderung bei über die Sollgröße anwachsender Feststoffansammlung einbezogen. Dies hat den Vorteil, daß die Regelung insgesamt noch feinfühliger durchgeführt bzw. plötzlichen und stärkeren Feststoffansammlungen schneller begegnet werden kann. Es kann also durchaus bei schneller Annäherung an den kritischen Punkt der Überfüllung sowohl die Differenzdrehzahl der Schnecke erhöht als auch die Trommeldrehzahl herabgesetzt werden. Hierzu ist die Ausbildung des Trommelantriebsaggregates als Hydraulikmotor einmal deshalb von Bedeutung, als man die gleichen Regeleinrichtungen mit | für die Steuerung des Trommelantriebes verwenden kann, zum ; anderen läßt sich der Hydraulikmotor ohne Schwierigkeiten so betreiben, daß er bei Antrieb durch die Trommel als Pumpe arbeitet. Diese Pumpe kann gegen einen Widerstand arbeiten,so daß auf die Trommel ein Bremsmament ausgeübt wird, was zur entsprechend schnelleren Verringerung der Trommeldrehzahl führt.

Bei einer anderen Art von Suspensionen verhalten sich die Feststoffe rheopex, d.h. sie verfestigen sich durch mechanische Beanspruchung in zunehmendem Umfange. Ein Beispiel für einen solchen Stoff, der durch Dekantieren gewonnen wird,

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ist Stärke.

Bei der Verarbeitung von Stärke tritt eine Verfestigung dann auf, wenn die Förderbewegung zu heftig wird. Um einer Verstopfung durch eine solche Verfestigung vorzubeugen und die Trennmöglichkeit aufrechtzuerhalten, muß man in einem solchen Fall die Austragbewegung reduzieren, was bei starrer Differenzdrehzahl nur durch Abschalten der Maschine und bei Handregelung nur ungenügend schnell vorgenommen werden kann, so daß die Behandlung von Stärke mit herkömmlichen Zentrifugen zu erheblichen Schwierigkeiten bzw. zu unwirtschaftlicher Arbeitsweise führt, weil von vornherein die Fördergeschwindigkeit gering gehalten werden muß, was zu einem reduzierten Durchsatz führt.

Dem wird erfindungsgemäß begegnet durch die Verwendung der Zentrifuge nach Patent ... (Anspruch 1 der Patentanmeldung P 25 25 2BO.B) zur Trennung von Suspensionen mit unter Belastungen durch die Förderbewegung zum Verfestigen neigenden Feststoffen, insbesondere Stärke, nach Maßgabe einer höchstzulässigen Grenzbeanspruchung bzw. Verfestigungsgrenze des Feststoffes, durch welchen Grenzwert die Sollgröße bestimmt ist, die einer Regelung im Sinne abfallender Differenzdrehzahl bei über den Grenzwert ansteigenden Belastungen bzw. Ver· festigungen zugrundeliegt.

Die Verfestigung des Feststoffes, der ähnlich wie im vorgeschilderten Fall nicht in konstanter Menge pro Zeiteinheit anfällt, wird als Istwert laufend überwacht, beispielsweise durch entsprechendes Abtasten des Schneckendrehmomentes. Hier wird bei Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes der Verfestigung bzw. als Meßwert beispielsweise des Schneckendrehmomentes die Differenzdrehzahl im Gegensatz zum vorigen Beispiel herabgesetzt, so daß die Belastung des Feststoffes durch die Förderbewegung verringert wird. Aufgrund der Überwachung

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des Feststoffzustandes und der entsprechenden Reaktion im Hinblick auf die Differenzdrehzahl kann man auch hier optimale Betriebsverhältnisse mit Hilfe der im Patent . . . [Patentanmeldung P 25 25 280.6) beschriebenen Zentrifuge erreichen.

Auch für diesen Fall gilt, daß die Belastung des Feststoffes von der Trommeldrehzahl abhängt, 3e geringer die Zentrifugalkräfte sind, die auf den auszutragenden Feststoff einwirken, umso geringer ist die dafür benötigte Austragleistung, was sich in einer geringeren Belastung des Feststoffes auswirkt.

In bevorzugter Ausführung wird demnach auch hier derart vorgegangen, daß das als Hydraulikmotor ausgebildete Antriebsaggregat in die Regelung im Sinne einer Trommeldrehzahlminderung bei über die Sollgröße anwachsender Belastung bzw. Verfestigung des Feststoffes einbezogen ist.

Nähert sich die Verfestigung des Feststoffes einem Grenzwertj, so kann man nunmehr zum einen die Trommeldrehzahl herabsetzen; vermindert man auch die Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel, so erhält man eine drastische Verringerung der Feststoffbelastung,

3b-nach Größenordnung der Drehzahländerung kann es erforderlich sein, den Suspensionszulauf zu drosseln, um dem verringerten Feststoffaustrag der Zentrifuge Rechnung zu tragen.

Es gibt darüberhinaus Suspensionen, die sich deshalb schwer behandeln lassen, weil der auszutragende Feststoff hinsichtlich seiner Beschaffenheit die Neigung hat, an den Wendeln der Förderschnecke beim Ausheben aus dem Teich in diesen zurückzurutschen. Als Beispiel hierfür wird besonders auf den j sogenannten Belebtschlamm verwiesen. Man hat sich bisher ! dadurch geholfen, daß man die Fördergeschwindigkeit höher

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gewählt hat als die Rückflußgeschwindigkeit des Feststoffes. Die nachteilige Folge davon ist, daß der Feststoff durch nur kurze Verweilzeit im Trennraum und der Trockenstrecke relativ naß ausgetragen wird. Die sogenannte Packungsdichte ist so gering, daß dieser Belebtschlamm in Deponien nicht abgelagert werden kann.

Dem wird erfindungsgemäß begegnet durch die Verwendung der eingangs genannten Zentrifuge zur Trennung von Suspensionen mit Feststoff starker Wasserbindung, geringen Wichteunterschiedes zur Flüssigkeit oder dergleichen, insbesondere Belebtschlamm und durch Ausbildung auch des Antriebsaggregates als in eine Regelung und/oder eine Steuerung einbezogener Hydraulikmotor.

Eine entsprechend ausgerüstete Zentrifuge eigne t sich insbesondere für solche Feststoffe, deren Beschaffenheit hinsichtlich der Rückfließeigenschaft an den Wendeln der Förderschnecke sich ändert. Dies äußerst sich in einer entsprechenden unterschiedlichen Belastung der Schnecke, eine von daher abgeleitete Istgröße kann daher zur Steuerung der Trommeldrehzahl derart verwendet werden, daß diese auf einen j Wert eingestellt wird, der das Zurückfließen des Feststoffes ! möglichst verhindert. j

i 3e nach zu trennender Suspension können sich allerdings Schwie rigkeiten dadurch ergeben, daß die dann sich einstellende Trommeldrehzahl nicht mehr ausreicht, um eine genügende Fliehkraft auf den Feststoff auszuüben, damit dieser möglichst vollständig zur Innenwand der Trommel hin sedimentierti In bevorzugter Ausführung wird daher derart vorgegangen, daß die Re^ .lung bzw. Steuerung den Trommelantrieb und insbesondere auch den Schneckenantrieb intervallmäßig derart beeinflußt, daß auf eine Intervallphase hoher Trommeldrehzahl und gegebenenfalls verringerter Differenzdrehzahl zwischen Trommel und Schnecke für die Sedimentation eine Intervallphase

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verringerter Trommeldrehzahl und gegebenenfalls erhöhter Differenzdrehzahl für das Austragen des abgesetzten Feststoffes folgt und umgekehrt. Ein solches Vorgehen hat den Vorteil, daß man mit hohen Trommeldrehzahlen eine gute Sedimentation herbeiführen kann, während dieser Phase braucht auf den Austrag keine Rücksicht genommen zu werden. Sobald sich genügend Feststoff angesammelt hat, wird dann eine Phase verringerter Trommeldrehzahl nachgeschaltet, in welcher der sedimentierte Feststoff ausgetragen wird, und zwar mehr oder weniger ohne Zurückrutschen des Feststoffes, weil die auf den Feststoff wirkende Zentrifugalkraft bei der verringerten Trommeldrehzahl entsprechend herabgesetzt ist. Auf diese Weise lassen sich ansonsten schwer sedimentierende und aus dem Teich zu fördernde Feststoffe unter hoher Zentrifugalkraft kompakt an dem Trommelmantel absetzen und dann bei herabgesetzter Zentrifugalkraft mit annähernd beliebiger Geschwindigkeit aus dem Teich heraus und' über die Trockenstrecke fördern. Die jeweils zu wählenden Betriebsbedingungen hängen davon ab, wie die Konsistenz der jeweiligen Suspension beschaffen ist. Es ist durchaus möglich, in dieser intermittierenden Arbeitsweise oder in diesem Chargenbetrieb den Suspensionszulauf kontinuierlich (konstant) aufrechtzuerhaltenj es kann aber auch derart vorgegangen werden, daß auch der Zufluß der Suspension entsprechend angepaßt variiert wird.

Es ist grundsätzlich möglich, den intermittierenden Betrieb lediglich zu steuern, also nach einem fest vorhergegebenen Zeitrhythmus durchzuführen. Im Sinne eines selbsttätig ablaufenden Betriebs vor dem Hintergrund größter Wirtschaftlichkeit wird man jedoch bevorzugt derart vorgehen, daß die Trommeldrehzahl nach Naßgabe der in der Trommel vorhandenen Bedingungen geregelt wirdi ist beispielsweise eine genügende Feststoffmenge vorhanden, so äußerst sich dies in einem erhöhten, der Schnecke abverlangten Drehmoment, Dieser sich

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im Betrieb einstellende Zustand kann als Steuergröße für die Trommeldrehzahl verwendet werden, wenn er einen vorgegebenen Sollwert erreicht. In diesem Regelkreis kann eine unterschied liehe Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel mit einbezogen werden, beispielsweise dergestalt, daß die Schnekke bei hoher Trommeldrehzahl relativ langsam zur Trommel umläuft und danach in einer Phase verminderter Trommeldrehzahl ansteigt. Als Istgröße kann auch die Größenordnung der ablaufenden Flüssigkeit dienen, soweit diese durch unterschiedliche Feststoffansammlungen im Trennraum beeinflußt wird. Da der Antrieb der Schnecke an der Trommel abgestützt ist, besteht eine einfache Möglichkeit der Gewinnung der Istgröße darin, das Drehmoment der Trommel zu messen, und zwar durch Abfühlen der Druckleitung des Antriebsölmotors der Trommel. Das Trommeldrehmoment ist proportional der Durchsatzmenge an Suspension. Arbeitet man beispielsweise mit einem Feststoff, der der Schnecke nur wenig Widerstand entgegensetzt, so kann der Unterschied des Schneckendrehmomentes in Abhängigkeit von der Menge des Feststoffes zu gering sein, um eine Meßgröße und ein daraus abzuleitendes Istsignal zu gewinnen.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung wiedergegebe- j nen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: j

Fig· 1 eine schematische Wiedergabe des Ausführungsbeispielesj

Fig, 2 eine schematische Teildarstellung der Zentrifuge zur Verdeutlichung der Abhängigkeit des auf den an der Innenwand der Trommel anliegenden Feststoff wirkenden Druckes in Abhängigkeit vom Radius des Trommelinnenraumes j

3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Druckes vom Füllungsgrad wiedergibt.

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Das Ausführungsbeispiel zeigt einen üblichen Dekanter, bei welchem ein einziger Antriebsmotor 1 indirekt dem Antrieb sowohl der Trommel 2 als auch der Schnecke 3 dient. Die Schnecke 3 ist innerhalb der Trommel 2 in bekannter Weise gelagert, die Schnecke läuft gegenüber der Trommel mit einer gewissen Differenzdrehzahl vor oder nach. Bislang wurde diese Differenzdrehzahl insbesondere durch starre Umlaufgetriebe fest vorgegeben.

Bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist die Schnekke 3 über einen Hydraulikmotor 4 getrieblich mit der Trommel 2 verbunden. Der Hydraulikmotor wird hinsichtlich seines Gehäuses oder Stators durch die Trommel 2 mitgenommen, da diese Teile fest aneinander angekuppelt sind. Der Rotor des Hydraulikmotors bewegt sich relativ zum Stator oder Gehäuse in Abhängigkeit von der Menge an Druckmedium, das ihm über die Druckleitung 5 zugeführt wird. Die Zuführung geschieht durch eine sogenannte Drehdurchführung 6, die in an sich bekannter Weise, vorzugsweise aber wie in den Schweizer, Patentschriften 526 0B1 bzw. 545 933 geschildert, ausgebil- · det ist. Diese Drehdurchführung stellt sicher, daß ohne j größere Leckverluste die Druckflüssigkeit aus der ortsfesten j Druckleitung 5 in den Hydraulikmotor 4 hinein und aus diesem { wieder abfließen kann. j

Je mehr Druckmedium dem Hydraulikmotor 4 über die Druckleitung 5, in der sich ein Filter 7 befindet, und die Drehdurchführung 6 zugeführt wird, umso größer ist die Differenzdrehzahl, mit der die Schnecke gegenüber der Trommel umläuft. Ver langt die Schnecke aufgrund einer wie auch immer verursachten größeren Belastung ein größeres Antriebsdrehmoment, um diese Differenzdrehzahl aufrechtzuerhalten, so erhöht sich der Druck in der Leitung 5. Dieser Druckanstieg wird in den Ist-Soll-Wert-Vergleicher 8 aufgenommen und ausgewertet, so-

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bald dieser Istdruck eine Federspannung übersteigt, die dem eingestellten Sollwert entspricht. In diesem Falle wird über eine Meldeleitung, beispielsweise eine elektrische Leitung, ein Wegeventil 9 derart geschaltet, daß die von einer Zusatzpumpe 1G geförderte Flüssigkeitsmenge, die bei nicht vorhandenem Steuersignal drucklos abgeleitet wird, in die Druckleitung 5 gelangt. In der Druckleitung 5 vereinigen sich demnach im Falle eines Istdruckes größer als der Solldruck die geförderten Druckmediummengen der Zusatzpuinpe 10 und der Hauptpumpe 11, die im Falle des Normalbetriebes, d. h. Istwert kleiner gleich Sollwert, die Druckmittelströmung in der Druckleitung 5 zum Hydraulikmotor 4 alleine bewerkstelligt. Um diese Druckmittelförderung in der Leitung 5 und damit die Differenzdrehzahl zwischen der Trommel 2 und der Schnecke 3 einstellen zu können, ist die Hauptpumpe 11 entsprechend regelbar ausgebildet. Es wäre ohne weiteres denkbar, die Hauptpumpe 11 starr auszubilden und durch eine entsprechende Beipaßschaltung den Druck bzw, die Strömungsmenge in der Druckleitung 5 zu regeln. Eine solche Beipaßschaltung kann ähnlich derjenigen ausgebildet sein, wie sie im Rahmen der Zusatzpumpe 10 geschildert wurde, Es ergibt sich hier aber auch die bevorzugte Möglichkeit einer stufenlosen Regelung. Selbstverständlich läßt sich auch anstelle des Wegeventils im Förderkreis der Pumpe 10 eine feinstufigere oder stufenlose Regelung denken. Im übrigen kann man anstelle nur einer Zusatzpumpe mehrere solcher Zusatzpumpen vorsehen, die je nach Größe des Steuersignalss nacheinander zu- bzw. abgeschaltet werden.

Die Pumpeneinrichtung für die Speisung des Hydraulikmotors 4 für den Schneckenantrieb - hier als regelbare Hauptpumpe 11 und Zusatzpuirrpe 10 ausgebildet - wird im vorliegenden Beispiel vom gleichen Antriebsmotor 1 angetrieben, der auch den Antrieb der Trommel 2 speist, wie noch geschildert werden wird. Ein derartiger zentraler Antrieb ist allerdings kein Erfordernis.

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Im linken Teil der Zeichnung ist schematisch die Zuführung des zu trennenden Gutes gezeigt, es handelt sich dabei um eine Zuführpumpe 12, die von einem Motor 13 angetrieben wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind irgendwelche Beeinflussungen des Regelkreises von der Einlaufseite her nicht vorgesehen; es wäre natürlich denkbar, dies als Kriterium für ein Abschalten "der Anlage zu nehmen. Wichtiger ist der Hinweis, daß eine Änderung der Menge und/oder Konsistenz der Suspension den Sollwert beeinflußt.

Im Rahmen der Druckfühler 14 und 15 sind Sicherheitsmaßnahmen eingebaut, die imFalle des Druckfühlers 14 ab Übersteigen eines gewissen Druckes die Zufuhr des zu trennenden Gutes unterbricht, indem der Motor 13 durch einen von dem Druckfühler 14 gesteuerten Kontakt 16 abgeschaltet wird. Der Druckfühler 15 dient als Sicherheitsschalter, beispielsweise bei plötzlicher Blockierung der Schnecke gegenüber der Trommel mit der Folge eines entsprechend plötzlichen Druckanstieges in der Leitung 5. In diesem Falle wird mit Hilfe des von dem Druckfühler 15 gesteuerten Schalters 17 j der Antriebsmotor 1 außer Betrieb gesetzt. Eine weitere Si- j cherheitsmaßnahme ist im Rahmen eines Druckbegrenzungsventil 18 vorhanden, das an die Leitung 5 angeschlossen ist. · j

Der Antriebsmotor 1 treibt eine weitere Pumpe 19 ,.n, die in ! gleicher Weise regelbar ausgeführt ist wie die Pumpe 11. \ Diese Pumpe 19 speist über ein Filter 20 einen weiteren Hy- j draulikmotor 21, dessen mechanischer Abtriebsteil über einen Keilriementrieb die Trommel 2 antreibt.

Eine Steuerung der Drehzahl des Hydraulikmotors 21 für den Antrieb der Trommel 2 kann auf vielerlei Weise erfolgen. So kann beispielsweise die Pumpe 19 hinsichtlich ihrer Förderleistung verstellt werdenj es kann in die Leitung zwischen der Pumpe 19 und dem Hydraulikmotor 21 eine Drosseleinrichtung vorgesehen werden. Nimmt man an, daß ein nach-

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zuregelnder Istwert wiederum durch Abtasten des Druckes in der Speiseleitung für den Hydraulikmotor 4 der Schnecke ermittelt wird, ähnlich also dem Ist-Soll-Wert-Vergleicher B, so läßt sich in entsprechender Weise wie das Wegeventil 9 für die Zusatzpumpe 10 eine Beeinflussung der Förderleistung der Pumpe 19, eine Verstellung einer zwischen dieser und dem Hydraulikmotor 21 für die Trommel 2 eingeschaltete Drosseleinrichtung oder dergleichen erreichen. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, eine die Drehzahl des Hydraulikmotors 21 für die Trommel 2 beeinflussende Drosseleinrichtung in die Rückleitung dieses Motors 21 zum Sammelbehälter für die Hydraulikflüssigkeit einschalten.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt allerdings eine weitere Nutzung des Hydraulikmotors 21 für die Trommel 2, die ein Einschalten eines Drosselorgans in die Rückleitung des Motors 21 nicht ohne weiteres erlaubt. Der Hydraulikmotor 21 soll nämlich bestimmungsgemäß bei Antrieb durch die Trommel, also bei Drosselung oder Unterbindung der Hydraulikmittelzufuhr durch die Pumpe 19, selbst als Pumpe ar- ! beiten. Für diesen Fall wird in die Rückleitung zwischen dem j Hydraulikmotor 21 und dem Sammelbehälter eine Drossel- bzw. j Schalteinrichtung 22 eingeschaltet, die es erlaubt, daß die Pumpe gegen einen gegebenenfalls einstellbaren Widerstand anarbeiten muß.

Arbeitet der als Pumpe von der Trommel 2 angetriebene Hydraulikmotor 21 gegen einen Drosselwiderstand 22 an, so kann man dadurch erreichen, daß auf die Trommel 2 von dem als Pumpe arbeitenden Hydraulikmotor 21 ein Bremsmoment ausgeübt wird. Dies unterstützt die rasche Wirkung der Regelung der Trommeldrehzahl, soweit eine solche beabsichtigt ist, im übrigen hat ein solches Abbremsen den Vorteil, daß der Trennraum der Zentrifuge bei Außerbetriebsetzen völlig geleert werden kann. Der mit der Trommel umlaufende Teich läuft nämlich bei Abbremsen der Trommel aufgrund seiner Massenträg-

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heit entlang der Gänge der Förderschnecke und gelangt je nach Steigungsrichtung der Trommel zum Feststoffaustrag oder zum anderen Ende der Trommel, an dem sich bei Gegenstromzentrifugen der Flüssigkeitsablauf befindet. Eine solche Restentleerung ist insbesondere bei solchen Stoffen von erheblicher Bedeutung, die dazu neigen, sich bei Stillstand zu verfestigen, abzubinden oder dergleichen, und die damit die Beweglichkeit zwischen der Trommel und der Schnecke beeinträchtigen oder unterbinden.

Im vorliegenden Beispiel wird die Pumpenwirkung des von der Trommel 2 angetriebenen Hydraulikmotors 21 dazu ausgenutzt, der Drehdurchführung 6 Notlaufeigenschaften zu verleihen. Fällt nämlich aufgrund eines Fehlers die Druckversorgung für den Hydraulikmotor 4 der Schnecke aus, so kann die fehlende Druckmittelzufuhr zu einer Zerstörung der Drehdurchführung 6 führenj dies insbesondere dann, wenn die Trommel 2 relativ langsam, d. h. ungebremst, ausläuft. Um sicherzustellen, daB die Drehdurchführung 6 in jedem Falle geschmiert wird, solange sich die Trommel 2 dreht, ist der Pumpenausgang des Hydraulikmotors 21 über ein Rückschlagventil 23 mit der Leitung 5 zwischen der Pumpe 11 und der Drehdurchführung B verbunden. Wird nun die Leitung 5 aus welchem Grunde auch immer drucklos, so kann man dafür sorgen, daB die Leitung 5 über das Rückschlagventil 23 gespeist wird, sobald mit Hilfe der Schalteinrichtung 22 die Rückleitung zwischen dem Ausgang des Motors 21 und dem Sammelbehälter gesperrt wird. Die Schalteinrichtung 22 kann entsprechend gesteuert werden, beispielsweise durch eine an die Leitung 5 angeschlossene Drucküberwachungseinrichtung, wie sie bei 14 und 15 wiedergegeben ist.

Um einerseits sicherzustellen, daB der bei Antrieb durch die Trommel 2 als Pumpe arbeitende Motor 21 Druckmittelflüssigkeit ansaugen kann, ist die Pumpe 19 durch ein entsprechen-

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des Einwegventil 24 überbrückt. Weiterhin ist dafür Sorge getragen, daß eine Speisung der Leitung 5 über das Rückschlagventil 23 nicht durch eine beispielsweise defekte Pumpe 11 wieder derart abfließen kann, daß sie nicht der Schmierung dBr Drehdurchführung 6 zugute kommt. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Einspeisepunkt über das Rückschlagventil 23 und den Ausgang der Pumpe 11 ein weiteres Einwegventil 25 eingeschaltet.

Die Arbeitsweise des Regelkreises für den Hydraulikmotor 4 der Schnecke 3 wurde bereits angesprochen) bei Verringerung der Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel aufgrund höherer mechanischer Belastung der Schnecke steigt der Druck in der Leitung an, was zu einer zusätzlichen Druckflüssigkeitsförderung in die Druckleitung 5 durch die Zusatzpumpe 10 führt. Wird aufgrund dieser zusätzlichen Flüssigkeitsmenge die Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel wieder erhöht, so verringert sich der Druck in der Leitung 5 entsprechend, worauf der Ist-Wert-Soll-Wert-Vergleicher B das Steuersignal zu dem Wegeventil unterbricht, so daß das Wegeventil in seine gezeichnete Leerlaufstellung zurückgeht. Die Zusatzpumpe 10 fördert also leer, sie trägt an der Flüssigkeitsmenge in der Druckleitung 5 nichts bei.

Will man mit der Zunahme der Differenzdrehzahl zugleich eine Abnahme der Trommeldrehzahl verbinden, so kann man das Ausgangssignal des Ist-Wert-Soll-Wert-Vergleichers B der Einstelleinrichtung der Pumpe 19 zuführen, so daß deren Fördermenge abnimmt. Dier Butrieb entspräche demjenigen für die Behandlung von schwer sedimentierbaren Stoffen wie Belebtschlamm und auch der Behandlung von Suspensionen mit thermoplastischen Kunststoffen, wenn man hierfür zugleich eine Änderung der Trommeldrehzahl vorsehen will. Verarbeitet man dagegen Suspensionen mit rheopexen Feststoffen, so soll es möglich sein, mit abnehmender Differt-nzdrehzahl zugleich auch

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die Trommeldrehzahl zu senken. In einem solchen Fall muß von dem Istwert-Sollwert-Vergleicher sowohl ein Signal an die Einstelleinrichtung der Pumpe 11 als auch ein Signal an die Einstelleinrichtung der Pumpe 19 in dem Sinne gegeben werden, daB deren Förderleistung zurückgenommen wird. Darüberhinaus kann - wie bereits geschildert - die Trommel 2 dadurch abgebremst werden, daß der Hydraulikmotor 21, nunmehr insoweit durch die Trommel 2 angetrieben, gegen einen Widerstand anarbeitet.

Eine reizvolle Variante ergibt sich noch dadurch, daß man die Verbindung zwischen dem Ausgang des Motors 21 und der Zuführleitung 5 zum Hydraulikmotor 4 über das Rückschlagventil 23 dazu ausnutzt, durch die Pumpwirkung des Hydraulikmotors 21 bei Abbremsen der Trommel 2 das Druckmittelvolumen in der Leitung 5 des Hydraulikmotors 4 zu erhöhen. Man erhöht also die Differenzdrehzahl bei abnehmender Trommeldrehzahl durch Unterstützen der Leistung der Zusatzpumpe 1ü, auf die man unter Umständen dann auch verzichten kann. Ein solcher Betrieb kommt insbesondere für die Behandlung von Belebtschlamm-Suspensionen in Betracht.

Wenn im vorliegenden Falle die Rückführleitungen jeweils als in einem Sammelbehälter mündend dargestellt sind, so erfaßt dies selbstverständlich auch die Möglichkeit des insoweit geschlossenen Kreislaufs des Druckmediums.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen schematisch wiedergegebenen Ausschnitt aus dem Innenraum der Trommel 2 und der Schnecke 3. In diesen Raum ist eine Kurve eingezeichnet, die erkennen läßt, daß der Druck in Abhängigkeit von dem Trommelinnenraumradius r zur Trommelinnenwand hin anwächst unc dort den Wert P_R annimmt. Übersteigt dieser auf den Feststoff ausgeübte Druck an der Trommelinnenwand einen Höchstwert Pmax, dann tritt die Plastifizierung des an der Trommelinnenwand vorhandenen thermoplastischen Feststoffes ein.

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Das Diagramm gemäß Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit des Druckes Pn von dem Füllungsgrad, d. h. der Füllung der Schneckenfördergänge mit Feststoff im Bereich des Übertrittes aus dem Teich zum Feststoffaustrag. Man erkennt an dem Kurvenverlauf daß dieser von einem bestimmten kritischen Punkt an steil nach oben abknickt. Dieser Knick bezeichnet die völlige Füllung der Schneckenförderwendel, durch zusätzlich angeforderten Feststoff steigt die Druckbelastung stark an, und man gerät sehr schnell in den Plastifizierungsbereich. Der Regelbereich liegt kurz unterhalb des kritischen Betriebspunktes, weil man bestrebt ist, die Förderschneckenwendel tatsächlich bis zur Schneckennabe hin anzufüllen.

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Claims (5)

255178α Dipl.-Ing. Heinz Lessei Dip! in(j · mo Flügel. Patentanwälte ι λ uU.ia n«ri 81 ANSPRÜCHE

1. Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit gegenüber dem Mantelteil mit Differenzdrehzahl umlaufenden Schneckenteil, von welchen Teilen eines an ein beliebiges Antriebsaggregat angeschlossen ist und mit dem anderen Teil über einen Hydraulikmotor in Verbindung steht, dessen Druckmittelzufuhr nach Menge und/oder Druck mittels einer Differenzdrehzahl und/oder Drehmoment-Regeleinrichtung bestimmt ist, entsprechend Patent .... (Anspruch 1 der Patentanmeldung P 25 25 280.6), gekennzeichnet durch die Verwendung zur Trennung von Suspensionen mit unter Temperatur- und/oder Druckbeaufschlagung zum Erweichen neigenden Feststoffen, insbesondere von in einer Lösung durch Ausfällen oder dergleichen enthaltenen thermoplastischen Kunststoffpartikeln von der Flüssigkeit, nach Maßgabe einer optimalen Feststoffansammlung in den Fördergängen der Schnecke C3) im Bereich des Aushubes des j Feststoffes aus dem Teich im Trennraum der Zentrifuge, j durch welches Optimum der Feststoffansammlung die Sollgröße bestimmt ist, die einer Regelung im Sinne ansteigen-j der Differenzdrehzahl bei über die Sollgröße anwachsender j Feststoffansammlung zugrunde liegt. :

2. Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit gegenüber dem Mantelteil mit Differenzdrehzahl umlaufendem Schneckenteil, von welchen Teilen eines an ein beliebiges Antriebsaggregat angeschlossen ist und mit dem anderen Teil über einen Hydraulikmotor in Verbindung steht, dessen Druckmittelzufuhr nach Menge und/oder Druck mittels einer Differenzdrehzahl- und/oder Drehmoment-Regeleinrichtung bestimmt ist, entsprechend Patent ... (Anspruch 1 der Patentanmeldung P 25 25 280.6), gekennzeichnet durch

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die Verwendung zur Trennung von Suspensionen mit unter Belastungen durch die Förderbewegung zum Verfestigen neigenden Feststoffen, insbesondere Stärke, nach Maßgabe einer höchstzulässigen Grenzbeanspruchung bzw. Verfestigungsgrenze des Feststoffes , durch welchen Grenzwert die Sollgröße bestimmt ist, die einer Regelung im Sinne abfallender Differenzdrehzahl bei über den Grenzwert ansteigenden Belastungen bzw. Verfestigungen zugrundeliegt.

3. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das als Hydraulikmotor (21) ausgebildete Antriebsaggregat in die Regelung im Sinne einer Trommeldrehzahlminderung bei über die Sollgröße anwachsender Feststoffansammlung bzw. Belastung oder Verfestigung einbezogen ist.

4. Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit gegenüber dem Mantelteil mit Differenzdrehzahl umlaufendem Schneckenteil, von welchen Teilen eines an ein beliebiges Antriebsaggregat angeschlossen ist, und mit dem anderen Teil über einen Hydraulikmotor in Verbindung steht, dessen Druckmittelzufuhr nach Menge und/oder Druck mittels einer Differenzdrehzahl- und/oder Drehmoment-Regeleinrichtung bestimmt ist, entsprechend Patent ... (Anspruch 1 der Patentanmeldung P 25 25 280.6), gekennzeichnet du rch die Verwendung zur Trennung von Suspensionen mit Feststoff starker Wasserbindung, geringen Wichteunterschiedes zur Flüssigkeit oder dergleichen, insbesondere Belebtschlamm, und durch Ausbildung auch des Antriebsaggregates als in eine Regelung und/oder eine Steuerung einbezogener Hydraulikmotor.

5. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rege-

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lung bzw. Steuerung den Trommelantrieb und insbesondere auch den Schneckenantrieb intervallmäßig derart beeinflußt, daß auf eine Intervallphase hoher Trommeldrehzahl und gegebenenfalls verringerter Differenzdrehzahl zwischen Trommel (2) und Schnecke (3) für die Sedimentation eine Intervallphase verringerter Trommeldrehzahl und gegebenenfalls erhöhter Differenzdrehzahl für das Austragen des abgesetzten Feststoffes folgt und umgekehrt.