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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Siebvorrichtung zum Sieben von
annehmbarem und zurückweisbarem
Material von einer Fasersuspension und betrifft insbesondere eine
Siebvorrichtung von der in dem Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Art.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Siebverfahren von der
in dem Oberbegriff von Anspruch 14 definierten Art. Eine derartige
Siebvorrichtung und ein derartiges Siebverfahren sind in der US-A-5
798 025 offenbart.
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2. Stand der
Technik
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Bei
dem Papierherstellungsverfahren wird typischerweise eine Siebvorrichtung
verwendet, um Fremdstoffe von einer Fasersuspension zu trennen. Eine
typische Siebvorrichtung kann ein Gehäuse umfassen, in dem ein Siebkorb
um eine konzentrisch angeordnete Rotoranordnung herum befestigt
ist. Der Siebkorb kann aus einem relativ dünnen Metallplattenmaterial
hergestellt sein, obwohl oft auch Stangen- oder Drahtmaterialien
verwendet werden, die, wenn sie in einer Siebvorrichtung befestigt
werden, für
eine Barriere zwischen einer Siebkammer und einer Gutstoffkammer
sorgen. Die Fasersuspension wird durch einen Zufuhreinlass in die
Siebkammer transportiert. Die Fasersuspension wird entweder in den
inneren oder den äußeren Abschnitt
des Siebkorbes eingeführt,
in Abhängigkeit
von dem speziellen Typ der verwendeten Siebvorrichtung. Material, das
den Siebkorb nicht durchläuft,
strömt
von dem Zufuhreinlass weg zu ei nem Ende der Siebkammer und wird
durch einen Ausschlussauslass entfernt.
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Ein
bekannter Siebkorb-Typ weist kreisförmig geformte Öffnungen
auf, die derart dimensioniert sind, dass sie unerwünschte Feststoffe
ausschließen,
und kann entlang der Länge
des Korbes Halteringe aufweisen, die für einen zusätzlichen mechanischen Halt
sorgen. Ein weiterer Siebkorb-Typ weist Schlitze auf, deren Länge wesentlich
größer ist
als deren Breite, um andere Material-Typen zu trennen, und kann
entlang der Länge
des Siebkorbes angeordnete Halteringe aufweisen, die für einen
zusätzlichen
mechanischen Halt sorgen. Ein noch weiterer Siebkorb-Typ umfasst
sich längs
erstreckende Drähte,
die mit jedem ihrer Enden an entsprechenden ringförmigen Sicherungsringen
befestigt sind. Die Sicherungsringe werden verwendet, um den Siebkorb in
der Siebvorrichtung zu befestigen. Die Sicherungsringe sind mit
einem feststehenden Element derart verschraubt, dass der Siebkorb
daran gehindert ist, in Ansprechen auf die von den / der rotierenden
Flügeln oder
Trommel erzeugten Torsionskräfte
zu rotieren.
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Die
Rotoranordnung umfasst im Allgemeinen Flügel oder eine Profiltrommel,
die an einer rotierenden Welle in unmittelbarer Nähe des Siebkorbes
befestigt sind / ist, um über
die Öffnungen
des Siebkorbes zu streichen. Die Flügel oder die Profiltrommel können derart
angeordnet sein, dass sie über
die Innen- oder Außenfläche des
Siebkorbes streichen. Die rotierende/n Flügel oder die Profiltrommel
erzeugen / erzeugt hydrodynamische Impulse in der radialen Richtung
mit einer Stärke
und Frequenz, die ausreichen, um jegliche Faserpfropfen, die in
den Öffnungen
eines Siebkorbes auftreten, kontinuierlich zu entfernen. Die durch
die hydrodynamischen Impulse bewirkten lokalen Strömungen verlaufen
im Allgemeinen in einer Richtung, die der Strömung des Flüssigzellstoffes, der unter
Druck an den Siebkorb geliefert wird, entgegen gesetzt ist.
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Bei
einer Siebvorrichtung wie oben beschrieben erfolgen das Ausflocken,
das Zerfasern und das Sieben beinahe vollständig innerhalb des Rotors als ein
Ergebnis hydrodynamischer Wirkungen und Druckpulsationen, die durch
die rotierenden Flügel
in dem Rotor bewirkt werden. Obwohl solche Siebvorrichtungen weiter
in einem wirkungsvollen Sieben der Fasersuspension resultieren,
kann die Ausschlussrate auf Grund von ungenügendem Entstippen und Zerfasern
höher sein
als gewünscht.
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Eine
Siebvorrichtung der oben erwähnten
Art ist in der US A 5 798 025 offenbart. Bei dieser bekannten Siebvorrichtung
definieren der Rotorring und der stationäre Zerfaserungsring einen Zerfaserungsabschnitt,
der derart ausgebildet ist, dass kegelstumpfförmige Arbeitsflächen an
dem Rotorring und dem stationären
Zerfaserungsring, die in Richtung einer Ausschlusskammer auseinander
laufen, mit einem geringen Spalt zueinander weisen, und eine Anzahl
von Taschen aufweisen, die um den Umfang und in zwei Stufen in einer
Richtung einer Erzeugenden ausgebildet sind. Die zwei Stufen von
Taschen, d. h. die Taschen mit kleinerem und mit größerem Durchmesser,
dienen als Einlass bzw. als Auslass. Der Rotorring ist an dem Zwischenabschnitt
des Rotors angeordnet. Die Siebkammer ist unter dem Rotorring und
unter dem Siebkorb vorgesehen. Eine vergleichbare Siebvorrichtung
ist in der US-A-5 597 075 offenbart.
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Im
Stand der Technik wird eine Siebvorrichtung benötigt, die für ein verbessertes Entstippen, Zerfasern
und Sieben der Fasersuspension sorgt, was in einer erhöhten Gutstoffrate
bei geringeren Anforderungen an den Einsatz resultiert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Siebvorrichtung und ein Siebverfahren
wie in Anspruch 1 bzw. in Anspruch 14 definiert ist, bereit.
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Die
Erfindung umfasst in einer ihrer Formen eine Siebvorrichtung zum
Sieben von annehmbarem und zurückweisbarem
Material von einer unter Druck stehenden Fasersuspension, mit einem
Gehäuse und
einem Rotor in dem Gehäuse.
Der Rotor weist ein oberes Ende auf. Ein Siebkorb ist allgemein
konzentrisch um den Rotor herum positioniert. Ein Rotorklingenring
ist mit dem oberen Ende des Rotors verbunden und rotiert mit dem
Rotor. Ein stationärer
Zerfaserungsring ist benachbart des Rotorklingenringes angeordnet.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein verbessertes
Entstippen, Zerfasern und Sieben bereitgestellt wird.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
der Rotorklingenring und / oder der stationäre Zerfaserungsring mit einer
aus einer Vielzahl verschiedener Konfigurationen ausgewählt sein
kann, und dennoch eine verbesserte Funktionsfähigkeit bereitstellt.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben erwähnten
und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung und die Art, wie
diese erreicht werden, werden offensichtlicher, und die Erfindung
wird besser verständlich,
durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung von Ausführungsformen
der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen. In den
Zeichnungen ist:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Siebvorrichtung
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
vergrößerte Teilansicht
eines Abschnittes der in 1 gezeigten Siebvorrichtung;
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3 eine
Draufsicht entlang der Schnittlinie 3 - 3 in 1;
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4 eine
perspektivische Ansicht des in den 1 – 3 veranschaulichten
Rotorklingenringes; und
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5 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Rotorklingenringes.
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Entsprechende
Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Ansichten durchgehend
entsprechende Teile. Die hierin dargelegten erläuternden Beispiele veranschaulichen
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung in einer Form, und solche erläuternden Beispiele sollen den
Umfang der Erfindung in keinerlei Weise begrenzen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf
die 1 und 2 ist eine Ausführungsform
einer Siebvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung zum
Sieben von annehmbarem und zurückweisbarem
Material von einer unter Druck stehenden Fasersuspension 12 gezeigt.
Die Siebvorrichtung 10 umfasst allgemein ein Gehäuse 14,
einen Rotor 16, einen Siebkorb 18, einen Rotorklingenring 20 und
einen stationären
Zerfaserungsring 22.
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Das
Gehäuse 14 definiert
einen Einlass 24, einen Gutstoffauslass 26, einen
Ausschlussauslass 28 und einen Auslass 30 für leichtgewichtige
Fremdstoffe. Die zu siebende Fasersuspension wird in eine Siebkammer 32 benachbart
des Einlasses 24 und über
dem Rotorklingenring 20 eingeführt. Fremdstoffe wie z. B.
Kleberrückstände, Kunststoffe,
etc. werden durch den Fremdstoffauslass 30 mittels einer
geeigneten Technik wie z. B. Vakuum, etc. entfernt. Der Gutstoffauslass 26 ist
radial außerhalb
des Siebkorbes 18 angeordnet und nimmt Gutstoff auf, der
den Siebkorb 18 durchläuft.
Der Ausschlussauslass 28 ist unter dem Rotor 16 angeordnet
und nimmt Ausschluss zum wieder Aufbereiten oder für die Entsorgung
auf. Ein äußeres Umwälzrohr 29 verbindet
den Ausschlussauslass 28 fluidmäßig mit der Oberseite des Gehäuses 14.
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Der
Rotor 16 ist in dem Gehäuse 14 drehbar gelagert.
Im Speziellen ist der Rotor 16 an einer Welle 34 befestigt,
die wiederum durch das Gehäuse 14 indirekt
gelagert ist. Eine an einem Ende der Welle 34 angeordnete
angetriebene Blockscheibe 36 ist durch eine Antriebsquelle
(nicht gezeigt) angetrieben, um den Rotor 16 drehbar anzutreiben.
In der gezeigten Ausführungsform
umfasst der Rotor 16 eine Vielzahl von axial gestapelten
und radial beabstandeten Flügeln 38,
die das Siebverfahren unter Verwendung des Siebkorbes 18 unterstützen, und
auch die Reinigung der Öffnungen
oder Durchbrechungen in dem Siebkorb 18 unterstützen.
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Der
Siebkorb 18 ist allgemein konzentrisch um und eng benachbart
des Rotors 16 angeordnet. Der Siebkorb 18 umfasst
zumindest ein Siebelement 40, das eine Vielzahl von Öffnungen
oder Durchbrechungen zum Sieben von annehmbarem und zurückweisbarem
Material aus dem Ausschlussmaterial in der Fasersuspension 12 umfasst
oder definiert. In der gezeigten Ausführungsform weist der Siebkorb 18 die
Form einer Tafel oder einer Metallblechwand mit einer Vielzahl darin
ausgebildeter Durch brechungen oder Öffnungen auf, die zulassen,
dass das annehmbare Material durch sie hindurch läuft. Die
Durchbrechungen oder Öffnungen
können
in Abhängigkeit
von der besonderen Anwendung der Siebvorrichtung 10 dimensioniert
und konfiguriert sein. Radial ausserhalb des Siebkorbes 18 beabstandet
ist zwischen dem Siebkorb 18 und dem Gehäuse 14 eine
Gutstoffkammer 42 angeordnet, die fluidmäßig mit
dem Gutstoffauslass 26 verbunden ist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Siebvorrichtung 10 einen
Rotorklingenring 20, einen stationären Zerfaserungsring 22 und
eine Wirbelverstärkungstasse 44,
die über
einem Rotor 16 und einem Siebkorb 18 angeordnet
ist. Der in den 3 und 4 in größerem Detail
gezeigte Rotorklingenring 20 ist mit dem oberen Ende 46 des
Rotors 16 verbunden und rotiert dadurch während des
Betriebes mit dem Rotor 16. Der Rotorklingenring 20 umfasst
eine Vielzahl von Klingen 48, 50, die sich von
dem im Allgemeinen kegelstumpfförmigen
ringförmigen
Ring 52 radial nach außen
erstrecken. Die Klingen 48 weisen eine Höhe auf,
die höher ist
als die Höhe
der Klingen 50. Zum Beispiel weisen die Klingen 48 in
einem Fall, in dem der Rotorklingenring 20 einen Außendurchmesser
von ca. 27 Zoll aufweist, eine Höhe
von ca. 3 15/16 Zoll auf, und die Klingen 50 weisen eine
Höhe von
ca. 2 3/8 Zoll auf. Als ein weiteres Beispiel weisen die Klingen 48,
wenn der Rotorklingenring 20 einen Außendurchmesser von ca. 54 Zoll
aufweist, eine Höhe
von ca. 8 Zoll auf, und die Klingen 50 weisen eine Höhe von ca.
4 3/4 Zoll auf. Die unterschiedlichen Höhen der Klingen 48 und 50 helfen,
die Flocken zu brechen und die Fasersuspension in der Siebkammer 32 zu
zerfasern. Die kegelstumpfförmige
Gestalt des ringförmigen
Ringes 52 hilft, die Strömung aus Fasersuspension an
dem Rotorklingenring 20 vorbei zu leiten, wie nachfolgend beschrieben
wird.
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Der
stationärer
Zerfaserungsring 22 ist benachbart und unterhalb des Rotorklingenringes 20 angeordnet.
Der stationäre
Zerfaserungsring 22 ist an jedem von dem Gehäuse 14 und
dem Siebkorb 18 unter Verwendung einer geeigneten Befestigungstechnik
wie z. B. Schrauben 54, etc. befestigt und von diesem getragen.
Der stationäre
Zerfaserungsring 22 umfasst eine Vielzahl von Durchbrechungen 56,
die zulassen, dass zerfaserten Fasern diese durchlaufen. In der
gezeigten Ausführungsform
besitzen die Durchbrechungen 56 die Form sich radial erstreckender
Schlitze, die allgemein benachbart und parallel zu einander angeordnet
sind. Die Durchbrechungen 56 können jedoch in Abhängigkeit
von der speziellen Anwendung dimensioniert und konfiguriert sein,
wie z. B. mit Löchern
etc. Der Innendurchmesser des stationären Zerfaserungsringes 22 ist
von dem Außendurchmesser
des ringförmigen
Ringes 52 des Rotorklingenringes 20 radial beabstandet
und definiert dadurch einen ringförmigen Spalt 58 dazwischen,
durch den ein Teil der Fasersuspension strömt.
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Eine
Nabe 60 ist mit dem oberen Ende des Rotors 16 verbunden,
z. B. durch Verwendung einer Vielzahl von Schrauben 62 oder
dergleichen. Der Rotorklingenring 20 wiederum ist unter
Verwendung einer Vielzahl von Befestigungselementen wie etwa Schrauben
(nicht gezeigt) an der Nabe 60 befestigt und von dieser
getragen. Somit ist der Rotorklingenring 20 über die
Zwischennabe 60 indirekt mit dem Rotor 16 gekoppelt
und von diesem getragen.
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Eine
Verlängerungsnabe 66 ist
unter Verwendung von Schrauben 62 mit der Oberseite der Nabe 60 verbunden
und definiert eine allgemein kegelstumpfförmige Fläche, die sich über dem
Rotorklingenring 20 radial nach innen erstreckt. Die kegelstumpfförmige Form
der Verlängerungsnabe 66 hilft dabei,
die Strömung
aus Fasersuspension zu dem Rotorklingenring 20 zu leiten.
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Die
Wirbelverstärkungstasse 44 ist
unter Verwendung geeigneter Befestigungselemente wie z. B. einer
Schraube 68 mit der Verlängerungsnabe 66 verbunden
und von dieser getragen. Die Drehbewegung der Wirbelverstärkungstasse 44 bewirkt
die Bildung eines Wirbels in der Strömung aus Fasersuspension innerhalb
der Siebkammer 32. Die Wirkung der Wirbelströmung unterstützt wiederum
die Entfernung von leichtgewichtigen Fremdstoffen durch den Fremdstoffauslass 30.
Die Wirbelverstärkungstasse 44 umfasst
auch einen sich axial erstreckenden Hohlraum 70, der die
innere Umwälzung
von Fasersuspension innerhalb der Siebvorrichtung 10 zulässt, wie
im Folgenden in größerem Detail
beschrieben wird.
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Eine
optionale Platte 72 ist zwischen der Verlängerungsnabe 66 und
der Wirbelverstärkungstasse 44 positioniert.
Die Platte 72 ist mit einer oder mehreren geeignet dimensionierten
und konfigurierten Öffnung/en 73 darin
versehen, die eine gesteuerte interne Umwälzung der Fasersuspension innerhalb
der Siebvorrichtung 10 zulässt / zulassen. Alternativ
ist die Platte 72 massiv und verhindert dadurch eine interne
Umwälzung
der Fasersuspension innerhalb der Siebvorrichtung 10.
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Während des
Betriebes tritt eine zu siebende Fasersuspension unter Druck in
den Einlass 22 ein und läuft in Folge der Schwerkraft
in einer allgemeinen Richtung nach unten in Richtung des Rotorklingenringes 20.
Der Rotor 16 ist durch eine Antriebsquelle (nicht gezeigt)
mit einer bestimmten Betriebsgeschwindigkeit rotatorisch angetrieben.
Der Rotorklingenring 20 ist mit dem Rotor 16 gekoppelt
und von diesem drehbar angetrieben. Die Klingen 48 und 50 an
dem Rotorklingenring 20 entklumpen und brechen die Flocken
innerhalb der Fasersuspension, wenn die Fasersuspension gegen diese
stößt. Entstippte
und entklumpte Fasern strömen
durch die Durchbrechungen 56 und den Spalt 58 zu
dem Rotor 16. Die Flügel 38 des
Rotors 16 bewirken Druckpulsationen innerhalb der Faser suspension
benachbart des Siebkorbes 18, was wiederum bewirkt, dass
Gutstoff in die Gutstoffkammer 42 hinein strömt, wobei gleichzeitig
die Öffnungen
innerhalb des Siebkorbes 18 und ein offener Zustand als
Ergebnis der Druckpulsationen beibehalten werden. Ausschluss wird durch
die Ausschlusskammer 27 zu dem Ausschlussauslass 28 und
von der Siebvorrichtung 10 weg transportiert. Ein Teil
von dem oder der gesamte Ausschluss kann über ein äußeres Umwälzrohr 29 von dem
Ausschlussauslass 28 zu der Siebkammer 32 umgewälzt werden,
was in einem verbesserten Wirkungsgrad der Siebvorrichtung 10 resultiert.
Die äußere Umwälzung kann
durch ein steuerbares Ventil (nicht gezeigt) gesteuert sein. Gutstoff
in der Gutstoffkammer 42 strömt von dem Gutstoffauslass 26 zu
einer weiteren Verarbeitung. Ausschluss von dem Ausschlussauslass 28 kann
in Abhängigkeit
von der speziellen Anwendung wieder aufbereitet und / oder entsorgt
werden. Zum Beispiel kann der gesamte Ausschluss aus dem Ausschlussauslass 28 oder
ein Teil davon an eine geeignete Stelle an der Siebkammer 32 wie
z. B an den Einlass 24, den Fremdstoffauslass 30 oder
irgend eine andere geeignete Position rezirkuliert werden.
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Wenn
unter der Wirbelverstärkungstasse 44 eine
solide Platte 72 eingesetzt ist, erfolgt in der Siebvorrichtung 10 keine
interne Umwälzung
der Fasersuspension. Anderseits erfolgt, wenn die Platte 72 mit
einer oder mehreren Öffnung/en 37 ausgebildet ist,
oder zwischen der Wirbelverstärkungstasse 44 und
der Verlängerungsnabe 66 entfernt
ist, eine interne Umwälzung
in der Siebvorrichtung 10 wie allgemein bei dem Strömungsrichtungspfeil 74 angezeigt. Die
interne Umwälzung
wie auch der Wirbel in der Strömung
aus Fasersuspension bewirken, dass leichtgewichtige Fremdstoffe
nach oben zur Mitte der Fasersuspension benachbart des Auslasses 30 für leichtgewichtige
Fremdstoffe wandern. Faserflocken etc. strömen auch durch die Klingen 48 und 50,
wie durch den Richtungspfeil 51 gezeigt, was in einer weiteren
internen Umwälzung
und verbesserten Effizienz in der Siebvorrichtung 10 resultiert.
Die leichtgewichtigen Fremdstoffe werden unter Verwendung von Druckunterschieden über den
Fremdstoffauslass 30 aus der Siebvorrichtung 10 entfernt.
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf 5 ist eine
weitere Ausführungsform
eines Rotorklingenringes 80 gezeigt, die mit einer Siebvorrichtung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Ein Rotorklingenring 80 ist ähnlich dem
Rotorklingenring 20, mit der Ausnahme, dass er eine größere Anzahl an
Klingen 82, 84 umfasst, wobei die spezielle Anzahl
an Klingen von der spezifischen Anwendung abhängig ist. In der gezeigten
Ausführungsform
umfasst der Rotorklingenring 80 insgesamt vierundzwanzig
Klingen, mit drei Klingen 82 und einundzwanzig Klingen 84.
Die Klingen 82 weisen eine Höhe auf, die höher ist
als die Höhe
der Klingen 84. Zum Beispiel weisen, wenn der Rotorklingenring 80 einen
Außendurchmesser
von ca. 27 Zoll aufweist, die Klingen 82 eine Höhe von ca.
4 Zoll und die Klingen 84 eine Höhe von ca. 1 Zoll auf. Als
ein weiteres Beispiel weisen, wenn der Rotorklingenring 80 einen Außendurchmesser
von ca. 54 Zoll aufweist, die Klingen 82 eine Höhe von ca.
8 Zoll und die Klingen 84 eine Höhe von ca. 2 Zoll auf. Der
Rotorklingenring 80 ist mit der Nabe 60 gekoppelt
und rotiert somit mit dem Rotor 16 wie oben stehend mit
Bezug auf den Rotorklingenring 20 beschrieben ist. Der
Betrieb des Rotorklingenringes 80 ist im Wesentlichen der
gleiche wie jener des Rotorklingenringes 20 und wird somit
nicht im weiteren Detail beschrieben.
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Während die
Erfindung in einer bevorzugten Form beschrieben wurde, kann die
vorliegende Erfindung innerhalb des Geistes und Umfangs dieser Offenbarung
weiter abgewandelt werden. Diese Anwendung soll deshalb alle Variationen,
Verwendungen oder Anpassungen der Erfindung unter Verwendung ihrer
allgemeinen Grundsätze
abdecken. Ferner soll diese Anwendung solche Abweichungen von der
vorliegenden Offenlegung abdecken, wie sie in der bekannten oder üblichen
Praxis im Stand der Technik, zu dem diese Erfindung gehört, vorkommen, und
die innerhalb der Grenzen der angefügten Ansprüche liegen.