EICHLER, Dietrich (Obere Cunnersdorfer Strasse 3, Königstein/Sächs.Sch., 01824, DE)
Ansprüche
1. Pressschneckenseparator zur Abscheidung fester Bestandteile aus einer feste und flüssige Bestandteile enthaltenden Trübe, wie Abwässer aus kommunalen, industriellen oder landwirtschaftlichen Betrieben, Gülle etc., aufweisend: ein Gehäuse (1), eine im Gehäuse drehbar angeordnete Förderschneckenanordnung (3), welche eine Schneckenwelle (8) und wenigstens zwei zur gemeinsamen Drehung mit der Schnek- kenwelle darauf angeordnete Schneckenwendeln (7) aufweist, einen Antrieb zur Drehung der Förderschneckenanordnung, einen im Gehäuse gehaltenen zylinderförmigen Siebkorb (18), einen wenigstens zwischen der Innenseite des Siebkorbes und der Schneckenwelle definierten Ringraum (S), der einen ersten inneren axialen Abschnitt (19), in den die Schneckenwendeln hineinreichen, und einen zweiten äusseren axialen Abschnitt (20) aufweist, der frei von Schneckenwendeln ist, einen Einlass (25) für die Trübe, einen mit dem Siebkorb kommunizierenden Auslass (26) für die wässrigen Bestandteile der Trübe, und einen dem Ringraum in Förderrichtung nachgeordneten Feststoffauslass, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Spaltweite (s) des Ringraumes (S) zum Durchmesser der Schneckenweüe (8) zwischen 3 und 50, vorzugsweise 4 und 25, weiter vorzugsweise 5 und 20, höchst vorzugsweise 12, und die Spaltweite (s) des Ringraumes (S) zwischen 25 und 100 mm, vorzugsweise 50 und 75 mm, höchst vorzugsweise 75 mm beträgt.
2. Pressschneckenseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittenlängsachse der Förderschneckenanordnung (3) unter einem Winkel von 90° ± 30° gegenüber der Horizontalen ausgerichtet ist.
3. Pressschneckenseparator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Spaltweite (s) des Ringraumes (S) zum axialen Abstand zwischen benachbarten Schneckenwendeln (7) < 1 ,0, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1 ,0, höchst vorzugsweise 0,75 beträgt. I l
4. Pressschneckenseparator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schneckewendel (7) unter einem Winkel zwischen 70° und 80 ° gegenüber der Mittenlängsachse der Schneckenwelle (8) in Förderrichtung geneigt ist.
5. Pressschneckenseparator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen benachbarten Schneckenwendeln (7) zwischen 80 und 120 mm beträgt.
6. Pressschneckenseparator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am äusseren axialen Ende der Gehäuses (1) eine den Feststof- fauslass aufweisende rohrförmige axiale Verlängerung (21) vorgesehen ist, in die sich die Schneckenwelle (8) hineinerstreckt.
7. Pressschneckenseparator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem aus dem Feststoffauslass herausragenden Endbereich der Schneckenwelle (8) wenigstens ein schaufelartiges Mitnehmerelement (23) zur gemeinsamen Drehung mit der Schneckenwelie montiert ist, um aus dem Feststoffauslass austretende Feststoffmasse in im wesentlicher tangentialer Richtung wegzufördern.
8. Pressschneckenseparator nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Feststoffausiass eine die Schneckenwelle (8) umgebende Entspannungskammer (33) für den austretenden Feststoffpfropfen vorgesehen ist.
9. Pressschneckenseparator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffauslass durch eine unter einer in Ausstossrichtung wirkenden bestimmten axialen Kraft wegschwenkbaren Stauklappenanordnung (28) verschliessbar ist.
10. Pressschneckenseparator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauklappenanordnung (28) eine Vielzahl von umfänglich verteilt auf dem herausragenden Endbereich der Schneckenwelle (8) zur gemeinsamen Drehung mit der Schnek- kenwelle angeordneten, einen Austossringraum (22) des Feststoffauslasses überdek- kenden vorgespannten Stauklappen (30) umfasst. |
Pressschneckenseparator
Die Erfindung betrifft einen Pressschneckenseparator zur Abscheidung fester Bestandteile aus einer feste und flüssige Bestandteile enthaltenden Trübe, wie Abwässer aus kommunalen, industriellen oder landwirtschaftlichen Betrieben, Gülle etc.. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Pressschneckenseparator mit erhöhter Durchsatzleistung.
Bekannt ist ein Pressschneckenseparator (EP 0 367 037 B1), bei dem eine ein- wendelige Press- oder Förderschnecke in horizontal ausgerichteter Lage betrieben wird und ein Ringraum zwischen der Schneckenweüe bzw. -seele und einem Siebkorb in bestimmter weise dimensioniert ist. Der bekannte Pressschneckenseparator hat zwar eine eingeschränkte Durchsatzkapazität, doch befindet er sich erfolgreich in vielfachem Einsatz, insbesondere zur Verarbeitung von Güüe aus landwirtschaftlichen Betrieben. Bekannt ist ferner ein Presschneckenseparator älterer Bauart (US 3 188 942 A), άer eine geneigt angeordnete Press- oder Förderschnecke mit mehr als einer Schneckenwendel aufweist. Zur Verbesserung der Entwässerungsleistung ist am Ende der Schnecke der Durchmesser der Schneckenwelle erweitert, um dadurch die Spaltweite des aussenumfänglich von einem Siebkorb begrenzten Ringraums entsprechend zu verkleinern. Dieser Ansatz erweist sich als kontraproduktiv, indem eine konischer übergangsbereich zwischen dem ursprünglichen und dem erweiterten Durchmesser solche Auswirkungen auf einen kontinuierlichen Materialdurchsatz ausüben kann, dass die Durchsatzkapazität des bekannten Pressschneckenseparators trotz grosserem baulichen Aufwand derjenigen des Pressschneckenseparators nach der EP 0 367 037 B1 deutlich unterlegen ist.
Der steigende Anfall an Abwässern unterschiedlicher Provenienz erfordert anderseits Pressschneckenseparatoren mit erhöhter Durchsatzkapazität, anderenfalls eine - auch im Hinblick auf den Verbrauch an Primärenergie und Raumbedarf unerwünschte - Vervielfachung von bekannten Pressschneckenseparatoren mit eingeschränkter Durchsatzkapazität erforderlich wäre. Versuche haben gezeigt, dass mit einer blossen baulichen Vergrösserung der bekannten Pressschneckenseparatoren dieses Ziel nicht oder nicht in zufriedenstellendem Massen erreicht werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Pressschneckenseparator der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der bei einfachem, robusten Aufbau und nur wenig bzw. unproportional erhöhtem Energiebedarf eine vielfach grossere Durchsatzkapazität gegenüber bekannten Pressschneckenseparatoren ermöglicht. Damit soll der Pressschneckenseparator zur Verarbeitung von grossen Abwassermengen, wie sie z.B. bei der Papierherstellung anfallen, geeignet sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Mit den erfindungsgemässen Massnahmen werden insbesondere die folgenden vorteilhaften Wirkungen gegenüber bekannten Pressschneckenseparatoren erzielt: Bei dem eingangs erwähnten bekannten Pressschneckenseparator ist ein Verhältnis der Stärke des Ringspaltes eines Ringraumes zwischen einem Siebkorb und einer Schneckenwelle und deren Durchmesser auf einen bestimmten niedrigen Wert festgelegt. überraschend wurde im Rahmen der Erfindung gefunden, dass eine wesentliche Steigerung der Durchsatzleistung von einer Vergrösserung der Fläche des Siebkorbes am Ende der Schneckenwendeln abhängig ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das besagte Verhältnis auf die im Anspruch 1 genannten Werte heraufgesetzt wird. Gleichzeitig wird dadurch eine Längen- und Durchmesserdimensionierung des Siebkorbes geschaffen, die eine hochpräzise Fertigung dieses fertigungsempfindlichen Bauteils bei vergleichsweise geringem Fertigungsaufwand und geringen Kosten er-
möglicht. Der Bedarf an Primärenergie des erfindungsgemässen Pressschneckenseparators im Vergleich zu einer eine ebensolche Durchsatzleistung schaffenden Vielzahl bekannter Pressschneckenseparatoren ist deutlich geringer. Die Abscheidungswirkung im Ringraum wird gemäss einer Weiterbildung der Erfindung dadurch unterstützt, dass dass der Feststoffauslass des Separators durch eine unter einer in Ausstossrichtung wirkenden bestimmten axialen Kraft wegschwenkbaren Stauklappenanordnung ver- schliessbar ist. Dies führt zu einer Verdichtung des Feststoffpfropfens und damit verbesserten Entwässerung. Ebenso in diesem Sinne wirksam ist eine andere Weiterbildung der Erfindung, wonach die Mittenlängsachse des Presschneckenseparators vertikal oder gegenüber der Horizontalen geneigt ausgerichtet sein kann, um eine Materialförderung gegen die Schwerkraftwirkung zu schaffen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 In teüweiser geschnittener Ansicht einen Pressschneckenseparator mit vertikal ausgerichteter Mittenlängsachse gemäss einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 den in Fig. 1 gezeigten Pressschneckenseparator in einer geschnittenen
Seitenansicht,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Pressschneckenseparator nach Fig. 1 ,
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Pressschneckenseparator gemäss der Erfindung mit einer Stauklappenanordnung, und
Fig. 5 Detailansichten der Stauklappenanordnung nach Fig. 4.
Mit Bezug auf Figuren 1 und 2 wird nachfolgend der grundsätzliche Aufbau eines Pressschneckenseparators gemäss der Erfindung erläutert.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Gehäuse gezeigt, das einen Innenraum definiert, in dem eine das allgemeine Bezugszeichen 3 aufweisende Förderschneckenanordnung vorgesehen ist, die ein inneres axiales Ende 4 und ein äusseres axiales Ende 5 aufweist. Das Gehäuse 1 ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung eine Stahlschweisskonstruktion, jedoch könnte es auch eine Stahlgusskonstruktion sein.
Die Förderschneckenanordnung 3 umfasst einen anfänglichen oder inneren umfänglichen Bereich A, auf dem zwei oder mehrere Schneckenwendeln 7 zur gemeinsamen Drehung mit einer Schneckenwelle 8 angeordnet bzw. montiert sind, und einen äusseren Bereich B nahe dem anderen axialen Ende 5, der frei von Schneckenwendeln ist. Die Schneckenwelle 8 hat - wie dargestellt - eine radiale Abmessung, die zwischen dem inneren und äusseren axialen Ende 4, 5 unveränderlich ist. Vorzugsweise nimmt der Bereich A zwischen 60 und 80 % der Gesamtlänge der Schneckenwelle 3 ein, während deren Bereich B zwischen 20 und 40 % der Schneckenwelienlänge beträgt.
Mit dem allgemeinen Bezugszeichen 9 ist eine Antriebswellen- und Lageranordnung für die Schneckenwelle 8 gezeigt. Die Anordnung 9 umfasst eine Antriebswelle 10, die in geeigneter Weise, z.B., wie bei 11 , 11 'angedeutet ist, durch ein paar axiai be- abstandete Axial-Radial-Rollenlageranordnung in einem Lagergehäuse 12 ausgerichtet zur Mittenlängsachse der Schneckenwelle 8 drehbar gehalten ist. Die Antriebswelle 10 hat gegenüberliegende axiale Wellenstummel 13, 13 ' , von denen einer in Antriebsverbindung mit der Schneckenwelle 8 steht, während der andere Wellenstummel aus der Schneckenwelle 8 axial herausragt und in antreibender Verbindung mit einer Antriebseinrichtung 15 in Gestalt eines Elektromotors steht. Obschon der Antrieb in verschiedener Weise ausgestaltet sein kann, ist vorzugsweise ein bei 16 angedeuteter Riemenoder Kettentrieb vorgesehen, der eine Abtriebswelle der Antriebseinrichtung 15 mit dem betreffenden Wellenstummel 13 verbindet. Mit 17 ist ein Untersetzungsgetriebe 17 angdeutet, um die Drehzahl der Abtriebswelle auf ein geeignetes Mass in vorgegebenen Stufen oder kontinuierlich einstellen zu können. Die Erfindung ist nicht auf die beschrie-
bene Antriebsanordnung beschränkt, sondern es könnte auch eine solche vorgesehen werden, wie sie z.B. in der EP 0 367 037 B1 beschrieben ist.
Im Gehäuseinnenraum ist ein zylinderförmiger Siebkorb 18 angeordnet. Der Siebkorb 18 hat vorzugsweise einen Aufbau, wie er mit näheren Details in der EP 0 367 037 B1 beschrieben ist, so dass hierauf Bezug genommen werden kann. Diese Druckschrift ist damit in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung einbezogen. Der Siebkorb 18 ist demzufolge vorzugsweise als Spaltsieb ausgebildet, dessen Siebstäbe achsparallel verlaufen, wobei die Weite der Spalte zwischen den Siebstäben vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 1 ,5 mm liegt.
Der Siebkorb 18 könnte längs seiner gesamten Länge gegenüber dem Gehäuse 1 "schwimmend" abgestützt sein, wie dies in der EP 0 367 037 B1 beschrieben ist. Vorzugsweise ist der Siebkorb 18 bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung mit senkrecht ausgerichteter Mittenlängsachse nur an einem dem äusseren Ende 5 der Schneckenwelle 8 zugewandten Endbereich am Gehäuse 1 abgestützt, d.h. an einer Stelle, an der bei Betrieb die grössten Drehmomente auftreten.
Der Siebkorb 18 ist von der Förderschneckenanordnung 3 axial durchsetzt, wobei zwischen der Schneckenwelle 8 und dem inneren Umfang des Siebkorbs 18 ein kreiszylindrischer Ringraum S gebildet ist, der eine gleichförmige Spaltweite s hat, die in einem bestimmten Verhältnis zum Durchmesser der Schneckenwelle 8 steht.
Wie dargestellt, umfasst der Ringraum S einen ersten oder inneren Abschnitt 19, der dem inneren axialen Ende 4 der Schneckenwelle 8 zugewandt ist, und einen zweiten oder äusseren axialen Abschnitt 20, der dem äusseren axialen Ende 5 der Schnek- kenwelle 8 zugewandt ist. Der zweite axiale Abschnitt 20 des Ringraumes S ist frei von Schneckenwendeln 7, während die Schneckenwendeln 7 im Bereich des ersten Abschnitts 19 mit ihren äusseren Kanten bis nahe an die innere Umfangsfläche des Siebkorbes 18 geführt sind.
Erfindungsgemäss beträgt das Verhältnis der Spaltweite s zum Durchmesser der Schneckenwelle 8 zwischen 3 und 50, vorzugsweise 4 und 25, weiter vorzugsweise 25, und höchst vorzugsweise 12, und beträgt die Spaltweite s des Ringraumes S zwischen 25 und 100 mm, vorzugsweise 50 und 75 mm, höchst vorzugsweise 75 mm.
Das Verhältnis der Spaltweite s des Ringraumes S zum axialen Abstand zwischen benachbarten Schneckenwendeln kann ferner < 1,0 vorzugsweise zwischen 0,5 und 1 ,0 höchst vorzugsweise 0,75 betragen. Jede Schneckenwendel 7 sollte unter einem Winkel zwischen 70° und 80° gegenüber der Mittenlängsachse der Schneckenwelle 8 in deren Förderrichtung geneigt sein, wobei der Abstand zwischen benachbarten Schneckenwendeln 7 zwischen 80 und 120 mm betragen sollte.
An oder nahe bei dem axialen Ende des Gehäuseinnenraums, das dem äusse- ren axialen Ende 5 der Schneckenwelle 8 zugewandt ist, ist am Gehäuse 1 eine rohr- förmige Verlängerung 21 axial fluchtend zum Ringraum S angeordnet. Zwischen der inneren Umfangsfläche der rohrförmigen Verlängerung 21 und der äusseren Umfangs- fläche der Schneckenwelle 8 ist ein weiterer Ringraum 22 definiert, der eine axiale Fortsetzung des Ringraumes S darstellt, jedoch nicht durch den Siebkorb 18 umfänglich begrenzt ist.
Die Schneckenwelle 8 ist über den Ringraum 22 hinaus axial verlängert und trägt an ihrem herausragenden Ende ein oder mehrere, im vorliegenden Fall vier, in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnete schaufelartige Elemente 23, die radial vom äusseren Umfang der Schneckenwelle 8 um ein geeignetes Mass abstehen und zusammen mit der Schneckenwelle 8 rotieren. Am Gehäuse 1 ist ein Feststoffauslass in Gestalt einer schräg nach aussen von oben nach unten weisenden Schütte 24 vorgesehen, deren Einlass so zu den rotierenden Schaufeln 23 ausgerichtet ist, dass die Schaufeln 23 an der Schütte 24 bei der Drehung der Schneckenwelle 8 vorbeigeführt werden und so von den Schaufeln 23 mitgenommenes Feststoffmaterial zu der Schütte
24 transportiert wird. Vorzugsweise erfährt der Pfropfen beim Austritt aus dem Ringraum 21eine Entspannung in einer dem Ringraum 21 nachgeschalteten ringförmigen Entspannungskammer 33, die umfänglich der Schneckenwelle 8 nahe deren aus dem Gehäuse 1 herausragenden Ende 5 vorgesehen ist. Das Feststoffmaterial zerfällt aufgrund der Entspannung in ein krümeliges, rieselfähiges Material, das durch die Schaufeln 23 deren Schütte 24 zugeführt wird.
Weiter ist am Gehäuse 1 ein Einlassstutzen 25 für die zu behandelnde Trübe vorgesehen, um diese nahe dem inneren axialen Ende der Förderschneckenanordnung 3 zuzuführen, so dass die Trübe von dem Wendeln erfasst werden kann. Ein Auslassstutzen 26 ist ferner am Gehäuse 1 an einer Stelle in Ausrichtung zum Siebkorb 18 vorgesehen, um die am äusseren Umfang des Siebkorbes 18 austretende abgeschiedene Flüssigkeit nach aussen abführen zu können.
Die Arbeitsweise des wie vorbeschrieben ausgebildeten Pressschneckenseparators ist wie folgt:
über den Einlassstutzen 25 ins innere des Gehäuses 1 eingeführte Trübe gelangt in den Wirkbereich der Förderschneckenanordnung 3 und wird von den Schnek- kenwendeln 7 entgegen der Schwerkraftwirkung in Förderrichtung in den ersten Abschnitt 19 des Ringraumes S gefördert, um eine anfängliche Abscheidung der flüssigen Phase der Trübe vorzunehmen. Die abgeschiedene flüssige Phase gelangt in eine äu- ssere Sammelkammer 27 des Gehäuses 1 und von dort zum Auslassstutzen 26. Das schon teilweise entwässerte Material wird durch die Förderschneckenanordnung 3 in den zweiten Abschnitt 20 des Ringraumes S transportiert, der frei von Schneckenwendeln 7 ist. In Folge des nachdrängenden Materials bildet sich hier eine Art Pfropfen im Ringraums S, aus dem bei weiterer Verdichtung die noch vorhandenen wässrige Bestandteile ausgequetscht und durch den Siebkorb 18 nach aussen abgeführt wird. Der Pfropfen wird bei seiner Bewegung zum Ringraum 22 der rohrförmigen Verlängerung 21 daher zunehmend entwässert, so dass schliesslich am Auslass des Pressschnek-
kenseparators ein Pfropfen verbleibt, der im Wesentlichen aus Feststoff besteht. Sobald der Feststoffpfropfen in den Bereich der Schaufeln 23 gelangt, wird er durch diese in die Schütte 24 abgelenkt und kann von dort nach aussen zur weiteren Verwendung, z.B. Kompostierung, Einstreu bei Tierställen, oder Fermentation in Biogasgewinngsanlagen abgeführt werden.
Die beschriebene Stauwirkung durch die Pfropfenbildung kann dadurch verstärkt werden, dass am Auslassende des Ringraumes 22 der rohrförmigen Verlängerung 21 um der Schneckenwelle 8 zur gemeinsamen Drehung damit eine Stauklappenanordnung 28 montiert ist, wie dies in Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Die Anordnung 28 setzt sich vorzugsweise aus mehreren umfänglich in gleichem Winkelabstand voneinander hintereinander angeordneten kreissegmentförmigen Basiskörpern 29 zusammen, die den Ringraum 22 wenigstens teilweise radial überdecken. An jedem Basiskörper 29 ist eine Klappe 30 angelenkt. Jede Klappe 30 kann gegen eine darauf vom Feststoffpfropfen ausgeübte Vorspannkraft von einer Stellung, bei der sie im wesentlichen fluchtend zum Basiskörper 29 ausgerichtet ist, in eine Stellung bewegt werden, bei der Klappe 30 den dahinter liegenden Ringraum 22 mehr oder weniger freigibt. Die Vorspannkraft kann durch eine Federeinrichtung oder Hydrauükeinrichtung 31, vorzugsweise einstellbar, aufgebracht werden. Die Stauklappenanordnung 28 bewirkt, dass der dagegen geförderte Feststoffpfropfen nicht unmittelbar zur Schütte 24 gelangen kann, sondern erst dann, wenn der von ihm ausgeübte Druck ein solchen Mass angenommen hat, dass die Klappen 30 weggeschwenkt werden. Dies hat eine erhöhte Verdichtung und damit Entwässerung des Pfropfens zur Folge. Mit dem Bezugszeichen 32 sind schaufeiartige Elemente bezeichnet, die eine Funktion ähnlich denjenigen der in Fig. 3 gezeigten Schaufeln 23 haben.
Die Erfindung wurde vorausgehend anhand einer Ausführungsform beschrieben, bei der die Förderschneckenanordnung vertikal ausgerichtet ist. Wenn erwünscht, könnte die Mittenlängsache der Förderschneckenanordnung auch um eine geeignetes Mass von ± 30° gegenüber der Senkrechten geneigt ausgerichtet sein. Auch kann eine
waagrechte Ausrichtung der Förderschneckenanordnung bei gewissen zu behandelnden Trüben zu einem befriedigendem Abscheidungsverhalten führen. Die Stauklappenanordnung ist nicht auf die beschriebene Ausgestaltung beschränkt. Eine Stauklappenanordnung, wie sie z.B. in der koreanischen Patentschrift 0289887 beschrieben ist, könnte ebenfalls vorgesehen sein.