EP3310566B1

EP3310566B1 - Schneckenpressvorrichtung

Info

Publication number: EP3310566B1
Application number: EP16730809.7A
Authority: EP
Inventors: Lennard MÜNCH
Original assignee: De Smet Rosedowns Ltd
Current assignee: Desmet Rosedowns Ltd
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2036-06-16
Also published as: EP3310566C0; EP3310566B8; WO2016202911A1; EP3310566A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneckenpressvorrichtung mit einer ersten Schneckenpresse, die ein erstes Schneckengehäuse, eine im ersten Schneckengehäuse drehbar gelagerte erste Pressschnecke, einen ersten Einlass und einen ersten Auslass aufweist, mindestens einer zweiten Schneckenpresse, die ein zweites Schneckengehäuse, eine im zweiten Schneckengehäuse drehbar gelagerte zweite Pressschnecke, einen mit dem ersten Auslass gekoppelten zweiten Einlass und einen zweiten Auslass aufweist, und einer Antriebseinrichtung zum Antrieb der ersten und zweiten Pressschnecken.
Eine Schneckenpressvorrichtung dieser Art dient dazu, über den Einlass eingegebenes pressfähiges und poröses Material, auch als Pressgut bezeichnet, stark zu komprimieren mit der Folge, dass im Material vorhandene Flüssigkeit, auch als Filtrat bezeichnet, herausgepresst wird. Um die Flüssigkeit aus dem Material auszutreiben, bedarf es eines stetig wachsenden Pressdruckes auf das betroffene Material. In einer kontinuierlich arbeitenden Schneckenpresse findet dieser Vorgang mithilfe der Pressschnecke aufgrund deren Schneckengangsteigung statt. Da die Pressschnecke gewöhnlich von einem Siebkörper, der auch als sog. Seiherkorb bezeichnet wird, umschlossen ist, kann die ausgepresste Flüssigkeit nur in einer Richtung zum Seiherkorb hin, also von innen nach außen, fließen. Gewöhnlich haben die Pressschnecken am Einlass eine relativ hohe Schneckengangsteigung, um das zu pressende Material aufzunehmen. Zum Auslass hin nimmt die Schneckengangsteigung in der Regel ab. Dadurch nimmt das Volumen in der Schneckenganglücke bzw. in den sich zwischen den spiralförmigen Schneckenstegen bzw. Wendeln ebenfalls spiralförmig erstreckenden Fördergängen ab und der Kompressionsdruck zu. Der Material- bzw. Volumenstrom wird durch die Drehzahl und die Schneckengangsteigung der Pressschnecke bestimmt und ist des Weiteren von unterschiedlichen Einflüssen abhängig. Die Arbeitsweise der Schneckenpresse hat den Vorteil, dass das Material bzw. Pressgut nicht überhitzt wird, sodass thermisch bedingte Beeinträchtigungen des Materials bzw. Pressgutes nicht auftreten können. Die Verwendung zweier hintereinander geschalteter Pressschecken gemäß der eingangs genannten Art als zweistufige Lösung bietet eine bessere Automatisierungsmöglichkeit, führt zu einer wirksameren Entfettung des Produktes und hat eine höhere Durchsatzleistung unter gleichzeitiger Energieeinsparung und Verschleißminderung.
Eine Schneckenpressvorrichtung der eingangs genannten Art wird allgemein in der Technik eingesetzt. Ein bevorzugter Verwendungszweck ist die Erzeugung von Fleischmehl, wobei es darauf ankommt, nicht nur einen hohen Zerkleinerungsgrad, sondern auch einen hohen Trocknungsgrad zu erzielen. Eine weitere Verwendung ist die Verarbeitung von ölhaltiger pflanzlicher Biomasse, wobei in diesem Fall das gewünschte Ausgangsprodukt zumindest primär von dem aus der Biomasse herausgepressten Öl gebildet wird.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 196 01 128 A1 bekannt, welche eine Schneckenpresse zum Gewinnen von Pflanzenöl aus ölhaltigem Gut beschreibt, die zur Erhöhung der Auspressleistung mindestens zwei betreffend die Form der Schneckenwindung identisch geformte Teilförderschnecken aufweist, die unter Zwischenschaltung einer Zwischendrosselstelle auf einer Achse hintereinandergeschaltet sind. Somit sitzen die beiden Teilförderschnecken gemeinsam auf einer Antriebswelle, die von einer Antriebseinrichtung in Rotation versetzt wird.
Die DE 298 20 464 U1 offenbart eine Schneckenpressvorrichtung für trockenes oder flüssigkeitshaltiges Pressgut mit einer einzigen Pressschnecke, die in einem einen Einlass und einen Auslass aufweisenden Schneckengehäuse drehbar gelagert ist. Ferner sind Druckmittel zum Erzeugen eines Gegendrucks auf das Pressgut vorgesehen, die ein Verschlussglied gegen den Auslass derart federelastisch vorspannen, dass dieses abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Pressgutdruck und dem Gegendruck einen bestimmten Austrittsquerschnitt des Auslasses freigibt. Dabei sind die Druckmittel derart ausgebildet, dass der Gegendruck auf das Pressgut einstellbar ist.
Die DE 20 2007 008 072 U1 offenbart eine aus einzelnen Schneckenelementen hergestellte Pressschnecke einer Schneckenpresse mit einem Schneckengehäuse, einem Einlass und einem Auslass, wobei die Schneckenelemente hohl ausgebildet und miteinander fest verbunden sind und von einer innen angeordneten Antriebswelle angetrieben werden. Des Weiteren ist ein Kompensatorelement am auslassseitigen Ende der Pressschnecke hinter dem letzten Schneckenelement und vor Befestigungsteilen der Schneckenelemente auf der Schneckenwelle angeordnet und dabei federnd nachgiebig ausgebildet.
Die DE 299 01 683 U1 beschreibt eine Schneckenpresse für Bioabfälle mit einer motorisch angetriebenen Pressschnecke, die über einen ersten Teil ihrer Länge von einem Rohr und über einen zweiten Teil ihrer Länge von einem Sieb umschlossen ist, mit einem Flüssigkeitsauslass und mit einem Feststoffauslass, wobei in die im Kernbereich offene Pressschnecke ein in Rotationsrichtung feststehendes Rohr eingeschoben ist.
US 2015/076084 A1 offenbart eine Schneckenpressvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solange das Material über ausreichende Porosität bzw. Kapillarität verfügt, kann Flüssigkeit ausgepresst werden. Wenn aber der Materialstrom durch ungünstige Umstände entweder eine Geschwindigkeitsüberhöhung (Überströmung) oder eine Geschwindigkeitsabnahme (Unterströmung) erfährt, wird die Flüssigkeitsabgabe gestört. Im ersten Fall der Überströmung findet eine so starke Verdichtung der Oberfläche des Materials statt, dass der Flüssigkeitsaustritt stark behindert oder sogar gestoppt wird; dabei kann durch auftretende Reibung und daraus resultierende Hitze eine Schädigung der Qualität des Pressgutes oder gar dessen Entzündung sowie dadurch auch ein erhöhter Verschleiß von Komponenten der Schneckenpressvorrichtung verursacht werden. Im zweiten Fall der Unterströmung versiegt der Flüssigkeitsablauf ebenfalls, weil nunmehr nicht genügend Kompressionsdruck vorhanden ist, um die Flüssigkeit auszupressen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Effizienz einer Schneckenpressvorrichtung der eingangs genannten Art zu steigern.
Diese und ggf. noch weitere Aufgaben werden gelöst mit einer Schneckenpressvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Demnach lassen sich die ersten und zweiten Pressschnecken wahlweise mit unterschiedlichen Drehzahlen antreiben, und zwar mit einem erfindungsgemäßen besonderen Steuerungskonzept, wozu eine entsprechend geeignete Drehzahlsteuerungseinrichtung vorzusehen ist. Das erfindungsgemäße besondere Steuerungskonzept besteht darin, für den ersten Fall, wenn der Druck im Material bzw. Pressgut innerhalb des ersten Schneckengehäuses im Wesentlichen benachbart zum ersten Auslass einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet, die zweite Pressschnecke auf eine Drehzahl einzustellen, die über einem ersten Drehzahlwert liegt, und für den zweiten Fall, wenn der Druck im Material bzw. Pressgut innerhalb des ersten Pressschneckengehäuses im Wesentlichen benachbart zum ersten Auslass einen vorbestimmten zweiten Schwellwert unterschreitet, die zweite Pressschnecke auf eine Drehzahl einzustellen, die unterhalb eines zweiten Drehzahlwertes liegt. Dabei macht sich die Erfindung die Erkenntnis zunutze, dass mit zunehmender Drehzahl der Pressschnecke eine geringere Kompression des Materials bzw. Pressgutes und somit auch ein geringerer Zerteilungsgrad und mit abnehmender Drehzahl der Pressschnecke eine höhere Kompression des Materials bzw. des Pressgutes und somit auch ein höherer Zerteilungsgrad erzielt wird. Somit wird im ersten Fall vermieden, dass das Material bzw. Pressgut bereits weit vor dem den Auslass der gesamten Schneckenpressvorrichtung bildenden zweiten Auslass einer für die dortigen Verhältnisse zu hohen Kompression mit der Folge einer erhöhten Reibung und somit Erhitzung und der daraus resultierenden Gefahr einer Schädigung der Qualität des Pressgutes sowie eines erhöhten Verschleißes von Komponenten der Vorrichtung und einer Verstopfung der gesamten Vorrichtung ausgesetzt wird, und bleibt im zweiten Fall gewährleistet, dass das Material bzw. Pressgut nicht zu viskos bleibt, sondern im Laufe seines Weges durch die Schneckenpressvorrichtung einer gewünschten ausreichenden Kompression unterworfen wird. Das erfindungsgemäße Steuerungskonzept sorgt demnach dafür, dass am zweiten Auslass, der ja auch den Auslass der gesamten Schneckenpressvorrichtung bildet, das Material bzw. Pressgut stets mit einer gewünschten, möglichst hohen Kompression mit der Folge austritt, dass möglichst viel Flüssigkeit aus dem Material bzw. Pressgut herausgepresst werden konnte. Demnach führt die erfindungsgemäße Lösung zu einer deutlichen Effizienzsteigerung der Schneckenpressvorrichtung ohne die Gefahr einer Erhöhung des Verschleißes.
Bevorzugte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
So soll zweckmäßigerweise der erste Schwellwert gleich dem zweiten Schwellwert sein. Ebenfalls soll zweckmäßigerweise der erste Drehzahlwert gleich dem zweiten Drehzahlwert sein, wobei bevorzugt der erste Drehzahlwert und der zweite Drehzahlwert gleich dem Wert der Drehzahl der ersten Pressschnecke ist.
Somit besteht bei dieser Ausführungsform das erfindungsgemäße Steuerungskonzept darin, die Drehzahl der zweiten Pressschnecke für den ersten Fall, dass der Druck im Material innerhalb des ersten Pressschneckengehäuses im Wesentlichen benachbart zum ersten Auslass einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, auf einen Wert größer als die Drehzahl der ersten Pressschnecke anzuheben, sodass die zweite Pressschnecke schneller als die erste Pressschnecke läuft, und für den zweiten Fall, dass der Druck im Material innerhalb des ersten Pressschneckengehäuses im Wesentlichen benachbart zum ersten Auslass den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, auf einen Wert unterhalb der Drehzahl der ersten Pressschnecke abzusenken, sodass dann die zweite Pressschnecke langsamer als die erste Pressschnecke läuft.
Die erfindungsgemässe Schneckenpressvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Drehzahlsteuerungseinrichtung einen Sensor aufweist, der eine physikalische Größe misst, die von der Antriebseinrichtung für den Antrieb der ersten Pressschnecke benötigt wird, wobei die Drehzahlsteuerungseinrichtung die vom Sensor gemessene physikalische Größe als Messgröße für den Druck des Materials innerhalb des ersten Pressschneckengehäuses benachbart zum ersten Auslass verwendet und die zweite Pressschnecke auf eine Drehzahl einstellt, die für den Fall, dass die vom Sensor gemessene physikalische Größe einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet, über der Drehzahl der ersten Pressschnecke liegt, und für den Fall, dass die vom Sensor gemessene physikalische Größe einen vorbestimmten zweiten Schwellwert unterschreitet, unterhalb der Drehzahl der ersten Pressschnecke liegt, wobei es sich bevorzugt bei der physikalischen Größe um eine Leistung oder einen elektrischen Strom handelt.
Vorzugsweise wird die eine Pressschnecke von einer Hohlwelle angetrieben, durch die sich eine die andere Pressschnecke antreibende Welle erstreckt. Eine solche Maßnahme erlaubt eine einseitige Anordnung der Antriebseinrichtung, welche ja zum rotatorischen Antrieb der Wellen vorgesehen ist, sodass diese Ausführung räumliche Vorteile bietet. Bei einer Weiterbildung dieser Ausführung sind die beiden Pressschnecken und die beiden Wellen koaxial zueinander angeordnet und sitzt die eine Pressschnecke konzentrisch auf der Hohlwelle und die andere Pressschnecke konzentrisch auf einem freiliegenden Abschnitt der von der Hohlwelle abschnittsweise umgebenen Welle. Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführung wird die erste Pressschnecke von der Hohlwelle und die zweite Pressschnecke von der abschnittsweise von der Hohlwelle umgebenen Welle angetrieben. Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Antriebseinrichtung an derjenigen Stelle der Vorrichtung, an der sich gemeinsam die Welle und die die Welle umgebende Hohlwelle jeweils mit einem Endabschnitt befindet, und/oder benachbart zum ersten Einlass angeordnet.
Bevorzugt weist die Antriebseinrichtung zwei Antriebsmotoren auf, von denen der eine Antriebsmotor ausgebildet ist, die eine Pressschnecke anzutreiben, und der andere Antriebsmotor ausgebildet ist, die andere Pressschnecke anzutreiben. Bei der zuvor angesprochenen Ausführung mit Hohlwelle und innenliegender Welle ist vorzugsweise der eine Antriebsmotor ausgebildet, die innenliegende Welle im Wesentlichen direkt anzutreiben, und der andere Antriebsmotor ausgebildet, die Hohlwelle im Wesentlichen anzutreiben.
Alternativ ist es aber auch beispielsweise denkbar, dass die Antriebseinrichtung einen Antriebsmotor und ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, dessen Übersetzungsverhältnis veränderbar ist, aufweist, wobei der Antriebsmotor ausgebildet ist, die eine Pressschnecke im Wesentlichen direkt anzutreiben, und das Getriebe mit dem Antriebsmotor gekoppelt und ausgebildet ist, die andere Pressschnecke im Wesentlichen direkt anzutreiben, und die Drehzahlsteuerungseinrichtung zur Steuerung des Getriebes durch Änderung von dessen Übersetzungsverhältnis ausgebildet ist.
Ebenfalls ist es von Vorteil, einen Antriebsmotor der Antriebseinrichtung so auszubilden, dass von ihr die innen liegende Welle im Wesentlichen direkt angetrieben wird, und das Getriebe so auszubilden, dass von ihr die Hohlwelle im Wesenlichen direkt angetrieben wird.
Zweckmäßigerweise sollten das erste Pressschneckengehäuse und das zweite Pressschneckengehäuse ein gemeinsames Gehäuse bilden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten Auslass und dem zweiten Einlass ein Expander bzw. Extruder angeordnet, der ein Gehäuse, eine im Gehäuse drehbar gelagerte Extruderschnecke, einen mit dem ersten Auslass gekoppelten Einlass und einen mit dem zweiten Einlass gekoppelten Auslass aufweist. Ein solcher Extruder bewirkt eine leichte Entspannung des am ersten Auslass komprimierten Materials bzw. Pressgutes. Zweckmäßigerweise sind die beiden Pressschnecken und die Extruderschnecke koaxial zueinander angeordnet. Vorzugsweise verbindet das Gehäuse des Extruders das erste Pressschneckengehäuse mit dem zweiten Pressschneckengehäuse. Bevorzugt ist die Extruderschnecke mit der ersten Pressschnecke drehfest gekoppelt. Des Weiteren ist vorzugsweise die Schneckengangsteigung der Extruderschnecke über ihre Länge konstant. Schließlich kann bevorzugt die Schneckengangsteigung der Extruderschnecke kleiner als die Schneckengangsteigung der Pressschnecken sein, was für den gewünschten Entspannungseffekt von Vorteil ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung bildet für mindestens eine der Schneckenpressen das zugehörige Pressschneckengehäuse einen im Wesentlichen über die gesamte Länge der Pressschnecke zylindrischen Hohlraum und weist die Pressschnecke einen stetig monoton bzw. kontinuierlich zunehmenden Kerndurchmesser und eine stetig monoton bzw. kontinuierlich abnehmende Schneckengangsteigung auf. Somit ist es bei dieser Ausführung wesentlich, dass in Arbeitsrichtung der Kerndurchmesser ohne jede Unterbrechung zunimmt und in entsprechender Weise ohne jede Diskontinuierlichkeit die Steigung der Pressschnecke abnimmt. Diese Lösung erlaubt das Auspressen eines noch höheren Anteils an Flüssigkeit aus festen Materialbestandteilen unter gleichzeitiger Herabsetzung der für den Extraktionsvorgang erforderlichen Energie für die Antriebseinrichtung, wodurch sich die Leistung der jeweiligen Schneckenpresse noch weiter erhöhen lässt.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: im Wesentlichen im Längsschnitt eine Schneckenpressvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2: eine ausschnittsweise vergrößerteEinzelheit, die in Fig. 1 durch einen mit "A" gekennzeichneten Kreis markiert ist, im Längsschnitt (Figur 2a) und in perspektivischer Seitenansicht (Figur 2b); und
Fig. 3: eine Anordnung aus zwei Pressschnecken mit dazwischenliegender Extruderschnecke in perspektivischer seitlicher Ansicht (a) sowie im Längsschnitt (b).

Die in Fig. 1 insgesamt dargestellte Schneckenpressvorrichtung umfasst ein Gehäuse 2, innerhalb dessen eine erste Schneckenpresse 4 und eine stromabwärts von der ersten Schneckenpresse 4 vorgesehene zweite Schneckenpresse 6 angeordnet sind. Durch die Verwendung zweier hintereinandergeschalteter Schneckenpressen 4, 6 handelt es sich bei der Schneckenpressvorrichtung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel um eine zweistufige Schneckenpressvorrichtung. Eine solche zweistufige Lösung bietet eine gute Automatisierungsmöglichkeit und führt zu einer wirksameren Entfettung des zu pressenden Produktes und zu einer besseren Nutzung der Durchsatzleistung unter gleichzeitiger Energieeinsparung und Verschleißminderung.
Die erste Schneckenpresse 4 weist ein erstes Pressschneckengehäuse 8, eine im ersten Pressschneckengehäuse 8 drehbar gelagerte erste Pressschnecke 10 mit spiralförmigen Wendeln bzw. Schneckenstegen 10a und sich dazwischen ebenfalls spiralförmig erstreckenden Fördergängen, einen im dargestellten Ausführungsbeispiel als Einlassschacht ausgebildeten ersten Einlass 12 und einen ersten Auslass 14 auf. Das erste Pressschneckengehäuse 8 ist mit Öffnungen 8a versehen und ist gewöhnlich als Seiherkorb ausgestaltet bzw. wird als ein solcher bezeichnet.
Die zweite Schneckenpresse 6 weist ein zweites Pressschneckengehäuse 16, eine im zweiten Pressschneckengehäuse 16 drehbar gelagerte zweite Pressschnecke 18 mit spiralförmigen Wendeln bzw. Schneckenstegen 18a und sich dazwischen ebenfalls spiralförmig erstreckenden Fördergängen, einen zweiten Einlass 20 und einen zweiten Auslass 22 auf. Wie das erste Pressschneckengehäuse 8 ist auch das zweite Pressschneckengehäuse 16 perforiert bzw. mit Öffnungen 16a versehen und ist gewöhnlich ebenfalls als Seiherkorb ausgestaltet bzw. wird als ein solcher bezeichnet. Gewöhnlich sind die als Seiherkorb ausgebildeten Pressschneckengehäuse 8, 16 aus zwei Halbschalen oder mehreren schalenförmigen Abschnitten zusammengesetzt; dies ist vorteilhaft, um zum einen einen einfachen Zugang zu der Pressschnecke beispielsweise für Wartungszwecke zu erlauben und andererseits eine einfache Möglichkeit zur Anpassung der Durchlässigkeit des ja als Seiherkorb ausgebildeten Pressschneckengehäuses durch Auswechslung des Pressschneckengehäuses gegen ein Pressschneckengehäuse mit einem anderen Perforationsgrad bzw. einer anderen Anzahl von Öffnungen und/oder Öffnungen mit einem anderen Durchmesser zu schaffen.
Wie die Figuren 1 und 2 ferner erkennen lassen, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein auch als Extruder zu bezeichnender Expander 24 zwischen den beiden Schneckenpressen 4, 6 vorgesehen, der ein Expandergehäuse 26, eine im Gehäuse drehbar gelagerte Expanderschnecke 28 mit spiralförmigen Wendeln bzw. Schneckenstegen 28a und sich dazwischen ebenfalls spiralförmig erstreckenden Fördergängen 28b, einen mit dem ersten Auslass 14 gekoppelten Einlass 30 und einen mit dem zweiten Einlass 20 gekoppelten Auslass 32 aufweist. Im Gegensatz zu den beiden Pressschneckengehäusen 8, 16 weist die Wandung des Expandergehäuses 26 keine Perforation oder Öffnungen auf, sondern ist geschlossen. Wie insbesondere Fig. 2 erkennen lässt, sind durch die Wandung des Expandergehäuses 26 Stifte 26a, die im abgebildeten Ausführungsbeispiel als Gewindebolzen ausgebildet sind, durch die Wandung des Expandergehäuses 26 eingesetzt und ragen weit in die von den spiralförmigen Schneckenstegen 28a begrenzten und sich ebenfalls spiralförmig erstreckenden Fördergänge 28b. Deshalb wird der im dargestellten Ausführungsbeispiel verwendete Extruder bzw. Expander auch als Stift-Extruder bzw. Expander bezeichnet. Damit die spiralförmigen Schneckenstege 28a mit den Stiften 26a nicht kollidieren, sind an den entsprechenden Stellen die Schneckenstege 28a mit Unterbrechungen versehen, die ein Durchtreten der Stifte 26a ermöglichen und in Figur 2b zwar nicht gekennzeichnet, jedoch deutlich erkennbar sind. Durch die Ausgestaltung des Stift-Extruders 24 mit den Stiften 26a, die in Stiftebenen angeordnet sind, wie die Figuren 2a und b erkennen lassen, und durch die Unterbrechungen in den Schneckenstegen 28a hindurchtreten, ergibt sich eine besonders gute Förderwirkung. Dabei wird durch die an jeder Unterbrechung in den Schneckenstegen 28a stattfindende Aufteilung des Extrudatstromes in einen Teil, der durch die Unterbrechungen in den Schneckenstegen 28a in im Wesentlichen axialer Richtung tritt, und einen Teil, der in die in Strömungsrichtung folgenden spiralförmigen Fördergänge 28b eintritt, eine besonders gute Durchmischungswirkung erzielt.
Wie Fig. 2 ferner in Verbindung mit Fig. 1 erkennen lässt, bilden das erste Pressschneckengehäuse 8 und das zweite Pressschneckengehäuse 16 und das dazwischenliegende Expandergehäuse 26 ein gemeinsames Gehäuse und umschließen somit einen gemeinsamen durchgehenden Raum, in dem die beiden Pressschnecken 10, 18 und die dazwischenliegende Expanderschnecke 28 angeordnet sind. Die beiden Pressschneckengehäuse 8, 16 und das Expandergehäuse 26 haben jeweils eine Zylinderform, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Pressschneckengehäuse 8, 16 über einen im Wesentlichen gleichen Außendurchmesser und einen ebenfalls im Wesentlichen gleichen Innendurchmesser verfügen, während der Außendurchmesser des Expandergehäuses 26 kleiner, jedoch dessen Innendurchmesser etwa dem Innendurchmesser der Pressschneckengehäuse 8, 16 entspricht. Demgegenüber ist der lichte Durchmesser der Expanderschnecke 28, also der Durchmesser derenzylindrischen Grundkörpers ohne Berücksichtigung der radialen Ausdehnung der Schneckenstege 28a, am Einlass 30 des Expandergehäuses 26 kleiner als der lichte Durchmesser der ersten Pressschnecke 10 am ersten Auslass 14 und größer als der lichte Durchmesser der zweiten Pressschnecke 18 am zweiten Einlass 20, wobei der lichte Durchmesser der Expanderschnecke 28 über seine gesamte Länge konstant bleibt.
Wie insbesondere Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 1 erkennen lässt, sitzt die zweite Pressschnecke 18 auf einem freiliegenden Abschnitt einer inneren Welle 34, die im Übrigen von einer äußeren Hohlwelle 36 umgeben ist, auf der die erste Pressschnecke 10 und die Expanderschnecke 26 sitzen. Die innere Welle 34 und die äußere Hohlwelle 36 sind koaxial zueinander um eine gemeinsame Rotationsachse R drehbar gelagert, aber natürlich unabhängig voneinander antreibbar. Da die erste Pressschnecke 10 und die Expanderschnecke 26 auf der Hohlwelle 36 montiert und somit mit dieser drehfest verbunden sind, werden sie gemeinsam mit gleicher Drehzahl von dieser in Rotation versetzt. Demgegenüber sorgt die innere Welle 34 dafür, dass unabhängig von der äußeren Hohlwelle 36 und somit der ersten Pressschnecke 10 und der Expanderschnecke 26 die zweite Pressschnecke 18 in Rotation versetzt wird, da diese auf der inneren Welle 34 montiert und mit dieser drehfest verbunden ist.
Um die beiden Wellen 34, 36 in Rotation zu versetzen, sind zwei Antriebsmotoren 38, 40 vorgesehen. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel werden als Antriebsmotoren, ein Elektromotoren verwendet. Wie Fig. 1 erkennen lässt, bilden im dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Antriebsmotoren 38, 40 eine gemeinsame bauliche Einheit, die am stromaufwärts gelegenen Ende des Gehäuses 2 benachbart zum ersten Einlass 12 angeordnet ist. Wie Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 3 ferner erkennen lässt, wird die äußere Hohlwelle 36 vom ersten Antriebsmotor 38 und die innere Welle 34 vom zweiten Antriebsmotor 40 angetrieben. Alternativ ist es aber auch denkbar, anstelle des zweiten Antriebsmotors ein mit dem ersten Antriebsmotor 38 gekoppeltes Getriebe zu verwenden, das bevorzugt als Planetengetriebe ausgebildet ist. Die beiden Wellen 34, 36 sind um eine in Figur 3a angedeutete Rotationsachse R in Lagern drehbar gelagert, die in den Zeichnungen im Einzelnen nicht gekennzeichnet sind; dabei können grundsätzlich auch die Antriebsmotoren 38, 40 als eines dieser Lager dienen.
Wie Fig. 1 des Weiteren erkennen lässt, ist die aus den beiden Schneckenpressen 4, 6 und dem Expander 24 bestehende Baugruppe innerhalb des Gehäuses 2 auf Stützen 42 angeordnet, welche wiederum auf einem horizontalen Tragelement 44 sitzen. Unterhalb der genannten Baugruppe ist innerhalb des Gehäuses 2 ein Kompartment 46 gebildet, in dem oberhalb des Bodens 2a des Gehäuses 2 eine Filtratentleerungsschnecke 48 drehbar gelagert ist, wobei die Steigung ihrer spiralförmigen Wendeln bzw. Schneckenstege zur Mitte hin gegenläufig ist, wo das Gehäuse 2 mit einem Filtratauslass 50 versehen ist. Wie Fig. 1 ferner erkennen lässt, ist in dem stromabwärts gelegenen Ende des Gehäuses 2 ein zweites Kompartment 52 ausgebildet, in dessen unterem Abschnitt ein Schaufelrad 54 drehbar gelagert ist, das auch als sog. Schilferbrecher bezeichnet wird.
Die beschriebene Schneckenpressvorrichtung dient dazu, pressfähiges und poröses Material, auch als Pressgut bezeichnet, welches über den ersten Einlass 12 eingegeben wird, stark zu komprimieren mit der Folge, dass im Material vorhandene Flüssigkeit, auch als Filtrat bezeichnet, herausgepresst und das Material in einem trockenen, komprimierten Zustand aus dem zweiten Auslass 22 ausgegeben wird. Somit bildet der erste Einlass 12 der ersten Schneckenpresse 4 auch den Einlass für die gesamte Schneckenpressvorrichtung und der zweite Auslass 22 der zweiten Schneckenpresse 6 den Auslass für die gesamte Schneckenpressvorrichtung zur Abgabe des dann komprimierten Materials bzw. Pressgutes. Um die Flüssigkeit aus dem Material auszutreiben, bedarf es eines stetig wachsenden Pressdruckes auf das betroffene Material. Hierzu sind im dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden hintereinandergeschalteten Schneckenpressen 4, 6 vorgesehen, in denen dieser Vorgang mithilfe der kontinuierlich arbeitenden Pressschnecken 10, 18 aufgrund deren Schneckengangsteigung stattfindet. Da die Pressschnecken 10, 18 von dem jeweiligen Pressschneckengehäuse 8, 16 umschlossen ist, das mit Öffnungen oder Perforationen versehen bzw. als Seiher- oder Siebkörper ausgebildet ist, kann die ausgepresste Flüssigkeit nur in eine Richtung zu den Pressschneckengehäusen 8, 16 hin, also von innen nach außen, fließen. Wie die Figuren 1 und 3 erkennen lassen, haben die erste Pressschnecke 8 am ersten Einlass 12 der ersten Schneckenpresse 4 und die zweite Pressschnecke 18 am zweiten Einlass 20 der zweiten Schneckenpresse 6 und somit an ihrem stromaufwärts gelegenen Anfang jeweils eine relativ hohe Schneckengangsteigung. Demgegenüber nimmt zum ersten Auslass 14 der ersten Schneckenpresse 4 die Schneckengangsteigung der ersten Pressschnecke 10 und zum zweiten Auslass 22 der zweiten Schneckenpresse 6 die Schneckengangsteigung der zweiten Pressschnecke 18 ab. Dadurch nimmt das Volumen in der Schneckenganglücke ab und der Kompressionsdruck zu.
Während die erste Schneckenpresse 4 den primären Pressvorgang übernimmt, findet mit der nachgeschalteten zweiten Schneckenpresse 6 eine Nachbearbeitung statt. Der zwischen die beiden Schneckenpressen 4, 6 geschaltete Expander 24 bewirkt eine Entspannung des am ersten Auslass 14 austretenden Materials, wodurch das Pressgut aufgebrochen wird und somit porös bleibt. Demnach wirkt der Expander 24 als eine Art Puffer. Hierzu vergrößert sich der von der Innenwandung des ersten Pressschneckengehäuses 8 begrenzte Hohlraum beim Übergang vom ersten Auslass 14 zum Einlass 30 des Expanders 24, was bereits zu einer ersten Entspannung des Pressgutes bei Eintritt in den Expander 24 führt. Wie insbesondere Fig. 3 erkennen lässt, ist hierzu die Schneckengangsteigung der mit der ersten Pressschnecke 10 drehfest gekoppelten Expanderschnecke 28 über ihre Länge konstant und dabei geringer als die Schneckengangsteigung der beiden Pressschnecken 10, 18.
Wie Fig. 3 des weiteren erkennen lässt, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Pressschnecken 10, 18 hinsichtlich ihrer Abmessungen und ihrer Schneckengangsteigung im Wesentlichen übereinstimmend gestaltet. Ferner lässt sich Fig. 3 entnehmen, dass im dargestellten Ausführungsbeispiel beide Pressschnecken 10, 18 einen stetig monoton bzw. kontinuierlich zunehmenden Kerndurchmesser ihres zylindrischen Grundkörpers und eine stetig monoton bzw. kontinuierlich abnehmende Schneckengangsteigung aufweisen, während gemäß Figur 1 die beiden Pressschneckengehäuse 8, 16 einen sich über die gesamte Länge der zugehörigen Pressschnecke 10 bzw. 18 erstreckenden zylindrischen Hohlraum definieren. Somit nimmt im dargestellten Ausführungsbeispiel in Arbeitsrichtung, die sich in den Figuren von links nach rechts definiert, der Kerndurchmesser des zylindrischen Grundkörpers der Pressschnecken 10, 18 ohne jede Unterbrechung zu und nimmt in entsprechender Weise ohne jede Diskontinuierlichkeit die Steigung der Pressschnecken 10, 16 ab, wodurch die in axialer Richtung definierte Breite der sich zwischen den spiralförmigen Schneckenstegen 10a bzw. 18a ebenfalls spiralförmig erstreckenden Fördergänge entsprechend abnimmt.
Die aus dem Material ausgetriebene und durch die Öffnungen 8a, 16a der Pressschneckengehäuse 8, 16 austretende Flüssigkeit gelangt durch das erste Kompartment 46 aufgrund Schwerkrafteinfluss nach unten und sammelt sich auf bzw. über dem Boden 2a, wo sie dann durch die Wirkung der Filtratentleerungsschnecke 48 zum Filtratauslass 50 getrieben wird. Das final komprimierte Material tritt dagegen aus dem zweiten Auslass 22 der zweiten Schneckenpresse 6 aus und gelangt dabei in das zweite Kompartment 52, wo es aufgrund von Schwerkrafteinfluss nach unten fällt und mithilfe des Schaufelrades 54 durch einen in den Zeichnungen nicht dargestellten Auslass gefördert wird, der auch als sog. Schilferaustritt bezeichnet wird.
Der Material- bzw. Volumenstrom wird durch die Drehzahl und die Schneckengangsteigung der Pressschnecken 10, 18 bestimmt und ist auch noch von weiteren unterschiedlichen Einflüssen abhängig. Solange das Material über ausreichende Porosität bzw. Kapillarität verfügt, kann Flüssigkeit ausgepresst werden. Wenn aber der Materialstrom durch ungünstige Umstände entweder eine Geschwindigkeitsüberhöhung (Überströmung) oder eine Geschwindigkeitsabnahme (Unterströmung) erfährt, wird die Flüssigkeitsabgabe gestört. Im ersten Fall der Überströmung findet eine so starke Verdichtung der Oberfläche des Materials statt, dass der Flüssigkeitsaustritt stark behindert oder sogar gestoppt wird; dabei kann durch auftretende Reibung und daraus resultierende Hitze eine Schädigung der Qualität des Pressgutes oder gar dessen Entzündung sowie dadurch ein erhöhter Verschleiß von Komponenten der Schneckenpressvorrichtung verursacht werden. Im zweiten Fall der Unterströmung versiegt der Flüssigkeitsablauf ebenfalls, weil nunmehr nicht genügend Kompressionsdruck vorhanden ist, um die Flüssigkeit auszupressen.
Um diese nachteiligen Effekte zu vermeiden, lassen sich durch die Antriebsmotoren 38, 40 die beiden Pressschnecken 10, 18 wahlweise mit unterschiedlichen Drehzahlen antreiben und ist des Weiteren eine Drehzahlsteuerungseinrichtung 60 vorgesehen, an die die Antriebsmotoren 38, 40 angeschlossen sind. Sofern an anstelle des zweiten Antriebsmotors 40 ein Getriebe verwendet wird, ist dieses so auszubilden, dass sich dessen Übersetzungsverhältnis verändern lässt, und zwar durch die Drehzahlsteuerungseinrichtung 60. Des Weiteren ist die Drehzahlsteuerungseinrichtung 60 so ausgebildet, dass sie über einen Sensor 62 die vom ersten Antriebsmotor 38 für den Antrieb der ersten Pressschnecke 10 benötigte Leistungsaufnahme oder einen entsprechend benötigten elektrischen Strom misst. Die so gewonnene Messgröße wird dann von der Drehzahlsteuerungseinrichtung 60 zur Ermittlung des Druckes des Materials innerhalb des ersten Pressschneckengehäuses 8 benachbart zum ersten Auslass 14 entsprechend ausgewertet. Das Steuerungskonzept der Drehzahlsteuerungseinrichtung 60 besteht nun darin, die Antriebsmotoren 38, 40 oder zumindest den zweiten Antriebsmotor 40 so anzusteuern, dass die Drehzahl der zweiten Pressschnecke 18 für den ersten Fall, wenn der Druck im Material innerhalb des ersten Pressschneckengehäuses 8 benachbart zum ersten Auslass 14 einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, auf einen Wert größer als die Drehzahl der ersten Pressschnecke 10 angehoben wird, sodass die zweite Pressschnecke 18 schneller als die erste Pressschnecke 10 läuft, und für den zweiten Fall, wenn der Druck im Material innerhalb des ersten Pressschneckengehäuses 8 im Wesentlichen benachbart zum ersten Auslass 14 den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, auf einen Wert unterhalb der Drehzahl der ersten Pressschnecke 10 abgesenkt wird, sodass dann die zweite Pressschnecke 18 langsamer als die erste Pressschnecke 10 läuft.

Claims

Schneckenpressvorrichtung mit
einer ersten Schneckenpresse (4), die ein erstes Pressschneckengehäuse (8), eine im ersten Pressschneckengehäuse (8) drehbar gelagerte erste Pressschnecke (10), einen ersten Einlass (12) und einen ersten Auslass (14) aufweist,

mindestens einer zweiten Schneckenpresse (6), die ein zweites Pressschneckengehäuse (16), eine im zweiten Pressschneckengehäuse (16) drehbar gelagerte zweite Pressschnecke (18), einen mit dem ersten Auslass (12) gekoppelten zweiten Einlass (20) und einen zweiten Auslass (22) aufweist,

und einer Antriebseinrichtung (38, 40) zum rotatorischen Antrieb der ersten und zweiten Pressschnecken (10, 18), die ausgebildet ist, die ersten und zweiten Pressschnecken (10, 18) wahlweise mit unterschiedlichen Drehzahlen anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenpressvorrichtung eine Drehzahlsteuerungseinrichtung (60) aufweist, die einen Sensor (62) aufweist,

der eine physikalische Größe misst, die von der Antriebseinrichtung (38, 40) für den Antrieb der ersten Pressschnecke (10) benötigt wird, wobei es sich bei der physikalischen Größe um eine Leistung oder einen elektrischen Strom handelt, und

die Drehzahlsteuerungseinrichtung (60) die vom Sensor (62) gemessene physikalische Größe als Messgröße für den Druck des Materials innerhalb des ersten Pressschneckengehäuses (8) benachbart zum ersten Auslass (14) verwendet und die zweite Pressschnecke (18) auf eine Drehzahl einstellt, die für den Fall, dass die vom Sensor (62) gemessene physikalische Größe einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, über der Drehzahl der ersten Pressschnecke (10) liegt, und für den Fall, dass die vom Sensor (62) gemessene physikalische Größe den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, unterhalb der Drehzahl der ersten Pressschnecke (10) liegt, so dass dann die zweite Pressschnecke (18) langsamer als die erste Pressschnecke (10) läuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die eine Pressschnecke (10) von einer Hohlwelle (36) angetrieben wird, durch die sich eine die andere Pressschnecke (18) antreibende Welle (34) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die beiden Pressschnecken (10, 18) und die beiden Wellen (34, 36) koaxial zueinander angeordnet sind und die eine Pressschnecke (10) konzentrisch auf der Hohlwelle (36) und die andere Pressschnecke (18) konzentrisch auf einem freiliegenden Abschnitt der von der Hohlwelle (36) abschnittsweise umgebenden Welle (34) sitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher die erste Pressschnecke (10) von der Hohlwelle (36) und die zweite Pressschnecke (18) von der abschnittsweise von der Hohlwelle (36) umgebenen Welle (34) angetrieben wird.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welcher die Antriebseinrichtung (38, 40) an derjenigen Stelle der Vorrichtung angeordnet ist, an der sich gemeinsam die Welle (34) und die die Welle (34) umgebende Hohlwelle (36) jeweils mit einem Endabschnitt befinden, und/oder benachbart zum ersten Einlass angeordnet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welcher die Antriebseinrichtung zwei Antriebsmotoren (38), (40) aufweist, von denen der eine Antriebsmotor (38) ausgebildet ist, die eine Pressschnecke (10) anzutreiben, und der andere Antriebsmotor (40) ausgebildet ist, die andere Pressschnecke (18) anzutreiben.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5 sowie nach Anspruch 6, bei welcher der eine Antriebsmotor (38) ausgebildet ist, die innenliegende Welle (34) im Wesentlichen direkt anzutreiben, und der andere Antriebsmotor (40) ausgebildet ist, die Hohlwelle (36) im Wesentlichen direkt anzutreiben.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Antriebseinrichtung einen Antriebsmotor und ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, dessen Übersetzungsverhältnis veränderbar ist, aufweist, wobei der Antriebsmotor ausgebildet ist, die eine Pressschnecke (10) im Wesentlichen direkt anzutreiben, und das Getriebe mit dem Antriebsmotor gekoppelt und ausgebildet ist, die andere Pressschnecke (18) im Wesentlichen direkt anzutreiben, und die Drehzahlsteuerungseinrichtung zur Steuerung des Getriebes durch Änderung von dessen Übersetzungsverhältnis ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 sowie nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welcher der Antriebsmotor ausgebildet ist, die innen liegende Welle (34) im Wesentlichen direkt anzutreiben, und das Getriebe ausgebildet ist, die Hohlwelle im Wesentlichen direkt anzutreiben.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welcher das erste Pressschneckengehäuse (10) und das zweite Pressschneckengehäuse (18) ein gemeinsames Gehäuse bilden.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welcher zwischen dem ersten Auslass (14) und dem zweiten Einlass (20) ein Extruder (24) angeordnet ist, der ein Extrudergehäuse (26), eine im Extrudergehäuse (26) drehbar gelagerte Extruderschnecke (28), einen mit dem ersten Auslass (14) gekoppelten Einlass (30) und einen mit dem zweiten Einlass (20) gekoppelten Auslass (32) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher die beiden Pressschnecken (10, 18) und die Extruderschnecke (28) koaxial zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei welcher das Extrudergehäuse (26) das erste Pressschneckengehäuse (8) mit dem zweiten Pressschneckengehäuse (16) verbindet.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, bei welcher die Extruderschnecke (28) mit der ersten Pressschnecke (10) drehfest gekoppelt ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, bei welcher die Schneckengangsteigung der Extruderschnecke (28) über ihre Länge konstant und/oder kleiner als die Schneckengangsteigung der Pressschnecken (10, 18) ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welcher bei mindestens einer der Schneckenpressen (4, 6) das Pressschneckengehäuse (8, 16) einen im Wesentlichen über die gesamte Länge der Pressschnecke (10, 18) zylindrischen Hohlraum bildet und die Pressschnecke (10, 18) einen stetig monoton bzw. kontinuierlich zunehmenden Kerndurchmesser und eine stetig monoton bzw. kontinuierlich abnehmende Schneckengangsteigung aufweist.