Varje VOLUTE™ är en flerskivig skruvpress. Men inte varje flerskivig skruvpress är en VOLUTE™
Varje flerskivig skruvpress som är i drift idag – med fasta ringar, rörliga ringar och en långsamt roterande skruv – har sitt ursprung i en enda japansk patentansökan som lämnades in av AMCON i februari 1992. Den här sidan dokumenterar hur mekanismen utvecklades, varför den behövdes och var den ursprungliga uppfinningen finns registrerad.
Uppfinnare Masaaki Sasaki, grundare av AMCON
Prioritetsdokument JP H5-228695 (1992)
Europeiskt patent EP 0 581 965 B1 (1996)
Fig. 4, EP 0 581 965 B1 – tvärsnitt av avvattningscylindern. Fasta ringar (6), rörliga ringar (30), skruv (31), mikrospalt g, vätskespår (34).
1970-talet
Problemet
Filterdukar, spolvatten och igensättning: teknikens ståndpunkt före VOLUTE™
AMCON började inte som maskinbyggare. Företaget grundades 1974 som ett underhållsföretag som servade septiktankar och mindre avloppsreningsverk vid japanska bostadskomplex. Flytande slam från dessa lokala tankar måste transporteras med tankbil till centrala reningsverk, och slamförtjockning före transport var det uppenbara sättet att minska volym och kostnader – men den tidens slamförtjockare och avvattningspressar var oöverkomligt dyra och svåra att installera i den skalan.
Den dominerande principen för separation var filterduken: slammet matas ut på ett genomsläppligt band, vattnet dräneras genom duken och fasta partiklar blir kvar. Svagheten ligger i själva konstruktionen. Fina partiklar sätter gradvis igen duken, vilket gör att bandet kontinuerligt måste rengöras med spolvatten under högt tryck. Konsekvenserna är välkända för alla som har arbetat med den generationens utrustning: hög förbrukning av spolvatten, dysramper, överdimensionerade band för att klara kapaciteten, täta dukbyten – och nästintill totalt haveri vid olje- och fetthaltigt slam, som sätter igen en filterduk oåterkalleligt.
Eftersom AMCON:s personal underhöll den här utrustningen dagligen hade företaget egen erfarenhet av dessa felorsaker. År 1982 byggde man sin första egna maskin – en kompakt slamförtjockare med filterduk. Den löste problemet med storlek och pris, men ärvde alla begränsningar hos själva duken. Lärdomen från detta stakade ut kursen för allt som följde: eliminera filterduken helt och hållet.
Arkiv, AMCON Inc. – slamhantering vid bostadskomplexens septiktankar, 1970-talet. Flytande slam transporterades bort; volymreduktionen var den ekonomiska flaskhalsen.
Arkiv, AMCON Inc. – den första egenutvecklade maskinen (1982): en slamförtjockare med filterduk. Kompakt och prisvärd, men känslig för igensättning av duken och krävde spolvatten.
1991 →
Första VOLUTE™
Skruvpressen med kamblad: en fungerande maskin med slitageproblem
Arkiv, AMCON Inc. – VOLUTE™ med kamblad (patent 1990, marknadslansering april 1991): skiktat ringfilter med ingripande rengöringsblad.
Arkiv, AMCON Inc. – felorsaken: belastningen koncentrerades till de tunna rengöringsbladen vilket orsakade brott efter några hundra drifttimmar.
FoU-arbetet startade om med utgångspunkt i principen för en skruvpress: ingen filterduk, lågt varvtal och minimalt energibehov. Den olösta frågan var hur man skulle förhindra att avvattningscylindern sattes igen utan att använda spolvatten. Den första lösningen var mekanisk avskrapning. En cylindrisk filterenhet monterades av staplade ringar med smala spalter, och varje skruvgänga var försedd med tunna kamlika rengöringsblad som nådde in i spalterna och tryckte tillbaka inträngande partiklar in i skruvkanalen.
Maskinen fungerade, patenterades 1990 och lanserades på marknaden i april 1991 under namnet VOLUTE™ – av latinets voluta, en spiral. Orderingången ökade. Det gjorde även en återkommande rapport från fältet: bladen bröts av efter bara några hundra timmars drift vid full belastning.
Företagets egna patentansökningar beskriver orsaken rakt på sak. Bladen måste tillverkas tunna och med hög precision för att passa exakt i varje ringspalt; samma geometri koncentrerade skrapbelastningen till den svagaste punkten. Varje blad måste dessutom monteras på axeln med hög noggrannhet, vilket drev upp kostnaderna. Slitage, brott och täta bladbyten var inbyggda i själva konceptet, inte ett tillverkningsfel. Det krävdes en annan igensättningsfri självrengörande mekanism – en helt utan särskilda rengöringsdelar som kunde slitas ut.
1992
Uppfinningen
Rörliga ringar: den igensättningsfria självrengörande mekanismen som definierade den flerskiviga skruvpressen
Den avgörande idén föddes inte vid ritbordet. På ett pendeltåg betraktade grundaren Masaaki Sasaki raden av handtag som gungade i takt med vagnens rörelser och frågade sig om ringar som rör sig skulle kunna hålla ett filter rent av sig själva – utan blad och utan spolvatten. Om avvattningscylindern byggdes upp av omväxlande fasta ringar och löst infästa rörliga ringar, där själva skruven driver de rörliga ringarna, skulle filterspalterna rensas kontinuerligt genom maskinens egen rörelse. En prototyp bekräftade principen, och den 21 februari 1992 lämnade AMCON in patentansökan för utrustningen för ”separation av fast fas och vätska” – den flerskiviga skruvpressen. Mekanismen förtjänar att beskrivas i detalj, eftersom den i princip är oförändrad i varje VOLUTE™-maskin som har tillverkats sedan dess:
Fasta ringar (6)
Staplade i axiell riktning, åtskilda av distansbrickor och sammanhållna med dragbultar till en styv avvattningscylinder. Spaltbredd mellan ringarna: G.
Rörliga ringar (30)
En i varje spalt, med tjocklek T < G. Skillnaden skapar en mikrospalt g på vardera sidan – t.ex. G = 6 mm, T = 5 mm ger g = 0,5 mm. Ringen hålls på plats men kan röra sig fritt radiellt och rotera.
Skruv (31)
Löper inuti ringpaketet och transporterar slammet axiellt. Den rörliga ringens innerdiameter D₅ är mindre än skruvens ytterdiameter D₄, så att varje ring vilar mot skruvbladet i en enda kontaktpunkt P.
Igensättningsfri självrengörande mekanism
Friktionen vid P drar med varje rörlig ring i en excentrisk rotation runt skruvaxeln, så att den glider radiellt med en slaglängd på D₄ − D₅ per varv. Den relativa rörelsen mellan ringarnas ytor trycker kontinuerligt ut fasta partiklar ur mikrospalterna.
Filtratets väg
Vattnet dräneras med självfall genom mikrospalterna; ett runtomgående styrspår (34) på varje rörlig ring leder det filtrat som tränger ut på paketets ovansida nedåt, vilket förhindrar att det rinner tillbaka in i skruvkanalen.
Konstruktionsmässiga fördelar som noterades redan i ansökan från 1992: ringar och distansbrickor kan göras tjocka (mekanisk hållfasthet) samtidigt som g förblir liten; ringdiametrar på 500–1 000 mm är genomförbara; komponenterna kan tillverkas av plast, metall eller keramik; montering och demontering är enkel eftersom inga delar behöver gripa in i varandra med bladprecision.
Fig. 6, EP 0 581 965 B1 – ett skruvvarv, läge (a)–(d).
Den rörliga ringen (30) roterar kring sin egen axel X₂ samtidigt som den glider radiellt i förhållande till skruvaxeln X₁; kontaktpunkten P vandrar längs omkretsen.
Fig. 1–12
Ur ansökan
Vad ansökan från 1992 redan innehöll
Den ursprungliga ansökan är anmärkningsvärt komplett. Den beskriver inte en enskild maskin utan hela det konstruktionsutrymme som AMCON – och senare dess efterföljare – skulle verka inom under de kommande tre decennierna:
Fig. 1, EP 0 581 965 B1 – längdsnitt av den kompletta separatorn: inlopp (2), avvattningscylinder (5), filtratutlopp (4), slamkakans utlopp (3), växelmotor (17).
特開平5-228695, s. 8 – ringarnas rörelsesekvens, lutande utföranden (Fig. 7–8), skruv med segmentblad (Fig. 9–10) och maskinen med dubbla axlar (Fig. 12) i den ursprungliga japanska publikationen.
Slamförtjockning
Horisontellt utförande: flockat slam med 99–98,5 % vattenhalt in, förtjockat slam med 97–95 % ut – självfallsdränering genom mikrospalterna, tillräckligt skonsam för att bevara flockarna (inlopp via bräddavlopp, inte fritt fall).
Slamavvattning
Samma avvattningscylinder lutad 45–90°:lampelaren fyller skruvkanalen, det inre trycket stiger mot slamkakans utlopp och vattnet pressas ut genom spalterna – en slamkaka med under 85 % vattenhalt från en enda maskin, vilket ersatte den tidigare tvåstegslösningen med slamförtjockare + press.
Frånskiljning
Nedåtlutande utförande för enkel avskiljning av grova föroreningar från oflockat avloppsvatten (livsmedelsindustri, köttförädling, storkök).
Skruv med segmentblad
En skruv sammansatt av enskilda bladsegment på en spiralrygg, förskjutna 1–5° i förhållande till varandra, vilket bildar stegvisa mikroutsprång som ökar friktionen mot den fasta fasen; genom att minska förskjutningsvinkeln mot slamkakans utlopp ökar det inre trycket och slamkakans torrhalt.
Maskiner med flera axlar (avvattningscylindrar)
Flera avvattningscylindrar i ett gemensamt hölje, sammankopplade till en gemensam drivning – det koncept för kapacitetsskalning som fortfarande används i stora VOLUTE™-enheter; idag har dock varje avvattningscylinder sin egen drivning.
Användningsområden
Utöver kommunalt blandslam var – och är – mekanismen tillämpbar på nästan alla typer av industrislam.
Dokumentation
Primärkällor
Dokumenten: var uppfinningen finns registrerad
Prioriteten för den flerskiviga skruvpressen vilar på den japanska ansökan från den 21 februari 1992, som utvidgades internationellt genom PCT och beviljades i Europa 1996. Båda dokumenten anger AMCON (Amukon Kabushiki Kaisha, Tokyo) som sökande och företagets grundare som uppfinnare.
Publikation
特開平5-228695 (JP H5-228695 A)
Ansökan
特願平4-69996 · inlämnad 1992-02-21
Publicerad
07.09.1993
Sökande
アムコン株式会社 (AMCON INC.), Meguro-ku, Tokyo
Uppfinnare
佐々木 正昌 (Masaaki Sasaki)
Int. kl.
B30B 9/14 · B01D 29/17, 29/25, 29/37 · C02F 11/12
Inlämnad
1993-02-18 · PCT/JP93/00199 (WO 93/16867)
Prioritet
1992-02-21 · JP 69996/92
Beviljad
1996-08-28 · Bulletin 1996/35
Stater
DE · FR · GB
Innehavare
Amukon Kabushiki Kaisha, Tokyo
Patentkrav 1
Fasta ringar + roterbar skruv, kännetecknad av rörliga ringar i spalterna med en innerdiameter som är mindre än skruvens ytterdiameter
Den kännetecknande delen av patentkrav 1 – rörliga ringar med D₅ < D₄ – är den juridiska definitionen av principen för den flerskiviga skruvpressen. Varje senare flerskivig skruvpress, oavsett vilket varumärke som står på höljet, tillämpar den mekanism som först offentliggjordes här.
1991→
Kontinuitet
Tre decennier med samma princip, kontinuerligt vidareutvecklad av sin uppfinnare
Mekanismen i den flerskiviga skruvpressen eliminerade den sista förbrukningsdelen i skruvpressen: ingen duk som sätts igen, inga blad som bryts av, ingen dysramp som kräver spolvatten. Den gjorde obemannad drift praktiskt genomförbar och öppnade för slamtyper – olje- och fetthaltigt slam samt slam från livsmedelsindustrin – som dukbaserade maskiner inte kunde hantera. AMCON har som originaltillverkare (OEM) tillverkat mekanismen utan avbrott sedan dess och kontinuerligt vidareutvecklat den.
Ett stort utvecklingssteg togs 2021 när AMCON lanserade VOLUTE DUO, en helt ny typ av press som – tack vare sin friktionsfria konstruktion – tog bruksvärdet hos pressar för slamavvattning till en helt ny nivå, särskilt när det gäller underhållskostnader.
I praktiken
En princip, många slamtyper
En flerskivig skruvpress är inte en statisk produkt utan en konfigurerbar enhet. Mekanismen – fasta ringar, rörliga ringar och en långsamt roterande skruv – är densamma, men slam är inte ett enhetligt material: torrhalt, fiberhalt, olja och fett, partikelstorlek och flockstyrka varierar kraftigt beroende på källa. Den klassiska skruvpressen VOLUTE™ (till skillnad från den senare VOLUTE DUO™) byggs därför för att anpassas till inkommande slam snarare än att säljas som en universell standardenhet. Flera parametrar ställs in för varje applikation utan att den grundläggande principen ändras:
Skruvens geometri
Skruvstigning, bladsegmentens förskjutningsvinkel och konicitet bestämmer transporthastigheten och den inre tryckuppbyggnaden längs avvattningscylindern. Redan i ansökan från 1992 beskrivs hur en minskad förskjutningsvinkel mot slamkakans utlopp ökar torrhalten – samma metod som används idag för att optimera en press för ett specifikt slam.
Dimensionering av ringspalter
Mikrospalten g väljs utifrån tjockleken på ringarna och distansbrickorna, och ställs ofta in olika i förtjockningszonen (inloppet) och avvattningszonen (slamkakans utlopp) i samma avvattningscylinder, för att balansera filtratflödet mot slamkakans torrhalt längs maskinens längd.
Val av drivning
Motor- och växellådseffekt samt varvtal styr kapacitet och uppehållstid; lägre varvtal ger högre koncentration medan högre varvtal ökar kapaciteten. Drivningen dimensioneras efter driften i stället för att vara fast.
Eftersom dessa parametrar anpassas efter applikationen kan en och samma press finjusteras för ett brett spektrum av slamtyper utan att mekanismen behöver konstrueras om. Det som gör denna anpassning tillförlitlig är inte enbart geometrin, utan den empiriska kopplingen mellan inkommande slams egenskaper och konfigurationen – vilken skruv, vilka spaltbredder och vilken drivning som krävs för vilket slam. Som originaltillverkare har AMCON byggt upp denna kunskapsbank under flera decennier och inom många branscher, och tillämpar den vid dimensioneringen av varje enskild enhet.
Detta är den praktiska skillnaden mellan originalet och senare kopior av mekanismen. Tillverkare av kopior erbjuder vanligtvis en enda fast konfiguration som används brett, oavsett inkommande slam. När slammet avviker från vad denna enda konfiguration klarar av blir resultatet bristfällig slamavvattning eller rentav driftstopp – ofta till det lägre pris som gjorde kopian lockande från början.
En väldokumenterad bieffekt följer: när en felaktigt anpassad enhet underpresterar kan operatörer tillskriva bristerna själva principen för den flerskiviga skruvpressen snarare än den specifika konfigurationen. Kopior på marknaden påverkar därmed synen på hela teknikområdet – en ryktesmässig konsekvens som drabbar originaltillverkare av många avancerade verkstadsprodukter, inte bara inom slamavvattning.
Varje VOLUTE™ är en flerskivig skruvpress. Men inte varje flerskivig skruvpress är en VOLUTE™ – endast AMCON bygger originalet.
Vi använder cookies och liknande tekniker för att förbättra din upplevelse genom att behandla uppgifter som surfbeteende eller unika ID:n. Om du nekar eller återkallar ditt samtycke kan det påverka webbplatsens funktionalitet.