Varje VOLUTE™ är en flerskivspresspress. Inte varje flerskivspresspress är en VOLUTE™
Varje flerskivspresspress som används idag — fasta ringar, rörliga ringar och en långsamtroterande skruv — går tillbaka till en 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 beviljande
EP 0 581 965 B1 (1996)
Fig. 4, EP 0 581 965 B1 — tvärsnitt av separationselementet. Fasta ringar (6), rörliga ringar (30), skruv (31), mikrogap g, vätskestyrspår (34).
1970-talet
Problemet
Filterdukar, spolvatten och igensättning: den senaste tekniken före VOLUTE™
AMCON började inte som maskintillverkare. Grundat 1974 som ett underhållsföretag, skötte det septiktankar och små avloppsreningsverk vid japanska lägenhetskomplex. Flytande slam från dessa lokala tankar måste transporteras till centrala reningsverk, och att förtjocka det före transport var det uppenbara sättet att minska volym och kostnad — men förtjockare och avvattningspressar från den tiden var oöverkomligt dyra och svåra att installera i den skalan.
Den dominerande separationsprincipen var filterduken: slam läggs på ett genomsläppligt band, vatten rinner igenom, fasta ämnen stannar kvar. Svagheten är strukturell. Fina fasta ämnen täpper successivt till duken, så bandet måste kontinuerligt rengöras med högtrycksspray. Konsekvenserna är välkända för alla operatörer av den generationens utrustning: stor spolvattenförbrukning, spraysystem, överdimensionerade band för att nå kapacitet, frekvent dukbyte — och nästan total misslyckande på oljigt slam, som täpper till en duk oåterkalleligt.
Eftersom AMCONs personal underhöll denna utrustning dagligen, kände företaget dessa fellägen på nära håll. 1982 byggde det sin första egen maskin — en kompakt filterduks-förtjockare. Den löste storleks- och prisproblemet, men ärvde alla begränsningar hos själva duken. Lärdomen från den satte riktningen för allt som följde: eliminera filterduken helt.
Arkiv, AMCON Inc. — slamhantering vid lägenhetskomplexs septiktankar, 1970-talet. Flytande slam transporterades bort; volymreduktion var den ekonomiska flaskhalsen.
Arkiv, AMCON Inc. — den första egna maskinen (1982): en filterduks-förtjockare. Kompakt och prisvärd, men utsatt för dukigensättning och spol-vattenbehov.
1991 →
Första VOLUTE™
Kamblads-skruvpressen: en fungerande maskin med ett slitproblem
Arkiv, AMCON Inc. — kamblads-VOLUTE™ (patent 1990, marknadslansering april 1991): skiktat ringfilter med sammanflätade rengöringsblad.
Arkiv, AMCON Inc. — felläget: belastning koncentrerad på de tunna rengöringsbladen orsakade brott efter några hundra drifttimmar.
FoU startade om kring skruvpressprincipen: ingen duk, låg rotationshastighet, minimal energiförbrukning. Den öppna frågan var hur man skulle hålla filterelementet från att sätta igen utan spolvatten. Det första svaret var mekanisk skrapning. Ett cylindriskt filter monterades från staplade ringar med smala gap, och varje gänga på skruven bar tunna kamliknande rengöringsblad som nådde in i gapen och tryckte tillbaka inträngande fasta ämnen i skruvkanalen.
Maskinen fungerade, patenterades 1990 och kom ut på marknaden i april 1991 under namnet VOLUTE™ — från latinets voluta, en spiral. Beställningarna växte. Det gjorde också en återkommande fältrapport: bladen gick sönder efter bara några hundra timmars fullbelastning.
Företagets egna patentansökningar är uppriktiga om orsaken. Bladen måste tillverkas tunna och med hög precision för att komma in i varje ringgap korrekt; samma geometri koncentrerade skrapbelastningen på den svagaste delen. Varje blad måste också monteras på axeln med hög noggrannhet, vilket drev upp kostnaden. Slitage, brott och frekvent bladbyte var inneboende i konceptet, inte ett tillverkningsfel. En annan självrengörande princip behövdes — en utan dedikerad rengöringsdel som slits ut.
1992
Uppfinningen
Rörliga ringar: den självrengörande mekanismen som definierade flerskivspresspressen
Den avgörande idén kom inte vid en ritbräda. När han åkte pendeltåg såg grundaren Masaaki Sasaki raden av handremmar gunga med tågets rörelse och frågade sig om ringar som rör sig kunde hålla ett filter rent av sig själva — inga blad, ingen spray. Om det cylindriska filtret byggdes av alternerande fasta ringar och löst fångade rörliga ringar, med skruven själv som driver de rörliga ringarna, skulle filtergapen skuras kontinuerligt av maskinens egen drift. En prototyp bekräftade principen, och den 21 februari 1992 lämnade AMCON in patentansökan för ”fast-vätskeseparationsapparaten” — flerskivspresspressen. Mekanismen är värd att beskriva exakt, eftersom den i princip är oförändrad i varje VOLUTE™-maskin som producerats sedan dess:
Fasta ringar (6)
Staplade i axiell riktning, separerade av distanser och klämda av dragbultar till en stel cylinder. Gapbredd mellan ringar: G.
Rörliga ringar (30)
En i varje gap, med tjocklek T < G. Skillnaden definierar ett mikrogap g på varje sida — t.ex. G = 6 mm, T = 5 mm ger g = 0,5 mm. Ringen är fångad men fri att förskjutas radiellt och rotera.
Skruv (31)
Löper inuti ringpaketet och transporterar slammet axiellt. Den rörliga ringens innerdiameter D₅ är mindre än skruvens ytterdiameter D₄, så varje ring vilar på gängan vid en enda kontaktpunkt P.
Självrengöring
Friktion vid P drar varje rörlig ring in i en excentrisk rotation runt skruvaxeln, glidande radiellt med ett slag på D₄ − D₅ per varv. Den relativa rörelsen av ringytor stöter kontinuerligt ut fasta ämnen från mikrogapen.
Filtratväg
Vatten rinner av genom gravitation genom mikrogapen; ett perifert styrspår (34) på varje rörlig ring leder filtrat som uppstår vid toppen av paketet nedåt, vilket förhindrar återinträde i skruvkanalen.
Designkonsekvenser som redan noterades i 1992 års ansökan: ringar och distanser kan göras tjocka (mekanisk styrka) medan g förblir litet; ringdiametrar på 500–1000 mm är möjliga; komponenter kan vara harts, metall eller keramik; montering och demontering är enkla eftersom ingen del måste sammanflätas med bladprecision.
Fig. 6, EP 0 581 965 B1 — ett skruvvarv, tillstånd (a)–(d).
Den rörliga ringen (30) roterar kring sin egen axel X₂ medan den glider radiellt i förhållande till skruvaxeln X₁; kontaktpunkt P färdas runt omkretsen.
Fig. 1–12
Från ansökan
Vad 1992 års ansökan redan innehöll
Den ursprungliga ansökan är anmärkningsvärt komplett. Den beskriver inte en enskild maskin utan hela designrymden som AMCON och, senare, dess imitatörer skulle uppta under de kommande tre decennierna:
Fig. 1, EP 0 581 965 B1 — längdsnitt av den kompletta separatorn: inflöde (2), separationselement (5), filtratport (4), fastämnesutlopp (3), växelmotor (17).
特開平5-228695, s. 8 — ringrörelsesekevens, lutande arrangemang (Fig. 7–8), skivskruv (Fig. 9–10) och tvåaxlig maskin (Fig. 12) i den ursprungliga japanska publikationen.
Förtjockningsläge
Horisontellt arrangemang: flockuletat slam vid 99–98,5 % fukt in, förtjockat fast ämne vid 97–95 % ut — gravitationsavrinning genom mikrogapen, försiktig nog att bevara flockar (inlopp genom överflöde, inte fritt fall).
Avvattningsläge
Samma element lutat 45–90°: slamkolumnen fyller skruvkanalen, internt tryck stiger mot utloppsänden, och vatten pressas ut genom gapen — kaka under 85 % fukt från en enda maskin, vilket ersätter det tidigare tvåstegs förtjockare + press-arrangemanget.
Sållningsläge
Nedåtlutat arrangemang för enkel borttagning av grova föroreningar från icke-flockuletat avloppsvatten (livsmedelsbearbetning, köttbearbetning, hotellkök).
Skivskruv
En skruv monterad av enskilda skivstycken på en spiralformad kam, förskjutna 1–5° vardera, som bildar stegvisa mikroutsprång som ökar friktionen mot de fasta ämnena; minskning av förskjutningsvinkeln mot utloppet ökar internt tryck och kaktorhet.
Flerskafts (cylinder) maskiner
Flera separationselement i ett hölje, växlade till en enda drivning — kapacitetsskalningskonceptet som fortfarande används i stora VOLUTE™-enheter; idag har dock var och en av avvattningscylindrarna sin egen drivning.
Tillämpningar
Utöver kommunalt avloppsslam var mekanismen — och förblir — tillämplig på nästan alla typer av industrislam.
Register
Primära källor
Dokumenten: var uppfinningen finns registrerad
Prioritet för flerskivspresspressen vilar på den japanska ansökan från 21 februari 1992, utökad internationellt genom PCT och beviljad i Europa 1996. Båda dokumenten namnger 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 21.02.1992
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. Cl.
B30B 9/14 · B01D 29/17, 29/25, 29/37 · C02F 11/12
Inlämnad
18.02.1993 · PCT/JP93/00199 (WO 93/16867)
Prioritet
21.02.1992 · JP 69996/92
Beviljad
28.08.1996 · Bulletin 1996/35
Stater
DE · FR · GB
Innehavare
Amukon Kabushiki Kaisha, Tokyo
Krav 1
Stationära ringar + roterbar skruv, kännetecknad av flytande ringar i gapen med innerdiameter mindre än skruvens ytterdiameter
Den kännetecknande klausulen i krav 1 — flytande ringar med D₅ < D₄ — är den juridiska definitionen av flerskivsprincipen. Varje senare flerskivspress, oavsett märke på höljet, implementerar mekanismen som först avslöjades här.
1991→
Kontinuitet
Tre decennier av samma princip, kontinuerligt utvecklad av dess uppfinnare
Flerskivsmekanismen tog bort den sista förbrukningsvaran från skruvpressen: ingen duk att täppa till, inget blad att gå sönder, ingen spraystång att mata. Den gjorde obevakad drift praktisk och öppnade slamtyper — oljiga, feta, livsmedelsindustri — som dukbaserade maskiner inte kunde hantera. AMCON har tillverkat mekanismen utan avbrott sedan dess, som den ursprungliga utrustningsleverantören, och har fortsatt att utöka den.
Ett enormt evolutionärt språng inträffade 2021 när AMCON lanserade VOLUTE DUO, en helt ny typ av press, som — tack vare sin kontaktlösa design — tog avvattningspressarnas användarvärde till en helt ny nivå, särskilt när det gäller underhållskostnader.
Praktik
En princip, många slam
Tre decennier av samma princip, kontinuerligt utvecklad av dess uppfinnare
En flerskivspress är inte ett fast objekt utan ett konfigurerbart. Mekanismen — fasta ringar, rörliga ringar, en långsamtroterande skruv — är invariant, men slam är inte ett enda material: torrsubstanshalt, fiberhalt, olja och fett, partikelstorlek och flockstyrka varierar alla kraftigt beroende på källa. Den klassiska VOLUTE™-skruvpressen (till skillnad från den senare VOLUTE DUO™) byggs därför för att matchas mot tillförseln snarare än att säljas som en universell enhet. Flera parametrar ställs in per tillämpning, utan att ändra den underliggande principen:
Skruvgeometri
Gängstigning, skivförskjutningsvinkel och avsmalnande ställer in transporteringshastigheten och det interna tryckuppbyggnaden längs cylindern. 1992 års ansökan beskriver redan minskning av förskjutningsvinkeln mot utloppet för att öka kaktorhet — samma spak som används idag för att anpassa en press till ett givet slam.
Ringgapdimensionering
Mikrogapet g väljs från ring- och distanstjocklekarna, och ställs ofta in olika mellan förtjockningszonen (inlopp) och avvattningszonen (utlopp) i samma cylinder, vilket balanserar filtrathastighet mot kaktorhet längs maskinens längd.
Drivval
Motor- och växellådsdimensionering och rotationshastighet ställer in genomströmning och uppehållstid; lägre hastighet ökar koncentration, högre hastighet ökar kapacitet. Drivning specificeras till uppgiften snarare än fixerad.
Eftersom dessa ställs in per tillämpning kan en enda fysisk press anpassas över ett brett spektrum av slamtyper utan att omdesigna mekanismen. Det som gör den anpassningen tillförlitlig är inte geometrin ensam utan den empiriska kartläggningen från tillförselkarakteristika till konfiguration — vilken skruv, vilka gap, vilken drivning för vilket slam. Som den ursprungliga tillverkaren har AMCON ackumulerat den kartläggningen över flera decennier och över många industrier, och tillämpar den när varje enhet specificeras.
Detta är den praktiska skillnaden mellan upphovsmannen och senare kopior av mekanismen. Kopietillverkare erbjuder vanligtvis en enda fast konfiguration och använder den brett, oavsett tillförsel. Där slammet avviker från vad den konfigurationen passar, blir resultatet underavvattning eller rent misslyckande att prestera — ofta till den lägre prispunkten som gjorde kopian attraktiv från början.
Varje VOLUTE™ är en flerskivspresspress. Inte varje flerskivspresspress är en VOLUTE™ — bara AMCON bygger originalet.