DE2746347C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zentrifugen dieser Bauart enthalten Drehzahländerungs­ getriebe zwischen einer Trommel und einem Förderelement. Üblicherweise wird die Trommel von einem Motor schneller gedreht als das Förderelement, doch kann auch das Förder­ element angetrieben werden und/oder eine höhere Drehzahl haben als die Trommel. Wenn solche Zentrifugen mit bestimm­ ten Schlämmen wie z. B. Stärke, Stärkelösungen oder ähnli­ chen klebrigen Stoffen betrieben werden, entwickeln sie bei Durchsatzleistungen, die beträchtlich unterhalb der Nennleistung liegen, erhebliche Torsionsschwingungen und beginnen zu schlagen. Gewöhnlich tritt das Schlagen (Rattern) bei der natürlichen Frequenz der Torsionsschwingung auf, typisch zwischen 20 und 60/sec, und zwar vermutlich aufgrund von abwechselndem Haften und Gleiten zwischen dem Förder­ element und der Trommel. Bei den damit erzeugten Torsions­ schwingungen schwankt das Drehmoment der Anordnung um einen Mittelwert bis zu einem Maximalwert, der das maximale Drehmoment, für welches die Maschine ausgelegt wird, übersteigen kann.

Solche großen und schnellen Änderungen des Drehmoments verkürzen die Lebensdauer der ihnen ausgesetzten Bauteile der Zentrifuge beträchtlich, insbesondere von Getriebe­ rädern und Überlastsicherheitsvorrichtungen wie z. B. eines Scherzzapfens oder einer Reibungskupplung. Wenn das Schlagen nicht verhindert wird, kann das eine oder andere Bauteil brechen, was erhebliche Ausfallzeiten und Ersatzteilkosten insbesondere im Falle eines Getriebeschadens zur Folge hat. Um das Schlagen zu verhindern, muß der Benutzer die Zentri­ fuge bei Durchsatzleistungen unterhalb 40% der Nennleistung betreiben.

Aus der DE-OS 20 24 838 ist bekannt, daß bei einer Zentrifuge der hier betrachteten Art das Schlagen unterbunden werden kann, indem zwischen den sich drehenden Bauteilen (Trommel, Förderelement und Getriebe) eine nachgiebige biegsame Verbin­ dung mit kleinerer Federsteife angeordnet wird. Hierbei kann das Schlagen bis zur vollen Durchsatzleistung der Zentrifuge mittels einer zwischen dem Förderelement und seiner Antriebs­ scheibe angeordneten elastomeren Hülse unterbunden werden. Jedoch müssen durch die Anordnung einer Vorrichtung zum Unter­ drücken des Schlagens zwischen den sich drehenden Teilen der genannten Baugruppe unerwünschte Einschränkungen bei der Auslegung und den Abmessungen der Zentrifuge in Kauf ge­ nommen werden, und insbesondere ist der Zugang für Verstel­ lungs-, Wartungs- oder Reparaturarbeiten erschwert.

Das bei solchen Zentrifugen verwendete Drehzahländerungs­ getriebe, beispielsweise ein einstufiges oder mehrstufiges Planetengetriebe, weist zusätzlich zu seinen ein hohes Dreh­ moment übertragenden Verbindungen zwischen der Trommel und dem Förderelement eine ein relativ kleines Drehmoment übertragende Verbindung zu einer äußeren Trag- oder Halte­ vorrichtung auf, die starre oder drehbare Anordnungen ent­ halten kann, z. B. eine Rutschkupplung für das Ritzel oder einen Freilauf, um das Übersetzungsverhältnis verändern zu können. Bei den üblicherweise verwendeten mehrstufigen Planeten­ getrieben geht diese äußere Verbindung vom Ritzel der ersten Stufe aus. Dessen relativ kleines Drehmoment ergibt sich aus dem Drehmoment, das auf die Verbindung zum Förderelement einwirkt, geteilt durch das Übersetzungsverhältnis. Gewöhn­ lich enthält diese äußere Verbindung die erwähnte Sicherheits­ vorrichtung zur Verhinderung einer Drehmomentüberlastung der Maschine.

Weil ein verhältnismäßig kleines Drehmoment auf die äußere Verbindung einwirkt und diese außerhalb der Baugruppe aus Trommel, Getriebe und Förderelement angeordnet ist, ist die äußere Verbindung eine vorteilhafte Stelle für schlagunter­ drückende Maßnahmen. Hierfür wurden bereits Versuche mit torsional nachgiebigen elastomeren Kupplungen oder Metall­ federn unternommen, die abhängig von der Torsionsschwingung der äußeren Verbindung eine Torsionsschwingung durchführen sollten, sich aber nicht dazu eignen, das Schlagen der Bau­ gruppe aus Trommel, Getriebe und Förderelement zu unterdrücken und dadurch verursachte Getriebeschäden zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge zu schaffen, die eine leicht zugängliche Einrichtung zum Unterdrücken des Schlagens der Baugruppe aus Trommel, Förder­ element und Getriebe enthält.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dadurch ergeben sich verschiedene wesentliche Vorteile. Da die Einrichtung zum Unterdrücken des Schlagens außerhalb der Baugruppe aus Trommel, Getriebe und Förder­ element angeordnet ist, ist sie jederzeit leicht und schnell zugänglich, was insbesondere bei einem eventuellen Bruch wichtig ist, da der entstehende Schaden auf ein Minimum be­ grenzt werden kann. Da die Einrichtung in bzw. an der äußeren Verbindung des Getriebes angeordnet ist, die mit einem erheb­ lich geringeren Drehmoment belastet ist als die Verbindungen zwischen Getriebe und Trommel bzw. Förderelement, ist sie ferner einfacher zu konstruieren und weniger störanfällig als bekannte Einrichtungen. Schließlich kann die Einrich­ tung aufgrund ihrer leichten Zugänglichkeit ohne großen Auf­ wand bezüglich ihrer Resonanzeigenschaften abgestimmt werden.

Es wurde festgestellt, daß eine solche hinsichtlich ihrer Eigenfrequenz abgestimmte Feder- und Masseeinrichtung das Schlagen bis zu einem Wert von 80% oder mehr des Nenndreh­ moments der Zentrifuge unterdrücken, d. h. Abweichungen vom normalen Drehmoment auf unschädliche Werte reduzieren kann, beispielsweise auf Werte kleiner als 10% der Änderungen, so daß man ohne die Gefahr des Schlagens die Zufuhrmenge beträchtlich erhöhen kann.

Weil die Feder- und Masseeinrichtung keine wesentliche Eigendämpfung haben muß, ist anzunehmen, daß ihre Wirksam­ keit auf der Vergrößerung von in der Baugruppe aus Trommel, Getriebe und Förderelement auftretenden Dämpfungskräften beruht. Das Anwachsen der Eigendämpfung innerhalb der sich drehenden Baugruppe selbst tritt aufgrund der Auswirkungen der Resonanzschwingungen auf, was daraus hervorgeht, daß die durch ein Vergrößern oder Verkleinern der Federsteife veränderte Resonanzfrequenz steil auf nahezu Null zurück­ geht, wenn die Federsteife der Feder- und Masseeinrich­ tung innerhalb von + 40% bis + 25% desjenigen Bereiches liegt, in dem eine in Resonanz erfolgende Torsionsschwin­ gung zu beobachten ist.

Die Feder der Feder- und Masseeinrichtung kann torsional nachgiebig beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als Torsionsstange, als Schraubenfeder oder als Blattfeder­ konstruktion. Als Feder kann eine Torsions­ stange kleiner Eigendämpfung verwendet werden, die aus Metall hergestellt sein kann, beispielsweise aus Stahl oder Titan, und die koaxial zur äußeren Verbindung angeordnet ist. Die Federsteife der Feder kann z. B. dadurch verstellbar sein, daß der ungeklemmte Längenabschnitt der Torsionsstange, der frei Torsionsschwingungen durchführen kann, verändert wird. Die Masse der Feder- und Masse-Anordnung ist gegeben durch die Masse der Feder und aller anderen Bauteile der äußeren Verbindung, die zusammen mit der Feder Torsionsschwin­ gungen durchführen.

Zur Dimensionierung der Feder- und Masseeinrichtung wird zunächst versuchsweise für jede Größe der Zentrifuge, jede Getriebeart und jedes Übersetzungsverhältnis eine Feder- und Masse-Kombination bestimmt, die in Resonanz mit der Torsions­ schwingung des Schlagens der drehenden Bauteile der Zentrifuge Torsionsschwingungen ausführt. Dazu wird eine Torsionsstange axial zur äußeren Verbindung der Zentrifuge derart schwingfähig angeordnet, daß ihre Federsteife verändert werden kann, beispielsweise indem das feste Ende mittels einer in Längs­ richtung zur Stange verschiebbaren Klemme fixiert wird, um die wirksame Federlänge zu verändern und daher die Feder­ steife in Einklang mit verschiedenen berechenbaren Werten zu bringen. Die Zentrifuge wird unter "Schlagbedingungen" be­ trieben, indem ein Schlamm, von dem es bekannt ist, daß er ein Schlagen erzeugt, beispielsweise PVC (Polyvinylchlorid)- Kugeln oder Stärke, zugeführt wird, wobei die Federsteife der Stange so lange geändert wird, bis die Stange und die sich drehenden Bauteile in Resonanz schwingen. Um die Resonanzfrequenz der Schwingung festzustellen, sind ver­ schiedene Methoden möglich wie folgt:

1. Das Verhältnis der Schwingungsamplitude der Stange zu derjenigen des Förderelements wird bei verschiedenen Federsteifen so lange verglichen, bis der maximale Wert ge­ funden wird, weil bei Resonanz dieses Verhältnis den maximalen Wert aufweist. Die Amplitude der Schwingung des Förder­ elements kann mittels eines auf diesem angebrachten Dreh­ schwingungsschreibers (Torsiograph) dargestellt werden, der ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, dessen Frequenz und Amplitude der Torsionsschwingung des Förderelementes entsprechen und welches auf einem Oszilloskop in Form einer sinusförmigen Welle wiedergegeben wird. Die Schwingungs­ amplitude der Stange kann mittels einer geeigneten Vorrich­ tung festgestellt werden, die z. B. einen fest angebrachten Schreiber aufweisen kann, der ein Band, eine Scheibe oder eine Trommel, die mit der Welle verbunden sind, beschreibt.

2. Beim Durchfahren der Resonanz tritt eine große Änderung des Phasenwinkels zwischen der Schwingung des Förderelements und derjenigen der Stange auf. Die Schwing­ bewegung des Förderelementes wird vom Torsiograph wieder­ gegeben, die Schwingbewegung der Stange kann mit Drehmoment­ fühlern in Form von Dehnungsmaßstreifen, die mit der Welle verbunden sind, festgestellt werden mit Hilfe von Geräten, die Änderungen eines an die Meßfühler angelegten Gleich­ stroms in Form einer Sinuswelle an einem Oszilloskop anzeigen.

3. In Resonanzzustand tritt eine merkmale Ver­ schiebung der Frequenz der Schwingbewegung sowohl des Förderelementes als auch der Stange auf. Dies wird sowohl durch den Torsiograph als auch durch die Dehnmeßstreifen angezeigt. Die Frequenzen werden miteinander verglichen bis die Verschiebung auftritt.

Um Ergebnisse zu überprüfen, können zwei oder alle erwähnten Verfahren verwendet werden. Die Verfahren können mit Torsions­ stangen unterschiedlicher Durchmesser wiederholt werden, um Ergebnisse noch weiter zu überprüfen.

Die einwandfreie, in dieser Weise ermittelte Kombination von Feder und Masse kann dann als Norm für alle gleich aus­ gebildeten Zentrifugen verwendet werden. Es können je­ doch Federn verwendet werden, die von der Prüftorsionsstange verschieden sind, jedoch die "resonante" Federsteife dieser aufweisen, vorausgesetzt, daß die Masse nicht geändert wird. Änderungen der Masse werden die erforderte Federsteife der Feder beeinflussen, so daß eine ausgleichende Änderung der Feder durchgeführt werden muß.

Es ist zu bemerken, daß es wichtig ist, beim Ermitteln der Wirksamkeit der Feder- und Masse-Einrichtung zum Unter­ drücken des Schlagens, das Schlagen des Förderelements gemäß des oben erwähnten Vorgehens zu messen und nicht nur das­ jenige der äußeren Verbindung. Der Grund dafür ist, daß wie es bereits erwähnt wurde, ein Unterdrücken des Schlagens in der äußeren Verbindung nicht notwendigerweise das Schlagen der drehenden Bauteile der Zentrifuge unterdrückt. Zum Beispiel hat sich gezeigt, daß eine lange Torsionsstange mit einer kleinen Federsteife das Schlagen in der äußeren Verbindung unter­ drücken würde, jedoch nicht das der sich drehenden Baugruppe der Zentrifuge.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Zentrifuge, die ein Ausführungsbeispiel das Schlagen unterdrückender Feder- und Masseeinrichtung aufweist, wobei einige Teile im Schnitt gezeichnet sind und einige Teile weggelassen sind,

Fig. 2 und 2a Seiten- und Vorderansichten, teilweise im Schnitt gezeichnet, eines Endabschnitts der Zentrifuge der Fig. 1, wobei ein anderes Ausführungsbeispiel der Feder- und Masseeinrichtung gezeigt ist,

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt gezeichnet, wobei das Ausführungsbeispiel der Feder- und Masseein­ richtung der Fig. 1 etwas vereinfacht an einer Stelle zwischen dem Getriebe der Zentrifuge und einer hydraulisch arbeitenden Bremseinrichtung dargestellt ist,

Fig. 4, 6 und 7 sind Kurven, die Änderungen bestimmter Werte zeigen, wenn die Länge einer Torsionsstange verändert wird, um die natürliche Frequenz der Torsionsschwingung der Stange und Masse in Resonanz und außer Resonanz mit der beim Schlagen auftretenden Torsionsschwingung der drehbaren Bauteile der Zentrifuge zu bringen,

Fig. 5 ist eine Umrechentabelle, um Längsabmessungen der Stange der Fig. 4, 6 und 7 in entsprechende Federstreifen umzurechnen,

Fig. 8 ist eine Kurve, die das Unterdrücken des Schlagens mittels einer Torsionsstange zeigt, während ihre Länge ver­ ändert wurde, um die natürliche Frequenz der Torsions­ schwingung der Welle und der Masse in und außer Resonanz mit der Torsionsschwingung der drehenden Bauteile der Zentrifuge während des Schlagens zu bringen und

Fig. 9 eine Seitenansicht eines abgeänderten Ausführungs­ beispiels, der in Fig. 1 gezeigten Feder- und Masseein­ richtung, teilweise im Schnitt gezeichnet.

In der Fig. 1 ist eine Zentrifuge gezeigt, die eine un­ durchlässige kontinuierlich umlaufende Trommel aufweist, deren sich drehende Baugruppe die Trommel, ein zweistufiges Planetengetriebe und ein Förderelement herkömmlicher Aus­ bildung enthält. Eine Grundplatte 10 trägt ein Gehäuse 12, das die Trommel 14 und den inneren Förderer 16 umgibt. Eine hohle Antriebswelle 18 ist drehbar in einem auf der Grundplatte 10 angeordneten Lager 20 gelagert und mit einem Ende mit der Trommel verbunden und weist beim anderen Ende eine Triebscheibe 22 auf, die zur Verbindung mit einem Riemenantrieb und einem Motor (nicht gezeigt) vorgesehen ist. Ein mit einem Arm 26, der auf der Grundplatte 10 angeord­ net ist, fest verbundenes Eintragsrohr 24 verläuft von einem äußeren Ende her durch die Welle 18 und ist mit einer (nicht gezeigten) Quelle verbunden, die dazu dient, diesem einen gesteuerten Mengenfluß von Schlamm zuzuführen, wobei das Eintragsrohr 24 bis zu einem inneren Ende innerhalb des Förderers verläuft und eine Auslaßöffnung 28 aufweist. Der zugeführte Schlamm wird durch Öffnungen 30, die in der Nabe des Förderers ausgebildet sind, in die Trommel ent­ leert. Eine beim einen Ende des Förderers angeordnete Hohl­ welle (nicht gezeigt) ist koaxial zur Welle 18 drehbar an­ geordnet.

Eine Hohlwelle 32 der Trommel erstreckt sich drehbar durch ein Lager 34 auf der Grundplatte 10 und ist der­ art angeordnet, daß sie das Gehäuse eines geschwindigkeits­ ändernden Planetengetriebes 36 dreht, wobei das Ritzel der ersten Stufe des Getriebes eine Welle 38 aufweist, die außerhalb des Gehäuses des Getriebes verläuft und einen Teil der äußeren Verbindung der drehenden Baugruppe bildet. Eine Welle (nicht gezeigt), die mit dem Förderer verbunden ist, verläuft drehbar durch die Welle 32 und ist mit der zweiten Stufe des Getriebes 36 verbunden, so daß es von diesen mit einer Geschwindigkeit angetrieben ist, die von der Drehgeschwindigkeit der Trommel verschieden ist, üblicher­ weise mit einer kleineren Geschwindigkeit. Um das Getriebe kann ein Gehäuse 40 angeordnet sein, das auf einer Verlän­ gerung 42 der Grundplatte 10 abgestützt ist.

Die Trommel 14 und ein oder mehrere schraubenlinienförmige Schubflügel 44 auf dem Förderer 16 weisen sich entsprechende Außenformen auf, wobei sie an einem Ende zylindrisch und am anderen Ende, wie dargestellt, eine zusammenlaufende, kegelstumpfförmige Außenform aufweisen. Die getrennten, gegen die Trommel wandernden Feststoffe werden vom Förderer in der Fig. 1 von links nach rechts zu Austragsöffnungen (nicht gezeigt) am rechten Ende der Trommel gefördert, aus welchen sie in eine Austragsrinne (nicht gezeigt) im Gehäuse 12 abgegeben werden.

Fig. 1 zeigt als Trag- oder Haltervorrichtung der äußeren Verbindung des Getriebes 36 einen festen Halter 46, der auf der Verlängerung 42 der Grundplatte 10 angeordnet ist. Die äußere Verbindung enthält die Welle 38 des Ritzels der ersten Stufe und eine ein Federelement und ein Masseelement enthaltende Feder- und Masseeinrichtung, wobei die Feder eine Torsionsstange 48 ist, die koaxial verlaufend an einem Ende mittels einer Klemmhülse 50 mit der Welle 38 und am anderen Ende mittels einer Steckhülse 52 mit dem Halter 46 fest verbunden ist. Dabei ist die Masse aus der­ jenigen der Stange 48, der Klemmhülse 50, des Ritzels und seiner Welle 38 und möglicherweise anderer Getriebeteile zusammengesetzt. Die Hülsen sind üblicher Bauart und weisen Teile auf, die in Nuten eingreifen, die sich in der Stange befinden. Die Torsionsstange 48 kann mit einem Abschnitt 54 verminderten Durchmessers und kleinerer Scherfestigkeit versehen sein, der entsprechend den üblichen Sicherheits­ scherzapfen als Drehmomentüberlastsicherung wirkt. Alternativ kann ein herkömmlicher Scherbolzen zwischen der Stange 48 und der Welle 38 angeordnet sein.

Die Torsionsstange 48 weist eine Länge und einen Durchmesser auf, die eine solche Federsteife ergeben, daß die natürliche Frequenz der Torsionsschwingung der Stange und der Masse in oder nahezu in Resonanz ist mit der Torsionsschwingung der sich drehenden Teile der schlagenden Zentrifuge. Vorzugsweise ist die Stange zylindrisch und aus Metall, beispielsweise Stahl oder Titan hergestellt. Jedoch können auch andere Werk­ stoffe mit genügender Scherfestigkeit und Nachgiebigkeit verwendet werden, z. B. "Fiberglas" (Glasfasern).

In den Fig. 2 und 2a ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Feder- und Masseeinrichtung gezeigt. Eine Klemmhülse 60 verbindet das Ende der Welle 38 mit einem Ende einer kurzen Welle 62, die axial mit der Welle 38 ausgerichtet ist. Am äußeren Ende der Welle 62 ist eine Doppelklemmhülse 64 angeord­ net, die mit ihrem inneren Ende als Steckhülse 66 zum Fest­ halten des Endes der Welle 62 ausgeführt ist. Ihr äußeres Ende hat die Form einer gespaltenen flachen Klemmhülse 68, mit zwei Klemmbacken, die den mittleren Abschnitt einer flachen Blattfeder 70 einklemmen, die als Feder dieses Ausführungs­ beispieles der Feder- und Masseeinrichtung fungiert, wobei die Masse aus den Massen der Feder 70, der Klemm­ hülse 60 und 64, der Wellen 38 und 62 und des Ritzels zusammengesetzt ist. Die Klemmhülse 64 kann, wie die anderen vorerwähnten Klemmhülsen, aus zwei Hälften zusammengesetzt sein, die mittels Bolzen (nicht gezeigt), die an gegenüber­ liegenden Seiten der Achse der Klemmhülse angeordnet sind, miteinander verbunden sind. Wie gezeigt, kann die Welle 62 einen mittleren Abschnitt 72 verminderten Durchmessers auf­ weisen, der als Drehmomentüberlastsicherung dient.

Ein Paar fester Träger 74, 74′, die je an einer Seite der Verlängerung 42 der Grundplatte angeordnet sind, weisen Schlitze 76, 76′ auf, die miteinander und mit der Achse der Klemmhülse 68 ausgerichtet sind, wobei in den Schlitzen 76, 76′ die entgegengesetzten Enden der Feder 70 verschiebbar einge­ setzt sind und damit die Feder mit dem Tragelement, das durch die Träger 74, 74′ gebildet ist, verbunden wird. Wenn die Zentrifuge leer läuft, verläuft die Feder 70 gerade und erstreckt sich horizontal zwischen den Schlitzen 76, 76′, wie es durch die gestrichelte Linie in der Fig. 2a gezeigt ist. Wenn die Zentrifuge einem Drehmoment ausgesetzt ist, wird die Feder auf beiden Seiten der Klemmhülse 68 in Rich­ tung des Drehmomentes, in der Fig. 2a im Uhrzeigersinn, aus­ gebogen, wie es in dieser Figur durch ausgezogene Linien gezeigt ist.

Wie es auch bei der Torsionsstange 48 der Fall ist, weist die Feder 70 Abmessungen auf, die eine solche Federsteife zur Folge haben, daß die natürliche Frequenz der Schwingung der Feder und der Masse in oder nahezu in Resonanz ist mit der Torsionsschwingung der sich drehenden Bauteile der schlagenden Zentrifuge.

Die Zentrifuge des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 und 2a benötigt gegenüber dem der Fig. 1 eine weniger große Verlängerung in axialer Richtung. Obwohl eine Feder verwendet werden könnte, die nur nach einer Seite der Achse der Klemm­ hülse 68 absteht, würde eine solche Anordnung unerwünschte Biegebeanspruchungen der übrigen Teile der äußeren Verbindung hervorrufen.

Eine Feder- und Masseeinrichtung gemäß den Fig. 2 und 2a könnte auf die erwünschte natürliche Frequenz der Torsionsschwingung abgestimmt werden, indem in gleicher Weise vorgegangen wird, wie es in bezug auf das Abstimmen einer Torsionsstange und Masse oben beschrieben wurde. Zum Beispiel können die Träger 74, 74′ derart angeordnet werden, daß sie gegeneinander verschiebbar sind, so daß die wirksame Federlänge der Feder 70 verkürzt oder verlängert wird, womit ihre Federsteife bis zur Resonanz erhöht oder verkleinert wird.

Die Tragvorrichtung für die äußere Verbindung kann anstatt fest, wie in den Fig. 1, 2 und 2a, drehbar ausgebildet sein. Fig. 3 zeigt das äußere Ende einer Torsionsstange 48 in der äußeren Verbindung der Fig. 1, die mittels einer Klemm­ hülse 80 axial ausgerichtet mit einer Welle 82 einer Pumpe 84 mittels einer Klemmung verbunden ist, wobei die Pumpe zu einer drehbaren hydraulischen Ritzelrücklaufsperre gehört und mit einer Grundplatte 86 verbunden ist, wobei die Pumpen­ welle 82 und die Pumpe 84 in diesem Fall die Tragvorrichtung bilden. In herkömmlicher Weise treibt das auf die äußere Verbindung einwirkende Drehmoment die Pumpe 84 an, um ein hydraulisches Fluid aus einem Sumpf 88 durch eine Leitung 90, die Pumpe, eine Leitung 92, an einem Druckanzeiger 94 vorbei, durch einen Druckregler 96, an einem Druckanzeiger 98 vorbei, durch ein Strömungssteuerventil 100 und zurück in den Sumpf 88 zu leiten. Der Druckregler 96 läßt eine Strömung unter einem vorbestimmten Druck durch, unabhängig von der Änderung der auf die Pumpe einwirkende Drehmomente, während das Ventil 100 einen vorbestimmten Volumenstrom unter diesem Druck hindurchläßt. In dieser Weise wird das Ausmaß, unter welchem die Pumpe drehen kann, durch den Volumenstrom des Fluids gesteuert, das durch das Ventil 100 strömen kann. Eine Umgehungsleitung 102, die von der Leitung 92 zum Sumpf verläuft, verhindert zusammen mit einem Überdruckventil 104, daß während eines schlagartigen Anwachsens des Drehmomentes ein übermäßiger Druckanstieg entsteht.

Wenn das Ventil 100 geschlossen ist, wird die Stange 48 und die Ritzelwelle 38 weitgehend gegen eine Drehung festgehal­ ten, wie dies auch in der Fig. 1 der Fall ist. Wenn das Ventil 100 offen ist, dreht sich die Stange, die Welle, und das Ritzel der ersten Stufe mit einer vorgegebenen Dreh­ zahl, die sich entsprechend dem Drehzahlunterschied durch das Getriebe 36 ändert.

Die äußere Verbindung könnte auch mit einer drehbaren Freilaufeinrichtung verbunden sein, die als Tragvorrichtung dient. Der Freilauf kann verwendet werden, um die äußere Verbindung in beiden Richtungen drehen zu lassen. Dabei wird ein hydraulischer Motor und eine Hydraulikpumpe verwendet, die in einem treibenden und/oder angetriebenen Verhältnis, abhängig vom angelegten Drehmoment, stehen. Es können auch andere Formen von Freiläufen verwendet werden. Wenn für die äußere Verbindung eine drehbare Tragvorrichtung verwendet wird, wird eine Torsionswelle als Federeinrichtung verwendet, weil die in den Fig. 2 und 2a gezeigte Ausbildung nicht geeignet ist.

Die Fig. 4, 6 und 7 zeigen Kurven von verschiedenen Werten, die sich aus Versuchen mit Feder- und Masse-Kombinationen ergeben, die die erwünschte Torsionsschwingung in Resonanz mit der Torsionsschwingung während des Schlagens aufwiesen und die in der äußeren Verbindung einer Zentrifuge verwendet wurden. Bei der Zentrifuge handeltes es sich um eine herkömm­ liche Ausbildungsform mit einer Trommel mit einem Durchmesser von 45 cm und einer Länge von 71 cm. Um die Meßwerte auf­ zunehmen, wurden als Federn Torsionsstangen verwendet, die wie in Fig. 1 gezeigt, angebracht wurden, mit der Ausnahme, daß der feste Träger 46 und die Klemmhülse 52 durch eine bewegliche Tragvorrichtung ersetzt wurden, so daß die wirk­ same Federlänge der Stange zwischen der Klemme 50 und der Klemme 52 verändert werden konnte. Bei den gezeigten Kurven war die Torsionsstange aus Stahl mit einem Durchmesser von 9,5 mm, die durch die Feder in Schwingung versetzte Masse wurde unveränderlich gehalten. Der Förderer war mit einem Torsiograph ausgestattet, auf der äußeren Verbindung wurden Dehnmeßstreifen angebracht und deren Ausgangssignale einem Oszilloskop zugeführt. Die Zentrifuge wurde mit einem zugeführten Schlamm von PVC-Kugeln betrieben, was bewirkte, daß diese typischerweise bei einer Zufuhrmenge von ungefähr 50% der Nenndrehmomentaufnahmefähigkeit zu schlagen begann. Die Längen der Stange der Fig. 4, 6 und 7 kann aus der Tabelle der Fig. 5 in entsprechende Federstreifen in Nm/rad (Drehmoment/ Bogenmaß der Auslenkung) umgerechnet werden.

Um die Kurven der Fig. 4 zu erhalten, wurde der Quotient der Winkeländerungen des ritzelseitigen Endes der Stange während des Schlagens und derjenigen des Förderers bei Federsteifen der Stange, die verschiedenen wirksamen Federlängen dieser Stange entsprachen, aufgezeichnet, wobei die Quotienten als Ordinate und die Längseinheiten als Abszisse aufgezeichnet sind. Die Quotienten wurden für zwei auswechselbare Getriebe­ einheiten derselben Bauart, jedoch unterschiedlicher Unter­ setzungsverhältnisse aufgenommen, wobei für die Kurve mit gestrichelter Linie ein Verhältnis von 80 : 1 und für die Kurve der vollausgezogenen Linie ein Verhältnis 140 : 1 verwendet wurde. Die Werte der Winkeländerung des Förderers wurden als Amplitude von Scheitel zu Scheitel der Schwingung aus den Aufzeichnungen des Oszilloskop bestimmt. Weil die Dehnmeßstreifen die Amplitude der Drehbewegung nicht absolut messen, wurde diese Amplitude für die Welle bestimmt, indem die Länge von Marken eines festen Schreibstiftes auf einem mit der Stange verbundenen Band einer Scheibe oder einer Trommel gemessen wurde.

Es ist ersichtlich, daß der maximale Quotient, der eine in Resonanz auftretende Schwingung der Stange und der drehenden Baueinheiten angibt, für das Getriebe mit dem Geschwindigkeits­ verhältnis 80 : 1 (vgl. Tabelle der Fig. 5) bei einer Feder­ steife einer Stange mit einer Länge von 10 cm, d. h. bei einer Federsteife von 0,64 Nm/rad auftrat und bei einem Getriebe mit einem Untersetzungsverhältnis von 140 : 1 bei einer Länge von 33 cm, d. h. bei einer Federsteife von 0,195 Nm/rad. Die Kurve hat ein relativ stark ausgeprägtes Maximum innerhalb eines verhältnismäßig kurzen Bereiches der wirksamen Feder­ längen der Stangen.

Die Kurve der Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit des Phasen­ winkels zwischen der Schwingung des Förderers und der der Stange von der Länge der Stange, wie es bei den Versuchen zur Aufnahme der Kurve für das 140 : 1-Getriebe der Fig. 4 beobachtet wurde. Die Phasenwinkel ergaben sich durch Ver­ gleiche der Aufzeichnungen des Oszilloskopes, des Torsio­ graphs und den Ausgangssignalen der Dehnmeßstreifen. Es ist zu bemerken, daß der Phasenwinkel sich um beinahe 180° innerhalb des Bereiches der untersuchten Länge ändert, wobei die größte Änderung bei einer Länge der Stange auftritt, die der Resonanz entspricht, wie aus der voll ausgezogenen Linie der Kurve der Fig. 4 hervorgeht. Die durch diese Kurve gezeigte Abhängigkeit kann verwendet werden, um eine alter­ native Angabe der erwünschten Resonanzfrequenz der Torsions­ schwingung der Stange zur Messung des Quotienten der Winkel­ bewegung (vgl. Kurven der Fig. 4) zu erhalten oder als Zusatz dazu.

Die Kurve in Fig. 7 zeigt die Schlagfrequenzen bei verschie­ denen Stangenlängen, die die Kurve der Fig. 4 und der Fig. 6 für das 140 : 1-Getriebe ergaben. Es ist ersichtlich, daß die Schlagfrequenz allmählich um ungefähr 5 1/sec abnimmt, wenn die wirksame Federlänge der Stange von einem minimalen Wert zu einer Länge vergrößert wird, bei der die Schwingung in Resonanz auftritt (vgl. Fig. 4 und 6). Bei der Resonanzlänge nimmt die Schlagfrequenz unstetig um über 10 1/sec zu, wie es die gestrichelte Linie zeigt, dann nimmt sie bei zunehmenden Längen langsam ab. Diese unstetige Schlagfrequenzänderung kann als weitere Alternative oder zusätzliche Angabe verwendet werden zur Feststellung, daß die gewünschte Stangenlänge erreicht wurde. Weil die Schlagfrequenz sowohl durch das Ausgangssignal der Dehnmeßstreifen als auch durch den Torsio­ graph angezeigt wird, hat diese Methode den Vorteil, daß nur eines dieser zwei Geräte verwendet werden muß.

Wenn die wirksame Länge der Torsionsstange sich der Resonanz­ länge nähert, ist es notwendig, die Zufuhrmenge zu erhöhen, um ein Schlagen zu bewirken. Das heißt, daß bei Längen, die dem Resonanzzustand entsprechen, oder nahezu diesem entsprechen, die Stange als Vorrichtung zum Unterdrücken des Schlagens wirksam wird. Tatsächlich wurde bei der Resonanzlänge das Schlagen bei Zufuhrmengen von bis zu 80% der Nenndrehmoment­ aufnahmefähigkeit wirksam unterdrückt. Im Vergleich zum vollen Schlagen, das bei Stangenlängen auftrat, die außer­ halb des Bereichs der Resonanzlänge lagen, und bei einer Zufuhrmenge von 50% der Nenndrehmomentaufnahmefähigkeit.

Das Diagramm der Fig. 8 zeigt die das Schlagen unterdrückende Wirksamkeit einer abgestimmten Torsionsstange der Feder- und Masseeinrichtung durch Angabe der maximalen Zufuhrmengen in % der Auslegungsdrehmomentaufnahmefähigkeit der Zentrifuge bevor ein Schlagen auftritt in Abhängigkeit der wirksamen Länge der Torsionsstange, die mit der Getriebeeinheit mit einem Getriebeverhältnis von 80 : 1 verwendet wurde (vgl. die nach der linken Seite gestrichelt aufgetragene Kurve der Fig. 4 für diese Zentrifuge).

Es ist ersichtlich, daß die maximale Unterdrückung des Schlagens bei Zufuhrmengen von 80% der Auslegedrehmoment­ aufnahmefähigkeit bei einer Stangenlänge von 10,1 cm und einer entsprechenden Federsteife von 0,636 Nm/rad auftritt, was der Länge und der Federsteife entspricht, die eine Resonanz­ schwingung bewirken, wie es in Fig. 4, 6 und 7 gezeigt ist. Bei beträchtlich größeren oder kleineren Längen und Feder­ steifen betrug die Zufuhrmenge vor dem Schlagen nur etwa 50% der Auslegedrehmomentaufnahmefähigkeit, die Stange war also nicht wirksam. Das Schlagen wurde bei Stangenlängen zwischen 7,6 cm und 12,7 cm unterdrückt, wobei die entsprechenden Federsteifen innerhalb des Bereiches von + 40% bis - 25% der Federsteife bei Resonanz liegen, was als der verwendbare Bereich für die Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe betrachtet wird.

Prüfungen mit Torsionsfedern und verschiedenen damit schwingenden äußeren Massen zeigen, daß die Wirkungen beim Resonanzzustand bei vergrößerter Masse weniger deutlich sind, daher sollte die Masse soweit mit den technischen Ansprüchen vereinbar niedrig gehalten werden.

In der Fig. 9 ist eine Abänderung der Feder- und Masse­ einrichtung der Fig. 1 gezeigt, die darin besteht, daß zusätzlich eine getrennte Dämpfvorrichtung verwendet wird. Die gezeigten Bauteile sind dieselben, die in der Fig. 1 gezeigt sind und weisen dieselben Bezugsziffern auf.

In der Fig. 9 enthält die zusätzliche Dämpfeinrichtung 110 eine Reibscheibe 112, die mit der Torsionsstange 58 an ihren der Welle 38 benachbarten Ende verbunden ist und Reib­ flächen aufweist, die auf gegenüberliegenden Oberflächen an­ gebracht sind und radial zur Stange verlaufen. Ein festes Dämpfelement 114 und bewegbares Dämpfelement 116 sind derart angeordnet, daß sie bei zweckdienlicher Einstellung des Dämpf­ element 116 zwischen ihnen auf die Reibflächen der Scheibe 112 einwirken. Das Dämpfelement 114 ist mit Bügeln 118 verbunden, die mit der Verlängerung 42 der Grundplatte ver­ bunden sind. Das Dämpfelement 116, das axial zur Stange 48 beweglich ist, ist durch Stangen 120 mit Kolben pneumatischer Zylinder 122 (einer gezeigt) verbunden, wobei der Arbeits­ schub der Zylinder ein Einwärtshub ist. Jeder Zylinder ist mit einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) eines pneumati­ schen oder hydraulischen Mediums verbunden. Die Zylinder 122 wechseln sich entlang des Umfanges der Stange 48 mit Bolzen 124 ab, die lose durch das Dämpfelement 116 ragen und durch Muttern mit dem Dämpfelement 114 verbunden sind, wobei die Bolzen 124 sie umgebende Schraubenfedern 126 aufweisen.

Damit wird auf die Stange 48 während sie sich bei der Torsions­ schwingung verdreht eine zusätzliche Dämpfkraft ausgeübt, indem die Zylinder 122 mit vorbestimmten Drücken beauf­ schlagt werden, um die Reibflächen der Scheibe 112 zwischen den Dämpfelementen 114 und 116 gegen die Wirkung der Federn 126 zu klemmen.

Die zusätzliche Anordung der Dämpfungseinrichtung, wie diejenige der in der Fig. 9, kann wenigstens in einigen Fällen erwünscht sein, um die Wirksamkeit der abgestimmten Feder- und Masseeinrichtung allein zum Unterdrücken des Schlagens zu erhöhen. Beispielsweise bewirkt eine zusätzliche Dämpfeinrichtung, wie die gezeigte, daß bei Resonanzlänge das Schlagen von einer Zufuhrmenge entsprechend 80% der Aus­ legungsdrehmomentaufnahmefähigkeit bis zu einer Zufuhrmenge, die mehr als 110% der Auslegungsdrehmomentaufnahmefähigkeit zunimmt.

Claims (11)

1. Zentrifuge zum Trennen einer Flüssigkeit von Feststoffen mit einer Baugruppe mit einem drehbaren Trommelelement, einem darin koaxial angeordneten drehbaren Förderelement und einem diese beiden Elemente derart verbindenden Geschwin­ digkeitsänderungsgetriebe, das ein Antreiben des einen Elements ein Antreiben des anderen Elements im selben Drehsinn, jedoch mit einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit bewirkt, sowie eine drehmomentübertragende, äußere Verbindung, die zwischen dem Ge­ triebe und einer Trageinrichtung angeordnet ist, wobei das auf die äußere Verbin­ dung einwirkende Drehmoment im Vergleich zu dem Drehmoment, das auf die Verbindungen zwischen dem Getriebe und der Trommel und dem Förderelement einwirkt, verhältnismäßig klein ist, und eine schwingfähige, ein Federelement und ein Masseelement enthaltende Feder- und Masseeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Verbindung die schwingfähige, ein Federelement und ein Masseelement enthaltende Feder- und Masseeinrichtung (38, 48, 50; 38, 60, 62, 64, 70; 38, 48, 50, 112) enthält, die um die Achse der äußeren Verbindung derart torsionselastisch ist, daß sie während des Schlagens der Baugruppe mit derselben Frequenz um diese Achse schwingt; und daß die Feder (48; 70) der Feder- und Masseeinrichtung eine Federsteife aufweist, die im Bereich von + 40% bis - 25% derjenigen Federsteife liegt, bei welcher die Feder- und Masseeinrichtung in Resonanz mit der Schwingung der Baugruppe während des Schlagens schwingt.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Tragvorrichtung (46, 52; 74, 74′, 76, 76′) starr angeordnet ist.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Tragvorrichtung (80, 82, 84) drehbar angeord­ net ist.

4. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feder- und Masseeinrichtung (38, 48, 50; 38, 60, 62, 64, 70; 38, 48, 50, 112) eine koaxial zur Verbindung angeordnete Torsionsstange (48; 62) enthält.

5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Torsionsstange (48, 62) annähernd keine Eigen­ dämpfung aufweist.

6. Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Torsionsstange (48; 62) aus Metall besteht.

7. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Torsionsstange (48; 62) einen Abschnitt (54; 72) verminderten Durchmessers und verminderter Scherfestigkeit aufweist, wobei die Scherfestigkeit derart klein ist, daß im Falle einer vorbestimmten torsionalen Überbelastung der Bau­ gruppe ein Bruch eintritt.

8. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feder- und Masseeinrichtung (38, 60, 62) ein Federelement ( 70) enthält, dessen wirksamer Federabschnitt in radialer Richtung außerhalb der Achse des getriebeseitigen En­ des der äußeren Verbindung (38, 60, 62) angeordnet ist.

8. Zentrifuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Federelement (70) eine Blattfeder enthält, die bei ihrem mittleren Abschnitt mit dem getriebeseitigen Ende der äußeren Verbindung (38, 60, 62, 64, 70 ) und an den gegenüber­ liegenden äußeren Enden mit der Tragvorrichtung (74, 74′, 76, 76′) verbunden ist.

10. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die äußere Verbindung (38, 48, 50; 38, 60, 62, 64, 70; 38, 48, 50, 112) eine Ritzelwelle (38) des Getriebes ent­ hält.

11. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feder (48; 70) der Feder- und Masseeinrich­ tung (38, 48, 50; 38, 60, 62, 64, 70; 38, 48, 50, 112) eine solche Federsteife aufweist, daß die Feder- und Masseeinrich­ tung in Resonanz mit dem Schwingen der Baugruppe (14, 16, 36) während des Schlagens schwingt.