DE102007034382A1

DE102007034382A1 - Autobalancing-Einrichtung zur Unwuchtkompensation in Separatoren bzw. Zentrifugen sowie Separator bzw. Zentrifuge mit einer solchen Autobalancing-Einrichtung

Info

Publication number: DE102007034382A1
Application number: DE200710034382
Authority: DE
Inventors: Peter Helmreich; The Bao Nguyen
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-01-29
Also published as: WO2009012762A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Autobalancing-Einrichtung (06) zur Unwuchtkompensation in einem Separator bzw. in einer Zentrifuge. Die Autobalancing-Einrichtung (06) umfasst eine die Antriebswelle (02) des Separators umgebende Unwuchtausgleichscheibe (07), die einen ringförmigen Hohlraum (08) sowie mehrere im Hohlraum (08) frei bewegliche Auswuchtmassen (09) aufweist, welche die vorhandene Unwucht durch Einnahme einer Gegenlage ausgleichen.

Description

Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Autobalancing-Einrichtung zur Unwuchtkompensation in einer Zentrifuge bzw. in einem Separator.
Separatoren arbeiten nach dem Prinzip der Zentrifugen. Durch die extrem hohe Drehzahl einer Trommel werden Feststoffe (Klärseperatoren) bzw. Flüssigkeiten höherer Dichte von Feststoffen bzw. Flüssigkeiten geringerer Dichte getrennt.
Ein Separator, der über eine Antriebswelle, beispielsweise durch einen elektrischen Asynchronmotor direkt angetrieben wird, stellt grundsätzlich ein rotierendes System dar, das durch Unwucht- und Prozesskräfte schwingungsbehaftet sein kann. Unwuchtkräfte können einerseits durch den Motor und andererseits durch die Trommel erzeugt werden. Beim Motor kann es zu Un wuchten durch Luftspaltänderungen zwischen Rotor und Stator kommen, die zu unterschiedlichen Anziehungskräften und Schwingungen führen. An der Rotorwelle-Lagereinheit kann eine Massenunwucht auftreten. Weiterhin sind beim Motor thermische Unwuchtänderungen möglich. Bei der Trommel kann eine Unwucht infolge der ungleichmäßig verteilten Massen in den verschiedenen Betriebszuständen auftreten. Durch die Trommel kann es zu einer Massenunwucht kommen. Unwuchten sind die Ursache für unerwünschte, in einer mechanischen Anordnung auftretende Schwingungen, die neben der unangenehmen Belästigung durch Lärm und Vibrationen zu vorzeitigen oder ungleichförmigen Ermüdungen und Verschleißerscheinungen bei den Teilen führen können, die zu der mechanischen Anordnung gehören. Bei Zentrifugen beeinflussen diese unerwünschten Schwingungen die Qualität der zu separierenden Stoffe bzw. den Separationsgrad direkt und zwar in einem negativen Sinne. Daher ist es erforderlich, Maßnahmen zur Reduzierung der Unwuchten über Unwuchtkompensation bzw. Dämpfung zu treffen.
Die DE 695 245 befasst sich mit einer selbsttätigen Auswuchtungseinrichtung für ein umlaufendes Maschinenteil, bei welcher der Massenausgleich in einem mit dem auszuwuchtenden Maschinenteil umlaufenden Behälter erfolgt. Der Behälter ist mit einem erhärtbaren Stoff gefüllt, welcher bei Wärmezufuhr leicht in den flüssigen Zustand versetzbar ist. Beim Auswuchtvorgang wird der Stoff erwärmt. Der nun im flüssigen Zustand vorliegende Stoff nimmt anschließend eine derartige Form an, bei welcher der Schwerpunkt des gesamten umlaufenden Systems einschließlich des auszuwuchtenden Maschinenteils mit dessen Drehachse zusammenfällt.
Weiterhin ist es seit langem bekannt Unwuchtprobleme durch frei auf einer Kreisbahn bewegbare Auswuchtmassen zu lösen. Werden diese Auswuchtmassen in der Nähe einer Unwucht auf einer Welle angeordnet, so streben sie automatisch Positionen an, die gegenüber der Unwucht liegen. Damit bilden sie ein Gegengewicht, durch das die Unwucht ausgeglichen wird. Derartige Ausgleichsvorrichtungen sind aus zahlreichen Druckschriften bekannt.
Die DE 919 076 betrifft eine Einrichtung zum selbsttätigen Auswuchten eines sich drehenden Maschinenteils, bei welcher sich mehrere Auswuchtmassen im Inneren einer die Welle umgebenden ringförmigen Rollbahn befinden. Zur Verschiebung der Auswuchtmassen wird der Druck der Schmierflüssigkeit in den Lagern benutzt, um fortlaufend bei jeder Drehgeschwindigkeit jede Unwucht ausgleichen zu können, sobald in den Lagern die geringste umlaufende Zentrifugalkraft auftritt. Mit der Verbesserung der vorgeschlagenen Einrichtung befasst sich die DE 928 559 . Gegenstand dieser Zusatzanmeldung ist die Verwendung eines Gleitlagers für eine Auswuchtungseinrichtung des Hauptpatents. Zur Verschiebung der Auswuchtmassen wird der Druck der Schmierflüssigkeit in einer Anzahl von Kammern abgenommen, die im Inneren des Gleitlagers angeordnet sind. Die Kammern nehmen dabei nur einen Teil der Lagergleitfläche ein, um außer einer genügenden Anlieferung von Flüssigkeit zu den Auswuchtmassen auch eine ausreichende Schmierung des Lagers zu gewährleisten.
Aus der DE 197 81 954 T1 ist eine selbst auswuchtende Einrichtung für rotierende Systeme bekannt, die eine das System umschließende ringförmige Bahn aufweist, auf welcher Ausgleichsmittel in Form von Wälzkörpern frei beweglich sind. Die Ausgleichsmittel sind in ihrer momentanen Stellung während des Drehens des Systems festlegbar, wenn sich die Ausgleichsfunktion eingestellt hat. Dies ist insbesondere bei Anwendungen günstig, die ihre temporären Unwuchteigenschaften nicht ständig ändern. In diesen Fällen ist lediglich beim ersten Hochfahren des Systems ein Auswuchten erforderlich. Durch Festlegen der Wälzkörper kann ein derartiges System seinen ausgewuchteten Zustand unabhängig von der Drehzahl des rotierenden Systems und ohne Beeinflussung durch äußere Störungen beibehalten.
Die DE 298 21 428 U1 beinhaltet eine Freilaufeinrichtung mit einer integrierten selbsttätig wirkenden Auswuchtvorrichtung. Die Auswuchtvorrichtung umfasst ein ringförmiges Gehäuse, in dem sich Rollkörper bewegen können. Das Gehäuse enthält ein leicht viskoses Fluid, dessen Aufgabe es ist, so wohl ein Dämpfungsmittel als auch ein Schmiermittel für die Rollkörper bei deren Bewegung zu bilden.
Aus der WO 97/07347 A1 ist ein Autobalancing-Einrichtung für ein rotierendes System bekannt. Die Einrichtung umfasst einen Außenring mit einer inneren umlaufenden Führung und einen innerhalb des Außenrings angeordnetem Innenring mit einer äußeren umlaufenden, der Führung des Außenrings gegenüberliegenden Fläche, Abstandsmittel zur Gewährleistung eines definierten Abstands von Außenring und Innenring, sowie Rollkörper, die sich zwischen Innen- und Außenring befinden. Die Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Außenring und die Rollkörper in etwa die gleiche Härte bzw. Dehngrenze aufweisen.
Der WO 98/01733 A1 kann ein Verfahren zur Steuerung der Schwingungen in rotierenden Systemen mittels Autobalancing-Einrichtung entnommen werden. Die Autobalancing-Einrichtung umfasst eine am rotierenden System befestigte ringförmige Rollbahn, auf welcher Rollkörper frei beweglich angeordnet sind. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Autobalancing-Einheit mit einer zusätzlichen, verstärkenden Schwingungsamplitude beaufschlagt wird. Auf diese Weise soll eine schnellere Positionierung der Rollkörper erreicht werden.
In der EP 1 174 537 B1 ist eine Einrichtung zum selbsttätigen Auswuchten eines sich drehenden Maschinenteils beschrieben. Innerhalb einer die Rotationsachse des Maschinenteils umgebenden, spanlos hergestellten Unwuchtausgleichsscheibe in einem ringförmigen Hohlraum sind freibewegliche Auswuchtmassen angeordnet, die die vorhandene Unwucht durch Einnahme einer Gegenlage ausgleichen. Diese Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die Unwuchtausgleichsscheibe aus einer ersten und aus einer zweiten Halbschale besteht, die zwei radial voneinander beabstandete, in axialer Richtung verlaufende Trennebenen aufweist. Die Halbschalen sind unlösbar miteinander verbunden.
Obwohl schon seit langem Lösungen zur Unwuchtkompensation bekannt sind, wurden diese Systeme bislang nicht auf Zentrifugen bzw. Separatoren angewendet. Die Fachwelt ging weitgehend davon aus, dass bekannten Systeme, die zumeist auf einmaliges und dann dauerhaft wirksames Ausgleichen einer Unwucht ausgerichtet waren, bei Zentrifugen nicht zweckdienlich sind, da sich die Unwuchtverhältnisse dort in entscheidendem Masse in Abhängigkeit von den zu separierenden Einsatzstoffen ändern. Bei Zentrifugen bzw. Separatoren erfolgte daher bislang lediglich eine Dämpfung der durch Unwucht hervorgerufenen Schwingungen. Hierzu ist es bekannt Federungselemente einzusetzen. Auf diese Weise ist jedoch nur eine teilweise Reduzierung der Schwingungen und eine Isolation der Schwingungen nach außen erreichbar, da die Ursache der Schwingungen selbst nicht beseitigt werden kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Einrichtung zur Unwuchtkompensation für eine Zentrifuge bzw. einen Separator zur Verfügung zu stellen, welche sich ohne großen Aufwand in die Zentrifuge bzw. den Separator integrieren lässt.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Autobalancing-Einrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Autobalancing-Einrichtung zur Unwuchtkompensation in einer Zentrifuge bzw. in einem Separator umfasst eine die Antriebswelle der Zentrifuge umgebende Unwuchtausgleichscheibe, die einen ringförmigen Hohlraum aufweist, sowie mehrere, im Hohlraum freibewegliche Auswuchtmassen, welche die vorhandene Unwucht durch Einnahme einer Gegenlage ausgleichen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass es erstmals gelungen ist, die bei Zentrifugen bzw. Separatoren auftretenden Schwingungen zu beseitigen bzw. erheblich zu reduzieren, indem die Ursachen der Schwingungen, und zwar die Unwuchten selbst beseitigt werden. Somit treten diese unerwünschten Schwingungen im Idealfall gar nicht erst auf.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Autobalancing-Einrichtung einen möglichst geringen Abstand zum Massenschwerpunkt bzw. zum Unwuchtschwerpunkt der Trommel aufweist.
Da es durch die unterschiedliche Massenverteilung und Mengenänderung durch Ein- und Ablassvorgänge der zu trennenden Stoffe auch während des Betriebs der Zentrifuge immer wieder zu Unwuchten kommt, ist die Anordnung der Autobalancing-Einrichtung in Nähe der Trommel, also in unmittelbarer Nähe der Quelle der Unwucht sinnvoll.
Die Unwucht kann so besonders einfach und effektiv beseitigt werden.
Durch die Nähe zwischen der Autobalancing-Einrichtung und der Trommel bzw. des Massenschwerpunkts bzw. des Unwuchtschwerpunkts der Trommel werden auch die auf die Antriebswelle wirkenden Biegemomente klein gehalten.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Antriebswelle in dem zur Befestigung der Autobalancing-Einrichtung vorgesehen Bereich mit einem Gewinde versehen. In dieses Gewinde greift eine Spannmutter zur Fixierung der Autobalancing-Einrichtung ein. Auf diese Weise kann eine sichere Verbindung von Antriebswelle und Autobalancing-Einrichtung hergestellt werden.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn sich im ringförmigen Hohlraum der Unwuchtausgleichscheibe eine Dämpfungsflüssigkeit befindet. Neben ihrer Wirkung als Dämpfungsmittel dient die Dämpfungsflüssigkeit auch als Schmiermittel für die Auswuchtmassen bei deren Bewegung.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat sich die Verwendung von Kugeln als Auswuchtmassen als günstig erwiesen.
Ebenso umfasst die Erfindung Separatoren bzw. Zentrifugen, welche mit einer solchen im Vorigen beschriebenen erfindungsgemäßen Autobalancing-Einrichtung ausgestattet sind.
Hier hat es sich durchaus auch als zweckmäßig erwiesen, wenn ein solcher Separator bzw. solche Zentrifuge neben einer ersten mit mindestens einer weiteren erfindungsgemäßen Autobalancing-Einrichtung ausgebildet ist, insbesondere wenn sich die Anordnung der ersten Autobalancing-Einrichtung in der Nähe der Trommel bzw. des Massenschwerpunkts bzw. des Unwuchtschwerpunkts der Trommel beispielsweise aus konstruktiven Gründen nicht realisieren lässt.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Es zeigen:
1 einen Separator mit einer integrierten erfindungsgemäßen Autobalancing-Einrichtung;
2 eine Detaildarstellung einer Ausführungsform der in den Separator eingebauten erfindungsgemäßen Autobalancing-Einrichtung;
3 einen Separator mit zwei integrierten erfindungsgemäßen Autobalancing-Einrichtungen.
1 zeigt einen Separator mit einer integrierten erfindungsgemäßen Autobalancing-Einrichtung.
Der Separator umfasst eine Trommel 01 und eine Antriebswelle 02, welche von einem Motor, beispielsweise einem Direktantrieb, angetrieben wird. Die Antriebswelle 02 ist über Lager 04 im Gestell 05 gelagert. AN dem Gestell ist ein Motorgehäuse 11 für den Motor angeordnet.
Zwischen Trommel 01 und Gestell 05 befindet sich eine Autobalancing-Einrichtung 06, welche so nah wie möglich an der Trommel 01 als Hauptquelle der Unwuchten angeordnet ist. Die Autobalancing-Einrichtung 06 umfasst eine die Antriebswelle 02 des Separators umgebende Unwuchtausgleichscheibe 07, welche einen ringförmigen Hohlraum 08 aufweist. Im Hohlraum 08 sind mehrere freibewegliche Auswuchtmassen 09 angeordnet, welche beim Auftreten einer Unwucht, diese durch Einnahme einer Gegenlage ausgleichen. Die Auswuchtmassen 09 sind vorzugsweise als Kugeln ausgeführt.
Die Autobalancing-Einrichtung 06 ist möglichst nah an der Trommel 01 angeordnet. Auf diese Weise befinden sich die Auswuchtmassen 09 in Achsrichtung gesehen nahe am Ort des Auftretens der Unwucht. Bei der in 1 gezeigten Ausführung ist die Autobalancing-Einrichtung dazu unmittelbar unterhalb des Trommelbodens an der Antriebswelle 02 angebracht.
Bei abgewandelten Ausführungen kann die Autobalancing-Einrichtung auch direkt oberhalb der Trommel oder innerhalb der Trommel angeordnet werden. Soweit die Antriebswelle in die Trommel hinein bzw. durch diese hindurch geführt ist, kann die Autobalancing-Einrichtung auch bei diesen Ausführungsformen an der Antriebswelle befestigt werden. Alternativ dazu könnte die Autobalancing-Einrichtung auch unmittelbar an der Trommel, beispielsweise an der Innenseite des Trommelbodens angebracht werden.
Am Gestell 05 können Federelemente 10 angeordnet sein, die eventuell trotz Verwendung der Autobalancing-Einrichtung auftretende Schwingungen dämpfen.
2 zeigt eine Detaildarstellung einer Ausführungsform der in den Separator eingebauten erfindungsgemäßen Autobalancing-Einrichtung. Eine derart ausgeführte Autobalancing-Einrichtung ist dem Grunde nach bereits aus der EP 1 174 537 B1 bekannt, so dass auf eine Detailbeschreibung hier verzichtet werden kann.
Zur Befestigung der Autobalancing-Einrichtung ist die Antriebswelle 02 in dem zur Befestigung vorgesehen Bereich mit einem Gewinde 12 versehen, in welches eine Spannmutter 13 eingreift.
Bei der Autobalancing-Einrichtung besteht die Unwuchtausgleichscheibe 07 aus einer ersten und einer zweiten Halbschale 20, 21 und weist zwei Trennebenen 22 und 23 auf, die radial voneinander beabstandet sind und in axialer Richtung verlaufen. Die Halbschalen 20, 21 sind unlösbar miteinander verbunden. Zur weiteren Ausbildung der Halbschalen wird auf die EP 1 174 537 B1 verwiesen.
Die in 2 enthaltene spezielle Ausführung der Autobalancing-Einrichtung wurde nur als ein mögliches Beispiel angegeben. Es soll jedoch keine Einschränkung auf derartige Ausführungen erfolgen.
3 zeigt einen Separator mit zwei integrierten erfindungsgemäßen Autobalancing-Einrichtungen 06, 06'.

01: Trommel
02: Antriebswelle
03: -
04: Lager
05: Gestell
06: Autobalancing-Einrichtung, auch 06'
07: Unwuchtausgleichscheibe
08: Hohlraum
09: Auswuchtmassen
10: Federelemente
11: Motorgehäuse für einen Direktantrieb
12: Gewinde
13: Spannmutter
14: Gewichtskraft
15: Zentrifugalkraft durch Unwucht
20: erste Halbschale
21: zweite Halbschale
22: erste Trennebene
23: zweite Trennebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 695245 [0004]
- DE 919076 [0006]
- DE 928559 [0006]
- DE 19781954 T1 [0007]
- DE 29821428 U1 [0008]
- WO 97/07347 A1 [0009]
- WO 98/01733 A1 [0010]
- EP 1174537 B1 [0011, 0037, 0039]

Claims

Autobalancing-Einrichtung (06) zur Unwuchtkompensation in einem Separator bzw. in einer Zentrifuge, umfassend eine die Antriebswelle (02) des Separators umgebende Unwuchtausgleichscheibe (07), die einen ringförmigen Hohlraum (08) sowie mehrere im Hohlraum (08) freibewegliche Auswuchtmassen (09) aufweist, welche die vorhandene Unwucht bei Rotation durch selbsttätige Einnahme einer Gegenlage ausgleichen.
Autobalancing-Einrichtung (06) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen möglichst geringen Abstand zur Trommel (01), insbesondere zu einem Massenschwerpunkt bzw. Unwuchtschwerpunkt der Trommel, aufweist.
Autobalancing-Einrichtung (06) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (02) in dem zur Befestigung der Autobalancing-Einrichtung (06) vorgesehen Bereich mit einem Gewinde (12) versehen ist, wobei in dieses Gewinde (12) eine Spannmutter (13) zur Fixierung der Autobalancing-Einrichtung (06) eingreift.
Autobalancing-Einrichtung (06) zur Unwuchtkompensation in einem Separator bzw. in einer Zentrifuge, umfassend eine Unwuchtausgleichscheibe (07), die einen ringförmigen Hohlraum (08) sowie mehrere im Hohlraum (08) freibewegliche Auswuchtmassen (09) aufweist, welche die vorhandene Unwucht bei Rotation durch selbsttätige Einnahme einer Gegenlage ausgleichen, wobei die Unwuchtausgleichscheibe (07) an oder innerhalb der Trommel (01) des Separators befestigt ist.
Autobalancing-Einrichtung (06) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Unwuchtausgleichscheibe (07) am Boden der Trommel (01) des Separators befestigt ist,
Autobalancing-Einrichtung (06) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich im ringförmigen Hohlraum (08) der Unwuchtausgleichscheibe (07) eine Dämpfungsflüssigkeit befindet.
Autobalancing-Einrichtung (06) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtmassen (09) als Kugeln ausgebildet sind.
Autobalancing-Einrichtung (06) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene der Unwuchtausgleichscheibe (07) senkrecht zur Antriebswelle (02) des Separators angeordnet ist.
Separator bzw. Zentrifuge mit einer Autobalancing-Einrichtung (06) zur Unwuchtkompensation nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche.
Separator bzw. Zentrifuge nach dem voranstehenden Anspruch mit mindestens einer weiteren Autobalancing-Einrichtung (06) zur Unwuchtkompensation nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche.