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Zentrifuge Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, bestehend aus Schleudertrommel
und darin gleichachsig angeordnetem Ausräumer, wobei dieser über ein Planetenradgetriebe
von einer beiden gemeinsamen Kraftquelle mit geringer Drehzahldifferenz angetrieben
ist.
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Es sind bereits Zentrifugen der erwähnten Art bekannt, bei welchen
das freie Sonnenrad des Planetenradgetriebes entweder in einem Rastpunkt festgehalten
wird oder mit diesem Rastpunkt durch eine Überkupplung bzw. einen Brechschutz verbunden
ist. Bei plötzlichem Blockieren von Trommel und Ausräumer wird auf diese Weise bei
Überschreiten des höchstzulässigen Drehmoments in dem Planetenradgetriebe der Brechschutz
betätigt und eine Beschädigung der Zahnräder vermieden. Ein derartiger Brechschutz
wird unstetig bei einem bestimmten vorgegebenen maximalen Drehmoment betätigt. Der
Nachteil einer derartigen Einrichtung besteht darin, daß zwar ein schlagartiges
Abscheren der Getriebezahnräder vermieden wird, andererseits jedoch eine bestimmte
vorgegebene Drehzahldifferenz - auch bei vergrößerter Reibung zwischen Ausräumer
und Trommel -bis zum Ansprechen des Brechschutzes aufrechterhalten wird. Die Folge
ist häufiges Außerbetriebfallen der Zentrifuge infolge eines derart erzwungenen
unelastischen Arbeitens.
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Es sind auch Zentrifugen mit einer gemeinsamen Kraftquelle bekannt,
welche mit dem Ausräumer gekuppelt ist, sowie einem zwischen Trommel und Ausräumer
eingeschalteten normalen Getriebe. Zwischen die Trommel und das Getriebe ist eine
elektrische Bremse eingeschaltet, welche entsprechend der Reibungskraft zwischen
Trommel und Ausräumer eine mehr oder weniger starke Bremswirkung auf die Verbindungswelle
zwischen Getriebe und Trommel ausübt und eine bestimmte vorgegebene Drehzahldifferenz
zwangsweise aufrechterhält. Eine derartige Anordnung verhindert zwar Getriebeschädigungen
infolge vergrößerter Reibung in einem bestimmten Belastungsbereich, ist jedoch nicht
in der Lage, ein völliges Blockieren zwischen Trommel und Ausräumer auszugleichen.
In diesem letztgenannten Fall werden die Zähne der Getriebezahnräder innerhalb des
Bruchteils einer Umdrehung abgeschert. Dazu kommt noch, daß zu einem wirksamen Schutz
des Getriebes bereits im normalen Belastungsbereich der zur Bremsung verwendete
elektrische Generator in einem Maße überdimensioniert werden muß, der wirtschaftlich
in keiner Weise vertretbar ist.
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Aus den obigen Erläuterungen ist ersichtlich, daß ein unstetig wirkender
Brechschutz allein oder auch - was für einen Fachmann gegebenenfalls naheliegt -
in Verbindung mit der bekannten stetig wirkenden elektrischen Bremseinrichtung eine
befriedigende Lösung eines stetig und elastisch wirkenden Überlastungsschutzes bei
geringer Bremsleistung nicht ergibt. Aufgabe der Erfindung ist demgemäß die Schaffung
einer Zentrifuge mit stetig wirkendem Überbelastungsschutz, der auch beim plötzlichen
Blockieren von Trommel und Ausräumer Getriebeschädigungen zuverlässig verhindert.
Ausgehend von einer Zentrifuge mit einem zwischen Trommel und Ausräumer eingeschalteten
Planetenradgetriebe, wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Trommel
und der in bekannter Weise als Schnecke ausgebildete Ausräumer durch eine an dem
freien Sonnenrad des Planetenradgetriebes angreifende elektrische Maschine gekuppelt
sind, die bei Änderung eines zulässigen Drehzahldifferenzbereiches durch ihr Arbeiten
als Motor bzw. Generator bremsend wirkt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind im Zusammenhang
mit den Zeichnungen näher erläutert; es zeigt F i g. 1 -eine Ausführungsform einer
Zentrifuge nach der Erfindung, teilweise im Längsschnitt und schematisch dargestellt,
F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel für die Zusammenschaltung von Antriebsmotor und
elektrischer Bremse bei einer Zentrifuge nach der Erfindung, F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel
eines in einer erfindungsgemäßen Zentrifuge verwendeten Planetenrad- bzw. Differentialgetriebes
im Längsschnitt entlang der Linie A -A der F i g. 4 und
F
i g. 4 das Differentialgetriebe von F i g. 3 im Querschnitt sowie in schematischer
Darstellung.
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Das in F i g. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Schneckenzentrifuge
nach der Erfindung umfaßt eine mit einer bestimmten Drehzahl rotierende Zentrifugentrommel
B sowie eine koaxial in dieser laufende Schnecke C, deren Drehzahl etwas größer
als diejenige der Trommel B ist und einem Wert n + -in entspricht.
An ihrem einen Ende ist die Trommel B als hohler Lagerzapfen ausgebildet und mit
einem Riemenantriebsrad 3 verbunden, welches seinerseits mit einem Elektromotor
M über Antriebsriemen gekuppelt ist. Das Antriebsrad 3 ist als Planetenradträger
eines Differentialgetriebes ausgebildet. Die eine Abtriebswelle des Differentialgetriebes
ist mit der Schnecke C gekuppelt, während die andere mit einem Antriebsrad 10 verbunden
ist, welches über Antriebsriemen mit einer elektrischen Maschine D zusammenwirkt.
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Dreht sich das Rad 10 mit gleicher Drehzahl wie das Antriebsrad
3, so entspricht die Drehzahl der Schnecke C derjenigen der Trommel B. Läuft das
Rad 10 hingegen langsamer um, bzw. wird es gebremst, so läuft die Schnecke
C mit größerer Drehzahl als die Trommel B.
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Nach dem Ausführungsbeispiel von F i g. 2 liegen der Antriebsmotor
M und die elektrische Maschine D paralell an einem gemeinsamen Netz (±).
Die Maschine D besitzt eine gewisse maximale Drehzahl, bei welcher vorn Netz gerade
noch Strom aufgenommen wird. Steigt die Drehzahl der Maschine D über diesen Wert,
so wird Strom in das Netz eingespeist, liegt die Drehzahl darunter, so wird Strom
aufgenommen. Diese charakteristische Drehzahl der Maschine D bzw. des Antriebsrades
10 liegt nun niedriger als die Drehzahl des Antriebsrades 3. Dementsprechend läuft
die Schnecke C schneller als die Trommel B. Blockiert die Schnecke C in der Trommel
B oder erhöht sich die Reibung zwischen beiden Bauteilen, so wird die Drehzahl des
Rades 10 erhöht, und zwar über die charakteristische Drehzahl der Maschine D hinaus.
Die Maschine D wird nunmehr »geschoben« und nimmt keinen Strom mehr aus dem Netz
auf, sondern wirkt als Generator und speist Energie in das Netz ein. Obgleich also
im Ergebnis beim Blokkieren zwischen Schnecke und Trommel die Maschine D eine Bremswirkung
auf das Rad 10 ausübt, wird die durch die Bremsung frei werdende Energie
nicht in Form von Wärme abgestrahlt, sondern wiederum in das Netz eingespeist. Schaltet
man gemäß F i g. 2 ein Wattmeter W in Serie zu dem Antriebsmotor M und der damit
parallel geschalteten Maschine D, so läßt sich dies experimentell nachweisen.
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Das in F i g. 3 dargestellte Differentialgetriebe umfaßt das als Planetenradträger
ausgebildete Antriebsrad 3 in Form einer zylindrischen Trommel, deren Außenumfang
5 _mit Nuten 6 zur Aufnahme von Antriebsriemen versehen ist. Der Planetenradträger
bzw. das Antriebsrad 3 ist direkt mit dem hohlen, gleichzeitig die eine Abtriebswelle
des Differentialgetriebes bildenden Antriebszapfen 1 der Trommel B verbunden und
an seinem offenen Ende durch eine kreisförmige Platte 7, abgeschlossen, welche durch
Schrauben 8 an der Stirnfläche des Planetenradträgers 3 festgehalten ist.
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In dem so entstehenden Differentialgehäuse sind parallel zu der Abtriebswelle
1 Planetenradwellen 14
und 18 angeordnet, welche gegeneinander
versetzte Zahnräder bzw. Ritzel 12, 15 und ' 16, 19 drehbar lagern. Das Zahnrad
12 ist hierbei mit dem Ritzel 15 durch eine gemeinsame Nabe 13 und das Zahnrad
16 mit dem Ritzel 19 durch eine gemeinsame Nabe 17 verbunden.
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Die koaxial zu dem Antriebszapfen 1 der Trommel B laufende
Antriebswelle 2 der Schnecke C ragt mit ihrem Ende in den trommelartigen Planetenradträger
3 und ist mit einem zu dem Differentialgetriebe gehörigen Sonnenrad 20 verbunden,
das mit dem Planetenritzel 19 kämmt. Am anderen Ende des Planetenradträgers 3 ist
ein mit dem Planetenrad 12
kämmendes Sonnenritzel11 angeordnet, das auf einem,
gleichzeitig die andere Abtriebswelle des Differentialgetriebes bildenden, Wellenstumpf
9 frei drehbar gelagert und mit dem Riemenrad 10 fest verbunden ist. Die
koaxiale Führung der Welle 2 in dem hohlen Zapfen 1 erfolgt durch ein Lager
21.
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Dreht sich gemäß F i g. 4 der Planetenradträger 3 im Uhrzeigersinn,
und sind die Schnecke C sowie die Trommel B blockiert, so dreht sich auch das Sonnenrad
20 mit gleicher Drehzahl wie der Planetenradträger 3 im Uhrzeigersinn.
Die Planetenräder 16, 19
und 15, 12 drehen sich in diesem Fall nicht
um ihre zugehörigen Planetenwellen 18 bzw. 14. Aus diesem Grund wird
das Sonnenritzel 11 zusammen mit dem Rad 10 mit einer Drehzahl zum Umlaufen
gebracht, welche genau derjenigen des Planetenradträgers 3 entspricht.
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Besteht freie Beweglichkeit zwischen der Schnecke C bzw. dem Sonnenrad
20 und der Trommel B bzw. dem Planetenradträger 3 und bewegen sich beide
Bauteile im Uhrzeigersinn, wobei jedoch die Drehzahl des Sonnenrades 20 etwas höher
liegt als diejenige des Planetenradträgers 3, so dreht sich das Planetenrad 16 mit
seinem Ritzel 19 im Gegenuhrzeigersinn; das Planetenritzel 15 dreht sich
infolgedessen mit seinem Planetenrad 12 im Uhrzeigersinn und teilt dem Sonnenritzel11
eine Drehbewegungskomponente im Gegenuhrzeigersinn mit. Da andererseits jedoch infolge
der Drehbewegung des Planetenradträgers 3 dem Sonnenritzel 11 eine Drehbewegungskomponente
im Uhrzeigersinn mitgeteilt wird, wird sich im Endergebnis das Sonnenritzel
11 zwar im Uhrzeigersinn, jedoch mit geringerer Geschwindigkeit als der Planetenradträger
3 drehen.
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Hätte das Sonnenritzel 11 den gleichen Durchmesser wie das
Sonnenrad 20 und würde es unmittelbar mit dem Planetenritzel 19 kämmen, so würde
bei einer Drehzahl n des Planetenradträgers 3 und einer Drehzahl n +
An des Sonnenrades 20 dem Ritzel 11 eine Drehzahl n - An zukommen.
Da jedoch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch das Planetenrad
16, das Planetenritzel 15 und das Planetenrad 12 ein übersetzungsverhältnis
ü geschaffen wird, ist die Drehzahl des Planetenritzels 11 bzw. des Rades
10 gleich n - ü _ 9n. Kleine Änderungen in der Drehzahl des
Sonnenrades 20 bzw. der Schnecke C ergeben somit große Drehzahländerungen
an dem Rad 10. Beim Blockieren zwischen Trommel und Schnecke wird An plötzlich Null
und die Drehzahl des Rades 10 bzw. des Sonnenritzels 11 plötzlich auf den Wert n
erhöht.
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Durch eine Erhöhung der Drehzahl des Rades 10
beim Blockieren
zwischen Trommel und Schnecke wird die charakteristische Drehzahl der Maschine D,
bei
welcher gerade noch Strom aufgenommen wird, überschritten, so daß nunmehr die Maschine
D Strom in das Netz einspeist. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung
ist in den Stromkreis der Maschine D eine überlastsicherung eingeschaltet. Überschneidet
der in das Netz eingespeiste Strom einen bestimmten vorgegebenne Wert, so wird der
Stromkreis der Maschine D unterbrochen. Durch die Unterbrechung des Stromkreises
wird jegliche Bremswirkung auf das Rad 10 aufgehoben, und das Getriebe läuft ohne
jede Belastung frei um.
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Auf diese Weise wird nach der Erfindung erreicht, daß die Maschine
D lediglich so groß dimensioniert zu werden braucht, daß die Reibungskraft zwischen
Trommel und Schnecke bis zu einem vorgegebenen Wert aufgehoben wird, andererseits
jedoch auch stoßartig auftretende Belastungsschwankungen zuverlässig geregelt werden
können.