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Die
Erfindung betrifft eine Zentrifuge zum Separieren von Feststoffen
aus einer Flüssigkeit, insbesondere aus einem Schmieröl
einer Brennkraftmaschine, aber auch aus anderen Flüssigkeiten,
in welchen Feststoffe enthalten sind, die durch Beschleuniger separiert
werden können, mit einem Zentrifugengehäuse und
mit einem Zentrifugenrotor, der eine im Zentrifugengehäuse
drehbar gelagerte, mittels eines separaten Antriebs antreibbare
und partiell als Hohlwelle ausgeführte Rotorwelle und eine
mit der Rotorwelle mitdrehbare Schleudertrommel aufweist, deren Innenraum
die zu separierende Flüssigkeit über den Hohlraum
der Hohlwelle zuführbar ist und die mit wenigstens einer
Abflussöffnung für Flüssigkeit aus dem Innenraum
versehen ist. Die Erfindung betrifft auch einen Zentrifugenrotor
für eine Zentrifuge zum Separieren von Feststoffen aus
einer Flüssigkeit, insbesondere aus einer Schmierölfüssigkeit
einer Brennkraftmaschine, mit einer zumindest partiell als Hohlwelle
ausgeführten Rotorwelle und einer mittels der Rotorwelle
rotierbaren Schleudertrommel, deren Innenraum die zu separierende
Flüssigkeit über den Hohlraum der Hohlwelle zuführbar
ist.
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Im
Stand der Technik ist es bekannt, Zentrifugen, meist in der Ausgestaltung
als Freistrahlzentrifugen, im Schmierölkreislauf einer
Brennkraftmaschine anzuordnen, um Feststoffe, welche im Schmieröl enthalten
sein können und die Schmieröleigenschaften des
Schmieröls negativ beeinflussen könnten, nicht
nur durch geeignete Filter herauszufiltern, sondern auch mittels
Zentrifugen und Beschleunigen einer Schleudertrommel der Zentrifuge
zu separieren. Bei Zentrifugen setzt sich im Dauerbetrieb der Innenraum
einer Schleudertrommel allmählich mit den gelösten
Feststoffen zu, die dort einen trockenen Feststoffkuchen bilden,
der das Gesamtgewicht der Schleudertrommel erhöht und insofern
höhere Belastungen auf die Lager zum Lagern des Zentrifugenrotors
im Zentrifugengehäuse ausübt. Mit zunehmender
Betriebszeit füllt sich der gesamte Innenraum der Schleudertrommel
und die Separierleistung nimmt ab. Um die volle Betriebsfähigkeit
dann wieder herzustellen, wurde bereits vorgeschlagen, den Zentrifugenrotor
oder die Schleudertrommel als Austauschteil auszuführen.
Z. B. in der
GB 2,160,796
A ist die Schleudertrommel lösbar auf der Rotorwelle
des Zentrifugenrotors angeordnet und durch demontierbare Ausgestaltung
des Zentrifugengehäuses kann die Schleudertrommel nach
bestimmten Betriebsintervallen ausgetauscht und durch eine neue
Schleudertrommel ersetzt werden.
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Neben
Freistrahlzentrifugen sind auch Zentrifugen wie z. B. Laborzentrifugen
bekannt, bei denen der Antrieb des Zentrifugenrotors mittels eines separaten
Antriebs erfolgt, um die Zentrifuge unabhängig vom Druck
der zu separierenden Flüssigkeit durch Nutzung der Zentrifugalbeschleunigung
und der Dichteunterschiede zwischen Feststoffpartikel einerseits
und Flüssigkeit andererseits einsetzen zu können
und Feststoffpartikel aus der Flüssigkeit ausscheiden zu
können. Bei mit externen Motoren angetriebenen Zentrifugen
können Rotationsgeschwindigkeiten der Schleudertrommel
von mehr als 5000 U/min erreicht werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Zentrifuge zu schaffen, die im Einbauzustand
z. B. an einer Brennkraftmaschine ohne Montagearbeiten am Zentrifugengehäuse
eine Entleerung der Schleudertrommel ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Zentrifuge
dadurch gelöst, dass die Schleudertrommel einen Trommelunterteil
und einen lose an diesem anliegenden, axial beweglich an der Rotorwelle
geführten Trommeloberteil aufweist, der mittels eines Ausrückmechanismus
parallel zur Rotorachse in eine Öffnungsstellung bewegbar
ist, in der zur Selbstentleerung des Innenraums Trommelunterteil und
Trommeloberteil voneinander beabstandet und mit der Rotorwelle rotierbar
sind. Durch die geteilte Ausführung der Schleudertrommel
mit einem Trommeloberteil und einem Trommelunterteil, die im Wesentlichen
nur lose aneinander anliegen, wird die Voraussetzung geschaffen,
dass die Schleudertrommel geöffnet werden kann, um dann
bei geöffneter Schleudertrommel durch Rotation der Rotorwelle eine
Selbstentleerung zu bewirken. Das Trennen bzw. Beabstanden von Trommelunterteil
und Trommeloberteil erfolgt bei der erfindungsgemäßen
Zentrifuge mittels eines Ausrückmechanismus, mit dem ein
Anheben, insbesondere Verschieben des Trommeloberteils relativ zum
Trommelunterteil parallel zur Achse der Rotorwelle vorgenommen werden
kann, und der auch bei eingeschaltetem bzw. aktivem Ausrückmechanismus
eine Rotation von Trommeloberteil und Trommelunterteil in der Entleerstellung über die
Rotorwelle ermöglicht.
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In
bevorzugter Ausgestaltung ist der Ausrückmechanismus mit
einem Lagerring verbunden, an welchem der Trommeloberteil mittels
eines Drehlagers drehbar gelagert ist. Auf diese Weise kann verhältnismäßig
einfach eine Rotation des Trommeloberteils der Schleudertrommel
auch dann bewirkt werden, wenn Trommelunterteil und Trommeloberteil über
den Ausrückmechanismus voneinander beabstandet sind, da
das Drehlager im Lagerring zumindest die rotierbare Abstützung
des angehobenen Trommeloberteils übernehmen kann und der
Lagerring selbst ortsfest bleiben und insofern mit einem stehenden
Ausrückmechanismus zusammenwirken kann. Bei der insbesondere
bevorzugten Ausgestaltung weist der Ausrückmechanismus
einen am Zentrifugengehäuse kippbar gelagerten Ausrückarm auf,
dessen einer Armabschnitt mit dem Lagerring und dessen anderer Armabschnitt
mit einem Stellmechanismus gekoppelt ist. Als Stellmechanismus kann insbesondere
ein geeigneter Stellantrieb, z. B. ein elektrischer Spindelantrieb
oder Magnethubantrieb zum Einsatz kommen, um durch Betätigen
des Stellantriebs ein Verschieben des einen Endes des Ausrückarmes
einzuleiten, der aufgrund eines mittig oder außermittig
angeordneten Kipplagers eine entgegengesetzte Bewegung des anderen
Ausrückarmes bewirkt, die eine Hebebewegung für
den Lagerring und hierüber auch des Trommeloberteils erzeugt.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Lagerring mit Axialspiel mit
dem Ausrückarm gekoppelt ist, da dann das Drehlager im
Lagerring in Schließstellung der Schleudertrommel, in welcher
Trommelunterteil und Trommeloberteil aneinander anliegen, unbelastet von
den Gewichtskräften der Schleudertrommel mit seiner trommelseitigen
Lager schale mitlaufen kann und im Wesentlichen nur dann mit den
Gewichtskräften der Schleudertrommel belastet ist, wenn
mittels des Ausrückmechanismus Trommelunterteil und Trommeloberteil
voneinander beabstandet sind, sich mithin in einer Entleerstellung
befinden.
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Die
vorgenannte Aufgabe wird bei einem Zentrifugenrotor dadurch gelöst,
dass die Schleudertrommel einen Trommelunterteil und einen lose
an diesem anliegenden Trommeloberteil aufweist, der axial verschieblich
an der Rotorwelle geführt ist und in eine Öffnungsstellung
bewegbar ist, in der Trommelunterteil und Trommeloberteil voneinander
beabstandet sind und mit der Rotorwelle rotierbar sind. Ein entsprechender
Zentrifugenrotor kommt vorzugsweise in einer Zentrifuge zum Einsatz,
die einen Ausrückmechanismus, wie weiter oben beschrieben,
aufweist, um das Trennen von Trommelunterteil und Trommeloberteil
durch Betätigen des Ausrückmechanismus zu erreichen
und gleichzeitig sicherzustellen, dass Trommelunterteil und Trommeloberteil auch
in der Öffnungs- oder Entleerungsstellung über die
Rotorwelle rotiert werden können.
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Sowohl
bei der Zentrifuge als auch bei einem Zentrifugenrotor ist besonders
vorteilhaft, wenn an einem Randsteg des Trommeloberteils, der zylindrisch
oder vorzugsweise trichterförmig ausgebildet ist, eine
Dichtung, insbesondere ein O-Ring zur Abdichtung des Innenraums
bei geschlossener Schleudertrommel angeordnet ist. Der Trommelunterteil kann
zugleich vorzugsweise teller- oder scheibenförmig ausgebildet
sein, damit im Schließzustand ein Randsteg des Trommeloberteils
unter Zwischenlage und Einklemmen der Dichtung an der Oberseite
des Trommelunterteils anliegt und die Dichtfunktion der Dichtung
zwischen Trommelunterteil und Trommeloberteil gewährleistet
werden kann. Um selbst bei hohen Drehzahlen von z. B. mehr als 5000
U/min, die über den externen Motor in die Rotorwelle des
Zentrifugenrotors eingeleitet werden, eine sichere Abdichtung des
Innenraums zu erreichen, greift bei der insbesondere bevorzugten
Ausgestaltung am Trommeloberteil ein Anpressmechanismus zur Erhöhung der
Anpresskräfte zwischen Trommeloberteil und Trommelunterteil
im Schließzustand der Schleudertrommel an. Grundsätzlich
könnte der Anpressmechanismus nur einen statischen Krafterzeuger
wie z. B. eine Druckfeder od. dgl. auf weisen, über den
permanent die gleiche Druckkraft oder Anpresskraft auf den Trommeloberteil
ausgeübt wird, um die Dichtheit des Innenraums zu gewährleisten.
Mit dem Ausrückmechanismus muss zum Verschieben des Trommeloberteils
nur eine Gegenkraft aufgebaut werden, die ausreicht, die Anpresskraft
des statischen Krafterzeugers zu überwinden. Um selbst
bei sehr hohen Drehzahlen eine sichere Abdichtung zwischen den nur
lose aneinander liegenden Trommelteilen der Schleudertrommel zu
erreichen, kann der Anpressmechanismus bei einer besonders vorteilhaften
erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Zentrifuge
oder eines Zentrifugenrotors dynamische Krafterzeuger wie insbesondere
fliehkraftgeregelte Anpresskrafterzeugermittel umfassen. Mit derartigen
fliehkraftgeregelten Anpresskrafterzeugermittel als dynamische Krafterzeuger,
mit denen eine variable Anpresskraft erzeugt wird, die von der Rotationsgeschwindigkeit der
Rotorwelle und somit der Schleudertrommel abhängt, wird
z. B. bei stillstehendem Zentrifugenrotor eine relativ leichte Betätigung
des Ausrückmechanismus ermöglicht, während
im Betriebseinsatz signifikant höhere Anpresskräfte
erreicht werden als bei einem statischen Krafterzeuger. Insbesondere
vorteilhaft ist, wenn der Anpressmechanismus eine Druckfeder als
statischen Krafterzeuger und fliehkraftgeregelte Anpresskrafterzeugermittel
als dynamischen Krafterzeuger aufweist, um Trommelunterteil und Trommeloberteil
und insbesondere die zwischen diesen wirksame Dichtung im Stillstand
der Zentrifuge mit minimal notwendiger Vorspannung gegeneinander
zu pressen, und im Betriebseinsatz dann die Anpresskraft über
den dynamischen Krafterzeuger in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit
des Zentrifugenrotors zu erhöhen.
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Die
fliehkraftgeregelten Anpresskrafterzeugermittel können
insbesondere aus mehreren, vorzugsweise aus vier, umfangsversetzt
angeordneten Schwenkhebeln mit Fliehkraftgewichten an den freien
Hebelenden bestehen. Die Wahl der Gewichte und die Anzahl der Schwenkhebel
erfolgt in Abhängigkeit von der Größe
der Schleudertrommel sowie ggf. der zu separierenden Flüssigkeit
und der erwarteten maximalen Drehzahl. Die Schwenkhebel können
besonders vorteilhaft zwischen beiden Hebelenden an einer Nabenhülse
schwenkbar gelagert sein, die fest an der Rotorwelle montiert ist.
Die feste Montage der Nabenhülse an der Rotorwelle kann
insbesondere über einen Wellenabsatz erfolgen, gegen den
die Nabenhülse z. B. mittels eines auf ein Gewinde an der
Rotorwelle aufgeschraubten Schraubrings angeklemmt wird. Bei Vorhandensein
eines statischen Krafterzeugers wie z. B. einer Druckfeder kann diese
sich dann vorteilhaft an der Unterseite der Nabenhülse
abstützen, um den Trommeloberteil mit Vorspannung gegen
den Trommelunterteil zu drücken. Es versteht sich, dass
die Nabenhülse einen ausreichenden Verschiebeweg freilassen
muss, um den Trommeloberteil relativ zum Trommelunterteil mittels
des Ausrückmechanismus verschieben zu können.
Weiter vorzugsweise sind die Schwenkhebel am schiebehülsenseitigen
Ende mit Nasen versehen, die im Stillstand der Zentrifuge bzw. des
Zentrifugenrotors an der oberen Stirnseite der Schiebehülse
nur lose anliegen oder sogar beabstandet von der Stirnseite oberhalb
derselben liegen. Da im Stillstand des Zentrifugenrotors die fliehkraftgeregelten
Anpresskrafterzeugermittel keine Kraftverstärkung des statischen
Krafterzeugers bewirken, muss dann im Stillstand im Prinzip nur
die Anpresskraft des statischen Krafterzeugers überwunden
werden, um den Trommeloberteil relativ zum Trommelunterteil zu verschieben.
Bereits nach kurzem Verschiebeweg gelangt bei dieser Ausgestaltung
die Stirnseite einer Schiebehülse oder des Trommeloberteils
oberhalb der Position der Nasen der Schwenkhebel, wodurch auch bei
einer Rotation der Rotorwelle keine Anpresskraft mehr auf den oberen
Trommelteil bzw. die Schiebehülse ausgeübt werden
kann. Das Zu- oder Abschalten der fliehkraftgeregelten Anpresskrafterzeugermittel
erfolgt mithin vorzugsweise mittels des Ausrückmechanismus,
insbesondere durch einfaches Verschieben der Schiebehülse
um ein ausreichendes Maß nach oben.
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Bei
einer Zentrifuge mit Selbstentleerung im laufenden Betrieb, oder
aber auch bei kurzfristigem Außerbetriebsetzen der Zentrifuge,
ist besonders vorteilhaft, wenn die bei der Selbstentleerung aus dem
Innenraum durch Rotation herausgeschleuderten Feststoffteile (Feststoffkuchen)
gesammelt und/oder getrennt abgeführt werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann hierzu
am Zentrifugengehäuse, um den Trommelunterteil und die
beim Auseinanderschieben der Trommelteile entstehende Ringspaltöffnung
herum, ein zur Schleudertrommel hin offener Ringraum als Sammelraum für
die separierten und aus dem Innenraum beim Entleeren herausgeschleuderten
Feststoffe ausgebildet sein. In bevorzugter Ausgestaltung kann der
Ringraum mehrteilig aufgebaut sein und einen am Zentrifugengehäuse
montierten Ringkörper und eine demontierbare Umfangswand
aufweisen, um jederzeit eine manuelle Reinigung des Sammelraums
zu ermöglichen. Gemäß einer vorteilhaften
Ausgestaltung kann die Umfangswand verdrehbar und/oder parallel zur
Achse verschieblich am Ringkörper befestigt sein. Durch
Verschieben der Umfangswand in eine Schließlage, in der
die Umfangswand am Ringkörper anliegt und in der Ringdichtungen
zwischen Ringkörper und Umfangswand wirken, wird dann der
Ringraum abgedichtet. Alternativ oder zusätzlich kann im
Ringraum wenigstens ein Schaber od. dgl. angeordnet sein und der
Ringkörper ist zumindest partiell relativ zum Zentrifugengehäuse
verdrehbar, oder die Umfangswand ist relativ zum Ringkörper
verdrehbar, um mittels des Schabers die gelösten und im
Ringraum gesammelten Feststoffe zu einer Austragsöffnung
in der Außenwand oder im Boden des Ringraums zu bewegen.
Das Verdrehen kann hierzu insbesondere von Hand erfolgen. Weiter
vorzugsweise kann der Schaber nahe der Austragsöffnung
angeordnet sein und mit einem ortsfesten, am Zentrifugengehäuse
oder am Ringkörper befestigten Leitelement zusammenwirken,
um durch Drehen des Ringraums oder der Umfangswand und insofern
Betätigen des Schabers den Bogenabstand zwischen Schaber
und Leitelement zu verringern und sämtliche Feststoffe
zur Austragsöffnung hin zu bewegen. Leitelement und Schaber
können dann zusammenwirkende Anschläge bilden,
die den Schwenkweg des Ringraums bzw. der Umfangswand auf unter 360° begrenzen.
Vorteilhaft kann ferner sein, wenn der Ringraum vom Zentrifugengehäuse
abnehmbar und z. B. vom Zentrifugengehäuse nach oben abgeschoben
werden kann, um den Ringraum bei montierter Zentrifuge und insbesondere
montiertem und gelagertem Zentrifugenrotor gegen einen neuen auszutauschen
oder zu reinigen.
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Die
Rotorwelle kann insbesondere über eine Kupplung mit einem
am Zentrifugengehäuse, vorzugsweise am Deckel eines Zentrifugengehäuses, befestigten
Motor als Antrieb gekoppelt sein.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen
Zentrifuge sowie eines erfindungsgemäßen Zentrifugenrotors
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines schematisch in
der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung
zeigen:
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1 einen
Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Zentrifuge
im Betriebseinsatz mit rotierendem Zentrifugenrotor;
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2 eine
Schnittansicht entlang II-II in 1;
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3 den
Zentrifugenrotor aus 1 mit einer Schleudertrommel
in Entleerstellung;
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4 eine
Schnittansicht entlang IV-IV in 2; und
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5 eine
Schnittansicht entlang V-V in 3.
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In
den Figuren ist insgesamt mit Bezugszeichen 50 eine erfindungsgemäße
Zentrifuge zum Separieren von Feststoffen oder Feststoffpartikeln
aus einer Flüssigkeit wie insbesondere einer Schmierölflüssigkeit
dargestellt, welche der Zentrifuge 50 über eine
Einlassbohrung 1 im Sockelteil eines Zentrifugengehäuses 2 zuführbar
ist. Die zu separierende Flüssigkeit strömt von
der Einlassbohrung 1 in einen Kanal 12 über,
der von dem Hohlraum einer im unteren Bereich als Hohlwelle ausgeführten
Rotorwelle 11 eines insgesamt in den Figuren mit Bezugszeichen 10 bezeichneten
Zentrifugenrotors gebildet wird. Die Rotorwelle 11 erstreckt
sich annähernd über die gesamte Höhe
des Zentrifugengehäuses 2 und ist hier im Wesentlichen
auf der Mittelachse M des insgesamt zylindrischen Zentrifugengehäuses 2 angeordnet,
welche Mittelachse M zugleich die Dreh- bzw. Rotationsachse des
Zentrifugenrotors 10 bildet. Die Lagerung des Zentrifugenrotors 10 am
Zentrifugengehäuse 2 erfolgt über ein
unteres, hier von einem Kugellager gebildeten Drehlager 3,
welches mit seiner feststehenden Lagerschale am Sockelteil des Zentrifugengehäuses 2 anliegt,
sowie über ein oberes, wiederum von einem Kugellager gebildetes Drehlager 4,
welches einen oberen Lagerabschnitt der Rotorwelle 11 gegenüber
einem Deckel 5 zum Verschließen des Zentrifugengehäuses 2 drehbar abstützt.
Der Deckel 5 ist über mehrere Deckelschrauben 6 am
zylind rischen Zentrifugengehäuse 2 befestigt und
umschließt eine Gehäusekammer 7, in der
der Zentrifugenrotor 10 angeordnet ist. Im laufenden Separierbetrieb
sind im Wesentlichen bei der Rotation des Zentrifugenrotors 10 nur
das untere Drehlager 3, welches den drehfest auf der Rotorwelle 11 befestigten
Trommelunterteil 21 abstützt, und das obere, im
Deckelteil 5 angeordnete Drehlager 4 belastet,
wobei hier beide Drehlager 3, 4 aus Kugellagern
bestehen.
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Das
obere Rotorwellenende 13 der Rotorwelle 11 ist über
eine Motorkupplung 8 mit einem Motor 9 gekoppelt,
der an einem Deckelflansch des Deckels 5 über
mehrere Befestigungsschrauben angeflanscht ist und hier nur schematisch
dargestellt ist. Die Abtriebswelle des Motors 9, der beispielsweise aus
einem Hydraulikmotor oder einem Elektromotor bestehen könnte,
und das Wellenende 13 der Rotorwelle 11 werden über
die Motorkupplung 8, die starr oder flexibel ausgebildet
sein könnte, drehfest miteinander verbunden. Die Rotationsgeschwindigkeit
des Zentrifugenrotors 10 hängt von der Rotationsgeschwindigkeit
der Abtriebswelle des Motors 9 unmittelbar ab und kann
entsprechend frei gewählt und beliebig eingestellt werden.
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Zum
Separieren der Flüssigkeit (nicht dargestellt) ist auf
der Rotorwelle 11 eine Schleudertrommel 20 angeordnet,
die hier zweiteilig ausgebildet ist und aus einem im Wesentlichen
teller- oder scheibenförmigen Trommelunterteil 21 sowie
einem trichterförmigen Trommeloberteil 22 besteht.
Der Trommelunterteil 21 ist drehfest und bewegungsfest über einen
unteren Befestigungsring 14 an einem unteren Absatz 15 der
Rotorwelle 11 angeklemmt und ein unterer Lagerfortsatz 23 des
Trommelunterteils 21 bildet mit seinem Außenumfang
die Stützfläche für die innere Lagerschale
des unteren Drehlagers 3. Der Trommeloberteil 22 der
Schleudertrommel 20 liegt lose mit der Unterseite eines
unteren, äußeren Randstegs 24 nahe des äußeren
Umfangs des unteren Trommelteils 21 an dessen Oberseite
an, wobei in der Unterseite des Randstegs 24 eine Aufnahmenut 25 für
eine hier von einem O-Ring 26 gebildete Dichtung ausgebildet
ist. Trommelunterteil 21 und Trommeloberteil 22 begrenzen
einen Innenraum 27, der im Betriebseinsatz der Zentrifuge 50,
wie in 1 und 2 dargestellt, weitestgehend über
den Trommelunterteil 21 als Boden sowie den Trommeloberteil 22 als
seitliche Begrenzungswand verschlossen ist, wobei die zwischen den
losen Anlageflächen wirkende Dichtung 26 den Spalt
zwischen Trommeloberteil 22 und Trommelunterteil 21 abdichtet.
Die zu separierende Flüssigkeit tritt über den
Kanal 12 und mehrere Radialbohrungen 17 in den
Innenraum 27 über und wird dort aufgrund der Rotation
der Schleudertrommel 20 Zentrifugalkräften unterworfen,
die steigen, je größer der Abstand der Flüssigkeit
von der Mittelachse M wird. Durch die Rotation der Schleudertrommel 20 werden
in an sich bekannter Weise Feststoffpartikel aufgrund der Dichteunterschiede zwischen
der Flüssigkeit und den Feststoffpartikeln radial nach
außen bewegt und sie lagern sich am Zwickel 28 der
Schleudertrommel zwischen Trommelunterteil 21 und Trommeloberteil 22 an.
Die von den Feststoffpartikeln befreite Flüssigkeit wiederum kann über
mehrere Axialbohrungen 29, welche Abflussöffnungen
für den Innenraum 27 bilden, nach unten aus dem
Innenraum 27 abfließen und einem Auslass 19 der
Zentrifuge 50 zugeführt werden. Die Zentrifuge 50 kann
an einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) angeflanscht werden
und der Auslass 19 der Zentrifuge mündet dann
in einen Schmierölsumpf im Schmierölkreislauf
der Brennkraftmaschine.
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Der
Trommeloberteil 22 liegt zwar lose auf dem tellerförmigen
und zum Außenrand mit etwa 3° leicht ansteigenden
Trommelunterteil 21 auf, der Trommeloberteil 22 wird
jedoch, um die Dichtfunktion der Dichtung 26 selbst bei
hohen Rotationsgeschwindigkeiten zu gewährleisten, mittels
eines insgesamt mit Bezugszeichen 30 bezeichneten Anpressmechanismus
mit ausreichend hoher Anpresskraft gegen den Trommelunterteil 21 angedrückt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
einer Zentrifuge 50 weist der Anpressmechanismus 30 zum
einen eine Druckfeder 31 als statischen Krafterzeuger und
außerdem insgesamt mit Bezugszeichen 32 bezeichnete
fliehkraftgeregelte Anpresskrafterzeugermittel als dynamischen Krafterzeuger
auf. Die fliehkraftgeregelten, rotationsgeschwindigkeitsabhängigen
Krafterzeuger bestehen im gezeigten Ausführungsbeispiel
aus vier jeweils um 90° umfangsversetzt um die Mittelachse
M des Rotors 11 herum angeordnete Schwenkhebel 33,
an deren freien Enden Fliehkraftgewichte 34 mittels hier jeweils
einer Befes tigungsschraube 35 befestigt sind. Die 1 und 4 zeigen
die aus schmalen Plattenstegen bestehenden Schwenkhebel 33 mit
den Fliehkraftgewichten 34 in ihrer aufgrund der Rotation des
Zentrifugenrotors 10 annähernd maximal ausgelenkten
Stellung, in der sie den größten Radialabstand
von der Mittelachse M aufweisen. Die Schwenkhebel 33 sind
nahe ihrer rotorwellenseitigen Enden 36 jeweils über
einen Schwenkzapfen 37 an einer Nabenhülse 38 um
eine im Wesentlichen horizontale Achse kippbar gelagert, welche
Nabenhülse 38 mittels eines auf einen Gewindeabschnitt
an der Rotorwelle 11 aufgeschraubten Klemmrings 39 gegen
einen Wellenabsatz 18 an der Rotorwelle 11 festgeklemmt
ist und sich mit der Rotorwelle 11 mitdreht. An einer Unterseite 38' der
Nabenhülse 38 stützt sich die Druckfeder 31 mit
ihrem oberen Ende ab, wobei die Druckfeder 31 am Außenumfang
einer Schiebehülse 40 angeordnet ist und gegen
einen Stegkragen 41 der Schiebehülse 40 drückt,
um die Schiebehülse 40 gegenüber der
Nabenhülse 38 in den 1 bis 3 nach
unten vorzuspannen. Der Stegkragen 41 der Schiebehülse 40 liegt
zugleich an der oberen Stirnkante 22' eines Zylinderabschnitts 22A des Trommeloberteils 22 an,
um über die Druckfeder 31 und die Schiebehülse 40 eine
permanent wirkende, statische Druckkraft auf den Trommeloberteil 22 auszuüben
und diesen in Richtung des Trommelunterteils 21 vorzuspannen.
Im Betriebszustand wirken auf die Schiebehülse 40 gleichzeitig
die fliehkraftgeregelten Anpresskrafterzeuger 32, da die
innenliegenden, rotorwellenseitigen Enden 36 der Hebel 32 jeweils
mit einer abgerundeten Nase 33A versehen sind, über
welche aufgrund der Auslenkung der Hebel 33, der Fliehkraftgewichte 34 und
der Hebellängen relativ zum Schwenkzapfen 37 eine
in Vertikalrichtung wirkende Druckkraft auf die obere Stirnseite der
Schiebehülse 40 übertragen wird. Mit
steigender Drehzahl des Zentrifugenrotors 10 erhalten die
Fliehkraftgewichte 34 eine höhere Zentrifugalbeschleunigung,
wodurch die über die Schiebehülse 40 auf
den Trommeloberteil 22 ausgeübte Kraft, und insofern auch
die Anpresskraft zwischen Trommeloberteil 22 und Trommelunterteil 21,
fliehkraftgeregelt bzw. rotationsgeschwindigkeitsabhängig
steigt und mit abnehmender Rotationsgeschwindigkeit sinkt.
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Aus
einem Vergleich der 3 und 2 ist gut
ersichtlich, dass der Trommeloberteil 22 axial verschieblich
auf der Rotorwelle 11 an geordnet ist und die drehfeste
Verbindung zwischen Trommeloberteil 22 und Rotorwelle 11 über
hier zwei Passfedern 45 bewirkt wird, die in Schiebenuten
am Innenmantel des Zylinderabschnitts 22A des Trommeloberteils 22 sitzen
und unabhängig von der Lage des Trommeloberteils 22 in
der Schließstellung des Innenraums 27 der Schleudertrommel 20,
wie in 2 gezeigt, oder der Öffnungsstellung
der Schleudertrommel 20, wie in 3 gezeigt,
eine drehfeste Verbindung zwischen Trommeloberteil 22 und
Rotorwelle 11 bewirken. Das Verschieben des Trommeloberteils 22 relativ
zum Trommelunterteil 21 parallel zur Achse der Rotorwelle 11 sorgt
für einen Abstand des Randstegs 24, so dass der
Innenraum 27 aufgrund des Abstandes am Umfang einen Ringspalt
erhält, der in 3 mit Bezugszeichen 61 bezeichnet
ist. Das Verschieben des Trommeloberteils 22 auf der Rotorwelle 11 nach
oben erfolgt vorzugsweise bei Stillstand des Zentrifugenrotors 10 der
Zentrifuge 50 mittels eines Ausrückmechanismus 70,
der mit einem hier im Gehäuseraum 7 angeordneten,
schematisch angedeuteten Stellantrieb 71 betätigt
wird. Der Stelleantrieb 71 verschiebt über den
Stellstößel 72 das auskragende Ende eines
Ausrückarms 73 nach unten, der zu beiden Seiten
der Rotorwelle 11 über eine Kippachse 74 in
jeweils einem Schwenklager 75 abgestützt ist und
zu beiden Seiten der Rotorwelle 11 einen gabelförmig
vorkragenden Armabschnitt 76 aufweist, der, mit ausreichend
vertikalem Bewegungsspiel, mit einem Lagerring 77 gekoppelt
ist. Mit dem Lagerring 77 wird ein wiederum aus einem Kugellager
bestehendes drittes Drehlager 78 abgestützt, dessen
rotorseitige Lagerschale über den Klemmring 46 fest
mit dem Trommeloberteil 22 verbunden ist und vorzugsweise an
einem Lagersitz am Außenumfang des Zylinderabschnitts 22A befestigt
ist. Das dritte Drehlager 78 kommt nur dann in Funktion,
wenn der Trommeloberteil 22 durch Verschwenken des Schwenkarms 73 um die
Kippachse 74 bzw. die Schwenklager 75 herum in die
in 3 gezeigte Öffnungsstellung verschoben ist.
In der in 3 gezeigten Stellung kann sich
der Trommeloberteil 22 weiterhin mit der Rotorwelle 11 mitdrehen,
obwohl über den Ausrückmechanismus 70 der
Lagerring 77 nach oben verschoben ist und die Gewichtskräfte
des Trommeloberteils 22 infolgedessen über den
Lagerring 77 und das dritte Drehlager 78 abgestützt
werden. Die Axialverschiebung des Trommeloberteils 22 nach
oben bewirkt auch eine Axialverschiebung der Schiebehülse 40 um
zumindest ein solches Maß, dass, wie 3 besonders
gut zeigt, die Druckfeder 31 stärker zusammengedrückt wird,
wodurch der Trommeloberteil 22 auch in der angehobenen Öffnungsstellung
schwingungsfrei über das Drehlager 78 abgestützt
umlaufen kann. Gleichzeitig wird allerdings der Kontakt der Nasen 33A der Hebel 33 durch
die Schiebebewegung der Schiebehülse 40 verändert
bzw. aufgehoben, denn die Nasen 33A liegen in der Öffnungsstellung
der Schleudertrommel 22 nicht mehr an der oberen Stirnseite,
wie im in 1 gezeigten Schließzustand
der Schleudertrommel 20, an, sondern sie liegen nun am
Außenumfang der Schiebehülse 40 an, weswegen
es auch bei einer Rotation des Zentrifugenrotors 10 mit
hoher Rotationsgeschwindigkeit nicht zu einer nennenswerten Auslenkung
der Hebelarme 33 bzw. der Fliehkraftgewichte 34 kommt.
Der formschlüssige Kontakt der Nasen 33A mit dem
Mantel der Schiebehülse 40 unterbindet vielmehr
ein Verschwenken der Hebelarme 33 und die Hebelarme 33 sowie
die Fliehkraftgewichte 34 verbleiben deswegen, wie besonders
deutlich die 3 und 5 zeigen,
in einer Schwenklage, in der sie den minimalen radialen Abstand
von der Mittelachse M bzw. der Rotorwelle 11 aufweisen. Die
fliehkraftgeregelten Krafterzeuger 32 üben daher bei
geöffneter Schleudertrommel 20 keine Druckkräfte
auf den Trommeloberteil 22 aus, wodurch wiederum das Drehlager 78 am
Lagerring 77, über welches die Drehbarkeit des
in die Öffnungsstellung verschobenen Trommeloberteils 22 gewährleistet
wird, entlastet wird.
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Wird
nun bei der in 3 gezeigten Öffnungsstellung
die Zentrifuge 50 bzw. der Zentrifugenrotor 10 über
den Motor 9 erneut in Rotation versetzt, werden im Innenraum 27 der
Schleudertrommel 20 im Separierbetrieb abgelagerte Feststoffpartikel
oder Feststoffkuchenbestandteile nach außen durch den Ringspalt 61 herausgeschleudert,
wodurch eine Selbstentleerung des Innenraums 27 erreicht
wird. Zur Selbstentleerung ist nur eine kurze Abschaltung der Zentrifuge 50,
eine Betätigung des Ausrückmechanismus 70 zum Öffnen
der Schleudertrommel 20 und ein kurzfristiges Beschleunigen
des Zentrifugenrotors 10 bei geöffneter Trommel 20 erforderlich.
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Um
die bei der Entleerung aus dem Innenraum 27 herausgeschleuderten
Feststoffbestandteile zusammenzuführen und gesammelt abzuführen, oh ne
dass der Flüssigkeitsstrom der zu separierenden Flüssigkeit
belastet wird, ist, konzentrisch um den Trommelunterteil 21 bzw.
den Ringspalt 61 herum ein Ringraum 80 ausgebildet,
in den über mehrere, z. B. vier durch schmale Gehäusestege
voneinander getrennte Schlitze 81 in der Mantelwand des
Zentrifugengehäuses 2 die Feststoffbestandteilen
bei geöffneter Schleudertrommel 20 hineingeschleudert werden.
Der Ringraum 80 selbst bildet einen tiefer liegenden Sammelraum
für herausgeschleuderte Feststoffpartikel, der sich vom
Trommelunterteil 21 aus nach unten außerhalb des
Zentrifugengehäuses 2 erstreckt. Der Ringraum 80 ist
mehrteilig ausgeführt und weist einen Ringkörper 82 auf,
der mit einem unteren Ringsteg 83 und einem oberen Ringsteg 84,
jeweils abgedichtet über O-Ringe, am Außenmantel des
Zentrifugengehäuses 2 anliegt, und der mit einer demontierbaren,
zylindrischen Umfangswand 85 versehen ist, die, wie wiederum
ein Vergleich der 1 und 3 zeigt,
zwischen einer Schließlage (1), in der
der Ringraum 80 geschlossen ist, und einer Öffnungslage
(3), in der der Ringraum 80 von außen
frei zugänglich und offen wäre, parallel zur Mittelachse
M verschoben werden kann. Um ein unbeabsichtigtes Öffnen
des Ringraums 80 zu verhindern, kann die Umfangswand 85 mit
wenigstens einer Befestigungsschraube 86 am Ringkörper 82 fixiert
werden.
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Der
Ringkörper 82 könnte über mehrere
Befestigungsschrauben fest am Zentrifugengehäuse 2 befestigt
sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist der Ringkörper 82, über die gezeigten
O-Ringe als Dichtungen abgedichtet, verdrehbar und demontierbar
am Unterteil des Zentrifugengehäuses 2 abgestützt
und/oder die Umfangswand 85, wiederum abgedichtet über
O-Ringe, die Verschiebungen und Relativdrehungen zulassen, ist verdrehbar
am Ringkörper befestigt. Eine verdrehbare Befestigung des Ringraums 80 oder
der Umfangswand 85 hat besondere Vorteile, wenn der Ringraum 80 mit
einer Bodenöffnung oder Seitenöffnung als Austragsöffnung versehen
ist, und ein Schaber 88 in den Ringraum 80 hineinragt,
um durch Drehen des Ringkörpers 82 relativ zum
Zentrifugengehäuse 2 oder der Umfangswand 85 relativ
zum Ringkörper 82 die Feststoffe im Ringraum zu Öffnung
bewegen. Durch einen nahe der Austragsöffnung angeordneten
Schaber 88 und ein Leitblech (nicht dargestellt), welches
z. B. feststehend am Zentrifugen gehäuse 2 bei
drehbarem Ringkörper oder am Ringkörper 82 bei
drehbarer Umfangswand befestigt ist, können durch Verringern
von deren Winkelabstand die Feststoffe bzw. ein abgelagerter Sumpf
in die Austragsöffnung hineingeschoben werden. Es versteht
sich, dass im Separierbetrieb vorzugsweise Schaber 88 und
Leitelement unmittelbar aneinander liegen, wobei das Leitelement zugleich
eine Drehbegrenzung für den Ringkörper 82 bildet.
Aus den 1 bis 3 ist ferner
ersichtlich, dass der Ringraum 80 als ganzes nach oben
vom Zentrifugengehäuse 2 abgeschoben werden kann, wenn
die Arretierschraube 89 gelöst wird. Der Austausch
des Ringraums 80 mit dem abgetrennten Feststoffkuchen kann
erfolgen, ohne dass der Deckel 5 des Zentrifugengehäuses 2 aufgeschraubt
und die Lagerung der Rotorwelle 11 beeinflusst wird.
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Für
den Fachmann ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche
Modifikationen, die in den Schutzbereich der anhängenden
Ansprüche fallen sollen. Die Betätigung des Ausrückmechanismus
und die Anordnung des Ausrückmechanismus könnte
auch auf andere Weise erfolgen. Je nach Ausgestaltung könnten
auch drei oder mehr als vier Fliehkraftgewichte verwendet werden.
Falls nur geringe Rotationsgeschwindigkeiten zu erwarten sind, könnte
ggf. eine entsprechend starke Druckfeder ausreichen, um die abgedichtete
Funktion des Innenraums der Schleudertrommel im Schließzustand zu
gewährleisten. Die obige Beschreibung erfolgte für
die bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen
Zentrifuge zum Separieren von Schmieröl einer Brennkraftmaschine
wie z. B. eines Motors eines Schiffs- oder Bahnantriebs. Mit der
Zentrifuge können auch andere Flüssigkeit wie
beispielsweise Olivenöl, Wein, Essig od. dgl. separiert
werden, die im Allgemeinen mit Feststoffteilchen als Verunreinigungen
durchsetzt oder verunreinigt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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