DE2112834A1 - Maschine mit pendelnd aufgehaengtem Rotor mit vertikaler Achse - Google Patents

Description

Patentanwälte 17_# j\järz 1971

Dipi.-lng. A. WEDDE Dipl.-Ing. K. EMPL
MOnchen27,Schumannstr.2 Akte: P 7034

Societo

Fives Lille-Cail €

7, Eue Montalivet

F-75 Paris ee/lrankreich

Maschine mit pendelnd aufgehängtem Botor mit vertikaler Achse

Die Erfindung "betrifft Maschinen mit einem am unteren Ende einer vertikalen, an einem Stützrahmen pendelnd aufgehängten Antriebswelle befestigten Botor mit vertikaler Achse. Beispiele für derartige Maschinen sind Trockenschleudern oder Klärzentrifugen, bei denen der Eotor aus einem Korb besteht,

der das ζγ trennende Produkt oder bestimmte Ventilatoren und

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Pumpen. Bei den bekannten Maschinen ist der Rotor mit der Antriebswelle starr verbunden, so daß bei nicht völlig ausgewuchtetem Botor sein Umlauf Vibrationen hervorruft, die auf den Bahmen übertragen werden.

Wenn außerdem der Botor mit einer kritischen Drehzahl entsprechend der Eigenschwingungszahl der aufgehängten Einheit umläuft, erzeugt die Unwucht Schwingungen mit großen Amplituden, die sehr große Beanspruchungen im Bahmen verursachen. Man ist natürlich darauf bedacht, zur Verringerung der Beanspruchungen diese kritische Drehzahl so weit wie möglich zu senken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die auf den Traglager der Welle übertragenen Kräfte zu reduzieren, und dadurch die Vibrationen des Bahmens bei einem mit Unwucht behafteten Botors zu dämpfen und die kritische Drehzahl herabzusetzen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dais der ßotor mit der Antriebswelle mit Hilfe einer nachgiebigen Kupplung gelenkig verbunden ist, welche das Antriebsdrehmoment zwischen Antriebswelle und Botors überträgt und zwischen beiden eine re-< lative Winkelbewegung zuläßt und daß eine zwischen dem Botor und der Antriebswelle angeordnete elastische Bückholvorrichtung den Winkelbewegungen des Botors entgegenwirkt.

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Die flecible Kupplung und die elastische Bückholvorrichtung können auch in einem einzigen Bauteil zusammengefaßt sein.

Die elastische Bückholvorrichtung kann aus einer Beihe von Klötzen oder aus einen Bing aus elastischem verformbarem Material, z.E. aus Gummi, oder aus Federn, die zwischen zwei an der Antriebswelle bzw. am Botor befestigten Scheiben angeord- λ

ne t s ind.

Mit der elastischen Bückholvorrichtung kann eine Dämpfungsvorrichtung verbunden sein, die dazu dient, die Schwingungen des Botors in Bezug auf die Welle zu hemmen und der Präzessionsbewegung der Einheit Welle-Eotor entgegenzuwirken oder die Amplitude dieser Bewegung auf ein zulässiges Maß zu begrenzen.

Die Dämpfungsvorrichtung kann als eine auf der Welle verschiebliche Vorrichtung ausgebildet sein, die in Bezug auf die Welle f eine beliebige Neigung einnehmen kann und deren Band zwischen zwei festen Backen des Botors befestigt sein kann.

Bei bestimmten Maschinen und für bestimmte Zwecke ist es erforderlich, die Achse des Botora während seiner Drehung fixieren zu können. Dies ist insbesondere bei Trockenschleudern mit zylindrischem Korb der Fall, wo die Entnahme des getrockneten ■

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Produkts mit Hilfe eines an einer festen Stütze befestigten Abstreifers durchgeführt wird. Om zu verhindern, daß der Abstreifer das die Wandung des Korbes bedeckende Sieb beschädigt, müssen bei diesem Arbeitsgang Schwingungen des Korbes vermieden werden. In diesem Falle wird eine auf der Welle angeordnete Zentrier-Vorrichtung vorgesehen, die im Bedarfsfall eine feste Verbindung zwischen der welle und dem Eotor herstellt.

Diese Vorrichtung kann durch einen auf der Welle verschieblichen Außenkonus gebildet werden, der in einem am Eotor vorgesehenen Innenkonus, angeordnet sein kann*, wobei die Verschiebung des Außenkonus beispielsweise durch Einwirkung eines Druckmediums erfolgen kann.

Bs kann auch eine Dämpfungs- und eine Zentriervorrichtung vorgesehen werden, um die Schwingungen der Welle in Eezug auf ihren Stützrahmen zu dämpfen, oder zu verhindern.

Nicht beschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Trocknungszentrifuge;

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Figur 2 einen Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform der Zentrifuge nach Figur 1;

Figur 3 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführungsform der die Verbindung zwischen dem Korb und der Welle zeigt, sowie die elastische Bückholvorrichtung, eine Oämpfungsvorrichtung und eine Zentriervorrichtung und

Figur 4 eine an die Kugelgelenkverbindung angeschlossene Zentriervorrichtung, die das Wellenlager einer Trockenschleudermaschine aufnimmt.

Die in Figur 1 dargestellte Trocknungszentrifuge enthält einen an einem Bahmen 14 pendelnd aufgehängten zylindrischen Korb 10.

Der Korb ist an einer Antriebswelle 12 mit Hilfe eines Kugelgelenkes 13 befestigt, dessen Mitte in der Achse der Welle und nahe dem Schwerpunkt des Korbes angeordnet ist. Er ist mit der Welle durch eine nachgiebige Kupplung bekannter Art gekuppelt, die aus zwei am Korb baw. der Welle festen Scheiben 16 und 17 und durch einen elaati-

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sehen Eing oder durch eine Anordnung elastischer Klötze 15, gebildet ist, wobei der Eing bzw. die Klötze an den beiden Scheiben in der Weise befestigt ist bzw. sind, daß die Übertragung des Drehmomentes zwischen der Welle und dem Korb gesichert ist und Winkelbewegungen zwischen dem Korb und der Welle ermöglicht werden. Der elastische Eing oder die Anordnung elastischer Klötze bildet weiterhin eine elastische Bückholvorrichtung, die den Korb in koaxialer Lage zur Welle zu halten bestrebt ist.

An ihrem oberen Teil ist die Welle durch V/älzlager 18 getragen, die von einem ein Kugelgelenk bildenden Tragkörper 19 aufgenommen sind, der auf einer vom Eahmen 14 getragenen Kugelschale 20 ruht.

Ein elastischer Eing oder elastische Klötze 21 zwischen dem Kugelgelenk 19 und einem am Bahmen befestigten Flansch bildet bzw. bilden eine elastische Eückholvorrichtung, die bestrebt ist, die Yfelle 12 in vertikaler Lage zu halten.

Die Welle 12 wird von einem am Eahmen H befestigten Motor 23 angetrieben oder verzögert und ist mit der Motorwelle durch eine flexible Kupplung 22 bekannter Art verbunden, deren Mitte mit der des Kugelgelenkes 19 zusammenfällt.

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BAD ORiGiNAt.

Bei der geänderten Ausführungsform nach Figur 2 ist die Welle 12* durch ein Kardangelenk 25 mit einer vertikalen Motorwelle 26 verbunden, die von einem auf dem Bahmen 14' vorgesehenen Lager 28 getragen ist. Die Welle 26 ist an den Motor 23 durch eine Kupplung 27 angekuppelt, die starr ausgebildet sein kann.

Das Kardangelenk kann durch jede andere Verbindung ersetzt Λ werden, die axiale Kräfte aufnehmen kann.

Diese Figur zeigt die Stellungen, die der Korb 10· und die Welle 12' einnehmen können, wenn die Einheit mit hoher Drehzahl umläuft und der ^orb eine Unwucht aufweist. Die Welle 12^f ist zur vertikal angeordneten welle 26 geneigt und der Korb 10' weist in Bezug auf die Welle 12' und auf die Welle 26 eine Neigung auf. Der Korb kann somit seinen Schwerpunkt in die Achse der Welle 26 verliegen, so daß auf das Lager keine wesentlichen Kräfte übertragen werden. "

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Bei abgeänderten Ausführungsform nach Figur 3 ist zusätzlich noch zwischen dem Korb 30 und der Welle 32 eine nachgiebige Kupplung und eine elastische Bückholvorrichtung vorgesehen, sowie eine Zentriervorrichtung, durch die der Korb und die Achse im Bedarfsfall in koaxialer Lage gehalten werden können, und eine die Schwingungen des Korbes in Bezug auf die Welle

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hemmende Dämpfungsvorrichtung.

Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Korb auf ein von der Welle 32 getragenes Kugelgelenk 33 aufgesetzt. Die Kupplungseinrichtung, die den Korb mit der Welle drehfest verbindet, ist durch einen auf der Welle 32 befestigten Kragen 38 mit Innenverzahnung und einen am Korb befestigten, mit einer balligen Außenzahnung versehenen Kragen 39 gebildet. Die Verzahnungen stehen miteinander in Eingriff und laufen in einem ringförmigen, ül enthaltenden Gehäuse.

Die elastische Bückholvorrichtung besteht aus einer Eeihe von Druckfedern 40, die zwischen den beiden Scheiben eingespannt sind, die die Kragen 38 und 39 tragen.

Die Kupplung und die Bückholfedern sind durch einen dichtenden Deckel 41 und eine biegsame Membran 42 geschützt.

Die Zentriervorrichtung weist einen auf der Welle 32 in Längsrichtung verschieblichen Außenkonus 43 und einen mit dem Korb fest verbundenen Innenkonus 45 auf. Im Normalfall ist der Konus 43 von einer ü'eder 44 in seiner unteren Lage gehalten.

Am Umfang des Konus 43 ist eine unterhalb von diesem angeord-

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nete Membran 48 mit Hilfe eines Flansches 46 befestigt. Der mittlere Teil dieser membran stützt sich auf einer an der Welle 32 festen Scheibe 49 ab und ist dichtend an ihr befestigt.

Zwischen der „embran 48 und der unteren Fläche des Konus 43 ist eine Kammer 47 ausgebildet, in die ein unter Druck stehendes Medium durch eine Anschluß-Drehverbindung 50 und einen Zuführungskanal 51 eindringen kann. Ein Dichtring 52 sichert die Dichtheit zwischen dem Konus 43 und der Welle 32. Wenn eine unter Druck stehendes Medium der Kammer 47 zugeführt wird, wird der Konur 43 nach oben verschoben und kommt am Innenkonus 45 zur Anlage. Auf diese Weise wird jede Winkelbewegung des Korbes um das Kugelgelenk 33 ausgeschaltet und es werden Welle und Korb koaxial zusammengehalten.

Die Dämpfungseinrichtung ist durch eine auf einem auf der Welle 32 frei verschieblichen Kugelgelenk 54 aufgesetzte Scheibe 53 und durch zwei ringförmige Backen 56 gebildet, die mit Beibungsbelägen ausgerüstet sind, zwischen denen der Band der Scheibe festgespannt ist. -fde Einspannkraft wird von Federn 55 ausgeübt, deren Vorspannung mit Hilfe von Muttern, die auf am Korb befestigten Bolzen aufgeschraubt sind, änderbar ist.

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Es könnte natürlich auch, eine umgekehrte Anordnung angewendet werden, bei der die Backen auf der Welle sitzen und die Scheibe am Korb befestigt ist.

Die Zentrier- und die Dämpfungsvorrichtung sind im Inneren des Konus 45 angeordnet, der an seiner Grundfläche durch eine biegsame Membran 58 und durch eine ringförmige, zwischen den beiden Backen 56 angeordnete Dichtung 59 abgeschlossen ist.

Die Dämpfungsvorrichtung setzt der Präzessionsbewegung der Einheit Welle-Korb Widerstand entgegen oder beschränkt die Amplitude dieser Bewegung auf einen tragbaren Wert. Wenn die Präzession in Erscheinung tritt, rotiert die Welle langsam um die durch die Mitte des Kugelgelenkes oder des Gelenkes zur Aufhängung der Welle gehende vertikale Achse, während der Korb um seine Trägheitsachse rotiert. Daraus resultiert eine Winke!bewegung des Korbes in Bezug auf die Welle um das Kugelgelenk 33» die eine Verschiebung der Scheibe 53 zwischen den Backen 56 hervorruft. Die sich der Verschiebung der Scheibe widersetzenden Reibungskräfte wirken also der Präzessionsbev/egung entgegen.

Es ist zu beachten, daß die in Figur 3 gezeigten Zentrier- und Dampf urigs vor richtungen bei der Trockenschleudermaachine nach

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fciAD OBiGINAL

Figur 1, wie bei derjenigen nach Figur 2 auch in der Hohe der oberen gelenkigen Aufhängung der Welle angewendet werden können, um die Schwingungen der letzteren in Bezug auf die Motorwelle zu verringern oder zu dämpfen, mit der die Welle durch eine nachgiebige Kupplung oder durch ein Universalgelenk verbunden ist.

In Figur 4 ist eine andere Zentriervorrichtung gezeigt, die für die obere Verbindung der Welle in dem Fall anwendbar ist, wenn diese von einem auf einem Kugelgelenk aufgesetzten Lager getragen ist. Biese Vorrichtung enthält im wesentlichen eine an dem Kugelgelenk 63 feste Scheibe 60, wobei das Kugelgelenk das Lager der Welle 64 der Trockenschleuder trägt, und durch Eruckkolben 62 in der Ebene der Scheibe radial verstellbare Grleitklötze 61, die an ihrem Ende V-förmige Aussparungen aufweisen. Unter dem Brück der Kolben werden die Gleitklötze zur ä Mitte der Scheibe hin verschoben, bis deren Band in den Aussparungen der 3-leitklötze festgehalten wird und die Welle 64 nicht mehr um die Mitte des Kugelgelenkes 63 herum schwingen kann.

Federn 66, deren Spannung mit Hilfe von in den Teil 69 des das

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Kugelgelenk 63 tragenden Eahmens eingeschraubte Stopfen 68 üben eine elastische Bückholkraft auf das Gelenk beim Schwingen der Welle aus, wenn die Zentriervorrichtung entarretiert ist.

Die gleichzeitige Blockierung der gelenkigen Aufhängungen zwischen Korb und Welle und zwischen Welle und Bahmen oder Motorwelle ermöglicht, die Achse des Korbes zu fixieren, was zum Entladen des Korbes unumgänglich ist, wenn die Entladung mit Hilfe eines an einer ortsfesten Stütze befestigten Abstreifers erfolgt. Da sich dieser Vorgang bei niedriger Geschwindigkeit vollzieht, ergeben sich dadurch, daß die Anordnung in sich starr gemacht v/ird, keine Nachteile.

Ea die kritische Drehzahl der Anordnung Welle-Korb bei Blockierung beider Gelenkverbindungen relativ hoch liegt und die kritische Drehzahl der Anordnung bei freigegebenen beiden Gelenken niedrig ist, ist es möglich, als Entladedrehzahl eine zwischen diesen beiden kritischen Drehzahlen liegende Drehzahl zu wählen, was beim Blockieren und Deblockieren der Gelenkverbindungen im gewünschten Augenblick das Überfahren einer kritischen Drehzahl ausschließt.

Die Verbindung zwischen Welle, und Korb kann mit Hilfe eines Kardangelenkes oder jedes anderen Universalgelenkes vorgenommen

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werden, das die axialen Kräfte aufnehmen kann. Dieses gelenk würde das Kugelgelenk oder die nachgiebige Kupplung zur Verbindung von Welle mit Korb ersetzen. In diesem Falle könnte die elastische Eüekholvorrichtung durch zwischen zwei an der Welle bzw. mit dem Korb festen Scheiben angeordneten ledern oder einen Gummiring oder G-ummiklötze gebildet werden, wie es im Vorstehenden beschrieben wurde.

Die vorstehend beschriebenen Irockenschleudermasehinen können insbesondere bei der Zuckerherstellung zur Trennung der Zuckerkristalle von der Mutterflüssigkeit verwendet werden.

Die Erfindung ist in gleicher ',/eise auf andere Maschinen mit einem am unteren Ende einer vertikalen Welle aufgehängten Eotor anwendbar, z.b. für Destimmte Ventilatoren oder Pumpen.

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Claims (1)

17. März 1971 Akte; P 7034

Patentansprüche

Maschine mit einem am unteren Ende einer vertikalen, an einem Stützrahmen pendelnd aufgehängten Antriebswelle befestigten Botor mit vertikaler Achse, dadurch gekennzeichnet, daß der Botor an der Antriebswelle gelenkig befestigt ist und mit ihr durch eine nachgiebige Kupplung verbunden ist, welche das Antriebs-Drehmoment zwischen Antriebswelle und Eotor überträgt und zwischen beiden relative WinkeIbewegungen zuläßt und daß eine zwischen dem Botor Lind der Antriebswelle angeordnete elastische Büekholvorrichtung diesen Winkelbewegungen des Botors entgegenwirkt.

2.) Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Botor an der Antriebswelle mittels eines Kugelgelenkes gelenkig befestigt ist.

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5.) Maschine nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Kupplung als Kardangelenk ausgebildet ist.

4.) Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Eückholvorrichtung aus
einer Eeihe von Klötzen oder aus einem Sing aus elasti- % schein verformbarem Material oder aus Federn gebildet ist, die zwischen zwei an der Antriebswelle bzw. an dem Botor festen Scheiben angeordnet sind.

5.) Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zwischen der Antriebswelle und dem Botor angeordnete Dämpfungsvorrichtung enthält, welche die
Winkelbewegungen des Eotors relativ zur Antriebswelle zu hemmt.

6.) Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung aus einer quer zur Antriebswelle sich erstreckenden Scheibe besteht, die auf der Antriebswelle in deren Axialrichtung verschieblich und relativ zu dieser in ihrer Neigung veränderbar angeordnet ist und deren Band zwischen zwei am Botor festen

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Backen eingespannt ist.

7.) Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zentriervorrichtung enthält, die den Botor und die Antriebswelle in koaxialer lage hält und die im normalen Betrieb außer Funktion ist, so daß Winkelbewegungen des Botors in Bezug auf die Welle möglich sind.

8.) Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriervorrichtung als ein auf der Antriebswelle verschieblicher Konus ist, der durch geeignete Mittel zur Anlage an einer komplementär ausgebildeten Konusfläche des Botors zur Anlage bringbar ist.

9.) Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zwischen der Antriebswelle und einer Motorwelle mit feststehender Achse angeordnete Dämpfungsvorrichtung aufweist, welche mit der Motorwelle gekuppelt ist, um die Schwingungen der Antriebswelle zu dämpfen.

10.) Maschine nach Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zentriervorrichtung enthält, die die

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Achse der Antriebswelle in festgelegter Lage hält, und die gewöhnlich nicht in Funktion ist, so daß die Winkerbewegungen der Welle in Bezug auf ihren Stützrahmen bzw. ihr Lager möglich sind.

' Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ~ die Antriebswelle an einer Rotorwelle mit feststehender Achse mit Hilfe eines Universalgelenkes aufgehängt ist.

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