DE2746347A1

DE2746347A1 - Zentrifuge mit anordnung zum unterdruecken des schlagens

Info

Publication number: DE2746347A1
Application number: DE19772746347
Authority: DE
Inventors: Herbert Lionel Crosby; Jacob Pieter Den Hartog
Original assignee: Bird Machine Co Inc
Current assignee: Bird Machine Co Inc
Priority date: 1976-10-14
Filing date: 1977-10-14
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE2746347C2; FR2367540A1; FR2367540B1; AU2925477A; MX145277A; CA1063991A; CH628531A5; NL7711329A; GB1546285A; SE7711507L; US4069967A; JPS5349375A; JPS6026587B2; AU510415B2; BE859655A; FI773051A

Description

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Bird Machine Company, Inc., South Walpole (Mass., USA)

Zentrifuge mit Anordnung zum Unterdrücken des Schiagens

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AMS/mae 37 Ü7«4

6.10.7 7

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge zum Trennen von Flüssigkeiten und Feststoffen, die eine Trommel aufweist, welche eine Siebtrommel oder eine undurchlässige Trommel sein kann und ein Förderglied aufweist, wobei die Trommel und das Förderglied um eine gemeinsame Achse in derselben Richtung, jedoch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit gedreht werden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Zentrifuge mit einer Einrichtung, um darin übermässige Torsionsschwingungen, welche Schlagen genannt werden, zu unterdrücken.

Bei Zentrifugen dieser Bauart werden Geschwindigkeitsänderungsgetriebe verwendet, die zwischen der Trommel und dem Förderglied derart angeordnet sind, dass das Drehen eines derselben mittels eines Motores bewirkt, dass das andere mit einer verschiedenen Geschwindigkeit dreht. Das Förderglied kann schneller oder langsamer als die Trommel gedreht werden, jedoch wird es üblicherweise langsamer gedreht. Der Motor kann entweder die Trommel oder das Förderglied unmittelbar antreiben, jedoch wird üblicherweise die Trommel unmittelbar angetrieben .

Wenn solche Zentrifugen mit gewissen Schlämmen beispielsweise Stärke, Stärkelösungen oder ähnliche klebrige Stoffe, betrieben werden, entwickeln solche Zentrifugen bei Durchsatzleistungen, die beträchtlich unterhalb der Auslegedurch satz-Leistung sind, übermässige Torsionsschwingungen durch Schlagen auf. Ueblicherweise tritt das Schlagen bei der natürlichen Frequenz der Torsionsschwingung auf, kennzeichnenderweise zwischen 20 und 60 Hz und es ist angenommen, dass dieses aus dem abwechslungsweisen Haften/Gleiten zwischen dem Förderglied und der Trommel während des Verarbeitens solcher Stoffe hervorgeht. Bei den damit erzeugten Torsionsschwingungen bewegt sich das Drehmoment der Anordnung um einen Mittelwert, üblicherweise von Null bis zu einem Maximalwert, der das maximale Drehmoment für welches die Maschine ausgelegt wird, annähert oder

sogar übersteigt. Solche grosse und schnellen Aender\in£eff aas Drehmomentes verkürzen die Lebensdauer der ihm ausgesetzten Bauteile der Zentrifuge beträchtlich, insbesondere die der Getrieberäder und der Ueberlastsicherheitsvorrichtung, beispielsweise den Scherzapfen oder die Reibungskupplung. Wenn zugelassen wird, dass das Schlagen anhält, tritt ein Bruch des einen oder anderen bald auf, was grosse Kosten in Ausfallzeit und Ersatzteilkosten im Falle eines Getriebeschadens zur Folge hat. Um ein Schlagen zu verhindern ist es möglich, dass der Benutzer den Betrieb bei Durchsatzleistungen unterhalb U0% der Auslegedurchsatzlcistung durchführen muss.

In der US-Patentschrift Nr. 3 685 722 ist offenbart, dass das Schlagen unterbunden werden kann, indem zwischen den sich drehenden Bauteilen der Trommel des Förderorganes und der Getriebeanordnung eine nachgiebige biegsame Verbindung einer kleineren Federsteife angeordnet wird. In dieser Weise wurde das Schlagen bis zur vollen Durchsatzleistung der Zentrifuge unterbunden, indem eine elastomere Hülse zwischen dem Förderorgan und seiner Antriebsscheibe angeordnet wurde. Jedoch bewirkt eine Anordnung einer Vorrichtung zum Unterdrücken des Schiagens zwischen den sich drehenden Teilen der Baueinheit, dass gewisse unerwünschte Einschränkungen der Auslegung und der Abmessungen der Vorrichtung in Kauf genommen werden müssen, welches den Zugang dazu für Verstellungen oder Wartungsarbeiten schwierig macht.

Das bei solchen Zentrifugen verwendete Geschwindigkeitsänderungsgetriebe, beispielsweise ein einstufiges oder mehrstufiges Planetengetriebe oder "Cyclo"-Getriebe weist zusätzlich zu seinen ein hohes Drehmoment übertragende Verbindungen zwischen der Trommel und dem Förderglied eine ein kleines Drehmoment übertragende Verbindung zu äusseren Trägerteilen auf, welche unbewegliche Anordnungen oder drehende Anordnungen aufweisen kann, beispielsweise eine Kutschkupplung für das Ritzel oder einen Freilauf, um das UebersetZungsverhältnis ver-

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ändern zu können. Bei den üblicherweise verwendeten mehrstufigen Planetengetrieben erstreckt sich diese äussere Verbindung vom Ritzel der ersten Stufe, und dessen tiefes Drehmoment ist da Drehmoment, das auf die Verbindung zum Förderglied einwirkt, geteilt durch das Uebersetzungsverhältnis. Ueblicherweise weist diese äussere Verbindung die oben erwähnte Sicherheitsvorrichtung auf, um eine Drehmomentüberlastung der Maschine zu verhindern.

Weil ein verhältnismässig tiefes Drehmoment auf dieses einwirkt und weil diese ausserhalb der Baugruppetrommel-Getriebe-, Förderorgan angeordnet ist, ist die äussere Verbindung eine vorteilhafte Stelle zur Aufnahme einer schlagunterdrückenden Vorrichtung, falls eine an dieser Stelle wirksame Vorrichtung geschaffen werden kann. Es sind schon früher Versuche gemacht worden, das Schlagen mittels Vorrichtungen, die in der äusseren Verbindung angeordnet sind, zu unterdrücken. Solche Vorrichtungen sind kennzeichnenderweise torsional nachgiebige elastomere Kupplungen oder Metallfedern gewesen, die derart angeordnet waren, um abhängig von der Torsionsschwingung der äusseren Verbindung eine Torsionsschwingung durchzuführen. Diese Vorrichtungen haben das Schlagen der äusseren Verbindung bis zu einem gewissen Mass erfolgreich unterdrückt, womit die Lebensdauer der Sicherheitsvorrichtung verlängert wurde und die Ausfallzeit auf Grund ihrer Zerstörung, das durch ein Schlagen hervorgerufen wurde, zu vermindern. Soweit es bekannt ist, sind diese Vorrichtungen jedoch nicht wirksam gewesen, um das Schlagen der Baugruppe: Trommel- Getriebe- Förderglied proportional oder sogar zu einem bedeutenden Ausmass zu unterdrükken und trotz der Verwendung solcher Vorrichtungen sind Getriebe schaden auf Grund des Schiagens weiterhin aufgetreten.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist Zentrifugen zu schaffen, die eine Vorrichtung zum Unterdrücken der Torsionsschwingungen aufweisen, die auf oder in der äusseren Ver· bindung des Getriebes angeordnet ist, um das Schlagen, der sich drehenden Baugruppe: Trommel- Förderglied wirksam zu unter-

drücken.

Es ist gefunden worden, dass das Ziel der Erfindung mittels einer solchen Vorrichtung erreicht werden kann, die zweckdienlich ausgebildet ist, um die zwangsweisen Dämpfkräfte, um die Kräfte, die das Schlagen erzeugen, die innerhalb der sich drehenden Trommelanordnung entstehen, zwangsx^eise zu dämpfen. In der US-Patentanmeldung Nr. 732 315, die am IU.Oktober 1976 und gleichzeitig hinterlegt wurde, welche Anmeldung dem vorliegenden Anmelder gehört, ist eine solche Vorrichtung offenbart, bei welcher eine Torsions-Feder- und Masseeinrichtung in der äusseren Verbindung zusammenwirkend mit einer getrennten Dämpfungseinrichtung, die parallel mit der Feder-Masse-Einrichtung wirkt zu verbinden, um dessen Torsionsschwingung zwangsweise zu unterdrücken. Die Feder-Masse-Einrichtung weist eine tiefere torsionale Federsteife als irgendwelche Drehmoment übertragende Bauteile der Baugruppe: Trommel-Getriebc-Förderglied auf und ist derart angeordnet, dass es vom Getriebe zu den Trägereinrichtungen ein Drehmoment überträgt. Die vorgezogene Feder und Masseeinrichtung, die in der oben erwähnten Anmeldung offenbart ist, weist eine Federsteife auf, bei welcher sie bei Schlagbedingungen in Resonanz mit den Torsionsschwingungen der Zentrifuge eine Torsionsschwingung durchführt; d.h., bei derselben oder wenigstens beinahe derselben Frequenz.

Die vorliegende Erfindung ist nun das Erkennen, dass eine solche vorgezogene Feder- und Masseeinrichtung, die darin als auf die Frequenz des Schiagens "abgestimmt" ist, selbst wirksam ist, um das Schlagen ohne einen Zusatz eines getrennten Dämpfens wirksam zu unterdrücken. Obwohl es nicht derart wirksam ist, wie es mit den getrennten Dämpfungsanordungen der Fall ist, ist gefunden worden, dass eine solche abgestimmte Feder- und Masseeinrichtung ohne zusätzliches Dämpfen das Schlagen bis zu einem Wert von 80% oder mehr der Auslegungsdrehmoment-Aufnahmefähigkeit der Zentrifuge wirksam unterdrückt, womit die

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Zuf uhrinenge, die ohne Erzeugung eines Schiagens erhältlich ist, beträchtlich erhöht wird. Der Ausdruck "wirksam unterdrücken", meint, das Abweichen vom andauernd angelegten Drehmoment vermindert werden oder auf unschädliche Werte gebracht werden, beispielsweise auf Werte kleiner als 10% der Aenderungen. Es ist daher möglich, das Schlagen in manchen Fällen in einem genügenden Masse zu unterdrücken, ohne dass zusätzliche Dämpfungseinrichtungen mit entsprechend aufwendigem und teuren Aufbau verwendet werden können.

Weil die Feder- und Masseeinrichtung, die verwendet worden ist, keine bemerkenswerte Eigendämpfung aufweist, muss ihre oben beschriebene Wirksamkeit auf Grund eines Vergrösserns der Ausübung von zwangsweisen Dämpfkräften, die in der Trommel-Getriebe-Förderorganeinheit selbst vorhanden sind, möglicherweise ein Vergrössern der Dämpfwirkung von OeI auf Bauteilen des Getriebes, mit denen die äussere Verbindung am engsten verbunden ist. DiesesAnwachsen bzw. Vergrössern der Eigendämpfung innerhalb der sich drehenden Baugruppe selbst, tritt auf Grund der Auswirkungen der in Resonanz stehenden Schwingungen auf, welches durch die Tatsache gezeigt ist, dass die Resonanz, wenn sie durch ein Vergrössern oder Verkleinern der Federsteife verändert wird ziemlich scharf annähernd gegen Null fällt, wobei die wirksame Federsteife der Feder- und Masseeinrichtung innerhalb von +40% bis +2 5% desjenige Bereiches ist, welcher eine in Resonanz erfolgende Torsionsschwingung erzeugen wird.

Die Feder der Feder-Masseeinrichtung kann irgendwelche zweckdienliche torsional nachgiebige Form aufweisen, beispielsweise eine Torsionsstange oder eine Schraubenfeder oder eine Plattfederanordnung. Eine vorgezogene Feder ist eine feste Torsionsstange mit kleiner Eigendämpfungsfähigkeit, die aus Metall hergestellt sein kann, beispielsweise aus Stahl oder Titan und die koaxial zur äusseren Verbindung angeordnet ist. Die

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Federsteife der Feder kann verstellbar ausgebildet sein, indem beispielsweise der ungeklemmte Längenabschnitt einer Torsionsstange,der frei Torsionsschwingungen durchführen kann, geändert wird. Die Masse der Feder- und Masse-Anordnung ist die Masse der Feder und aller anderer Bauteile der äusseren Verbindung, die zusammen mit der Feder Torsionsschwingungen durchführen.

Währenddem bei Zentrifugen derselben oder ähnlichen Ausbildung das Schlagen annähernd mit derselben Frequenz auftritt, bewirken Unterschiede der Auslegung, beispielsweise der Abmessungen, des Uebersetzungsverhältnisses oder der Getriebeart üblicherweise verschiedene Schlagfrequenzen und verschiedene andere Einwirkungen, die die Ausbildung der Feder- und Masse-Einrichtung beeinflussen. Um beste Ergebnisse zu erhalten, sollte daher die Feder- und Masse-Einrichtung für jede Ausbildungsform einer Zentrifuge derart ausgebildet sein, dass sie derart auf die Zentrifuge abgestimmt ist, dass sie in Resonanz oder beinahe in Resonanz Torsionsschwingungen ausführen kann.

Beim Ausbilden der Feder- und Masse-Einrichtung wird gegenwärtig zuerst versuchsweise für jede Grosse der Zentrifuge jede Getriebeart und Uebersetzungsverhältnis eine Feder- und Masse-Kombination bestimmt, welche in Resonanz mit der Torsionsschwingung des Schiagens der drehenden Rauteile der Zentrifuge Torsionsschwingungen ausführt. Eine Torsionsstangenfeder ist axial zur äusseren Verbindung der Zentrifuge um damit zu schwingen derart angeordnet, dass ihre Federsteife verändert werden kann, beispielsweise indem das Ende, das festgehalten ist, so dass es nicht schwingt, mittels einer Klemme festgehalten wird, das in Längsrichtung zur Stange verschiebbar ist, um ihre wirksame Federlänge zu verändern und daher ihre Federsteife in Einklang mit verschiedenen berechenbaren Werten zu bringen. Die Zentrifuge wird unter Schlagbedingungen betrieben, indem ein Schlamm, von dem es bekannt ist, dass er ein Schlagen erzeugt, beispielsweise PVC (Polyvinylchlorid) Kugeln

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oder Stärke zugeführt wird, wobei die Federsteife der Stange solange geändert wird, bis die Stange und die sich drehenden Bauteile in Resonanz schwingen. Um die in Resonanz erfolgende Schwingung festzustellen, sind verschiedene Vorgehen möglich, wie folgt:

1. Das Verhältnis der Schwingungsamplitude der Stange zu derjenigen des Fördergliedes wird bei verschiedenen Federsteifen solange verglichen, bis der maximale Wert gefunden wird, weil bei Resonanz dieses Verhältnis den maximalen Wert aufweist. Die Amplitude der Schwingung des Fördergliedes kann mittels eines Drehschwingungsschreibers (Torsiograph) der auf den Fördergliedern angeordnet ist, gezeigt werden, wobei ein zweckdienlicher Torsiongraph von General Motors Corporation, Warren, Michigan im Handelsnamen "Velocity Torsiongraph No. 44" erhältlich ist, der einen elektrischen Ausgang bildet, dessen Frequenz und Amplitude der Torsionsschwingung des Fördergliedes entsprechen, welcher Ausgang auf einem Oszilloskop in Form einer sinusförmigen Welle wiedergegeben wird. Die Schwingungsamplitude der Stange kann mittels einer zweckdienlichen Vorrichtung festgestellt werden, die beispielsweise einen fest verbundenen Schreiber aufweisen kann, der ein Band beschreibt, der mittels einer Schreibe oder einer Trommel, die mit der Welle verbunden sind, beschreibt.

2. Beim Durchfahren der Resonanz tritt eine

grosse Aenderung des Phasenwinkels zwischen der Schwingung des Fördergliedes und derjenigen der Stange auf. Die Schwingbewegung des Fördergliedes wird vom Torsiograph wiedergegeben und die Schwingbewegung der Stange kann mittels Drehmomentfühlern in Form von Dehmess^streifen, die mit der Welle verbunden sind, festgestellt werden zusammen mit Geräten, die Aenderungen des auf die Messorgane angelegten Gleichstromes in Form einer Sinuswelle an einem Oszilloskop anzeigen. Solche Fühlorgane und Geräte werden gegenwärtig zum Feststellen des Schiagens verwendet.

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3. In Resonanzzustand tritt eine merkbare Verschiebung der Frequenz der Schwingbewegung sowohl des Fördergliedes als auch der Stange auf. Dieses wird sowohl durch Torsiograph als auch durch die Dehnmessstreifenteile gezeigt und kann von beiden festgestellt werden. 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 Torsionsstangen 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 ausgebildeten Zentrifugen verwendet werden. Es können jedoch Federn verwendet werden, die von der Prüftorsionsstange verschieden sind, jedoch die "resonante" Federsteife dieser aufweisen, vorausgesetzt, dass die Masse nicht geändert wird. Aenderungen der Masse werden die erforderte Federsteife der Feder beeinflussen, so dass eine ausgleichende Aenderung der Feder durchgeführt werden muss.

Es ist zu bemerken, dass beim Ermitteln der Wirksamkeit der Feder- und Masse-Einrichtung zum Unterdrücken des Schiagens es wichtig ist, dasSchlagen des Fördergliedes gemäss des oben erwähnten Vorgehens zu messen und nicht nur dasjenige der äusseren Verbindung. Der Grund dafür ist, dass wie es bereits erwähnt wurde, ein Unterdrücken des Schiagens in der äusseren Verbindung nicht notwendigerweise das Schlagen der drehenden Bauteile der Zentrifuge unterdrückt. Beispielsweise ist gefunden worden, dass eine lange Torsionsstange mit einer kleinen Federsteife das Schlagen in der äusseren Verbindung unterdrücken würde,jedoch nicht das der sich drehenden Baugruppe der Zentrifuge.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 eine Seitenansicht, wobei einige Teile im Schnitt gezeichnet sind und einige Teile weggelassen sind, einer Zentrifuge, die ein Ausführungsbeispiel der Schlag unterdrückenden Feder- und Masse-Einrichtung aufweist,

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

Fig. 3 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt

gezeichnet, wobei das Ausführungsbeispiel der Feder- und Masse-Einrichtung der Fig. 1 etwas vereinfacht an einer Stelle zwischen dem Getriebe der Zentrifuge und einer hydraulisch arbeitenden Rückbremse dargestellt ist,

Fig. 4,6 und 7 sind Kurven, die Aenderungen gewisser Verhältnisse oder Werte, zeigen als die Länge einer Torsionsstange verändert wurde, um die natürliche Frequenz der Torsionsschwingung der Stange und Masse in Resonanz und ausser Resonanz mit der beim Schlagen auftretenden Torsionsschwingung der drehbaren Bauglieder der Zentrifuge zu bringen,

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

Fig. 8 ist eine Kurve, die das Unterdrücken des Schiagens mittels einer Torsionsstange zeigt, währenddem ihre Länge verändert wurde, um die natürliche Frequenz zur Torsionsschwingung der Welle und der Masse in und ausser Resonanz mit der Torsionsschwingung der drehenden Bauglieder der Zentrifuge während Schlagzuständen zu bringen und

Fig. 9 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt gezeichnet, eines abgeänderten Ausführungsbeispieles, der in der Fig. 1 gezeigten Feder- und Masse-Einrichtung.

In der Fig. 1 ist eine Zentrifuge gezeigt, die eine undurchlässige kontinuierlich umlaufende Trommel aufweist,

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deren sich drehende Baugruppe eine Trommel, ein zweistufiges Planetengetriebe und ein Förderorgan herkömmlicher Ausbildung 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 ist bei einem Ende mit der Trommel verbunden und weist beim anderen Ende eine Triebscheibe 2 2 auf, die zur Verbindung mit einem Riemenantrieb und einem Motor (nicht gezeigt) versehen ist. Ein mit einem Arm 26, der auf der Grundplatte 10 angeordnet 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, welches Eintragsrohr 24 bis zu einem inneren Ende innerhalb des Förderorganes verläuft und eine Auslassöffnung 28 aufweist. Der zugeführte Schlamm wird durch Oeffnungen 30, die in der Nabe des Förderorgans ausgebildet sind, in die Trommel entleert. Eine beim einen Ende des Förderorgans angeordnete Hohlwelle (nicht gezeigt) ist koaxial zur Welle 18 drehbar angeordnet.

Eine Hohlwelle 3 2 der Trommel erstreckt sich

drehbar durch ein Lager 34 auf der Grundplatte 10 und ist derart angeordnet, dass es das Gehäuse des geschwindigkeitsändernden 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 Förderorgan 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,üblicherweise mit einer kleineren Geschwindigkeit. Um das Getriebe kann ein Gehäuse 40 angeordnet

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sein, das auf einer Verlängerung 4 2 der Grundplatte 10 abgestützt ist.

Die Trommel 14 und eine oder mehrere schraubenlinienförmige Schubflügel 44 auf dem Förderorgan 16 weisen entsprechende Aussenformen auf, wobei sie an einem zylindrisch und am anderen Ende wie gezeichnet eine zusammenlaufende kegelstumpf förmige Aussenform aufweisen. Die getrennten, gegen die Trommel wandernden Feststoffe werden vom Förderorgan in der Fig. 1 von links nach rechts zu Austrageöffnungen (nicht gezeigt) beim rechten Ende der Trommel gefördert, aus welchen sie in eine Austragsrinne (nicht gezeigt) im Gehäuse 12 abgegeben werden.

In der Fig. 1 ist die Halteeinrichtung der äusseren Verbindung des Getriebes 36, ein festes Tragglied 46, das auf der Verlängerung 4 2 der Grundplatte angeordnet ist. Die äussere Verbindung enthält eine Welle 38 des Ritzels der ersten Stufe und eine Feder- und Masse-Einrichtung, in welcher die Feder eine Torsionsstange 48 ist, die koaxial verlaufend bei einem Ende mittels einer Klemmhülse 50 mit der Welle 38 verbunden ist und beim anderen Ende mit einer Steckhülse 52 festverbunden ist, die mit einem Tragglied 4 6 verbunden ist, welches mit der Verlängerung 42 verbunden ist, wobei die Masse aus derjenigen der Stange 48, der Klemmhülse 50, des Ritzels und ihrer Welle 38 und möglicherweise anderer Getriebeteile zusammengesetzt ist. Die Klemmhülsen sind üblicher Bauart und weisen Teile auf, die in Nuten eingreifen, die in der Stange angeordnet sind, wie es gezeichnet ist. Wie es gezeigt ist, kann die Torsionsstange 48 mit einem Abschnitt 54 verminderten Durchmessers und kleinerer Scherfestigkeit ausgerüstet sein, welcher als der übliche Sicherheitsscherzapfen gegen Drehmomentüberlastsicherung wirkt. Alternativ kann ein herkömmlicher Abscherzapfen zwischen der Stange 48 und der Welle 38 angeordnet sein.

Gemäss des Erfindungsgedankens weist die Torsionsstange 43 eine Länge und einen Durchmesser auf, die eine

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Federsteife bilden, die derart bemessen ist, dass die natürliche Frequenz der Torsionsschwingung der Stange und der Masse in oder nahe in Resonanz mit der Torsionsschwingung der sich drehenden Teile der Zentrifuge bei Schlagzuständen ist. Mit Vorteil ist die Stange zylindrisch und aus Metall, beispielsweise Stahl oder Titan hergestellt, obwohl auch andere Werkstoffe mit genügender Scherfestigkeit und Nachgiebigkeit verwendet werden können, beispielsweise "Fiberglas" (Glasfasern).

In den Fig. 2 und 2a ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Feder- und Masse-Einrichtung der Erfindung 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. Beim äusseren Ende der Welle 62 ist eine Doppelhülsenklemme angeordnet, die allgemein mit dem Bezugszeichen 64 bezeichnet ist, die bei ihrem inneren Ende als Steckhülse 66 ausgebildet ist und Teile aufweist, mittels welchen sie auf das Ende der Welle 62 aufgeklemmt ist und ihr äusseres Ende ist in Form einer gespaltenen flachen Klemmhülse 68, wobei die zwei Klemmbacken dieser Klemme den mittleren Abschnitt des flachen Plattfedergliedes 70 einklemmen. Das Glied 70 ist die Feder dieses Ausführungsbeispieles der Feder-und Masse-Einrichtung, wobei die Masse aus den Massen des Gliedes 70, den Klemmhülsen 60 und 64, der Wellen 38 und 62 und dem Ritzel zusammengesetzt ist. Die Kleminhülse 64 kann wie die anderen vorerwähnten Klemmhülsen aus zwei Hälften zusammengesetzt sein, die mittels Bolzen (nicht gezeigt), die an gegenüberliegenden Seiten der Achse der Klemmhülse angeordnet sind, miteinander verbunden sind. Wie es gezeigt ist, kann die Welle 62 einen mittleren Abschnitt 7 2 verminderten Durchmessers aufweisen, der als Scherbolzen dient.

Ein Paar fester Träger 74, 74', die je an einer Seite der Verlängerung 4 2 der Grundplatte angeordnet sind, weisen Schlitze 76,76' auf, die miteinander und der Achse der Klemmhülse 68 ausgerichtet sind, wobei in den Hülsen 76, 76'

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die entgegengesetzten Enden des Federgliedes 70 gleitbar eingesetzt sind und damit das Federglied mit dem Tragorgan, der durch die Träger 74, 74· gebildet ist, verbindet. Wenn die Zentrifuge im Leerlauf ist, verläuft das Federglied 70 geradlinig und erstreckt sich horizontal zwischen den Schlitzen 76, 76', wie es durch die gestrichelte Linie in der Fig. 2a gezeigt ist, wobei wenn die Zentrifuge einem Drehmoment ausgesetzt ist, das Federglied bei beiden Seiten der Klemmhülse 68 in Richtung des Drehmomentes in der Fig. 2a im Uhrzeigersinn ausbiegt, wie es in dieser Figur mit ausgezogenen Linien gezeigt ist.

Wie es auch bei der Torsionsstange 48 der Fall ist, weist das Federglied 70 solche Abmessungen auf, die eine solche Federsteife zur Folge haben, dass die natürliche Frequenz der Schwingung des Federgliedes und der Masse in oder nahe in Resonanz mit der Torsionsschwingung der sich drehenden Bauteile der Zentrifuge bei Schlagzuständen ist.

Ein Vorteil des Ausführungsbeispieles der Fig.2 und 2a gegenüber demjenigen der Fig. 1 ist, dass es wie es gezeichnet ist, möglicherweise eine weniger grosse Verlängerung der Zentrifuge in axialer Richtung benötigt. Währenddem eine Feder verwendet werden könnte, die nur zu einer Seite der Achse der Klemmhülse 68 absteht, würde eine solche Anordnung unerwünschte Biegebeanspruchungen der verbleibenden Teile der äusseren Verbindung hervorrufen.

Eine Feder- und Masse-Einrichtung 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, wie es oben beschrieben wurde, vorgegangen wird. Also können die Träger 74, 74' derart angeordnet werden, dass sie gegeneinander und voneinander weg verschiebbar sind, so dass die wirksame Federlänge des Federgliedes 70 verkürzt oder verlängert wird, womit seine Federsteife erhöht oder verkleinert wird bis ein Resonanzzustand erhalten wird.

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Die Haltemittel für die äussere Verbindung können anstatt, dass sie wie in den Fig. 1,2 und 2a fest sind, drehbar ausgebildet sein. Beispielsweise zeigt die Fig. 3 das äussere Ende einer Torsionsstange 48 in der äusseren Verbindung der Fig. 1, die mittels einer Klemmhülse 80 axial ausgerichtet mit einer Welle 82 einer Pumpe mittels einer Klemmung verbunden ist, wobei die Pumpe zur drehbaren hydraulischen Kolbenpumpe 84 einer Rücklaufsperre eines Ritzels gehört, die mit einer Grundplatte 8 6 verbunden ist, wobei die Pumpenwelle 8 2 und die Pumpe 84 in diesem Fall die Trageinrichtung 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 einen Druckanzeiger 94 vorbei, durch eine Drucksteuereinrichtung 96, an einen Druckanzeiger 9 8 vorbei, durch ein Mengenstrom, Steuerventil 100 und zurück in den Sumpf 88. Die Regeleinrichtung 9 6 lässt eine Strömung unter einem vorbestimmten Druck durch, unabhängig von der Aenderung der auf die Pumpe einwirkende Drehmomente, währenddem das Ventil 100 einen vorbestimmten Mengenfluss unter diesem Druck hindurchlässt. In dieser Weise wird das Ausmass, unter welchem die Pumpe drehen kann, durch die Mengenströmung des Fluids gesteuert, das durch das Ventil 100 strömen kann. Eine UmfUhrungsleitung 102, die von der Leitung 9 2 zum Sumpf verläuft, verhindert zusammen mit einem Ueberdruckventil 104, das während eines schlagartigen Anwachsens des Drehmomentes ein übermässiger Druckanstieg entsteht.

Wenn das Ventil 100 geschlossen ist, wird die

Stange 4 8 und die Ritzelwelle 38 weitgehend gegen eine Drehung festgehalten, wie dies auch in der Fig. 1 der Fall ist. Wenn das Ventil 100 offen ist, tritt ein Drehen der Stange der Welle, und des Ritzels der ersten Stufe in einem vorbestimmten Ausmass auf, welches sich entsprechend des Geschwindigkeitsunterschiedes,

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das durch das Untersetzungsgetriebe 36 erzeugt wird, ändert.

Die äussere Verbindung könnte auch mit einer drehbaren Freilaufeinrichtung verbunden sein, die als Träger dient. Der Freilauf kann verwendet werden, um die äussere Verbindung in beiden Richtungen drehen zu lassen. Dabei wird ein hydraulischer Motor iund 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 ein drehbarer Träger verwendet wird, wird eine Torsionswelle in Form einer Federeinrichtung verwendet, weil die in den Fig. 2 und 2a gezeigte Ausbildung nicht zweckdienlich ist.

In den Fig. 4,6 und 7 sind Kurven gezeichnet,

die von Aufzeichnungen von verschiedenen Werten erhalten wurden, die gemessen wurden als durch Versuche Feder und Masse-fombinationen erhalten wurden, welche die erwünschte Torsionsschwingung in Resonanz mit der Torsionsschwingung während des Schiagens aufweisen als sie mit der äusseren Verbindung einer Zentrifuge verbunden waren, welche Zentrifuge eine herkömmliche Ausbildungsform aufwies und eine Trommel mit einem Durchmesser von 45,7 cm (ISinches) und einer Länge von 71,1 cm (28 inches) enthielt. Um die Messwerte zu erhalten, wurden Torsionsstangenfedern verwendet, die wie in der Fig. 1 verbunden waren, mit der Ausnahme, dass der feste Träger 56 und die Klemmhülse 52 mittels einer bewegbaren Klemmen- und Traganordnung ersetzt waren, so dass die wirksame Federlänge der Stange zwischen der Klemme und der Klemme 50 geändert werden konnte. Für die gezeigten Kurven war die Torsionsstange aus Stahl und wies einen Durchmesser von 9,52 mm (0,375 inches) auf und die Masse, die mit der Feder in Schwingung versetzt war, wurde unveränderlich gehalten. Das Förderorgan war mit einem Torsiograph ausgerüstet und auf der äusseren Verbindung wurden Dehnmessstreifen angeordnet, deren Ausgänge mit Oszilloskopen verbunden waren. Die

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Zentrifuge wurde mit einem zugeführten Schlamm von PVC-Kugeln betrieben, welche bewirkte, dass diese üblicherweise bei einer Zuführmenge von ungefähr 50% der Torsionsaufnahmefähigkeit nach der Auslegung ein Schlagen ausführte. Die Längen der Stange der Fig.U,6 und 7 kann aus der Tabelle der Fig. 5 in entsprechende Federsteifen mit der Dimension von cm/kg Drehmoment pro Winkeleinheit der Auslenkung umgerechnet werden.

Um die Kurven der Fig. U zu erhalten, wurde das Verhältnis des Ausmasses der Winkelbewegung des ritzelseitigen Endes der Stange während des Schiagens zu derjenigen des Förderorgans bei Federsteifen der Stange, die verschiedenen wirksamen Federlängen dieser Stange entsprachen aufgezeichnet, wobei die Verhältnisse beider Ordinate und die Längseinheiten bei der Abszisse aufgezeichnet sind. Die Verhältnisse wurden für zwei auswechselbare Getriebeeinheiten derselben Bauart jedoch unterschiedlicher Untersetzungsverhältnisse erhalten, 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 Winkelbewegung des Förderorganes wurden erhalten, indem die Amplitude von Scheitel zu Scheitel der Schwingung auf den Aufzeichnungen des Oszilloskopes gemessen wurde. V/eil die Dehnmessfühler die Amplitude der Drehbewegung nicht unmittelbar messen, wurde diese Amplitude für die Welle erhalten, indem die Länge von Marken eines festen Schreibstiftes auf einem Band gemessen wurden, welches auf einer Scheibe oder einer Trommel angeordnet war, die mit der Stange verbunden war.

Es ist ersichtlich, dass das maximale Verhältnis , welches eine in Resonanz auftretende Schwingung der Stange und der drehenden Baueinheiten angibt, für das Getriebe mit dem Geschwindigkeitsverhältnis 80:1 in der Tabelle der Fig. 5 bei einer Federsteife einer Stange mit einer Länge von 10,16 cm (4 inch) bei 6400 cm kg/Bogenmass auftrat und bei einem Getriebe

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mit einem Untersetzungsverhältnis von IUO:1 bei einer Stangenfedersteife bei einer Länge von 33 cm (13 inch) bei 1980 cm/kg pro Bogenmass. Die Kurve steigt verhältnismässig steil auf und fällt verhältnismässig steil ab innerhalb eines verhältnismässig kurzen Bereiches der wirksamen Federlängen der Stangen.

Die Kurve der Fig. 6 zeigt das Verhältnis zwischen dem Phasenwinkel der Schwingung des Förderorganes zu derjenigen der Stange bei verschiedenen Längen der Stange, wie es in Prüfungen auftrat, die verwendet wurden, um die Kurve der 140:1 Getriebeeinheit der Fig. 4 zu erhalten. Die Phasenwinkel wurden durch Vergleiche von den Aufzeichnungen des Oszilloskopes, des Torsiographs und den Ausgängen der Dehnmessstreifen verglichen. Es ist zu bemerken, dass der Phasenwinkel um beinahe 180o innerhalb des Bereiches der geprüften Längen änderte, wobei die grösste Aenderung bei einer Länge der Stange auftrat, die in Resonanz war, wie es mit der vollen Linie der Kurve der Fig. 4 gezeigt ist. Das durch diese Kurve gezeigte Verhältnis kann verwendet werden, um eine alternative Angabe der erwünschten in Resonanz erfolgenden natürlichen Frequenz der Torsionsschwingung der Stange zum Verhältnis der Winkelbewegung, die für die Kurven der Fig. 4 verwendet wurde, verwendet werden oder als Zusatz dazu.

Die Kurve der Fig. 7 wurde beim Feststellen von Schlagfrequenzen bei verschiedenen Stangenlängen derjenigen Prüfung erhalten, die die 140:1 Getriebeeinheitkurve der Fig.4 und der Fig. 6 ergaben. Es ist ersichtlich, dass die Schlagfrequenz allmählich um ungefähr 5 Hz abnahm als die wirksame Federlänge der Stange von einem minimalen Wert zu einer Länge vergrössert wurde, bei welcher die in Resonanz auftretende Schwingung auftrat, die in den Fig. 4 und 6 gezeigt ist. Bei der in Resonanzlänge nahm die Schlagfrequenz schlagartig um über 10 ups zu, wie es mittels der gestrichelten Linie gezeigt ist und nahm dann bei zunehmenden Längen langsam ab. Diese

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schlagartige Schlagfrequenzänderung kann als weitere Alternative oder zusätzliche Angabe verwendet werden zur Feststellung, dass die erwünschte Stangenlänge erhalten wurde. Weil die Schlagfrequenz sowohl durch den Ausgang der Dehnmessstreifen als auch durch den Torsiograph gezeigt wird, hat dieses Vorgehen den Vorteil, dass nur eines dieser zwei Geräte verwendet werden muss.

Wenn die wirksame Länge der Torsionsstange die in Resonanzlänge annähert, wird es notwendig die Zufuhrmenge zu erhöhen, um ein Schlagen zu bewirken. D.h., dass bei Längen die dem Resonanzzustand entsprechen oder nahezu diesem entsprechen die Stange als Vorrichtung zum Unterdrücken des Schiagens wirksam wird. Tatsächlich wurde bei der Resonanzlänge das Schlagen wirksam bei Zufuhrmengen von bis zu 80% der Drehmomentaufnahmefähigkeit nach der Auslegung wirksam unterdrückt im Vergleich mit dem vollen Schlagen, das bei Stangenlängen auftrat, die ausserhalb der Umgebung der Resonanzlänge waren und bei einer Zufuhrmenge von 50% der Drehmomentaufnahmefähigkeit nach der Auslegung waren.

Fig. 8 ist eine Kurve, welche die Schlag

unterdrückende Wirksamkeit einer abgestimmten Torsionsstange Feder- und Masseeinrichtung zeigt. Die Kurve der Fig. 8 zeigt die maximalen Zuführmengen in % der Auslegedrehmomentfähigkeit der Zentrifuge bevor das Schlagen auftrat bei verschiedenen wirksamen Längen der Torsionsstangenfeder, die mit der Getriebeeinheit mit einem Getriebeverhältnis von 80:1 verwendet wurde, um die nach der linken Seite gestrichelt aufgetragene Kurve der Fig. 4 mit der selben Zentrifuge zu erhalten.

Es ist ersichtlich, dass die maximale Unterdrückung des Schiagens bei Zuführmengen von 80% der Auslegedrehmomentaufnahmefähigkeit bei einer Stangenlänge von 10,16 cm (U inches) und einer entsprechenden Federsteife von 6M00 cm/kg pro Bogenmass auftritt, welches die Länge und die Federsteife ist, die in Resonanzschwingungen bewirken, wie es in der Fig. U,

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zu

6 und 7 gezeigt ist. Bei beträchtlich grösseren oder kleineren Längen und Federsteifen war die Zuführmenge vor dem Schlagen nur etwa 50% der Auslegedrehmoment-Aufnahmefähigkeit und die Stange war nicht wirksam. Das Schlagen wurde bei Stangenlängen zwischen 7,62 cm (3 inches) und 12,7 cm (5 inches) unterdrückt, wobei die entsprechenden Federsteifen innerhalb des Bereiches von +40% bis -25% der Federsteife bei Resonanz sind, welches als der verwendbare Bereich für die Ziele der vorliegenden Erfindung betrachtet wird.

Prüfungen mit Torsionsstangenfedern und verschiedenen damit schwingenden äusseren Massen zeigen, dass die Einwirkungen beim Resonanzzustand weniger deutlich sind als bei vergrösserter Masse und daher sollte die Masse soweit als mit den technischen Ansprüchen vereinbart niedrig gehalten werden.

In der Fig. 9 ist eine Abänderung der Feder- und Masse-Einrichtung der Fig. 1 gezeigt, welche Abänderung darin besteht, dass zusätzlich getrennte Dämpfmittel verwendet werden entsprechend der Erfindung, die in der US-Patentanmeldung Nr. 732 315 beschrieben ist. Die in jener Anmeldung gezeigten Bauteile sind dieselben, die in der Fig. 1 gezeigt sind und weisen dieselben Bezugsziffern auf.

In der Fig. 9 enthält die zusätzliche Dämpfeinrichtung, die allgemein mittels der Bezugsziffer 110 bezeichnet ist, eine Reibscheibe 112 auf, die mit der Torsionstange 58 bei ihren neben der Welle 38 angeordnetem Ende verbunden ist und die Reibflächen aufweist, die an gegenüberliegenden Oberflächen vorhanden sind und radial zur Stange verlaufen. Ein festes Dämpfungsglied 114 und bewegbares Dämpfungsglied 116 sind derart angeordnet, dass sie bei zweckdienlicher Einstellung des Gliedes 116 zwischen ihnen die Reibflächen der Scheibe 112 klemmen. Das Dämpfungsglied 114 ist mit Bügeln 118 verbunden, die mit der Verlängerung 4 2 der Grundplatte verbunden sind. Das Dämpfungsglied 116, das axial zur Stange 48 beweglich ist,

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ist mittels Stangen 120 verbunden, die mittels darauf angeordneten Muttern mit Kolben pneumatischer Zylinder 122 (wovon eine gezeigt ist) verbunden ist, wobei der Arbeitsschub der Zylinder ein Einwärtshub ist, welcher Zylinder mit einer zweckdienlichen Quelle (nicht gezeigt) eines pneumatischen oder hydraulischen Druckes verbunden sind. Die Zylinder 122 wechseln entlang des Umfanges der Stange 48 mit Bolzen 124 ab, die lose durch das Glied 116 ragen und mittels Muttern mit dem Glied 114 verbunden sind, wobei die Stangen 124 sie umgebende Schraubenfedern 126 aufweisen.

Damit wird auf die Stange 48 währenddem sie sich bei der Torsionsschwingung verdreht ein zusätzliches Dämpfen ausgeübt, indem die Zylinder 122 mit vorbestimmten Drücken beaufschlagt werden, um die Reibflächen der Scheibe 112 zwischen den Dämpfungsgliedern 114 und 116 entgegen der Wirkung der Federn 126 zu klemmen.

Die zusätzliche Anordnung der Dämpfungseinrichtung, wie diejenige der in der Fig. 9, kann wenigstens in einigen Fällen erwünscht sein, um die Wirksamkeit aev abgestimmten Feder- und Masse-Einrichtung alleine zum Unterdrücken des Schiagens zu erhöhen. Beispielsweise bewirkte ein zusätzliches Anordnen von einer Dämpfeinrichtung, die gleich der gezeigten ausgebildet ist zur Stange, die bei Dehnprüfungen verwendet wurde, aus welchen die Kurve der Fig. 8 enthalten wurde, dass bei ihrer Länge beim Schwingen in Resonanz eine Zunahme der Unterdrückung des Schiagens von einer Zufuhrmenge entsprechend 80% der Drehmomentaufnahmefähigkeit nach der Auslegung bis zu einer Zufuhrmenge, die mehr als 110% des ausgelegten Wertes entsprach.

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Claims

Patentansprüche

/ 1.!Zentrifuge um Flüssigkeiten von Feststoffen zu trennen,mit einer Baugruppe, enthaltend ein drehbares Trommelglied, ein darin koaxial angeordnetes drehbares Förderglied, ein diese zwei Glieder derart verbindendes Geschwindigkeitsänderungsgetriebe, das ein Antreiben des einen Gliedesein Antreiben des anderen Gliedes im selben Drehsinn, jedoch mit einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit bewirkt, eine äussere Drehmoment übertragende Verbindung, die zwischen dem Getriebe und einer Trageinrichtung angeordnet ist, wobei das auf die äussere Verbindung einwirkende Drehmoment im Vergleich mit dem Drehmoment, das auf die Verbindungen zwischen dem Getriebe und der Trommel und dem Förderglied einwirkt verhä'ltnismässig klein ist, mit einer Anordnung zum Unterdrücken des Schiagens der Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Verbindung derart torsional elastisch ist, dass sie wäh rend des Schiagens der Baugruppe mit der selben Frequenz um die Achse schwingt; und dass die Feder der Feder- und Masse- Einrichtung eine Federsteife aufweist, die im Bereich von + 40% bis - 25% derjenigen Federsteife liegt, bei welcher die Feder- und Masse- Einrichtung in Resonanz mit der Schwingung der Baugruppe während des Schiagens schv/ingt.
2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragvorrichtung unbeweglich angeordnet ist.
3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragvorrichtung drehbar angeordnet ist.
4. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichndet, dass die Feder- und Masse- Einrichtung eine koaxial zur Verbindung angeordnete Torsionsstange aufweist.

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5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsstange annähernd keine Eigendämpfung aufweist.
6. Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsioncstange aus Metall ist.
7. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsstange einen Abschnitt verminderten Durchmessers und verminderter Scherfestigkeit aufweist, v/obei die Scherfestigkeit derart klein ist, dass im Falle einer vorbestimmten trosionalen Ueberbelastung der Baugruppe ein Bruch eintritt.
8. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder- und Masse- Einrichtung ein Federglied aufweist, dessen wirksamer Federabschnitt in radialer Richtung ausserhalb der Achse des getriebeseitigen Endes der äusseren
Verbindung angeordnet ist.
9. Zentrifuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federglied eine Blattfeder aufweist, die
bei ihrem mittleren Abschnitt mit dem getriebeseitigen Ende
der äusseren Verbindung und gegenüberliegenden äusseren Enden mit der Tragvorrichtung verbunden ist.
10. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Verbindung eine Ritzelwelle des
Getriebes enthält.
11. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder der Feder- und Masse- Einrichtung eine solche Federsteife aufweist, dass die Feder- und Masse- Einrichtung in Resonanz mit dem Schwingen der Baugruppe während
des Schiagens schwingt.

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