DE2746348A1 - Zentrifuge mit einrichtung zum unterdruecken des schlagens - Google Patents

Description

10187

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

Zentrifuge mit Einrichtung zum Unterdrücken des Schiagens

AMs/Bj 809816/0901 37 973

7.10.77

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, um flüssigkeiten von Feststoffen zu trennen, die eine kontinuierlich umlaufende Trommel aufweist, welche eine Siebtrommel sein kann oder eine undurchlässige Trommel sein kann, sowie ein Förderorgan aufweist, wobei die Trommel und das Förderorgan um eine gemeinsame Achse in derselbigen Richtung, jedoch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit gedreht werden. Insbesondere betrifft die Erfindung solche Zentrifugen, die eine Einrichtung aufweisen, um übermässige Torsionsschwingungen, die Schlagen genannt werden, zu unterdrücken.

Solche Zentrifugen weisen Geschwindigkeitswechselgetriebe auf, die zwischen der Trommel und dem Förderorgan angeordnet sind, so dass ein Drehen eines der zwei mittels eines Motors bewirkt, dass das andere mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit dreht. Das Förderorgan kann schneller oder langsamer als die Trommel gedreht werden, jedoch ist üblicherweise dessen Drehzahl kleiner. Es kann die Trommel oder das Förderorgan unmittelbar vom Motor angetrieben werden, jedoch wird üblicherweise die Trommel unmittelbar angetrieben.

Wenn solche Zentrifugen gewisse Schlämme verarbeiten, beispielsweise Stärke, Stärkelösungen oder ähnliche klebende Stoffe, erleiden sie übermässige Torsionsschwingungen, Schlagen genannt, welche bei Durchsatzleistungen auftreten, die beträchtlich unterhalb der Auslegeleistung sind. Ueblicherweise entsteht das Schlagen bei der Frequenz der natürlichen Torsionsschwingung der Zentrifuge, üblicherweise bei einem Wert zwischen 2 0 und 60 Hz, und es ist angenommen, dass dieses aus dem abwechselnden Festhaften / Gleiten zwischen dem Förderorgan und der Trommel, wenn solche Stoffe verarbeitet werden, auftreten. Bei den daraus hervorgehenden Torsionsschwingungen bewegt sich das Ausmass des Drehmomentes der Einrichtung um ein mittleres Drehmoment kennzeichnenderweise von 0 bis zu einem maximalen Wert, der dem Wert des maximalen Drehmomentes, für welches die Maschine ausgelegt ist, annähern oder sogar übersteigen kann. Solche grosse und schnelle Drehmomentänderungen vermindern die Lebensdauer der Bauteile der Zentrifuge, welche diesem ausgesezt sind, insbe-

803616/0901

sondere die Getriebeelemente und die Ueberlastsicherungen, beispielsweise den Scherzapfen oder die Reibungskupplung um einen beträchtlichen Wert. Wenn zugelassen wird, dass das Schlagen andauert, tritt ein Brechen des einen oder anderen Bauteiles bald auf, womit grosse Kosten entstehen, die durch den Ausfall der Einrichtung und im Falle einer Beschädigung des Getriebes Ersatzkosten begründet sind. Um nun das Schlagen zu verhindern, muss der Benutzer der Zentrifuge diese bei einer Durchsatzleistung betreiben, die beträchtlich unterhalb 40 % der Auslegeleistung ist.

In der US-Patentschrift 3, 685,722 ist offenbart, dass das Schlagen unterbunden werden kann, indem eine nachgiebige biegsame Verbindung mit einer kleineren Federsteife zwischen den sich drehenden Teilen der Trommel des Förderorganes und der Getriebeanordnung eingebaut wird. In dieser Weise wurde das Schlagen bis zur vollen Durchsatzleistung der Zentrifuge mittels einer elastomeren Hülse, die zwischen dem Förde organ und seiner Antriebscheibe angeordnet wurde, unterdrückt. Jedoch bewirkt eine Anordnung zur Unterdrückung des Schiagens zwischen den drehenden Teilen der Einrichtung gewissen unerwünschten Einschränkungen der Ausbildung und Masse der Einrichtung, wobei der Zugang zu diesen Teilen zum Durchführen eines verstellens oder für Wartungsarbeiter schwierig ist.

Die Geschwindigkeitsänderungseinrichtung, die bei solchen Zentrifugen verwendet wird, beispielsweise ein einstufiges oder mehr stufiges Planetengetriebe oder "Cyclo"-Getriebe weist zusätzlich zu seiner ein hohes Drehmoment übertragenden Verbindung zur Trommel und dem Förderorgan eine ein kleines Drehmoment übertragende Verbindung zu einer äusseren Trageinrichtung auf, welche ein fester Bauteil oder sich drehender Bauteil sein kann, bei spielsweise ein Ritzelfreilauf oder ein Gangwechseleinrichtung, um die Geschwindigkeitsunterschiede zu ändern. Bei den üblicherweise verwendeten mehrstufigen Planetengetriebe erstreckt sich diese äussere Verbindung vom Ritzel der ersten Stufe aus, und das

809^5670901

kleine Drehmoment dieser äusseren Verbindung ist das auf die Verbindung zum Förderorgan wirkende Drehmoment geteilt durch das Getriebeverhältnis. Ueblicherweise weist diese äussere Verbindung die oben erwähnten Sicherheitseinrichtungen auf, um eine Torsionsüberbeanspruchung der Maschine zu verhindern.

Weil auf diese äussere Verbindung ein verhältnismässig kleines Drehmoment einwirkt, und weil sie ausserhalb der Einrichtung, die die Trommel, das Getriebe und das Förderorgan enthält, angeordnet ist, ist diese äussere Einrichtung ein vorteilhafter Ort zum Anbringen einer Vorrichtung zum Unterdrücken des Schiagens, falls eine solche Vorrichtung, die an dieser Stelle wirksam ist, geschaffen werden kann. Es sind schon früher Versuche gemacht worden, das Schlagen mittels Vorrichtungen zu unterdrücken, die bei dieser äusseren Verbindung angeordnet waren. Ueblicherweise sind diese Vorrichtungen torsionselastische elastomere Kupplungen oder Metallfelgen gewesen, die derart angeordet waren, dass sie abhängig von der Torsionsschwingung der äusseren Verbindung, schwingen. Diese Vorrichtungen sind zum Unterdrücken des Schiagens der äusseren Verbindung bis zu einem gewissen Masse erfolgreich gewesen, und haben daher die Lebensdauer der Sicherheitsvorrichtung verlängert und die Ausfallzeit aufgrund ihrer Zerstörung, die durch das Schlagen hervorgerufen wurde, vermindert. Jedoch sind sie, soweit bekannt ist, nicht erfolgreich gewesen, das Schlagen der Einrichtung die die Trommel, das Getriebe und das Förderorgan enthält, proportional oder sogar in einem fühlbaren Ausmass zu unterdrücken, und Getriebeschäden, die durch das Schlagen hervorgerufen wurden, sind trotzdem im weitem Masse durch die Verwendung solcher Vorrichtungen aufgetreten.

Das Ziel der Erfindung ist, Zentrifugen zu schaffen, die eine Vorrichtung zum Unterdrücken von Torsionsschwingungen aufweist, die in oder auf die äussere Verbindung des Getriebes einwirkt, um das Schlagen der Drehanordnung die die Trommel, das Getriebe und das Förderorgan aufweist, wirksam zu unterdrücken.

80981679901

Es ist gefunden worden, dasL. das Ziei eier Erfindung mittels einer Vorrichtung erreicht werden kann, die zweckdienlich ausgebildet ist um die zwangsweisen Dämpfungskräfte, welche die Torsionskräfte die das Schlagen erzeugen, und innerhalb der sich drehenden Bauteile auftretren aufheben in genügendem Masse zu vergrössern. Dazu wird gemäss der Erfindung eine Verbindung einer torsional elastischen Feder- und Masseeinrichtung in der äusseren Verbindung und eine getrennte Dämpfungsvorrichtung, die parallel zur Feder- und Masseeinrichtung wirkt, verwendet, um ihre Torsionsschwingungen zwangsweise zu dämpfen. Die torsionale Federsteife der Feder- und Masseeinrichtung ist kleiner als diejenige irgendwelches, ein Drehmoment tragendes Bauteil der drehenden Teile der Zentrifuge und ist derart angeordnet, dass es ein Drehmoment vom Getriebe zur Haltevorrichtung übertragen kann. Die Dämpfungsanordnung, welche parallel zur Federanordnung angeordnet ist, erzeugt einen Widerstand gegen eine bezüglich eines Winkels erfolgende Schwingbewegung der Feder- und Masseeinrichtung, um damit in nicht umkehrbarer Weise (beispielsweise in Form von Wärme) einen beträchtlichen Anteil der bei dieser Bewegung auftretenden Energie zu entfernen.

Die Federsteife der Feder- und Masseeinrichtung ist tief genug, so dass sie eine beträchtliche, auf den Winkel bezogene Schwingbewegung bei Drehmomenten, die das Schlagen erzeugen, aufweist. Die optimale Federsteife ist diejenige, bei welcher die Feder- und Masseeinrichtung in Resonanz mit der Torsionsschwingung der sich drehenden Teile der Zentrifuge bei Schlagzuständen torsional schwingt, d. h. bei derselben oder annähernd derselben Frequenz, welches im Einklang mit der Erfindung der gleichzeitig hinterlegten US-Patentanmeldung No. 732,316 ist, welche Anmeldung dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung gehört. Mit Vorteil ist die Federsteife nahe bei oder tiefer als diese optimale Federsteife.

Die getrennte Dämpfungsanordnung beruht auf den entgegengesetzt laufenden Winkelbewegungen der Feder- und Masseeinrichtung

8Q9816/0901

während ihrer Torsionsschwingung, dem beispielsweise solche Bewegungen mittels Reibung gehemmt werden und die parallel dazu wirken, sodass sie kein gleichförmiges, auf die Federeinrichtung einwirkendes Drehmoment überträgt. Die optimale Dämpfkraft, die mittels der Dömpfungseinrichtung ausgeübt wird, ist diejenige, welche soviel als möglich Energie, die in der gedämpften Torsionsschwingung vorhanden ist, entnimmt und ist daher äusserst wirksam. Ihr Mass liegt zwischen grösseren und kleineren Kräften, die weniger wirksam sind, weil sie einen zu kleinen Widerstand entgegensetzen, bzw. die Bewegung zu sehr unterdrücken. Mit Vorteil übt die Dämpfungseinrichtung die Dämpfungskraft bei oder nahe dem Optimum aus, wobei die damit ausgeübte Dämpfungskraft veränderlich ist.

Die Feder der Feder- und Masseeinrichtung kann in irgendwelcher torsional nachgiebiger Form sein, z.B. eine Torsionsstange oder eine Schraubenfeder oder ein Blattfederzusammenbau. Eine vorgezogene Feder ist eine feste Torsionsstange mit einer kleinen Eigendämpfungsfähigkeit, welche aus einem Metall hergestellt sein kann, z.B. Stahl oder Titan, und die koaxial angeordnet mit der äusseren Verbindung verbunden ist. Die Federsteife der Federeinrichtung kann veränderbar sein, indem beispielsweise der nicht geklemmte Längenabschnitt einer Torsionswelle, welche frei torsional schwingen kann, geändert wird. Die Masse der Feder- und Masseeinrichtung ist die Masse der» Feder und aller anderen Bauteile der äusseren Verbindung, welche zusammen mit der Feder Torsionsschwingungen ausführen.

Die getrennte Dämpfungsanordung kann auch in irgendwelche zweckdienliche Weise ausgebildet sein. Bei der vorgezogenen Torsionsstangenfeder ist eine Reibscheibe mit der Stange verbunden, wobei eine Dämpfungseinrichtung auf diese einwirkt, oder es können Flügel mit der Stange verbunden sein, die in einem dämpfenden Fluid eingetaucht sind, z.B. ein Silikon oder ein anderes OeI, wobei alle diese Einrichtungen wirksam gewesen sind. Mit Vorteil ist die durch die Dämpfungseinrichtung eingeübte Dämpfungskraft

809816/^901

veränderlich, beispielsweise indem ein veränderlicher pneumatischer oder hydraulischer Druck auf die obenerwähnte Reibungsdämpfungseinrichtung ausgeübt wird, oder indem die Eintauchtiefe der erwähnten Flügel verändert wird.

Bei den vorgezogenen Ausführungsbeispiel der Feder- und Masseeinrichtung und der Dämpfungseinrichtung ist es gefunden worden, dass es möglich ist, das Schlagen von Zentrifugen bei Durchsatzleistungen bis zur vollen ausgelegten Drehmomentaufnahmefähigkeit der Zentrifuge und darüber zu unterdrücken, und dies mit Schlämmen, welche sonst bei Zufuhrmengen ein volles Schlagen hervorriefen, welche so tief wie HO % der ausgelegten Torsionsaufnahmefähigkeit betragen. Durch "wirksames Unterdrücken" ist gemeint", dass Aenderungen des angelegten Drehmomentes vollständig aufgehoben oder mindestens auf einen unschädlichen Wert, beispielsweise weniger als 10 %, gebracht werden.

Währenddem bei Zentrifugen der selben oder vergleichsweisen Ausbildung das Schlagen bei einer annähernd selben Frequenz auftritt. bewirken üblicherweise das Aenderungen der Ausbildung, beispielsweise die Grosse, das Uebersetzungsverhältnis oder die Getriebeart Unterschiede der Frequenz des Schiagens und weitere Eigenschaften beeinflussen, welche die Ausbildung der Feder- und Masseeinrichtung und die getrennte Dämpfeinrichtung bestimmen. Daher ist es, um beste Ergebnisse zu erhalten, wünschenswert, diese Einrichtungen jeder Ausbildung einer Zentrifuge besonders anzupassen, sodass ein Optimum für jede gegebene Ausbildung einer Zentrifuge erhalten werden kann, jedoch für andere Ausbildungen von Zentrifugen kein Optimum bilden oder sogar nicht zweckdienlich sind.

Wenn die Feder- und Masseeinrichtung für eine Zentrifuge vorbestimmter Auslegeeigenschaften ausgelegt wird, wobei die Federsteifen der drehmomentübertragenden Bauteile der sich drehenden Anordnung bekannt sind, kann eine Feder mit einer tieferen Federsteife und notwendigen Scherfestigkeit gewählt werden, welche in

ΙΠΠΠΓΤΤΓΠΠΠΪΤ

Abhängigkeit von der Torsionsschwingung, die durch das Schlagen erzeugt wird, eine beträchtliche Winkelbewegung durchführen, wenn sie mit der äusseren Verbindung verbunden sind. Dann kann ein optimales Dämpfen bei eingebauter Federanordnung und dazugeordneter Dämpfungsanordnung, mittels welcher es möglich ist, eine veränderbare Dämpfkraft auszuüben, bestimmt werden, indem die Zentrifuge mit Durchsatzleistungen betrieben wird, die ein Schlagen bewirken, wobei PVC-(Polyvinylchlorid)-Kugeln oder Stärke zugeführt wird, wobei dieses mit einer Zufuhrmenge von ca. 50 % oder weniger als die ausgelegte Aufnahmefähigkeit ohne Dämpfen verwendet wird; dann wird sowohl die Zufuhrmenge und die Dämpfkraft vergrössert, bis bei einer maximalen erwünschten Zufuhrmenge kein Schlagen mehr auftritt, welche Zufuhrmenge dem maximalen Drehmoment oder einem höheren entspricht, oder bis ein weiteres Erhöhen der Dämpfkraft die Durchsatzmenge, bei welcher das Schlagen auftritt, nicht erhöht, oder diese vermindert, was heisst, dass die optimale Dämpfkraft erreicht oder übertroffen worden ist. Die somit bestimmten Auslegeparameter können dann für diese besondere Ausbildung der Zentrifuge für die Feder- und Masseeinrichtung und die getrennte Dämpfeinrichtung festgelegt werden, bzw. festgesetzt werden, obwohl es vorzuziehen ist, auch bei der endgültigen Auslegung ein veränderliches Dämpfen beizubehalten.

Es ist jedoch vorgezogen, die Erfindung der vorerwähnten Patentanmeldung auszunützen, indem eine Feder- und Masseeinrichtung gewählt wird, bei welcher die Feder eine solche Federsteife aufweist, dass die Feder- und Masseeinrichtung in oder beinahe in Resonanz mit der Torsionsschwingung der drehenden Teile der Zentrifuge unter Schlagbedingungen schwingt. Beim Auslegen eines solchen Feder- und Masseeinrichtung wird, wie es in dieser Patentanmeldung beschrieben ist, zuerst durch Versuche für jede Zentrifugengrösse, jede Getriebeart und jedem Uebersetzungsverhältnis eine Feder- und Massekombination bestimmt, welche in Resonanz mit der Torsionsschwingung beim Schlagen der drehenden Teile der Zentrifuge Torsionsschwingungen durchführt. Eine Tor-

609816/0901

sionsstangenfeder ist axi.al zur äusseren Verbindung der Zentrifuge verlaufend angeordnet, um mit ihr derart zu schwingen, dass ihre Federsteife veränderbar ist, z.B. indem der Endabschnitt, der schwingungsfrei gehalten ist, mittels einer Klemme gehalten ist, die in Längsrichtung der Stange verschiebbar ist, um damit die wirksame Federlänge zu verändern und damit die Federsteife in verschiedenen, berechenbaren Werten zu halten. Die Zentrifuge wird dann in einem Schlagzustand betrieben, wobei ein Schlamm, der bekanntlicherweise Schlagen erzeugt, beispielsweise PVC-Kugeln oder -Stärke, bei verschiedenen eingestellten Federsteifen der Stange zugeführt werden, bis die Stange und die sich drehende Anordnung in Resonanz schwingen. Um ein in Resonanz erfolgendes Schwingen zu ermitteln, sind verschiedene Vorgehen möglich:

1. Das Verhältnis der Amplitude der Schwingung der Stange wird mit derjenigen des Förderorgans bei verschiedenen Federsteifen verglichen, bis der Maximalwert des Verhältnisses gefunden wird, weil beim Resonanzzustand dieses Verhältnis einen Maximalwert aufweisen wird. Die Amplitude der Schwingung des Förderorgans kann mittels eines Drehschwingungschreibers (Torsiograph) angegeben werden, der auf dem Förderorgan angeordnet ist, wobei ein zweckdienlicher Torsiograph von der General Motors Corporation, Warren, Mich, unter dem Namen "Velocity-Torsiograph No. UU" erhältlich ist , welcher einen elektrischen Ausgang abgibt, dessen Frequenz und Amplitude der Torsionsschwingung des Förderorgans entspricht, welcher Ausgang auf einem Oszilloskop als sinusförmige Welle ersichtlich ist. Die Amplitude der Schwingung der Stange kann mittels einer zweckdienlichen Vorrichtung ausgestellt werden, welche ein fester Stift sein kann, welcher auf einem Band, das mit einer Scheibe oder einer Trommel verbunden ist, die mit der Welle verbunden sind, Aufzeichnungen durchführt.

2. Sobald die Resonanz durchfahren wird, entsteht eine grosse Aenderung des Phasenwinkels zwischen der Schwingung des Förderorgans und derjenigen der Stange Die Schwingbewegung des For-

$09816/0901

derorgans wird mittels der Torsiographs angezeigt und die Schwing ungsbewegung der Stange kann mittels eines Dehnmesatreifens zum Abtasten des Drehmomentes, der mit der Stange verbunden ist, fest gestellt werden, wobei Geräte verwendet werden, die Aenderungen des Gleichstromes, der an den Messfühlern angelegt wird, in Fox^m einer Sinuswelle zeigen. Solche Messfühler und Geräte werden gegenwärtig zur Ermittlung des Schiagens verwendet.

3. Bei Resonanz tritt eine deutliche Aenderung der Frequenz der Schwingbewegung sowohl des Förderorgans als auch der Stange auf. Dieses wird sowohl mittels der Torsiographs als auch mittels der Dehnmesstreifenanordnungen angezeigt, und können mittels beiden abgetastet werden. Diese Frequenzen werden miteinander verglichen, bis die Veränderung auftritt.

Es können zwei oder alle diese Vorgehen zum Ueberprüfen der Ergebnisse verwendet werden. Um die Ergebnisse noch weiter zu überprüfen, können diese Vorgehen mit Torsionsstangen unterschiedlichen Durchmessers wiederholt werden.

Die damit festgestellte einwandfreie Kombination von Feder und Masse kann dann als Norm für alle Zentrifugen gleicher Ausbildung verwendet werden. Es ist jedoch möglich, Federn zu verwenden, die von der geprüften Torsionsstange verschieden sind, jedoch eine gleiche "r.e.sonante" Federsteife aufweisen, vorausgesetzt, dass die Masse nicht geändert wird. Ein Aendern der Masse wird die Federsteife der Feder beeinflussen, sodass eine ausgleichende Aenderung der Feder durchgeführt werden müsste. Ein optimales Dämpfen der Feder- und Masseeinrichtung, die derart ausgebildet ist, kann gemäss den obigen Ausführungen bestimmt werden.

Es ist zu bemerken, dass beim Bestimmen der Wirksamkeit der Feder- und Masseeinrichtung und der getrennten Dämpfungseinrichtung zum unterdrücken des Schiagens, das Schiagens des Förderorgans, wie oben erwähnt zu messen, und nicht etwa nur das Schla-

809816/0901

MT

gen der äusseren Verbindung zu messen. Der Grund dafür ist, dass, wie es weiter oben erwähnt ist, ein Unterdrücken des Schiagens in der äusseren Verbindung nicht notwendigerweise das Schlagen der sich drehenden Teile der Zentrifuge unterdrückt. Es ist beispielsweise gefunden worden, dass eine lange Torsionsstange mit einer kleinen Federsteife ohne Dämpfung ein Schlagen in der äusseren Verbindung unterdrücken wird, jedoch das Schlagen der sich drehenden Teile der Zentrifuge nicht unterdrückt.

Vorteile des nahen in Uebereinstimmung-bringens der natürlichen Frequenz der Schwingung der Feder- und Masseeinrichtung mit der Frequenz des Schiagens sind kürzere Längsausdehnungen der Torsionsstangenfedern und eine kleinere Dämpfkraft, die für gleiche Ergebnisse notwendig ist. Das Einsparen der Verlängerung hinter der Zentrifuge kann bis mehrere Meter betragen, und es ist möglich, wenige aufwendige und billigere Ausrüstungen einzubauen. Zusätzlich, wie es bereits in der vorerwähnten Patentanmeldung beschrieben ist, hat die in Resonanz erfolgende Schwingung der Feder- und Masseeinrichtung als solche eine wesentliche Auswirkung auf das Unterdrücken des Schiagens, was heisst, dass ein Unterdrücken des Schiagens bei beträchtlich höheren Drehmomentwerten erhalten werden kann, wenn ein zusätzliches Dämpfen angeordnet ist, im Vergleich mit Fällen, bei welchen die Feder nicht die vorgezogene Federsteife aufweist.

Torsionsstangen mit kleineren Eigendämpfungseigenschaften sind Bauteile mit Eigendämpfungseigenschaften, wie beispielsweise elastomeren Kupplungen, vorzuziehen. Gegenwärtig sind mit den ersteren bessere Ergebnisse erzielt worden. Die schlagfreie Zufuhrmenge ist jedoch durch ein Anordnen von getrenntem Dämpfen einer elastomerischen Kupplung von 40 % bis 75 % der aus gelegten Drehmomentaufnahmefähigkeit der Zentrifuge erreicht worden.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, es zeigt

$09816/0901

- ίο -

Tig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt gezeichnet, und mit weggebrochenen Teilen, einer Zentrifuge_} die ein ein Ausführungsbeispiel der ein Schlagen unterdrückenden Feder- und Masseeinrichtung und eine getrennte Dämpfungseinrichtung gemäss eines Ausführungsbeispieles der Erfindung aufweist,

Fig. 2 und 2a Seiten- und Endansichten, wobei teilweise Teile im Schnitt gezeichnet sind, eines Endabschnittes der Zentrifuge der Fig. 1, wobei ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist,

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt gezeichnet, wobei das AusführungsbeispieD. der Fig. 1 zwischen dem Getriebe der Zentrifuge und einer hydraulischen Rücklaufvorrichtung vereinfacht gezeichnet sind,

Fig. U und Ua Ansichten gleich denjenigen der Fig. 2 und 2a eines anderen Ausführungsbeispieles,

Fig. 5 eine Ansicht gleich derjenigen der Fig. M einer veränderten Ausführung dieses Ausführungsbeispieles,

Fig. 6, 8 und 3 Kurven, in welchen Aenderungen gewisser Verhältnisse oder Werte gezeicht sind, wobei die Länge einer Torsionsstange geändert wurde, um die natürliche Frequenz der Torsionsschwingung der Stange und Masse in und ausser Resonanz mit der Torsionsschwingung des Schiagens der drehenden Teile einer Zentrifuge gebracht wird,

Fig. 7 eine Umrechentabelle, um Längen der Stange der Fig. 6, 8 und 9 in entsprechende Federsteifen umzurechnen, und

Fig. 10 eine Kurve, die ein zunehmendes Anwachsen oder Abklingen der Unterdrückung des Schiagens zeigt, wobei eine Feder- und Masseeinrichtung und eine getrennte Dämpfeinrichtung gemäss eines vorgezogenen Ausführungsbeispieles der Erfindung verwendet wird,

809816/0901

- li -

H*

währenddem die durch die Dampfungseinrichtung ausgeübte Dämpfkraft bis und über einen optimalen Wert vergrössert wird.

In der Fig. 1 ist eine Zentrifuge mit einer undurchlässigen, kontinuierlichen Trommel gezeigt, deren drehende Bauteile aus einer Schleudertrommel, einem zweistufigen Planetengetriebe und einem Förderorgan, alle herkömmlicher Ausbildung, aufweist. Eine Grundplatte 10 trägt ein Gehäuse 12, welches die Trommel IU und das innere Förderorgan 16 umgibt. Eine hohle Antriebswelle ist in einem Lager 20, das auf der Grundplatte 10 angeordnet ist, drehbar gelagert, wobei ein Ende der Antriebswelle 18 mit der Trommel verbunden ist und das andere Ende eine Triebscheibe 22 für einen von einem Motor (nicht gezeigt) erfolgenden Riemenantrieb aufweist. Ein Eintragsrohr 24, das fest in einem Arm 26 der Grundplatte 10 angeordnet ist, erstreckt sich von einem äusseren Ende, die mit einer Quelle (nicht gezeichnet) verbunden ist. um diesem einen gesteuerten Mengenfluss von Schlamm zuzuführen, durch die hohle Antriebswelle 18 und verläuft bis zum inneren Ende innerhalb des Förderorganes, wo das Eintragsrohr 24 einen Auslass 28 aufweist. Oeffnungen 30, die in der Nabe des Förderorgans angeordnet sind, geben den zugeführten Schlamm in die Trommel ab. Eine Welle (nicht gezeigt), die mit einem Ende des Förderorganes verbunden ist, ist koaxial und drehbar zur Welle 18 angeordnet.

Eine Hohlwelle 32 der Trommel erstreckt sich drehbar durch ein Lager 34 auf der Grundplatte 10 und ist derart verbunden, um die Umhüllung eines zweistufigen Geschwindigkeitsändernden Planetengetriebes 36 zu drehen, von welchem das Ritzel der ersten Stufe eine Welle 38 aufweist, die nach ausserhalb des Gehäuses des Getriebes verläuft und einen Teil der äusseren Verbindung der drehenden Teile bildet. Eine Welle (nicht gezeigt), die mit dem Förderor'gan verbunden ist, erstreckt sich drehbar durch die Welle 32 und ist mit der zweiten Stufe des Getriebes 36 derart verbunden, dass es von diesem mit einer Geschwindigkeit angetrieben wird, die von derjenigen der Trommel verschieden ist, wel-

809816/0901

- 12 -

ehe Geschwindigkeit übliche?>;e j se. kleiner ist. Um das Getriebe kann ein Gehäuse 4 0 angeordnet sein, das auf einer Verlängerung 42 der Grundplatte 10 abgestützt ist.

Die Trommel IU und eine oder mehrere schraubenlinienförmige Schubflügel HM, die auf dem Förderorgan 16 angeordnet sind, weisen entsprachende Aussenformen auf, wobei sie bei einem Ende zylindrisch sind und beim anderen Ende eine zulaufende kegelstumpfförmige Aussenform aufv/eisen, wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist. Die Feststoffe, die gegen die Trommel gedrängt werden, werden mittels des Förderorgans in der Fig 1 von links nach rechts gegen Auslassöffnungen, die im rechts liegenden Ende der Trommel angeordnet sind (nicht gezeichnet) bewegt, von welchen Oeffnungen sie eine Austragsrinne (nicht gezeichnet) im Gehäuse 12 abgegeben werden. Die gereinigte Flüssigkeit strömt in der Fig. 1 von rechts nach links nach Austragsöffnungen (nicht gezeichnet), die beim linksliegenden Ende der Trommel angeordnet sind und strömt in eine Aufnahmerinne (nicht gezeigt) des Gehäuses 12 .

In der Fig. 1 ist das Tragorgan für die äussere Verbindung, die vom Getriebe 36 wegverläuft, ein festes Tragglied 46, das auf der Verlängerung U2 der Grundplatte angeordnet ist. Die äussere Verlängerung weist eine Welle 38 des Ritzels der ersten Stufe auf, und eine Feder- und Masseeinrichtung, bei welcher die Feder eine Torsionswelle 48 ist, die koaxial mittels einer Klemmhülse 50 bei einem Ende mit der Welle 38 verbunden ist und beim anderen Ende fest in einer Steckhülse 42 auf dem Tragglied 46 angeordnet ist» welches Tragglied 46 mit der Verlängerung 42 der Grundplatte 10 verbunden ist, wobei die Masse insgesamt diejenige der Torsionsstange, 48 der Klemmhülse 50 der nachfolgend beschriebenen Reibscheibe 58, des Ritzels und ihrer Welle 38 und möglicherweise anderen Bauteile des Getriebes ist. Die Klemmen sind in bekannter Weise ausgebildet und weisen Teile auf, die in Nuten, die in der Welle ausgebildet sind, eingreifen, wie es gezeichnet ist. Die Torcionsstangc 48 kann, wie es gezeigt ist, einen Ab-

809816/0901

- 13 -

M ^27463A8

schnitt 54 verminderten Durchmessers und verminderter Schorfestig keit auf'weisen, welcher als der übliche Sicherheitsscherbolzen für Drehmomentüberlastsicherung dient. Alternativ kann zwischen der Stange 4 8 und der Welle 38 ein üblicher Abscherbolzen angeordnet sein.

Die Abmessungen der Länge und des Durchmessers der Torsionsstange 48 sind derart bemessen, dass eine Federsteife vorhanden ist, die kleiner ist als diejenige jeglichen Drehmoments übertragenen Teiles der drehenden Teile der Zentrifuge und mit Vorteil derart, dass die natürliche Frequenz der Torsionsschwingung der Stange und der Masse in oder nahe in Resonanz mit der Torsionsschwingung der drehenden Teile der Zentrifuge bei Schlagbedingungen ist. Mit Vorteil ist die Stange zylinderförmig und aus einem Metall, beispielsweise Stahl oder Titan hergestellt, obwohl andere Werkstoffe genügender Scherfestigkeit und Nachgiebigkeit verwendet werden können, beispielsweise "Fiberglas" (Glasfasern).

Die Dämpfungsanordnung, die allgemein mittels der Bezugsziffer 56 bezeichnet ist, weist eine Reibscheibe 58 auf, die mit der Stange 48 verbunden ist, und die Reibflächen aufweist, die bei gegenüberliegenden Oberflächen radial zur Stange verlaufend angeordnet sind. Ein festes Dämpfungsglied 60 und ein bewegliches Dämpfungsglied 62 sind derart angeordnet, dass sie bei zweckdienlicher Verschiebung des Gliedes 62 zwischen ihnen die Reibflächen der Scheibe 58 ergreifen. Das Dämpfungsglied 60 ist mit einem Bügel 64 verbunden, der mit der Verlängerung 4 2 verbunden ist. Das Dämpfungsglied 62, das axial zur Stange 48 verschiebbar ist, ist mittels Stangen 66, die mittels darauf angeordneten Muttern befestigt sind, mit Kolben pneumatischer Zylinder 68 (einer gezeigt) verbunden, deren Arbeitshub nach einwärts erfolgt und die mit einer zweckdienlicher Quelle (nicht gezeigt) eines pneumatischen oder hydraulischen Druckes- verbunden sind. Zylinder 68 sind entlang des Umfanges der Welle 4 8 abwechslungsweise zum Bolzen 70 angeordnet, die lose durch das Glied 62 verlaufen und

809816/0901

- 14 -

A»

mittels Kuttern mit dem Glied 60 verbunden sind, wobei, die Stangen 70 von diese umgebenden Schrauben 72 umgeben sind. Also wird der Stange 4 0 ein verstellbares Dämpfen erteilt, wenn diese Stange U8 sich unter Torsionsschwingungen verdreht, indem in den Zylindern 68 ein vorbestimmter Druck angelegt wird, um die Reibflächen der Scheibe 58 zwischen den Dämpfungsgliedern 60 und 62 gegen die Wirkung der Federn 7 2 zusammenzuklemmen.

In den Fig. 2 und 2a ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Feder- und Masseeinrichtung gezeigt, wobei gemäss des Erfindungsgedankens eine getrennte Dämpfungsanordnung vorhanden ist. Eine Klemmhülse 74 verbindet das Ende einer kurzen Welle 76 mit dem Ende der Welle 38, welcher Welle 76 axial mit der Welle 38 ausgerichtet ist. Beim äusseren Ende weist die Welle eine Doppelklemmhülse 78 aus, die bei ihrem inneren Ende als Steckhülse ausgebildet ist, die Teile aufweist, womit diese auf das Ende der Welle 7 6 festgeklemmt ist, und weist bei ihrem äusseren Ende eine geschlitzte, flache Klemmhülse 82 auf, wobei die zwei Klemmbacken diese Klemmhülse den mittleren Abschnitt eines Federgliedes klemmt, welches Federglied durch ein flaches Blattfederglied 84 gebildet ist. Die Klemmhülse 78, wie auch die anderen vorerwähnten Klemmhülsen, können in zwei Hälften gebildet sein, die mittels Bolzen (nicht gezeigt) miteinander verbunden sind, und an gegenüberliegenden Seiten der Achse der Klemme angeordnet sind. Wie es gezeichnet ist, kann die Welle 76 einen Abschnitt verminderten Druchmessers aufweisen, der den Scherzapfen bildet.

Ein Paar fester Träger 86, 86', die zu beiden Seiten der Verlängerung 42 der Grundplatte angeordnet sind, weisen Schlitze 88, 88' auf, die miteinander und mit der Achse der Klemmhülse 78 ausgerichtet sind, wobei in den Schlitzen 88, 88' die gegenüberliegenden Enden des Federgliedes 84 verschiebbar angeordnet sind, und die das Federglied mit dem Träger verbinden, der durch die Träger 86, 86' gebildet sind. Im Leerlauf der Zentrifuge verläuft das Federglied 84 geradlinig, und erstreckt sich in

W9816/D901

- 15 -

horizontaler Richtung zwischen den Schlitzen 88, 88', wie es mittels der gestrichelten Linie der Fig. 2a gezeigt ist; wenn die Zentrifuge einer Torsionsbeanspruchung ausgesetzt ist, biegt sich das Federglied 84 auf beiden Seiten der Klemmhülse 78 in Richtung der Belastung durch das Drehmoment in der Fig. 2a im Uhrzeigersinn aus, wie es mit voll ausgezogenen Linien in dieser Figur gezeigt ist.

Wie es auch der Fall bei der Torsionsstange 48 ist, weist das Federglied 84 eine torsional äquivalente Federsteife auf, die kleiner als die irgendwelches drehmomentübertragenden Teiles der sich drehenden Teile der Zentrifuge ist, und in diesem Fall also auch eine kleinere Federsteife als diejenige der Wellen 76 und 38 und der Klemmhülse 78, die den verbleibenden Teil der äusseren Verbindung des Getriebes 36 zu den Trägern mitteln 86, 86' bilden. Auch v/eist das Federglied 84 mit Vorteil Abmessungen auf, die eine Federsteife bewirken, die derart ist, dass die natürliche Frequenz der Schwingung des Federgliedes und der Masse in oder nahezu in Resonanz mit der Torsionsschwingung der sich drehenden Teile der Zentrifuge während des Schiagens ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 2a lässt das Ausbiegen des Federgliedes 84 zu, dass die Wellen 38 und 76 sowie die Klemmhülse 78 sich drehen können. Die schwingende Drehbewegung der Welle 7 6 während der Torsionsschwingungen wird durch die Dämpfungsanordnung 56 durch Reibungseingriff gehemmt und damit gedämpft in der gleichen Weise wie diese die Torsionsschwingung der Welle 48 der Fig. 1 hemmt und dämpft.

Ein Vorteil der Ausführung der Fig. 2 und 2a im Vergleich mit derjenigen der Fig. 1 ist, dass diese, wie es gezeichnet ist, eine kleinere Verlängerung der Zentrifuge in Axialrichtung benötigt. Währenddem auch eine Feder verwendet werden kann, die sich nur auf einer Seite der Achse der Klemme 78 erstreckt, könnte dieses auf die verbleibenden Teile der äusseren Verbindung unerwünschte Finwirkungen von Biegekräften zur Folge ha-

809816/0901

- 16

Die Feder- und Masseeinrichtung der Fig. 2 und 2a kann geändert werden, dass sie die gewünschte natürliche Frequenz der Torsionsschwingung aufweist, welches in ähnlicher Weise geschehen kann, wie es bei der Torsionswelle und Masse durchgeführt wird, wie es weiter oben beschrieben ist. So können die Träger 86> 86' derart angeordnet sein, dass sie gegeneinander und voneinander weg verschoben werden können, sodass die wirksame Federlänge des Federgliedes 84 verkürzt oder verlängert werden kann, womit die Federsteife vergrössert oder verkleinert werden kann, bis der Zustand der Resonanz erhalten ist.

Die Tragglieder der äusseren Verbindung können drehbare anstatt der in den Fig. 1, 2 und 2a gezeigten ortsfesten Teilen sein. Beispielsweise ist in der Fig. 3 das äussere Ende einer Torsionswelle 4 7 gezeigt, die gleich derjenigen der Welle 48 der Fig. 1 bei der äusseren Verlängerung der Fig. 1 ausgebildet ist, wobei in diesem Fall eine abgeändert ausgebildete Dämpfungseinrichtung vorhanden ist, die mittels einer Klemmhülse 90 axial ausgerichtet mit der Pumpenwelle 92 der drehbaren hydraulischen Kolbenpumpe 94 einer Freilaufvorrichtung des Ritzels, das auf der Verlängerung 4 2 angeordnet ist, geklemmt ist, wobei in diesem Fall die Pumpenwelle 92 und die Pumpe 94 die Tragorgane bilden. Das auf die äussere Verbindung einwirkende Drehmoment treibt in herkömmlicher Weise die Pumpe 94, um ein hydraulisches Fluid aus einem Sumpf 98 durch eine Leitung 100,durch die Pumpe, durch eine Leitung, 102 an einem Druckanzeiger 104 vorbei,durch ein Drucksteuergerät 106, an einem Druckanzeiger 108 vorbei, durch ein Strömungssteuerventil 110, und zurück in den Sumpf 98 zu fördern. Das Drucksteuergerät 106 behält einen voreingestellten Druck, unabhängig von der Aenderung des auf die Pumpe einwirkenden Drehmomentes bei, wobei das Ventil 110 eine vorbestimmte Mengenströmung des Fluids unter diesem Druck durchlösst. In dieser Weise ist dass Mass, entsprechend welchem die Pumpe drehen kann, durch die Menge von Fluid gesteuert, das durch das Ventil 110 strömen

"5W8TWÜTÖT

- 17 -

kann. Eine Umgehungsleitung 1.12, die von der Leitung 102 zum Sumpf führt, verhindert zusammen mit dem Entlastungsventil 114 einen übex'ir.ässigen Druckanstieg bei kurzzeitigen Erhöhungen des Drehmomentes.

Die Dämpfungsanordnung, die allgemein mittels 55 bezeichnet ist, ist geändert worden, sodass diese mit der ausseren Verbindung drehen kann, währenddem sie ein Verdrehen der Stange bei Tors ions· schwingungen verhindert, wie es in der Fig. 1 der Fall ist. Sie weist eine Reibscheibe 57 auf, die mit der Stange 47 verbunden ist und weist Dämpfungsglieder 59 und 61 auf, die gleich den entsprechenden Baugliedern 58, 60 bzw. 62 der Fig. 1 ausgebildet sind. Jedoch ist das Glied 59, anstatt dass es wie das Glied 60 der Fig. 1 mit der Grundplatte bzw. Verlängerung 42 verbunden ist, mittels einem Ende mit einer Hülse 63 verbunden, welche die Stange 47 lose umgibt und mittels eines Keiles mit dem äusseren Ende der Stange neben der Klcmmhülse 90 verbunden ist. Das Dämpfungsglied 61, das relativ zum Glied '+9 axial zur Stange 47 verschiebbar ist, weist Bolzen 65 auf, die mittels Muttern mit diesem verbunden sind, welche Bolzen lose durch Oeffnungen im Glied 59 verlaufen. Eine Schraubenfeder 67 umgibt den Schaft jedes Bolzens 65 und liegt mit seinen Enden auf dem Glied 59 und auf dem Kopf des Bolzens auf.

Die Federn 67 ersetzen die pneumatische Anordnung der Fig. 1, um einen veränderbaren Druck auszuüben, um die Scheibe 57 zwischen den Dämpfungsgliedern einzuklemmen. Dieser Druck wird voreingestellt, indem die wirksame Lange der Bolzen 65, die durch' das Glied 61 verlaufen, geändert wird, um die erwünschte Federvorspannung und damit den Druck zu erzeugen. Die Dämpfungswirkung ist gleich derjenigen des Ausführungsbeispieles der Fig.

Wenn das Ventil 110 geschlossen ist, wird die Stange 4 7 und die Ritzelwelle 38 grundlegend drehfest gehalten, wie das der Fall in der Fig. 1 ist. Wenn das Ventil offen ist, tritt ein Drehen der Stange 4 7 der Welle 38 und des Ritzels der ersten Stufe in

809816/0901

- 18 -

einem vorbestimmten Mass auf, welche Drehung entsprechend der unterschiedlichen Geschwindigkeit, die durch das Differentialgetriebe 36 erzeugt ist, ändert.

Die äussere Verbindung kann auch mit einem drehbaren Freilauf verbunden sein, der als Tragglied dient. Ein Freilauf kann verwendet werden, um die äussere Verbindung in beiden Richtungen zu drehen. Dieser verwendet einen Hydraulikmotor und eine Hydraulikpumpe, in einen angetriebenen und/oder getriebenen Verhältnis, abhängig vom Drehmoment. Es können auch andere Ausführungen formen von Freiläufen verwendet werden. Mit einem drehbaren Träger¹ für die äussere Verbindung kann eine Torsionswelle in Form einer Federanordnung verwendet werden, da die in den Fig. 2 und 2a gezeigte Form in diesem Fall nicht zweckdienlich ist.

In den Fig. U und Ua ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Feder- und Masseeinrichtung und der getrennten Dämpfungsanordnung in der äusseren Anordnung der Zentrifuge, die von den vorgehenden Figuren abweicht, gezeigt. Die Feder der Feder- und Masseeinrichtung ist eine Torsionsstange 120, die gleich der Torsionsstange 48 der Fig. 1 ausgebildet ist. Ein Ende der Torsicnsstange 120 ist mittels einer Klemmhülse 122 axial ausgerichtet auf die Welle 38 geklemmt, währenddem das andere Ende mittels einer Steckhülse 24 mit einem festem Träger U6 fest verbunden ist. Die Stange 120 weist einen Endabschnitt 126 vergrösserten Querschnittes auf, auf welchem die Klemme 3.22 angepasst ist, wobei neben der Klemmhülse ein Ueberlastscherabschnittl28 verminderten Querschnittes angeordnet ist. Die getrennte Dämpfungsanordnung, die allgemein mittels der Bezugsziffer 130 bezeichnet ist, ist nicht drehbar auf dem Abschnitt 126 vergrösserten Durchmessers ausserhalb des Abschnittes 128 mittels eines Paares Klenunhülsen 132, 133 angeordnet.

Die Klemmhülsen 132, 133 weisen anliegende Flanschabschnitte auf, zwishen welchen das schmale Ende einer Kreissektorförmigen Platte 13¹I mittels Bolzen 13 6 befestigt ist, welche Bolzen durch aus-

809816/0901

- 19 -

gerichtete Oeffnungen in der Platte von den Flanschen der Klemmhülsen ragen, wobei d.ie Platte 134 eine Oeffnung aufweist, durch welche die Verlängerung 126 verläuft. Bei ihrem breiteren Ende ist die Platte 131 mit mehreren abstehenden Flügeln 138 verbunden, welche axial zur Stange 12 0 verlaufen und innerhalb eines Behälters 14 0 angeordnet sind, welcher Behälter auf der Verlängerung 14 2 der Grundplatte angeordnet ist. Die Tiefe bzw. der Pegel eines Fluids S im Behälter 14 0 kann derart verändert werden, dass alle Flügel 138 darin völlig eingetaucht sind oder dass einige oder alle Flügel nur teilweise eingetaucht sind.

Eine Torsionsschwingung der Stange 120 bewirkt, dass die Platte 134 um die Achse der Stange 12 0 schwingt und diese Bewegung wird durch den Eingriff der Flügel 138 in das Fluid F in einem grösseren oder kleineren Ausmass, abhängig vom Pegel des Fluides, gehemmt bzw. gedämpft. Wie es auch in der Fig. 1 der Fall ist, ist zu bemerken, dass die Dämpfungsanordnung nahe beim Ende der Stange 120, die mit der Welle 138 verbunden ist, angeordnet ist, an welcher Stelle die Winkelbewegung der Stange während der Torsionsschwingung die grösste ist und folglich das Dämpfen am wirksamsten ist.

In der Fig. 5 ist eine Dämpfungsanordnung gezeigt, die gleich derjenigen ist in den Fig. 4 und 4a, welche jedoch zu einem anderen Ausführungsbeispiel der Feder- und Masseeinrichtung verbunden ist. In der Fig. 5 ist das Federglied eine torsional nachgiebige Kupplung 14 2, die aus einer Gummizusammensetzung oder irgendeinem anderen Elastomer hergestellt ist, und die feste Endscheiben 144, 144' aufweist, die damit verbunden sind. Das eine Ende der Welle 146 ist mit der Endscheibe 144' und das andere Ende der Welle 146 mit der Steckhülse 124 an der festen Tragvorrichtung 46 verbunden. Eine Welle 148, welche grundlegend ein Duplikat der linken Hälfte der Welle 120 der Fig. 4 ist, ist mit einem Ende mit der Endscheibe 144 und mit dem anderen Ende mittels einer Klemmhülse 122 mit der Welle 38 verbunden und trägt die bewegbare Anordnung der Anordnung 130.

911

- 20 -

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 verdreht sich die Kupplung IU2 abhängig von der Torsionsschwingung der drehenden Teile der Zentrifuge, was eine entsprechende Drehschwingung der Wellen 1U8 und 38 zu Folge hat, welches seinerseits ein schwingendes Hin- und Herbewegen der Flügel im Fluid des Behälters IUO zur Folge hat, womit die Dämpfwirkung erzeugt ist.

Obwohl es nicht vorgezogen ist, ist es möglich, ein zufriedenstellendes Federglied für die Feder- und Masseeinrichtung und die getrennte Dämpfungseinrichtung auszubilden, welches nicht eine natürliche Frequenz der Torsionsschwingung in oder nahe in Resonanz mit der Frequenz der Schiagens der drehenden Teile der Zentrifuge aufweist, mit welcher die Anordnung verbunden ist. In diesem Fall sollte das Federglied eine kleinere Federsteife c"ufweisen als jede, welche eine Resonanz bilden würde, sodass die auf den Winkel bezogene Auslenkung unter dem ausgeübten Drehmoment gross ist, beispielsweise bei der ausgelegten Grosse des Drehmomentes grosser als 10°. Diese bedeutet seinerseits, dass die Torsionsstange verhältnismässig lang sein muss, um die tiefe Federsteife und notwendige Festigkeit aufzuweisen. Beispielsweise wurden zwei Torsionsstangen aus Titanium mit einem Durchmesser von 19 mm (3/U Inch) hergestellt, die beide die mit Reibung erzeugte Dämpfung aufwiesen, wobei die Reibung unmittelbar auf die Stange ausgeübt wurde, und das durch Fluid hervorgerufene Dämpfen aufwiesen, gleich demjenigen der Fig. U und Ua und 5, um in der äusseren Verbindung einer Zentrifuge geprüft zu werden, die eine Trommel mit einem Durchmesser von 76,2 cm (32 Inch) und eine Länge von 127,0 cm (50 Inch) herkömmliche Ausbildung enthielt, welche mit Betrieb Schlagproblemen unterworfen war. Eine Stange hatte eine Länge von 71,1 cm (28 Inch), und bei dem grössten Auslegedrehmoment der Zentrifuge eine Ausbiegung von 19,9 , und die andere Stange hatte eine Länge von 55,9 cm (22 Inch), und bei der grössten Auslegedrehmoment eine Ausbiegung von 15,6 . Diese wurden nun nacheinander in die äussere Verbindung der Zentrifuge, entsprechend der Anordnung der

809816/0901

- 21 -

Torsionsstange der Figur 1 eingebaut und ersetzen den üblichen verhältnicmässig steifen Torsionsarm, mit welchem ein volles Schlagen aufgetreten war, bei einer Zuführmenge, die nur 40 % der Drehifiomentfähigkext nach der Auslegung entsprochen hat.

Beide Stangen wurden geprüft, wobei das Dämpfen mittels Fluid und Reibung zusammenwirkten, wobei nur ein Dämpfen mittels Reibung durchgeführt wurde, und wobei kein getrenntes Dämpfen durchgeführt wurde. Als beide Weisen des Dämpfens zusammenwirkten, wurde das Schlagen bei beiden Stangen bei Zuführmengen bis zu 100 % der ausgelegten Torsionsfähigkeit unterdrückt und es trat praktisch keine Torsionsschwingung auf. Im Falle des Dämpfens nur mittels Reibung unterdrückten beide Stangen wieder das Schlagen bis zu Zufuhrmengen von 10 0 % der ausgelegten Drehmoment sauf nahjiiefähigke it, jedoch entstand eine grössere Drehmomentsänderung, obwohl diese weniger als + 10 % betrug. Ohne ein Dämpfen wurde bei beiden Stangen bei einer Zuführmenge von HO % der Drehmomentaufnahmefähigkeit nach Auslegung ein volles Schlagen entwickelt.

Weil beide Stangen einschliesslich Dämpfung vollständig wirksam waren, um das Schlagen der Zentrifuge, für welche sie ausgelegt waren, zu unterdrücken, war es offensichtlich, dass die kürzere Torsionsstange eine genügend kleine Federsteife und eine genügend hohe, auf den Winkel bezogene Ausbiegung unter Drehmomenteinwirkung aufwies.

Prüfungen mit den zwei Titanstangen zeigten auf, dass die Stangen unnötigerweise durch das volle Ausmass der zur Verfügung stehenden Dämpfung übergedämpft waren, jedoch nicht in einem schädlichen Mass. Wie es nachfolgend noch aufgezeigt sein wird, kann ein Ueberdämpfen die Wirksamkeit des Dämpfens in ernster Weise beeinflussen oder sogar aufheben. Das volle Dämpfen war in der Tat besser als das Dämpfen mit Reibung allein, weil es sozusagen jegliches Schwingen bei der Schlagfrequenz behoben hat, im Vergleich mit der tiefen Schwingung, die auf trat, als

nur ein direktes Reibungsdämpfen verwendet wurde.

Trotz der Wirksamkeit der Feder- und Masseeinrichtung, zusammen mit der getrennten Dämpfungsanordnung, bildete die Länge der nicht abgestimmten Torsionsstangen ein praktisches Problem. Die 55,5 cm (22 Inch) lange Stange verlängerte die axiale Länge der Zentrifuge, mit der sie verbunden wurde, um 91,4 cm (36 Inch), und die Stange mit der Länge von 71,1 cm (28 Inch) fügte noch 15,24 cm (6 Inch) dazu. Eine Verlängerung in einem solchen Ausmass ist im besten Falle misslich und unbequem und ist in vielen Fällen aufgrund des beschränkten verfügbaren Raumes unmöglich. Anstrengungen, um diese Schwierigkeiten zu beheben, führten zur Entwicklung der Federanordnung und Dämpfungsanordnung, die gemäss den Ausbildungen der Fig. 2 und 2a ausgebildet sind, welches nur eine kleine Verlängerung der axialen Länge der Zentrifuge hervorruft. Jedoch ist diese Ausbildungsform aufwendiger und teurer als eine Torsionsstange. Noch wichtiger war die Entdeckung, dass wirksame Feder- und Masseeinrichtungen mit beträchtlich höherer Federsteife verwendet werden können, vorausgesetzt, dass ihre natürliche Frequenz der Torsionsschwingung in oder nahe in Resonanz mit der Frequenz der Torsionsschwingung während des Schiagens der drehenden Teile der Zentrifuge, mit welcher sie zusammenwirken, ist. Dieses bedeutet, dass viel kürzere Torsionsstangen oder andere Federn verwendet werden können, womit wichtige Einsparungen bezüglich räumlicher Beanspruchung und auch Kosten erricht werden können. Daher wird eine Feder- und Masseeinrichtung mit einer in dieser Weise eingestellten natürlichen Frequenz der Torsionsschwingung vorzuziehen.

Die Fig. 6 bis 9 entsprechen den Figuren der früher erwähnten Patentanmeldung. Die Fig. 6, 8 und 9 sind Kurven, die aufgrund von Aufzeichnungen ausgearbeitet wurden, die verschiedene Werte wiedergeben, die gemessen wurden, als Feder- und Masseverbindungen, die die vorgezogene Torsionsschwingung in Resonanz mit der Torsionsschwingung, die beim Schlagen auftritt, wenn diese mit der äusseren Verbindung einer Zentrifuge verbunden werden,

- 23 -

die eine Zentrifuge üblicher Ausbildung war, mit einer Trommel, mit einem Durchmesser von 4 5,7 cm (18 Inch) und einer Länge von 71,1 cm (28 Inch) experimentell bestimmt wurde. Um die Messwerte zu erreichen, wurden Torsionsstangenfedern verwendet, dia wie in der Fig. 1 gezeigt ist, angeordnet waren, mit der Ausnahme, dass der feste Träger 46 und die Klemmhülse 52 durch eine verschiebbare Klemmhülse und Traganordnung ersetzt worden, so dass die wirksame Federlänge der Stange zwischen dieser Klemmhülse und der Klemmhülse 50 verändert werden konnte. Die Torsionsstange mittels welcher diese Kurven erhalten wurden, war aus Stahl hergestellt und wies einen Durchmesser von 9,525 mm (0,375 Inch) auf, und die Masse, die zusammen mit der Feder in Schwingung versetzt wurde, wurde auf einem unveränderlichen Wert gehalten. Das Förderorgan war mit einem Torsiograph ausgerüstet und den Messtreifen wurden mit der äusseren Verbindung verbunden, wobei ihre Ausgänge mit Oszilloskopen verbunden waren. Die Zentrifuge wurde betrieben, indem ein Schlamm aus PVC-Kugeln zugeführt wurde, welches bewirkte, dass diese zu schlagen begann, wobei das Schlagen üblicherweise bei einer Zufuhrmenge von 50 % der ausgelegten Aufnahmefähigkeit des Drehmomentes betrug. Die Längen der Stangen der Fig. 6, 8 und 9 können anhand der Tabelle der Fig. 7 in entsprechende Federsteifen in cm, kg, Drehmoment pro Winkeleinheit der Auslenkung umgerechnet werden.

Beim Zeichnen der Kurven der Fig. 6 waren die Verhältnisse des Ausmasses der auf den Winkel bezogenen Bewegung des ritzelseitigen Endes der Welle im Schlagzustand zu derjenigen des Förderorganes bei Federsteifen der Torsionsstange entsprechend verschiedener wirksamer Federlängen dieser Stange aufgezeichnet, wobei die Verhältnisse bei den Ordinaten und die Längseinheiten bei den Abszissen aufgetragen sind. Die Verhältnisse wurden für zwei auswechselbare Getriebeeinheiten selber Bauart, jedoch unterschiedlicher Untersetzungsverhältnisse ausgezeichnet, für die strichlinierte Kurve wurde ein Verhältnis 8 0 : 1 verwendet und für die ausgezogene Kurve ein Verhältnis von 14 0 : 1. Die Werte der Winkelbewegung des Förderorganes wurden erhalten,

80981

- 24 -

indem auf den Aufzeichnungen des Oszilloskopes, das die Schwingungen wiedergab, ei ie Scheitelwerte der Amplitude gemessen wurden. Weil die Dehninesstreif en nicht unmittelbar die Amplitude einer Winkelbewegung messen, wurde diese Amplitude der Stange erhalten, indem die Länge von Marken eines festen Stiftes, der auf ein Band schrieb, gemessen wurde, welches Band mit einer Scheibe oder Trommel verbunden war, die mit der Stange verbunden war.

Es ist ersichtlich, dass das Maximalverhältnis, welches ein in Resonanz erfolgendes Schwingen von Stange und drehenden Teilen aufzeigt, bei einem Untersetzungsverhältnis von 8 0 : 1 bei einer Federsteife der Stange auftrat, die eine Länge von 10,16 cm ( H Inch ) aufweist, welche eine Grosse von 6400 cmkg pro Bogenmass auf der Tabelle der Fig. 7 auf, und bei einem Untersetzungsverhältnis von 110 : 1 trat es bei einer Federsteife der Stange mit einer Länge von 33 cm ( 13 Inch ) bei einem Wert von 1980 cmkg pro Bogenmass auf der Tabelle von Fig. 7 auf. Bezogen auf einen verhältnismässig kurzen Bereich der wirksamen Federlänge der Stange steigt die Kurve verhältnismässig steil an und fällt verhältnismässig stark ab.

Die Kurve der Fig. 8 zeigt das Verhältnis des Phasenwinkels der Schwingung des Förderorganes zu dem der Stange bei verschiedenen Längen der Stange die in Prüfungen verwendet wurden, um die Kurve für die 140 : 1 - Getriebeeinheit der Fig. 6 zu erhalten. Die Phasenwinkel wurden von den Aufzeichnungen des Oszilloskopes des Torsiographes mit den Ausgängen des Dehnmessstreifens verglichen. Es ist zu bemerken, dass im Bereich der geprüften Längen der Phasenwinkel um beinahe 18 0 verschoben wurden, wobei die grösste Aenderung bei einer Länge der Stange auftrat, die in Resonanz war, wie es mit der mit ausgezogener Linie gezeichneten Linie der Fig. 6 gezeigt ist. Das mittels dieser Kurve gezeigte Verhältnis kann als alternative Aufzeigung der erwünschten, in Resonanz befindlichen natürlichen Frequenz der Torsionsschwingung der Stange zum Verhältnis der Winkelbewegung, die für die Kurven der Fig. 6 verwendet wurde, oder

809816/0901

- 25 -

als Ergänzung dazu verwendet werden.

Die Kurve der Fig. 9 wurde von Kessungen von Schlagfrequenzen bei verschiedenen Längen der Stange der Prüfungen erhalten, die die Kurve der Fig. 6 und der Fig. 8 der 140 : 1 - Getriebeeinheit erzeugten. Es ist ersichtlich, dass die Schlagfrequenz ungefähr um 5 Hz allmählich abnahm, als die wirksame Federlänge der Stange von einem Minimalwert zur Länge vergrössert wurde, bei welcher die in Resonanz auftretende Schwingung auftrat, wie es in den Fig. 6 und 8 gezeigt ist. Bei der in Resonanz schwingenden Länge nahm die Schlagfrequenz schlagartig um mehr als 10 ups zu, wie es mit der gestrichelten Linie gezeichnet ist, und nahm dann bei zunehmenden Längen allmählich ab. Diese schlagendartige Aenderung der Schlagfrequenz kann als weitere Alternative oder ergänzende Angabe dass die erwünschte Länge der Stange erhalten worden ist, verwendet werden. Weil die Schlagfrequenz sowohl durch den Ausgang des Dehnmessers als auch durch denjenigen des Torsiographs gezeigt wird, weist dieses Vorgehen den Vorteil auf, dass nur eines dieser Geräte notwendig ist.

Wenn sich die wirksame Länge der Torsionsstange sich der Resonanzlänge annähert, wird es notwendig, die Zufuhrmenge zu erhöhen, um ein Schlagen zu erzeugen. Dieses zeigt, dass bei Längen, die der Resonanz entsprechen, oder nahe dieses Masses aufweisen, die Stange als Vorrichtung zum Unterdrücken des Schiagens wirksam wird. Tatsächlich wurde bei der Resonanzlänge das Schlagen wirksam, bei Zuführmengen bis zu 80 % der Aufnahmefähigkeit des Drehmomentes nach der Auslegung, wirksamer unterdrückt, im Vergleich mit vollständigem Schlagen, das auftritt, wenn die Längen der Stange ausserhalb der Umgebung der Resonanazlänge bei einer Zuführmenge von 50 % der ausgelegten Drehfestigkeit ist.

Es ist erwünscht, dass die Masse der Feder- und Masseeinheit klein gehalten wird, was den Ansprüchen des Auslegens entspricht. Allgemein sollte die Federsteife der Feder weniger als 30 %

809816/0901

- 26 -

oberhalb das Wertes sein, bei welchem die in P%esonanz erfolgende Schwingung der Feder- und Masseeinheit und der drehenden Teile der Zentrifuge auftreten wird.

In der Fig. 10 sind die Auswirkungen auf das Unterdrücken des Schlag^ns gezeigt, wenn die Dämpfkraft der Dämpfanordnung auf der Feder- und Massenanordnung derart vergrössert ist, dass sie durch und über einen optimalen Wert anwächst. Die Feder- und Masseeinrichtung und getrennte Dämpfungseinrichtung, die verwendet wurden, um die Messwerte, auf welcher die Kurve begründet ist, zu erhalten, sind gleich denjenigen der Fig. 1, und mit derselben Zentrifuge verbunden, die zum Erhalten der Fig. 6, 8 und 9 verwandet wurde. Die Torsionsstangenfeder der Feder- und Masseeinrichtung hatte die vorgezogene Federsteife, derart, dass sie in Resonanz mit der Torsionsschwingung während des Schiagens der drehenden Teile der Zentrifuge eine Torsionsschwingung ausführte; und ohne dämpfen war diese wirksam, um das Schlagen genügend zu unterdrücken, um eine schlagfreie Zuführmenge von 5 0 % der Drehmomentaufnahmefähigkeit nach der Auslegung auf 8 0 % anzuheben.

Es ist ersichtlich, dass, wenn die dämpfende Kraft, gemessen in

2
kg/cm ausgeübt wird, um die in Reibungseingriff stehenden Dämpfungsflächen zusammenzudrücken, und wie es auf der Abszisse aufgetragen ist, von einem nicht wirksamen Wert von 0,7 kg/cm

2 (10 psi) zu einem Wert zwischen 1,4 kg/cm (20 psi)

2
und 1,75 kg/cm (25 psi) angehoben wird, der prozentuale Anteil des ausgelegten Drehmomentes vor dem Schlagen, als Ordinate aufgezeigt, von einem ursprünglichen Wert von 8 0 % bis zu einem maximalen oder optimalen Wert oberhalb 110 % eher scharf anstieg. Ein weiteres vergrössern der Dämpfkraft war nachteilig und verminderte das Drehmoment vor

dem Schlagen, bis diese bei 2,8 kg/cm (UO psi) und oberhalb diese weniger als 80 % betrug, das heisst, dass die Torsionsstange weniger wirksam war mit solchen übermässigen Dämpfen im Vergleich mit dem Fall, bei welchem überhaupt kein Dämpfen

809816/0901

- 27 -

ausgeübt wurde.

Gleiche Messwerte für Torsionsstangen, welche nicht die vorgezogene Steife aufwiesen, ergaben gleiche bzw. ähnliche Kurven, wobei jedoch das einleitende und maximale, vor dem Schlagen auftretende Drehmoment tiefer war und wobei die Kurve bei Dämpfkräften, die nicht dem Optimum entsprachen, die Kurve flacher abnahm bei Torsionsstangen, die Federsteifen aufwiesen, die tiefer waren als das vorgezogene Mass, waren allgemein höhere Dämpfkräfte notwendig, um ein optimales Dämpfen zu erreichen.

-28-

809816/0901

Claims (1)

1. P ATENTANSPRUEC H E

   Zentrifuge, um Flüssigkeiten von Feststoffen zu trennen, mit einer Baugruppe, enthaltend ein drehbares Trommelglied, einem darin koaxial angeordnetes drehbares Förderglied, ein diese zwei Glieder derart verbindendes Geschwindigkeitsänderungsgetriebe, dass ein Antreiben des einen Gliedes im selben Drehsinn, jedoch mit einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit bewirkt, eine äussere, drehmomentübertragende Verbindung, die zwischen dem Getriebe mit 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 mit dem Förderglied einwirkt, verhältnismässig klein ist, mit einer Anordnung zum Unterdrücken des Schiagens der Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Verbindung eine Feder- und Masseeinrichtung aufweist, die um die Achse der äusseren Verbindung derart torsional elastisch ist, dass sie während des Schiagens der Baugruppe miü der selben Frequenz um die Achse schwingt, und eine Federsteife aufweist, die kleiner ist als diejenige jeglichen Drehmoment übertragenden Gliedes der Baugruppe; und durch eine getrennte Dämpfungsanordnung, die parallel zur Feder- und Masseeinrichtung wirkt nur ihrer torsionalen Schwingbewegung Widerstand entgegenzusetzen und dabei aus ihr in nicht unkehrbarer Weise Energie zu entnehmen.

   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.

   -29-

   609816/0901

   ORIGINAL INSPECTED

   Ό Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsteiheit der Feder- und Masseeinrichtung weniger als 30 % mehr beträgt als eine Federsteifheit, bei welcher während des Schiagens die Feder- und Masseeinrichtung in Resonanz mit der Torsionsschwingung der Einrichtung torsional schwingt.

   5) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder der Feder- und Masseeinrichtung eine solche Federsteifheit ausweist, dass während des Schiagens die Feder- und Masseeinrichtung in Resonanz mit der Torsionsschwingung der Einrichtung torsional schwingt.

   6) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

   die getrennte Dämpfungsanordnung derart angeordnet ist, dass sie den Widerstand gegen die torsionale Schwingbewegung der Fedsr- und Masseeinrichtung unmittelbar neben dem Bereich des Höchstwertes dieser Bewegung ausübt.

   7) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gentrennte Dämpfungsanordnung ein Glied in der Feder- und Masseanordnung aufweist, das mit ihr torsional schwingt und eine Hemmanordnung aufweist, die den Widerstand gegen die Bewegung des Gliedes ausübt.

   8) Zentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmanordnung eine Einrichtung zum Ausüben eines statischen Widerstandes gegen die Bewegung des Gliedes aufweist.

   9) Zentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmanordnung eine Einrichtung aufweist, die einen mittels eines Fluids erzeugten Widerstand gegen die Bewegung des Gliedes ausübt.

   10) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennte Dämpfungsanordnung eine Einrichtung zum Verän-

   -30-

   809816/0901

   dem durch ihr ausgeübter Widerstandes aufweist.

   11) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder- und Masseeinrichtung eine koaxial zur Verbindung angeordnete Torsionsstange aufweist, die annähernd keine Eigendämpfung aufweist.

   12) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder- und Masseeinrichtung ein koaxial zur Verbindung angeordnetes elastomerisches Kupplungsglied aufweist.

   13) Zentrifuge nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsstange einen Abschnitt verminderter Durchmessers und verminderter Scherfestigkeit aufweist, wobei die Scherfestigkeit derart klein ist, dass im Fall einer vorbestimmter torsionaler Nebenbeanspruchung der Einrichtung ein Bruch auftritt.

   14) Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder- und Masseeinrichtung ein Federglied aufweist, dessen wirksamer Federabschnitt in radialer Richtung ausserhalb der Achse des getriebeseitigen Endes der äusseren Verbindung angeordnet ist.

   15) Zentrifuge nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Federglied eine Blattfeder aufweist, die bei ihrem mittleren Abschnitt mit dem getriebeseitigen Ende der äusseren Verbindung und bei gegenüberliegenden äusseren Enden mit der Tragvorrichtung verbunden ist.

   16) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Verbindung eine Ritzelwelle des Getriebes enthält.

   - 31 -

   9Q9816/0901