DE2746348C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zentrifugen dieser Bauart enthalten Drehzahländerungs­ getriebe zwischen einer Trommel und einem Förderelement. Üblicherweise wird die Trommel von einem Motor schneller gedreht als das Förderelement, doch kann auch das Förder­ element angetrieben werden und/oder eine höhere Drehzahl haben als die Trommel. Wenn solche Zentrifugen mit bestimm­ ten Schlämmen wie z. B. Stärke, Stärkelösungen oder ähnli­ chen klebrigen Stoffen betrieben werden, entwickeln sie bei Durchsatzleistungen, die beträchtlich unterhalb der Nennleistung liegen, erhebliche Torsionsschwingungen und beginnen zu schlagen. Gewöhnlich tritt das Schlagen (Rattern) bei der natürlichen Frequenz der Torsionsschwingung auf, typisch zwischen 20 und 60/sec, und zwar vermutlich aufgrund von abwechselndem Haften und Gleiten zwischen dem Förder­ element und der Trommel. Bei den damit erzeugten Torsions­ schwingungen schwankt das Drehmoment der Anordnung um einen Mittelwert bis zu einem Maximalwert, der das maximale Drehmoment, für welches die Maschine ausgelegt wird, übersteigen kann.

Solche großen und schnellen Änderungen des Drehmoments verkürzen die Lebensdauer der ihnen ausgesetzten Bauteile der Zentrifuge beträchtlich, insbesondere von Getriebe­ rädern und Überlastsicherheitsvorrichtungen wie z. B. eines Scherzzapfens oder einer Reibungskupplung. Wenn das Schlagen nicht verhindert wird, kann das eine oder andere Bauteil brechen, was erhebliche Ausfallzeiten und Ersatzteilkosten insbesondere im Falle eines Getriebeschadens zur Folge hat. Um das Schlagen zu verhindern, muß der Benutzer die Zentri­ fuge bei Durchsatzleistungen unterhalb 40% der Nennleistung betreiben.

Aus der DE-OS 20 24 838 ist bekannt, daß bei einer Zentrifuge der hier betrachteten Art des Schlagen unterbunden werden kann, indem zwischen den sich drehenden Bauteilen (Trommel, Förderelement und Getriebe) eine nachgiebige biegsame Verbin­ dung mit kleinerer Federsteife angeordnet wird. Hierbei kann das Schlagen bis zur vollen Durchsatzleistung der Zentrifuge mittels einer zwischen dem Förderelement und seiner Antriebs­ scheibe angeordneten elastomeren Hülse unterbunden werden. Jedoch müssen durch die Anordnung einer Vorrichtung zum Unter­ drücken des Schlagens zwischen den sich drehenden Teilen der genannten Baugruppe unerwünschte Einschränkungen bei der Auslegung und den Abmessungen der Zentrifuge in Kauf ge­ nommen werden, und insbesondere ist der Zugang für Verstel­ lungs-, Wartungs- oder Reparaturarbeiten erschwert.

Das bei solchen Zentrifugen verwendete Drehzahländerungs­ getriebe, beispielsweise ein einstufiges oder mehrstufiges Planetengetriebe, weist zusätzlich zu seinen ein hohes Dreh­ moment übertragenden Verbindungen zwischen der Trommel und dem Förderelement eine ein relativ kleines Drehmoment übertragende Verbindung zu einer äußeren Trag- oder Halte­ vorrichtung auf, die starre oder drehbare Anordnungen ent­ halten kann, z. B. eine Rutschkupplung für das Ritzel oder einen Freilauf, um das Übersetzungsverhältnis verändern zu können. Bei den üblicherweise verwendeten mehrstufigen Planeten­ getrieben geht diese äußere Verbindung vom Ritzel der ersten Stufe aus. Dessen relativ kleines Drehmoment ergibt sich aus dem Drehmoment, das auf die Verbindung zum Förderelement einwirkt, geteilt durch das Übersetzungsverhältnis. Gewöhn­ lich enthält diese äußere Verbindung die erwähnte Sicherheits­ vorrichtung zur Verhinderung einer Drehmomentüberlastung der Maschine.

Weil ein verhältnismäßig kleines Drehmoment auf die äußere Verbindung einwirkt und diese außerhalb der Baugruppe aus Trommel, Getriebe und Förderelement angeordnet ist, ist die äußere Verbindung eine vorteilhafte Stelle für schlagunter­ drückende Maßnahmen. Hierfür wurden bereits Versuche mit torsional nachgiebigen elastomeren Kupplungen oder Metall­ federn unternommen, die abhängig von der Torsionsschwingung der äußeren Verbindung eine Torsionsschwingung durchführen sollten, sich aber nicht dazu eignen, das Schlagen der Bau­ gruppe aus Trommel, Getriebe und Förderelement zu unterdrücken und dadurch verursachte Getriebeschäden zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge zu schaffen, die eine leicht zugängliche Einrichtung zum Unterdrücken des Schlagens der Baugruppe aus Trommel, Förder­ element und Getriebe enthält.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dadurch ergeben sich verschiedene wesentliche Vorteile. Da die Einrichtung zum Unterdrücken des Schlagens außerhalb der Baugruppe aus Trommel, Getriebe und Förder­ element angeordnet ist, ist sie jederzeit leicht und schnell zugänglich, was insbesondere bei einem eventuellen Bruch wichtig ist, da der entstehende Schaden auf ein Minimum be­ grenzt werden kann. Da die Einrichtung in bzw. an der äußeren Verbindung des Getriebes angeordnet ist, die mit einem erheb­ lich geringeren Drehmoment belastet ist als die Verbindungen zwischen Getriebe und Trommel bzw. Förderelement, ist sie ferner einfacher zu konstruieren und weniger störanfällig als bekannte Einrichtungen. Schließlich kann die Einrich­ tung aufgrund ihrer leichten Zugänglichkeit ohne großen Auf­ wand bezüglich ihrer Resonanz- und Dämpfungseigenschaften abgestimmt werden.

Die Federsteife der Feder- und Masseeinrichtung kann so gering sein, daß sie bei hinsichlich des Schlagens kriti­ schen Drehmomenten beträchtliche Torsionsschwingungen aus­ führt. Die optimale Federsteife ist diejenige, bei welcher die Feder- und Masseeinrichtung bei Schlagzuständen torsional in Resonanz mit der Torsionsschwingung der sich drehenden Teile der Zentrifuge schwingt. Anzustreben ist, daß die Federsteife nahe bei oder tiefer als dieser optimale Wert liegt.

Die getrennte Dämpfungsanordnung dämpft die entgegengesetzt laufenden Winkelbewegungen der Feder- und Masseeinrichtung während ihrer Torsionsbewegung, beispielsweise mittels Reibung, und wirkt parallel dazu, so daß sie kein gleich­ förmiges, auf die Federeinrichtung einwirkendes Drehmoment überträgt. Die optimale Dämpfkraft, die mittels der Dämpfungs­ einrichtung ausgeübt wird, ist diejenige, die in der gedämpf­ ten Torsionsschwingung möglichst viel Energie entzieht, ohne die Bewegung zu sehr zu unterdrücken. Es übt dann die Dämpfungseinrichtung die Dämpfungskraft bei oder nahe dem Optimum aus, wobei die damit ausgeübte Dämpfungs­ kraft veränderlich ist.

Die Feder der Feder- und Masseeinrichtung kann in einer be­ liebigen geeigneten torsional nachgiebigen Form vorliegen, z. B. als Torsionsstange oder als Schraubenfeder oder als Blattfederkonstruktion. Als Feder kann eine Torsions­ stange mit kleiner Eigendämpfung verwendet werden, die aus Metall her­ gestellt sein kann, z. B. Stahl oder Titan, und die koaxial angeordnet ist zur äußeren Verbindung. Die Federsteife der Federeinrichtung kann z. B. dadurch veränderbar sein, daß der nicht geklemmte Längenabschnitt der Torsionsstange, der frei torsional schwingen kann, geändert wird. Die Masse der Feder- und Masseeinrichtung ist gesehen durch die Masse der Feder und aller anderen Bauteile der äußeren Verbindung, die zusam­ men mit der Feder Torsionsschwingungen ausführen.

Die getrennte Dämpfungsanordnung kann bei der Torsionsstangenfeder eine mit der Stange verbundene Reibscheibe sein, auf die eine Dämpfungseinrichtung einwirkt, oder es können Flügel mit der Stange verbunden sein, die in ein dämpfen­ des Fluid eingetaucht sind, z. B. ein Silikon- oder ein anderes Öl. Die durch die Dämpfungseinrichtung aus­ geübte Dämpfungskraft kann veränderlich sein, beispielsweise indem ein veränderlicher pneumatischer oder hydraulischer Druck auf die obenerwähnte Reibungsdämpfungseinrichtung ausgeübt wird, oder indem die Eintauchtiefe der erwähnten Flügel verändert wird.

Bei der Feder- und Masse­ einrichtung und der Dämpfungseinrichtung ist es möglich, das Schlagen von Zentrifugen bei Durchsatzleistungen bis zur vollen Auslegungsdrehmomentaufnahmefähigkeit der Zentrifuge und darüber zu unterdrücken, und dies mit Schlämmen, welche sonst bei Zufuhrmengen von nur 40% der ausgelegten Torsions­ aufnahmefähigkeit ein volles Schlagen hervorriefen. Mit "Unterdrücken" ist gemeint, daß Änderungen des angelegten Drehmomentes vollständig aufgehoben oder mindestens auf einen unschädlichen Wert, beispielsweise weniger als 10%, gebracht werden.

Wenn die Feder- und Masseeinrichtung für eine Zentrifuge vorbestimmter Eigenschaften ausgelegt wird, wobei die Feder­ steifen der drehmomentübertragenden Bauteile der sich drehenden Anordnung bekannt sind, kann eine Feder mit einer kleineren Federsteife und der notwendigen Scherfestigkeit gewählt werden, die in Abhängigkeit von der Torsionsschwingung, die durch das Schlagen erzeugt wird, ein beträchtliche Winkelbewegung durchführt, wenn sie mit der äußeren Verbindung verbunden ist. Dann kann ein optimale Dämpfung bei eingebauter Federanord­ nung und angebrachter Dämpfungsanordnung, mittels welcher es möglich ist, eine veränderbare Dämpfkraft auszuüben, bestimmt werden, indem die Zentrifuge mit Durchsatzleistungen betrie­ ben wird, die ein Schlagen bewirken, wobei PVC-(Polyvinylchlorid)- Kugeln oder Stärke zugeführt wird mit einer Zufuhrmenge von ca. 50% oder weniger als der Nenn-Aufnahmefähigkeit ohne Dämpfung. Dann wird die Zufuhrmenge und die Dämpfkraft vergrößert, bis bei einer maximalen erwünschten Zufuhrmenge kein Schlagen mehr auftritt, wobei die Zufuhrmenge dem maximalen Drehmoment oder einem höheren entspricht, oder bis ein weiteres Erhöhen der Dämpfkraft die Zufuhrmenge, 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, obwohl es vorzuziehen ist, auch bei der endgültigen Auslegung ein veränderliches Dämpfen beizubehalten.

Es wird meist eine Feder- und Masseeinrichtung ge­ wählt, bei welcher die Feder eine solche Federsteife auf­ weist, daß die Feder- und Masseeinrichtung in oder beinahe in Resonanz mit der Torsionsschwingung der drehenden Teile der Zentrifuge unter Schlagbedingungen schwingt. Beim Auslegen einer solchen Feder- und Masseeinrichtung wird zuerst durch Versuche für jede Zentrifugengröße, jede Getriebeart und jedes Übersetzungsverhältnis eine Feder- und Massekombination bestimmt, welche in Resonanz mit der Torsionsschwingung beim Schlagen der drehenden Teile der Zentrifuge Torsionsschwingungen durchführt. Eine Torsionsstangenfeder ist axial 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 Schlag­ zustand betrieben, wobei ein Schlamm, der bekanntlicherweise Schlagen erzeugt, beispielsweise PVC-Kugeln oder Stärke, bei verschiedenen eingestellten Federstreifen 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 Methoden möglich:

1. Das Verhältnis der Amplitude der Schwingung der Stange wird mit derjenigen des Förderorgans bei verschiedenen Federstreifen verglichen, bis der Maximalwert des Verhältnisses gefunden wird, weil beim Resonanzzustand dieses Verhältnis einen Maximalwert aufweisen wird. Die Amplitude der Schwingung des Förder­ organs kann mittels eines Drehschwingungsschreibers (Torsio­ graph) angegeben werden, der auf dem Förderorgan angeordnet ist, welcher ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, dessen Frequenz und Amplitude der Torsionsschwingung des Förder­ organs entspricht, und das auf einem Oszilloskop als sinus­ förmige Welle ersichtlich ist. Die Amplitude der Schwingung der Stange kann mittels einer zweckdienlichen Vorrichtung dargestellt werden, welche ein fester Stift sein kann, wel­ cher auf einem Band, das mit einer Scheibe oder einer Trommel verbunden ist, die mit der Welle verbunden sind, Aufzeich­ nungen durchführt.

2. Sobald die Resonanz durchfahren wird, entsteht eine große Änderung des Phasenwinkels zwischen der Schwingung des För­ derorgans und derjenigen der Stange. Die Schwingbewegung des Förderorgans wird mittels des Torsiographs angezeigt, und die Schwingungsbewegung der Stange kann mittels eines Dehn­ meßstreifens zum Abtasten des Drehmomentes, der mit der Stange verbunden ist, festgestellt werden, wobei Geräte verwendet werden, die Änderungen des Gleichstromes, der an den Meßfüh­ lern angelegt wird, in Form einer Sinuswelle zeigen. Solche Meßfühler und Geräte werden gegenwärtig zur Ermittlung des Schlagens verwendet.

3. Bei Resonanz tritt eine deutliche Änderung der Frequenz der Schwingbewegung sowohl des Förderorgans als auch der Stange auf, was sowohl mittels des Torsiographs als auch mittels der Drehmeßstreifenanordnung angezeigt werden kann. Diese Frequenzen werden miteinander verglichen, bis die Verän­ derung auftritt.

Es können zwei oder alle diese Methoden zum Überprüfen der Ergebnisse verwendet werden. Zur weiteren Überprüfung können sie 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 verschie­ den sind, jedoch eine gleich "resonante" Federstreife auf­ weisen, vorausgesetzt, daß die Masse nicht geändert wird. Ein Ändern der Masse wird die Federstreife der Feder beein­ flussen, so daß eine ausgleichende Änderung der Feder durchge­ führt 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 Dämpfungs­ einrichtung zum Unterdrücken des Schlagens das Schlagen des Förderorgans (wie oben erwähnt) zu messen ist, und nicht etwa nur das Schlagen der äußeren Verbindung, da ein Unterdrücken des Schlagens in der äußeren Verbindung nicht notwendigerweise das Schlagen der sich drehenden Teile der Zentrifuge unter­ drückt. Es ist beispielsweise gefunden worden, daß eine lange Torsionsstange mit einer kleinen Federstreife ohne Dämpfung ein Schlagen in der äußeren Verbindung unterdrücken wird, jedoch das Schlagen der sich drehenden Teile der Zentrifuge nicht unterdrückt.

Vorteile der Annäherung der natürlichen Frequenz der Schwin­ gung der Feder- und Masseeinrichtung an die Frequenz des Schlagens sind kürzere Längsausdehnungen der Torsionsstangen­ federn und eine kleinere Dämpfkraft, die für gleiche Ergebnis­ se 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 hat die in Resonanz erfolgende Schwin­ gung der Feder- und Masseeinrichtung als solche eine wesent­ liche Auswirkung auf das Unterdrücken des Schlagens, d. h. daß ein Unterdrücken des Schlagens bei beträchtlich höheren Drehmomentwerten durch zusätzliches Dämpfen möglich ist als in Fällen, bei welchen die Feder nicht die bevorzugte Feder­ steife aufweist.

Torsionsstangen mit kleineren Eigendämpfungseigenschaften sind sonstigen Bauteilen wie beispielsweise elastomeren Kupplungen vorzuziehen. Die schlagfreie Zufuhrmenge kann jedoch auch durch getrenntes Dämpfen einer elastomeren Kupplung von 40% auf 75% der Nenn-Drehmomentaufnahmefähig­ keit der Zentrifuge erhöht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Zentrifuge, die eine ein Schlagen unterdrückende Feder- und Masseeinrichtung und eine getrennte Dämpfungseinrich­ tung aufweist, teilweise im Schnitt gezeichnet, und mit weggebrochenen Teilen;

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

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt gezeich­ net, wobei das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zwischen dem Getriebe der Zentrifuge und einer hydraulischen Rück­ laufvorrichtung vereinfach gezeichnet sind;

Fig. 4 und 4a Ansichten gleich denjenigen der Fig. 2 und 2a eines anderen Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 eine Ansicht gleich derjenigen der Fig. 4 einer ver­ änderten Ausführung dieses Ausführungsbeispiels;

Fig. 6, 8 und 9 Kurven, in welchen Änderungen bestimmter Werte gezeichnet sind, wobei die Länge einer Torsionsstange geändert wurde, um die natürliche Frequenz der Torsionsschwin­ gung der Stange und Masse in und außer Resonanz mit der Torsionsschwingung des Schlagens der drehenden Teile einer Zentrifuge gebracht wird;

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

Fig. 10 eine Kurve, die ein zunehmendes Anwachsen oder Abklingen der Unterdrückung des Schlagens zeigt, wobei eine Feder- und Masseeinrichtung und eine getrennte Dämpfeinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels verwendet wird, während die durch die Dämpfungseinrichtung 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, bestehen.

Eine Grundplatte 10 trägt ein Gehäuse 12, welches die Trommel 14 und das innere Förderorgan 16 umgibt. Eine hohle Antriebswelle 18 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 Grund­ platte 10 angeordnet ist, erstreckt sich von einem äußeren Ende, das mit einer Quelle (nicht gezeichnet) verbunden ist, um diesem einen gesteuerten Mengenfluß von Schlamm zuzuführen, durch die hohle Antriebwelle 18 und verläuft bis zum inneren Ende innerhalb des Förderorgans, wo das Eintragsrohr 24 einen Auslaß 28 aufweist. Öffnungen 30, die in der Nabe des Förder­ organs angeordnet sind, geben den zugeführten Schlamm in die Trommel ab. Eine Welle (nicht gezeigt), die mit einem Ende des Förderorgans 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 so angebracht, daß sie die Umhüllung eines zweistufigen geschwindigkeitsändernden Planentengetriebe 36 dreht, dessen Ritzel der ersten Stufe eine Welle 38 aufweist, die das Gehäuse des Getriebes verläßt und einen Teil der äußeren Verbindung der drehenden Teile bildet. Eine Welle (nicht gezeigt), die mit dem Förderorgan verbunden ist, erstreckt sich drehbar durch die Welle 32 und ist mit der zweiten Stufe des Getriebes 36 derart verbunden, daß das Förderorgan von diesem mit einer Geschwindigkeit an­ getrieben wird, die von derjenigen der Trommel verschieden ist, wobei die Geschwindigkeit des Förderorgans üblicherweise kleiner ist. Um das Getriebe kann ein Gehäuse 40 angeordnet sein, das auf einer Verlängerung 42 der Grundplatte 10 abge­ stützt ist.

Die Trommel 14 und eine oder mehrere schraubenlinienförmige Schubflügel 44, die auf dem Förderorgan 16 angeordnet sind, weisen entsprechende Außenformen auf, wobei sie bei einem Ende zylindrisch sind und beim anderen Ende eine zulaufende kegel­ stumpfförmige Außenform aufweisen, wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist. Die Feststoffe, die gegen die Trommel ge­ drängt werden, werden mittels des Förderorgans 16 in der Fig. 1 von links nach rechts gegen Auslaßöffnungen, die im rechts liegenden Ende der Trommel angeordnet sind (nicht gezeich­ net) bewegt. Von den Öffnungen werden sie an eine Austrags­ rinne (nicht gezeichnet) im Gehäuse 12 abgegeben. Die gereinig­ te Flüssigkeit strömt in der Fig. 1 von rechts nach links zu den Austragsöffnungen (nicht gzeichnet), die beim links­ liegenden Ende der Trommel angeordnet sind und strömt dann in eine Aufnahmerinne (nicht gezeigt) des Gehäuses 12.

Fig. 1 zeigt das Tragorgan für die äußere Verbindung, die vom Getriebe 36 wegverläuft, ein festes Tragglied 46, das auf der Verlängerung 42 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 mit einem Ende mit der Welle 38 verbunden ist und mit dem anderen Ende fest in einer Steck­ hülse 52 auf dem Tragglied 46 angebracht ist, wobei das Trag­ glied 46 mit der Verlängerung 42 der Grundplatte 10 verbunden ist. Dabei ist die Masse ingesamt diejenige der Torsions­ stange 48, der Klemmhülse 50, der nachfolgend beschriebenen Reibscheibe 58, des Ritzels und ihrer Welle 38 und möglicher­ weise anderer Bauteile des Getriebes. Die Klemmen sind in be­ kannter Weise ausgebildet und weisen Teile auf, die in Nuten, die in der Welle ausgebildet sind, eingreifen, wie es gezeich­ net ist. Die Torsionsstange 48 kann, wie es gezeigt ist, einen Abschnitt 54 verminderten Durchmessers und vermin­ derter Scherfestigkeit aufweisen, welcher wie übliche Sicherheitsscherbolzen als Drehmomentüberlastsicherung dient. Alternativ kann zwischen der Stange 48 und der Welle 38 ein üblicher Abscherbolzen angeordnet sein.

Die Abmessungen der Länge und des Durchmessers der Torsions­ stange 48 sind derart bemessen, daß eine Federsteife vorhanden ist, die kleiner ist als diejenige jeglichen Drehmoments übertragenen Teiles der drehenden Teile der Zentrifuge und vorzugsweise derart, daß die natürliche Frequenz der Torsions­ schwingung der Stange und der Masse in oder nahezu in Resonanz mit der Torsionsschwingung der drehenden Teile der Zentrifuge bei Schlagbedingungen ist. Die Stange kann zylinder­ förmig und aus einem Metall, beispielsweise Stahl oder Titan hergestellt sein, obwohl andere Werkstoffe genügender Scher­ festigkeit und Nachgiebigkeit verwendet werden können, bei­ spielsweise "Fiberglas" (Glasfasern).

Die Dämpfvorrichtung, die allgemein mit der Bezugsziffer 56 bezeichnet ist, weist eine Reibscheibe 58 auf, die mit der Stange 48 verbunden ist, und die Reibflächen aufweist, die auf gegenüberliegenden Oberflächen radial zur Stange verlau­ fend angeordnet sind. Ein festes Dämpfelement 60 und ein bewegliches Dämpfelement 62 sind derart angeordnet, daß sie bei zweckdienlicher Verschiebung des Dämpfelementes 62 auf die zwischen ihnen befindlichen Reibflächen der Scheibe 58 einwirken. Das Dämpfelement 60 ist mit einem Bügel 64 verbun­ den, der mit der Verlängerung 42 verbunden ist. Das Dämpfelement 62, das axial zur Stange 48 verschiebbar ist, ist mittels Stangen 66, die mit darauf angebrachten Muttern befestigt sind, mit Kolben pneumatischer Zylinder 68 (einer gezeigt) ver­ bunden, deren Arbeitshub nach einwärts erfolgt und die mit einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) eines pneumatischen oder hydraulischen Druckes verbunden sind. Die Zylinder 68 sind entlang des Umfanges der Welle 48 abwechselnd mit Bolzen 70 angeordnet, die lose durch das Dämpfelement 62 verlaufen und mittels Muttern mit dem Dämpfelement 60 ver­ bunden sind, wobei die Bolzen 70 Schraubenfedern 72 umgeben sind. Also wird die Stange 48 in variabler Weise bedämpft, wenn sie sich unter Torsionsschwingungen verdreht, indem in den Zylindern 68 ein vorbestimmter Druck angelegt wird, um die Reibflächen der Scheibe 58 zwischen den Dämpfelementen 60 und 62 gegen die Wirkung der Federn 72 zusammenzuklemmen.

In den Fig. 2 und 2a ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Feder- und Masseeinrichtung mit einer getrennten Dämpfungs­ anordnung gezeigt. Eine Klemmhülse 74 verbindet das Ende einer kurzen Welle 76 mit dem Ende der Welle 38. Die Welle 76 ist axial mit der Welle 38 ausgerichtet. Am äußeren Ende weist die Welle 76 eine Doppelklemmhülse 78 auf, die an ihrem inneren Ende als Steckhülse ausgebildet ist und Teile aufweist, mit denen diese auf das Ende der Welle 76 festgeklemmt ist, und an ihrem äußeren Ende so ausgeführt ist, daß zwei Klemmbacken dieser Klemmhülse den mittleren Abschnitt eines Federelements klemmen, das als eine flache Blattfeder 84 ausgebildet ist. Die Klemmhülse 78, wie auch die anderen vorerwähnten Klemm­ hülsen, können aus zwei Hälften gebildet sein, die mittels Bolzen (nicht gezeigt) miteinander verbunden sind, und an gegenüber­ liegenden Seiten der Achse der Klemme angeordnet sind. Wie es gezeichnet ist, kann die Welle 76 einen Abschnitt verminderten Durchmessers aufweisen, der als Drehmomentüberlastsicherung dient.

Ein Paar fester Träger 86, 86′, die zu beiden Seiten der Ver­ längerung 42 der Grundplatte angeordnet sind, weisen Schlitze 88, 88′ auf, die miteinander und mit der Achse der Klemmhülse 78 fluchten, wobei in den Schlitzen 88, 88′ die gegenüber­ liegenden Enden der Feder 84 verschiebbar angeordnet sind, und die Feder mit der Tragvorrichtung verbinden, die durch die Träger 86, 86′ gebildet ist. Im Leerlauf der Zentrifuge verläuft die Feder 84 geradlinig, und erstreckt sich in 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 die Feder 84 auf beiden Seiten der Klemm­ hülse 78 in Richtung der Belastung durch das Drehmoment, in der Fig. 2a im Uhrzeigersinn, aus, wie es mit voll ausge­ zogenen Linien in dieser Figur gezeigt ist.

Wie es auch der Fall bei der Torsionsstange 48 ist, weist die Feder 84 eine einer torsionalen Federsteife äquivalente Federsteife auf, die kleiner als die eines jeden drehmoment­ übertragenden 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 86, 86′ bilden. Auch weist die Feder 84 Abmessungen auf, die eine Federsteife bewirken, die derart ist, daß die natürliche Frequenz der Schwingung der Feder und der Masse in oder nahezu in Resonanz mit der Torsionsschwingung der sich drehenden Teile der Zentrifuge während des Schlagens ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 2a läßt das Aus­ biegen der Feder 84 zu, daß die Wellen 38 und 76 sowie die Klemmhülse 78 sich verdrehen können. Die schwingende Dreh­ bewegung der Welle 76 während der Torsionsschwingungen wird durch die Dämpfungsanordnung 56 durch Reibungseingriff gehemmt und damit gedämpft in der gleichen Weise wie diese die Torsions­ schwingung der Welle 48 der Fig. 1 hemmt und dämpft.

Die Ausführung der Fig. 2 und 2a benötigt im Vergleich mit derjenigen der Fig. 1, wie es gezeichnet ist, eine kleinere Verlängerung der Zentrifuge in Axialrichtung. Obwohl auch eine Feder verwendet werden kann, die sich nur auf einer Seite der Achse der Klemmhülse 78 erstreckt, könnte dieses auf die verbleibenden Teile der äußeren Verbindung uner­ wünschte Einwirkungen von Biegekräften zur Folge haben.

Die Feder- und Masseeinrichtung der Fig. 2 und 2a kann geän­ dert werden, so daß sie die gewünschte natürliche Frequenz der Torsionsschwingung aufweist, was in ähnlicher Weise ge­ schehen kann, wie es bei der Torsionsstange und Masse wie oben beschrieben durchgeführt wird. So können die Träger 86, 86′ derart angeordnet sein, daß sie gegeneinander verschoben werden können, so daß die wirksame Federlänge der Feder 84 verkürzt oder verlängert werden kann, womit die Federsteife vergrößert oder verkleinert werden kann, bis der Zustand der Resonanz erhalten ist.

Die Tragvorrichtung der äußeren Verbindung kann drehbare anstatt der in den Fig. 1, 2 und 2a gezeigten ortsfesten Teile ent­ halten. Beispielsweise ist in der Fig. 3 das äußere Ende einer Torsionsstange 47 gezeigt, die gleich derjenigen der Stange 48 der Fig. 1 ausgebildet ist, wobei in diesem Fall eine abge­ ändert ausgebildete Dämpfvorrichtung vorhanden ist, die mittels einer Klemmhülse 90 axial ausgerichtet mit einer Pumpenwelle 92 einer drehbaren hydraulischen Kolbenpumpe 94 einer Ritzel­ freilaufvorrichtung, die auf der Verlängerung 42 angeordnet ist, geklemmt ist, wobei in diesem Fall die Pumpenwelle 92 und die Pumpe 94 die Tragvorrichtung bilden. Das auf die äußere Verbindung einwirkende Drehmoment treibt in herkömm­ licher 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 einen Druckregler 106, an einem Druckanzeiger 108 vorbei, durch ein Strömungssteuerventil 110, und zurück in den Sumpf 98 zu fördern. Der Druckregler 106 hält einen vor­ eingestellten Druck, unabhängig von der Änderung des auf die Pumpe einwirkenden Drehmomentes bei, wobei das Ventil 110 einen vorbestimmten Volumenstrom des Fluids unter diesem Druck durchläßt. In dieser Weise wird die Pumpendrehzahl durch die Menge von Fluid gesteuert, das durch das Ventil 110 strömen kann. Ein Umgehungsleitung 112, die von der Leitung 102 zum Sumpf führt, verhindert zusammen mit dem Überdruckventil 114 einen übermässigen Druckanstieg bei kurzzeitigen Erhöhungen des Drehmomentes.

Die Dämpfvorrichtung 55 ist abgeändert worden, so daß ihre äu­ ßere Verbindung nun drehbar ist, während sie ein Verdrehen der Stange bei Torsionsschwingungen verhindert, wie es in der Fig. 1 der Fall ist. Sie weist eine Reibscheibe 57, die mit der Stange 47 verbunden ist und Dämpfelement 59 und 61 auf, die gleich den entsprechenden Bauteilen 58, 60 bzw. 62 der Fig. 1 ausgebildet sind. Jedoch ist das Dämpfelement 59, anstatt daß es wie das Dämpfelement 60 der Fig. 1 mit der Grundplatte bzw. Verlänger 42 verbunden ist, mit einem Ende mit einer Hülse 63 verbunden, die die Stange 47 lose umgibt und mittels eines Keiles mit dem äußeren Ende der Stange neben der Klemm­ hülse 90 verbunden ist. Das Dämpfelement 61, das relativ zum Dämpfelement 59 axial zur Stange 47 verschiebbar ist, weist Bolzen 65 auf, die mit Muttern mit diesem verbunden sind, wo­ bei die Bolzen lose durch Öffnungen im Dämpfelement 59 verlaufen. Eine Schraubenfeder 67 umgibt jeden Bolzen 65 und liegt mit seinen Enden auf dem Dämpfelement 59 und auf dem Kopf des Bolzens auf.

Die Federn 67 ersetzen die pneumatische Vorrichtung der Fig. 1, um einen veränderbaren Druck auf die Scheibe 57 zwischen den Dämpfelementen auszuüben. Dieser Druck wird voreingestellt, indem die wirksame Länge der Bolzen 65, die durch das Dämpfelement 61 verlaufen, geändert wird, um die erwünschte Federvorspannung und damit den erwünschten Druck zu erzeugen. Die Dämpfwirkung ist gleich derjenigen des Ausführungsbeispiels der Fig. 1.

Wenn das Ventil 110 geschlossen ist, wird die Stange 47 und die Ritzelwelle 38 praktisch drehfest gehalten, wie das der Fall in der Fig. 1 ist. Wenn das Ventil offen ist, erfolgt eine Drehung der Stange 47, der Welle 38 und des Ritzels der ersten Stufe mit einer vorgegebenen Drehzahl. Die Drehzahl ändert sich entsprechend der unterschiedlichen Geschwindigkeit, die durch das Differentialgetriebe 36 erzeugt wird.

Die äußere Verbindung kann auch mit einem drehbaren Freilauf verbunden sein, der als Tragvorrichtung dient. Ein Freilauf kann verwendet werden, um die äußere Verbindung in beiden Rich­ tungen zu drehen. Dabei wird ein Hydraulikmotor und eine Hydraulikpumpe verwendet, die in einem angetriebenen und/oder an­ treibenden Verhältnis, abhängig vom angelegten Drehmoment stehen. Es können auch andere Formen von Freiläufen verwendet werden. Mit einer drehbaren Tragvorrichtung für die äußere Verbindung wird eine Torsionswelle in Form einer Federanordnung verwendet, da die in den Fig. 2 und 2a gezeigte Form in diesem Fall nicht geeignet ist.

In den Fig. 4 und 4a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Feder- und Masseeinrichtung und der getrennten Dämpfvorrichtung in einer äußeren Anordnung der Zentrifuge, die von den vor­ gehenden 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 Torsionsstange 120 ist mittels einer Klemmhülse 122 axial ausgerichtet auf die Welle 38 geklemmt, während das andere Ende mittels einer Steckhülse 124 mit einem festen Träger 46 fest verbunden ist. Die Stange 120 weist einen Endabschnitt 126 vergrößerten Querschnitts auf, dem die Klemme 122 angepaßt ist, wobei neben der Klemmhülse ein Abschnitt 128 verminderten Querschnitts als Überlastsicherung angeordnet ist. Die getrenn­ te Dämpfvorrichtung 130 ist nicht drehbar auf dem Abschnitt 126 vergrößerten Durchmessers außerhalb des Abschnitts 128 mittels eines Paares Klemmhülsen 132, 133 angeordnet.

Die Klemmhülsen 132, 133 weisen anliegende Flanschabschnitte auf, zwischen welchen das schmale Ende einer kreissektor­ förmigen Platte 134 mittels Bolzen 136 befestigt ist, wobei die Bolzen durch ausgerichtete Öffnungen in der Platte von den Flanschen der Klemmhülsen ragen und die Platte 134 eine Öffnung aufweist, durch welche die Verlängerung 126 verläuft. Bei ihrem breiteren Ende ist die Platte 134 mit mehreren abstehenden Flügeln 138 verbunden, welche axial zur Stange 120 verlaufen und innerhalb eines Behälters 140 angeordnet sind, der auf der Verlängerung 142 der Grundplatte angeordnet ist. Die Tiefe bzw. der Pegel eines Fluids F im Behälter 140 kann derart verändert werden, daß alle Flügel 138 darin völlig eingetaucht sind oder daß einige oder alle Flügel nur teilweise einge­ taucht sind.

Eine Torsionsschwingung der Stange 120 bewirkt, daß die Platte 134 um die Achse der Stange 120 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, an­ geordnet ist, wo die Winkelbewegung der Stange während der Torsionsschwingung die größte ist und die Dämpfung folglich am wirksamsten ist.

In der Fig. 5 ist eine Dämpfvorrichtung gezeigt, die gleich derjenigen in den Fig. 4 und 4a, jedoch mit einem anderen Ausführungsbeispiel der Feder- und Masseeinrichtung verbunden ist. In der Fig. 5 besteht das Federelement in einer torsional nachgiebigen Kupplung 142, die aus einem Gummimaterial oder einem anderen Elastomer hergestellt ist, und feste, damit verbundene Endscheiben 144, 144′ aufweist. Das eine Ende der Welle 146 ist mit Endscheibe 144′ und das andere Ende der Welle 146 mit der Steckhülse 124 an der festen Trag­ vorrichtung 46 verbunden. Eine Welle 148, welche im wesent­ lichen 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 Vorrichtung 130.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 verdreht sich die Kupplung 142 abhängig von der Torsionsschwingung der drehenden Teile der Zentrifuge, was eine entsprechende Drehschwingung der Wellen 148 und 38 und damit ein schwingendes Hin- und Herbewegen der Flügel im Fluid des Behälters 140 zur Folge hat, womit die Dämpfung bewirkt wird.

Auch ist es möglich, ein zufriedenstellendes Federelement für die Feder- und Masseeinrichtung und die getrennte Dämpfungs­ vorrichtung auszubilden, die nicht eine natürliche Frequenz der Torsionsschwingung in oder nahe in Resonanz mit der Frequenz des Schlagens der drehenden Teile der Zentrifuge aufweist, mit welcher die Anordnung verbunden ist. In diesem Fall sollte das Federelement eine kleinere Federsteife aufweisen als jene, die zu einer Resonanz führen würde, so daß die auf den Winkel bezogene Auslenkung unter dem ausgeübten Drehmoment groß ist, beispielsweise bei gegebenem Drehmoment größer als 10°. Dies bedeutet, daß die Torsionsstange ver­ hältnismäßig lang sein muß, um geringe Federsteife und not­ wendige Festigkeit aufzuweisen. Beispielsweise wurden zwei Torsionsstangen aus Titan mit einem Durchmesser von 19 mm hergestellt, die sowohl durch Reibung, wobei die Reibung un­ mittelbar auf die Stange ausgeübt wurde, als auch durch Fluid gedämpft wurden, gleich demjenigen der Fig. 4 und 4a und 5, um in der äußeren Verbindung einer Zentrifuge geprüft zu werden, die eine Trommel mit einem Durchmesser von 76 cm und eine Länge von 127 cm herkömmlicher Ausbildung enthielt, wel­ che im Betrieb Schlagproblemen unterworfen war. Eine Stange hatte eine Länge von 71 cm und bei dem größten Auslegedreh­ moment der Zentrifuge eine Auslenkung von 20°, und die andere Stange hatte eine Länge von 56 cm, und bei dem größten Aus­ legedrehmoment eine Auslenkung von 15,5°. Diese wurden nun nacheinander in die äußere Verbindung der Zentrifuge, ent­ sprechend der Anordnung der Torsionsstange der Fig. 1 einge­ baut und ersetzen den üblichen verhältnismäßig steifen Torsions­ arm, mit welchem ein volles Schlagen aufgetreten war, bei einer Zufuhrmenge, die nur 40% der Drehmomentfähigkeit nach der Auslegung entsprochen hat.

Beide Stangen wurden geprüft, a) bei Dämpfung mittels Fluid und Reibung, b) bei Dämpfung nur mittels Reibung und c) ohne getrennte Dämpfung. Mit beiden Arten der Dämpfung wurde das Schlagen bei beiden Stangen bei Zufuhrmengen bis zu 100% der Nenndrehmomentsaufnahmefähigkeit 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 100% der Nenndrehmoments­ aufnahmefähigkeit, jedoch entstand eine größere Drehmoments­ änderung, obwohl diese weniger als +10% betrug. Ohne ein Dämpfen wurde bei beiden Stangen bei einer Zuführmenge von 40% der Nenndrehmomentsaufnahmefähigkeit ein volles Schlagen herbeigeführt.

Weil beide Stangen im Falle der Dämpfung vollständig wirk­ sam waren, um das Schlagen der Zentrifuge, für welche sie aus­ gelegt 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.

Es wurde festgestellt, daß wirksame Feder- und Masse­ einrichtungen mit beträchtlich höherer Federsteife verwendet werden können, vorausgesetzt, daß ihre natürliche Frequenz der Torsionsschwingung in oder nahe in Resonanz mit der Fre­ quenz der Torsionsschwingung während des Schlagens der drehenden Teile der Zentrifuge, mit welcher sie zusammen­ wirken, ist. Dieses bedeutet, daß kurze Torsionsstangen oder andere Federn verwendet werden können, womit wichtige Ein­ sparungen bezüglich räumlicher Beanspruchung und auch Kosten erreicht werden können. Daher ist eine Feder- und Masse­ einrichtung mit einer in dieser Weise eingestellten natür­ lichen Frequenz der Torsionsschwingung aus Gründen der Platz­ ersparnis vorzuziehen.

Die Fig. 6, 8 und 9 sind Kurven, die verschiedene Werte wiedergeben, die gemessen wurden für den Resonanzfall der Torsionsschwingung der Feder- und Masseverbindungen mit der Torsionsschwingung, die beim Schlagen auftritt, wobei es sich um eine Zentrifuge üblicher Ausbildung mit einer Trommel, mit einem Durchmesser von 45,7 cm (18 Inch) und einer Länge von 71,1 cm (28 Inch) handelte. Um die Meßwerte zu erreichen, wurden als Federn Torsionsstangen verwendet, die 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 Tragvorrichtung ersetzt wurden, so daß die wirksame Federlänge der Stange zwischen dieser Klemm­ hülse und der Klemmhülse 50 verlängert werden konnte. Die Tor­ sionsstange, mit der diese Kurven erhalten wurden, war aus Stahl hergestellt und wies einen Durchmesser von 9,5 cm auf, die Masse, die zusammen mit der Feder in Schwingung versetzt wurde, wurde auf einem unveränderlichen Wert gehalten. Das Förderelement war mit einem Torsiograph ausgerüstet, die Meß­ streifen wurden mit der äußeren Verbindung verbunden. Die Aus­ gangssignale wurden Oszilloskopen zugeführt. Die Zentrifuge wurde mit einem Schlamm aus PVC-Kugeln betrieben, wodurch diese zu schlagen begann, was typischerweise bei einer Zufuhr­ menge von 50% Nenndrehmomentaufnahmefähigkeit einsetzte. Die Längen der Stangen der Fig. 6, 8 und 9 können anhand der Tabelle der Fig. 7 in entsprechende Federstreifen in Nm/rad (Drehmoment pro Winkeleinheit der Auslenkung) umgerechnet werden.

Die Kurven der Fig. 6 zeigen die Quotienten aus der Winkel­ änderung des ritzelseitigen Endes der Welle im Schlagzustand und der Winkeländerung des Förderelementes bei Federstreifen der Torsionsstange entsprechend verschiedenen wirksamen Federlängen dieser Stange, wobei die Quotienten als Ordinate und die Länge als Abszisse aufgetragen sind. Die Quotienten wurden für zwei auswechselbare Getriebe gleicher Bauart, jedoch un­ terschiedlicher Untersetzungsverhältnisse aufgezeichnet, bei der strichlinierten Kurve wurde ein Verhältnis 80 : 1 verwendet, bei der ausgezogenen Kurve ein Verhältnis von 140 : 1. Die Werte der Winkeländerung des Förderelementes wurden aus den Aufzeichnungen des Oszilloskops, das die Schwin­ gungen wiedergab, als Scheitelwerte der Amplitude erhalten. Da die Dehnmeßtreifen nicht unmittelbar die Amplitude einer Winkelbewegung messen, wurde diese Amplitude der Stange gemessen, indem die Länge von Marken eines festen Stiftes, der auf ein Band schrieb, aufgenommen wurde, wobei das Band mit einer mit der Stange gekoppelten Scheibe oder Trommel verbunden war.

Es ist ersichtlich, daß der maximale Quotient, der eine Resonanzschwingung von Stange und drehenden Teilen zeigt, bei einem Untersetzungsverhältnis von 80 : 1 bei einer Feder­ steife der Stange mit einer Länge von 10 cm auftrat, was einem Wert von 0,64 Nm/rad der Tabelle der Fig. 7 entspricht. Bei einem Untersetzungsverhältnis von 140 : 1 trat es bei einer Federsteife der Stange mit einer Länge von 33 cm bei einem Wert von 0,195 Nm/rad entsprechend der Tabelle von Fig. 7 auf. Bezogen auf einen verhältnismäßig kurzen Bereich der wirk­ samen Federlänge der Stange zeigt die Kurve ein verhältnis­ mäßig stark ausgeprägtes Maximum.

Die Kurve der Fig. 8 zeigt die Abhängigkeit des Phasenwinkels der Schwingung des Förderelements von der Schwingung der Stange bei verschiedenen Stangenlängen bei Versuchen, um die Kurve für das 140 : 1 -Getriebe der Fig. 6 aufzunehmen. Die Phasen­ winkel ergaben sich aus dem Vergleich der Aufzeichnungen des Oszilloskops des Torsiographs mit den Ausgangssignalen des Dehnmeßstreifens. Es ist zu bemerken, daß im Bereich der untersuchten Längen der Phasenwinkel um beinahe 180° verschoben wird, wobei die größte Änderung bei der Resonanzlänge der Stange auftritt, wie es die als ausgezogene Linie gezeichnete Kurve der Fig. 6 zeigt. Die in dieser Kurve gezeigte Abhängigkeit kann als alternative Meßweise der erwünschten, in Resonanz befindlichen natürlichen Frequenz der Torsionsschwingung der Stange zur Bestimmung des Quotienten der Winkeländerung (vgl. Fig. 6) oder als Ergänzung dazu verwendet werden.

Die Kurve der Fig. 9 wurde von Messungen von Schlagfrequenzen bei verschiedenen Längen der Stange der Prüfungen erhalten, die die Kurve der Fig. 6 und der Fig. 8 der 140 : 1 -Getriebe­ einheit erzeugten. Es ist ersichtlich, daß die Schlagfrequenz ungefähr allmählich um 5 Hz abnahm, als die wirksame Feder­ länge 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 schlag­ artig um mehr als 10 Hz zu, wie es mit der gestrichelten Linie gezeichnet ist, und nahm dann bei zunehmenden Längen allmählich ab. Diese schlagartige 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 das Ausgangssignal des Dehnmessers als auch durch dasjenige des Torsiographs gezeigt wird, weist dieses Vorgehen den Vorteil auf, daß nur eines dieser Geräte notwendig ist.

Wenn sich die wirksame Länge der Torsionsstange der Resonanz­ länge annähert, wird es notwendig, die Zufuhrmenge zu erhöhen, um ein Schlagen zu erzeugen. Dieses zeigt, daß bei Längen, die der Resonanz entsprechen, oder nahezu dieses Maß aufweisen, die Stange als Vorrichtung zum Unterdrücken des Schlagens wirk­ sam wird. Tatsächlich wurde bei der Resonanzlänge das Schlagen wirksam, bei Zufuhrmengen bis zu 80% der Nenndrehmomentaufnahme­ fähigkeit wirksamer unterdrückt, im Vergleich mit vollständigem Schlagen, das auftritt, wenn die Längen der Stange außer­ halb der Umgebung der Resonanzlänge bei einer Zufuhrmenge von 50% der ausgelegten Drehfestigkeit ist.

Für die Auslegung ist es wünschenswert, die Masse der Feder- und Masseeinheit klein zu halten. Allgemein sollte die Federsteife der Feder nicht mehr als 30% über dem Wert liegen, bei dem die in Resonanz erfolgende Schwingung der Feder- und Masseeinheit und der drehenden Teile der Zentrifuge auftritt.

Fig. 10 zeigt die das Schlagen unterdrückende Wirkung der Einrichtung, wenn die auf die Feder- und Massenanordnung wirkende Dämpfkraft der Dämpfvorrichtung derart vergrößert ist, daß sie über einen optimalen Wert anwächst. Die Feder- und Masseeinrichtung und die getrennte Dämpfvorrichtung, die verwendet wurden, um die Meßwerte der Kurve zu erhalten, sind gleich denjenigen der Fig. 1, und mit derselben Zentrifuge verbunden, die für die Aufnahme der Fig. 6, 8 und 9 verwendet wurde. Die Torsionsstange der Feder- und Masseeinrichtung hatte vorzugsweise eine Federsteife, derart, daß sie in Resonanz mit der Torsionsschwingung während des Schlagens der drehenden Teile der Zentrifuge eine Torsionsschwingung ausführte; ohne Dämpfung konnte diese soweit das Schlagen wirksam unter­ drücken, daß die Zufuhrmenge ohne Schlagen von 50% der Nenn­ drehmomentaufnahmefähigkeit auf 80% angehoben werden konnte.

Es ist ersichtlich, daß bei Erhöhung der dämpfenden, die in Reibungseingriff stehenden Dämpfungsflächen zunehmend zusammen­ drückenden Kraft von einem nicht wirksamen Wert von 0,7 kg/cm² auf einen Wert zwischen 1,4 kg/cm² und 1,75 kg/cm² der prozentuale Anteil des Drehmoments, bezogen auf das Nenndrehmoment vor dem Schlagen, von einem ursprünglichen Wert von 80% bis zu einem maxima­ len Wert oberhalb 110% relativ steil ansteigt. Ein weiteres Ver­ größern der Dämpfkraft ist nachteilig und vermindert das Dreh­ moment vor dem Schlagen, bis dieses bei 2,8 kg/cm² und ober­ halb weniger als 80% betrug, d. h., daß die Torsionsstange bei übermäßiger Dämpfung weniger wirksam ist im Vergleich zu dem Fall, daß überhaupt nicht gedämpft ist.

Gleiche Meßwerte für Torsionsstangen, die nicht die bevor­ zugte Steife aufwiesen, ergeben gleiche bzw. ähnliche Kurven, wobei jedoch das anfängliche und das maximale, vor dem Schlagen auftretende Drehmoment niedriger ist und die Kurve bei Dämpfkräften, die über dem Optimun lagen, flacher abnimmt und bei Torsionsstangen, die Federsteifen aufwiesen, die geringer waren als die bevorzugte, allgemein höhere Dämpf­ kräfte notwendig sind, um eine optimale Dämpfung zu erreichen.

Claims (16)

1. Zentrifuge zum Trennen einer Flüssigkeit von Feststoffen mit einer Baugruppe mit einem drehbaren Trommelelement, einem darin koaxial angeordneten drehbaren Förderelement und einem diese beiden Elemente derart verbindenden Geschwin­ digkeitsänderungsgetriebe, daß ein Antreiben des einen Elementes ein Antreiben des anderen Elementes im selben Dreh­ sinn, jedoch mit einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit bewirkt, sowie einer äußeren, Drehmomente übertragenden Verbin­ dung, die zwischen dem Getriebe und einer Trag­ einrichtung an­ geordnet ist, wobei das auf die äußere Verbindung einwirkende Drehmoment im Vergleich zu dem Drehmoment, das auf die Verbin­ dungen zwischen dem Getriebe und der Trommel und dem Förderele­ ment einwirkt, verhältnismäßig klein ist, und mit einer Dämpfungsanordnung zum Unterdrücken des Schlagens, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Verbindung eine schwingungsfähige, ein Federele­ ment und ein Masseelement enthaltende Feder- und Masseeinrich­ tung (38, 48, 50, 58; 38, 58, 76, 78, 84; 38, 47, 50, 57; 38, 120, 122, 126, 132, 133, 134, 136, 138; 38, 122, 134, 138, 142, 144, 144′, 146, 148) enthält, die um die Achse der äußeren Ver­ bindung derart torsionselastisch ist, daß sie während des Schla­ gens der Baugruppe mit derselben Frequenz um die Achse schwingt, und eine Federsteife aufweist, die kleiner ist als diejenige jedes ein Drehmoment übertragenden Elementes der Baugruppe; und daß die Dämpfungsanordnung als getrennte, parallel zur Feder- und Masseeinrichtung funktionswirksame Dämpfungsanordnung (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72; 59, 61, 63, 65, 67; 140, F) vorgesehen ist, die deren torsionaler Schwingbewegung Widerstand entgegensetzt und ihr dabei in irreversibler Weise Energie entnimmt.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Tragvorrichtung (46, 52; 68, 68′, 88, 88′; 46, 124) starr angeordnet ist.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Tragvorrichtung (90, 92, 94) drehbar angeord­ net ist.

4. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Federsteifheit der Feder (48; 84; 47; 120; 142) der Feder- und Masseeinrichtung (38, 48, 50, 58; 38, 58, 76, 78, 84; 38, 47, 50, 57; 38, 120, 122, 126, 132, 133, 134, 136, 138; 38, 122, 134, 138, 142, 144, 144′, 146, 148) um höchstens 30% den Wert der Federsteifheit übersteigt, bei welcher während des Schlagens die Feder- und Masseeinrichtung in Resonanz mit der Torsionsschwingung der Einrichtung (14, 16, 36) torsional schwingt.

5. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feder (48; 84; 47; 120; 142) der Feder- und Masseeinrichtung (38, 48, 50, 58; 38, 58, 76, 78, 84; 38, 47, 50, 57; 38, 120, 122, 126, 132, 133, 134, 136, 138; 38, 122, 134, 138, 142, 144; 144′, 146, 148) eine solche Federsteifheit auf­ weist, daß während des Schlagens die Feder- und Masseeinrichtung in Resonanz mit der Torsionsschwingung der Einrichtung (14, 16, 36) torsional schwingt.

6. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die getrennte Dämpfungsanordnung (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72; 59, 61, 63, 65, 67; 140, F) derart angeordnet ist, daß sie den Widerstand gegen die torsionale Schwingbewegung der Feder- und Masseeinrichtung (38, 48, 50, 58; 38, 58, 76, 78, 84; 38, 47, 50, 57; 38, 120, 122, 126, 132, 133, 134, 136, 138; 38, 122, 134, 138, 142, 144, 144′, 146, 148) unmittelbar neben dem Bereich des Höchstwertes dieser Schwingbewegung ausübt.

7. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die getrennte Dämpfungsanordnung eine Bremsanord­ nung (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72; 59, 61, 63, 65, 67; 140, F) enthält, die der Bewegung eines in der Feder- und Masseein­ richtung mit dieser torsionsschwingend enthaltenen Elementes (58; 57; 134) Widerstand entgegensetzt.

8. Zentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bremsanordnung (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72; 59, 61, 63, 65, 67) eine Einrichtung zum Ausüben eines statischen Widerstandes gegen die Bewegung des Elementes (58; 57) enthält.

9. Zentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsanordnung eine Einrichtung (140, F) enthält, die einen mittels eines Fluids erzeugten Widerstand gegen die Bewe­ gung des Elementes (134) ausübt.

10. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennte Dämpfungsanordnung (60, 62, 64, 66, 68, 70, 72; 59, 61, 63, 65, 67; 140, F) eine Einrichtung (66, 68, 72; 65, 67; 140, F) zum Verändern des durch sie ausgeübten Widerstandes auf­ weist.

11. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder- und Masseeinrichtung (38, 48, 50, 58; 38, 58, 76, 78, 84; 38, 47, 50, 57; 38, 120, 122, 126, 132, 133, 134, 136, 138; 38, 122, 134, 138, 142, 144, 144′, 146, 148) eine koaxial zur Ver­ bindung angeordnete Torsionsstange (48, 76, 47, 120, 148) enthält, die annähernd keine Eigendämpfung aufweist.

12. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder- und Masseeinrichtung (38, 122, 134, 138, 142, 144′, 146, 148) ein koaxial zur Verbindung angeordnetes elastomeres Kupp­ lungselement (142) enthält.

13. Zentrifuge nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Torsionsstange (48; 76; 47; 120; 148) einen Abschnitt (54, 128) verminderten Durchmessers und verminderter Scherfestigkeit aufweist, wobei die Scherfestigkeit derart klein ist, daß im Fall einer einen vorbestimmten Wert überstei­ genden torsionalen Überbeanspruchung der Einrichtung ein Bruch der Torsionsstange (48; 76; 47; 120; 148) auftritt.

14. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder- und Masseeinrichtung (38, 58, 76, 78, 84) ein Fe­ derelement (84) enthält, dessen wirksamer Federabschnitt in radiale Richtung außerhalb der Achse des getriebeseitigen Endes der äu­ ßeren Verbindung (38, 58, 76, 78, 84) angeordnet ist.

15. Zentrifuge nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (84) eine Blattfeder enthält, die mit ihrem mittleren Abschnitt mit dem getriebeseitigen Ende der äußeren Ver­ bindung und an ihren gegenüberliegenden äußeren Enden mit der Tragevorrichtung (86, 86′, 88, 88′) verbunden ist.

16. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Verbindung (38, 48, 50, 58; 38, 58, 76, 78, 84; 38, 47, 50, 57; 38, 120, 122, 126, 132, 133, 134, 136, 138; 38, 122, 134, 138, 142, 144, 144′, 146, 148) eine Ritzelwelle (38) des Getriebes enthält.