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Moskovskoe nauchno-proizvodstvennoe obiedinenie
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po stroitelnomu i dorozhnomu mashinostroeniju Moskau, UdSSR Moskau,
UdSSR Zentrifuge zur Reinigung von Betriebsflüssigkeiten von Hydrauliksystemen Die
Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge zur Reinigung von Betriebsflüssigkeiten
in Schmieranlagen und hydraulischen Antrieben von Maschinen und Ausrüstungen der
im Anspruch 1 angegebenen Gattung.
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Diese Zentrifugen können in Schmieranlagen von Brennkraftmaschinen,
in Kraftstoff- und Hydraulikanlagen von mobilen Maschinen sowie allgemein zur Reinigung
der Öle und Brennstoffe von festen Beimengungen Anwendung finden.
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Die Betriebsdauer und Zuverlässigkeit von mobilen Maschinen, Werkzeugmaschinen,
Pressen und anderen Ausrüstungen mit hydraulischen Antrieben ist in erheblichem
Maße von der Reinheit der Hydraulikflüssigkeit, der Schmieröle
und
Brennstoffe abhängig. Besonders aktuell wird dieses Problem aufgrund der kontinuierlichen
Zunahme der Betriebsdrücke in den Hydrauliksystemen.
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Gegenwärtig erfolgt die Reinigung der Betriebsflüssigkeiten von Hydrauliksystemen
entweder durch verschiedenartige Filter mit austauschbaren Filterelementen aus Papier,
Siebeinsätzen od. dgl. oder aber in Einrichtungen mit wirksamen Kraftfeldern, wie
Gravitations-, Magnet-, Fliehkraft- bzw. elektrostatische Felder.
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Die Verunreinigungen, die in den Betriebsflüssigkeiten während des
Betriebs von Hydraulikausrüstungen anfallen, enthalten überwiegend Metall- und Quarzteilchen.
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Moderne Hydrauliksysteme sind häufig für einen Druck von a 20 MPa
ausgelegt und die Spalte zwischen den bewegten Bauteilen betragen 10 - 25 pm. Daher
müssen die Einrichtungen zur Reinigung von Betriebsflüssigkeiten Metall- und Quarzteilchen
mit einer Größe von über 10 um aktiv entfernen können.
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Der Einsatz von Filtern, die Teilchen mit einer Größe von 10 - 15
um aufhalten können, ist wegen ihrer Kosten und der begrenzten Lebensdauer und einer
geringen Schlammaufnahmefähigkeit des Filterelementes problematisch. Daher finden
gegenwärtig Zentrifugen zur Reinigung von Betriebs flüssigkeiten in den Hydraulik-,
Kraftstoff- und Schmieranlagen eine immer breitere Anwendung, da sie bei einer relativ
einfachen Konstruktion und niedrigen Betriebskosten praktisch jeden beliebigen Reinheitsgrad
gewährleisten
können.
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Die Zweckbestimmung und spezifische Anwendung von Zentrifugen anstatt
Filter bzw. zusammen mit diesen in Hydrauliksystemen bestimmen ihre konstruktiven
Besonderheiten, vor allem ihren Antrieb, der unmittelbar durch den Strom der zu
reinigenden Flüssigkeit erfolgt. Die Flüssigkeit ist eine Suspension mit sehr geringer
Feststoff-Konzentration.
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Eine bekannte Zentrifuge zur Reinigung von Verbrennungsmotorölen
gemäß DE-PS 1 123 625 weist eine Grundplatte mit einem Gehäuse sowie eine vertikale
feststehende hohle Achse auf, durch welche die zu reinigende Flüssigkeit in eine
rotierende Trommel fließt, die auf der Achse gelagert ist. Die Trommel wird mit
Hilfe eines eingebauten Hydraulikmotors vom Typ eines Segnerschen Wasserrads in
Umdrehung versetzt, der in einer Einzelkammer unter der Trommel untergebracht ist.
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Diese Konstruktion ze chnet sich durch große Abmessungen (Höhenabmessungen)
sowie einen hohen Metallaufwand wegen der vorhandenen Kammer aus, die ein freies
Ausströmen der Flüssigkeit aus den Düsen des Hydraulikmotors sowie das Sammeln von
Leckverlusten der zu reinigenden Flüssigkeit gewährleistet.
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Aus der CS-PS 101 613 ist ferner eine Zentrifuge zur Reinigung von
Motorölen bekannt, die eine Grundplatte mit einem Gehäuse und eine vertikale feststehende
hohle Achse enthält, durch welche die Zufuhr der zu reinigenden Flüssigkeit in eine
rotierende Trommel erfolgt, die auf der Achse gelagert ist.
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Die Trommel wird mit der Buchse ebenfalls von einem Hydraulikmotor
vom Typ eines Segnerschen Wasserrads angetrieben, der in einer Einzelkammer über
der Zentrifugentrommel untergebracht ist. Um ein Eindringen der aus Düsen ausströmenden
Flüssigkeit auf die rotierende Trommel zu vermeiden, ist ein Schirm vorgesehen.
Auch diese bekannte Zentrifuge zeichnet sich durch große Abmessungen und einen hohen
Metallaufwand wegen der Kammer für die Düsen des Hydraulikmotors sowie wegen des
Hohlraums unter der Trommel aus, der zum Sammeln und Abführen der aus den Düsen
des Hydraulikmotors ausströmenden Betriebsflüssigkeit sowie der Leckage aus der
Trommel dient.
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Ferner ist eine Zentrifuge zur Reinigung der Betriebsflüssigkeit
entwickelt worden, bei der eine Trommel in einem Gehäuse eingeschlossen ist und
von einer Buchse getragen wird, welche auf einer vertikalen hohlen Achse gelagert
ist. Diese Achse ist in der Grundplatte der Zentrifuge befestigt und weist Schlitze
zur Zwangs zuführung der zu reinigenden Flüssigkeit zur Trommel durch in der Buchse
vorgesehene Öffnungen auf, die diesen Schlitzen gegenüberliegen, wobei zwischen
der Achse und der Buchse berührungslose Dichtungen vorgesehen sind (s. den Beitrag
von G.A. Smirnow u.a. "Neue Zentrifuge zur Reinigung von Ölen", Verlag ZNIItraktorselchosmasch,
veröffentlicht 1972, S. 35-42). In der Grundplatte der Zentrifuge ist eine Kammer
zum Sammeln und Abführen von Leckage vorgesehen.
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Diese Zentrifuge arbeitet auf folgende Weise.
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Beim Strömen der Flüssigkeit durch die Schlitze in der Achse und
die Öffnungen und Bohrungen in der Buchse wird dank ihrer kinetischen Energie die
Trommel angetrieben.
Im Trommel-Hohlraum erfolgt durch die Einwirkung
von Fliehkräften die Abtrennung fester Teilchen aus der Betriebs flüssigkeit und
ihr Absetzen an der Trommelinnenfläche. Die Kammer zum Sammeln und Abführen von
Leckverlusten vergrößert die Abmessungen und den Metallanteil der Zentrifuge.
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Während des Betriebes können Verunreinigungen in die Lager der Buchse
eindringen, was zur Erhöhung des Widerstandes gegen die Trommeldrehung,zur Abnahme
der Trommeldrehzahl und damit zur Verschlechterung des Reinigungseffektes führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge zur Reinigung
von Betriebs flüssigkeiten von Hydrauliksystemen zu schaffen, bei der Verschmutzungen
der Dichtungsflächen durch in der Leckage enthaltene Partikel vermieden und ein
zügiger ungestörter Abfluß der Leckage sichergestellt sind, um den Reinigungseffekt
zu steigern und gleichzeitig den Metallanteil der Konstruktion zu senken.
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Diese Aufgabe wird bei einer Zentrifuge zur Reinigung von Betriebsflüssigkeiten
von Hydrauliksystemen, in der die eine in einem Gehäuse eingeschlossene Trommel
tragende Buchse in Lagern auf einer vertikalen hohlen Achse montiert ist, die in
der Grundplatte der Zentrifuge befestigt ist und Schlitze zur Zwangs zuführung der
zu reinigenden Flüssigkeit zur Trommel durch in der-Buchse vorgesehenen Öffnungen
aufweist, wobei zwischen der Achse und der Buchse berührungslose Dichtungen vorgesehen
sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung zum Leiten und getrennten
Ab führen der Leckage von den jeweiligen Dichtungen vorgesehen ist, wobei je eine
Sammelkammer
in der Buchse in Strömungsrichtung zwischen dem Lager und der berührungslosen Dichtung
ausgeführt ist und zumindest durch einen Kanal mit einem Hohlraum in Verbindung
steht, der durch die Grundplatte, das Gehäuse und die Trommel begrenzt ist.
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Dank dieser konstruktiven Ausführung wird eine hohe Reinigungsgüte
der Betriebsflüssigkeit erreicht, da die Leckage frei und ungehindert in den Behälter
des Hydrauliksystems abfließen kann und hierdurch das Ansammeln der Flüssigkeit
im Hohlraum zwischen der Trommel, der Grundplatte und dem Gehäuse verhindert wird.
Dies ergibt eine Erhöhung der Trommeldrehzahl und Vermeidung von Drehzahlschwankungen.
Die in der Buchse vorgesehenen Sammelkammern für die Leckage und ihre Anordnung
zwischen den Lagern und den Dichtungen sowie die Verbindung dieser Kammern zumindest
durch einen Kanal mit dem Hohlraum zwischen Grundplatte, dem Gehäuse und der Trommel
schützt die Lager vor festen Teilchen, die in der Leckage enthalten sind, was ebenfalls
eine stabile Drehung der Trommel gewährleistet.
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Die Vorrichtung zum Leiten und getrennten Ab führen von Leckage ist
durch Schirme gebildet, die am unteren Außenteil der Buchse sowie auf der Grundplatte
befestigt sind, in der zwei Reihen konzentrisch liegender Bohrungen ausgeführt sind.
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Durch diese konstruktive Ausführung vermindert sich der Metallanteil
der Konstruktion aufgrund eines freien getrennten Abführens der Leckage aus den
Kammern, weil auf einen zusätzlichen Hohlraum unter der Trommel zum Sammeln und
Abführen von Leckverlusten verzichtet werden kann.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung im einzelnen beschrieben, in welcher eine Zentrifuge zur Reinigung von
Betriebsflüssigkeiten von Hydrauliksystemen im Axialschnitt dargestellt ist.
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Die Zentrifuge enthält eine Grundplatte 1, auf der eine hohle feststehende
vertikale Achse 2 befestigt ist.
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Eine Trommel 5 ist auf einer Buchse 6 angeordnet, die in Wälzlagern
3, 4 auf der Achse gelagert ist. Ferner sind auf der Grundplatte 1 ein Gehäuse 7
sowie Stutzen 8, 9 zur Zuführung und Abführung der zu reinigenden Flüssigkeit zur
Achse 2 befestigt. In der Achse 2 ist ein Kanal 10 vorgesehen, in dem die zu reinigende
Flüssigkeit zwangsweise zu Schlitzen 11 in der Achse 2 und weiter in die Trommel
5 durch Öffnungen 12 in der Buchse 6 geführt wird, die diesen Schlitzen 11 gegenüberliegen.
Zum Abführen der Flüssigkeit aus der Trommel 5 sind in der Buchse 6 Bohrungen 13
und in der Achse 2 Öffnungen 14 vorgesehen. Im Innern der Achse 2 ist ein Rohr 15
zum Abführen der gereinigten Flüssigkeit von den Bohrungen 14 durch den Stutzen
9 in einen nicht dargestellten Behälter montiert. Zwischen der Achse 2 und der Buchse
6 sind berührungslose Dichtungen 16, 17, 18 vorhanden.
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In der Zentrifuge ist eine Vorrichtung zum gesonderten Abführen der
Leckverluste vorgesehen. Je eine Kammer 19, 20 ist in der Buchse 6 zwischen einem
der Wälzlager 3, 4 und der jeweiligen Dichtung 16, 18 in Strömungsrichtung der Dränage-Leckverluste
ausgeführt und zumindest durch einen Kanal 21, 22 mit einem Hohlraum verbunden,
der von der Grundplatte 1, dem Gehäuse 7 und der Trommel 5 begrenzt wird. Zum Leiten
und getrennten Ab führen von Dränage-Leckverlusten dienen Schirme
23,
24, von denen der eine (23) am unteren Außenteil der Buchse 6 und der andere (24)
auf der Grundplatte 1 befestigt sind. Der Schirm 24 hat die Gestalt eines mit dem
Boden nach oben gekehrten Tellers mit einer Bodenöffnung 25, in welche der Schirm
23 mit Spiel hineinragt. Im Bereich der Befestigungsstelle des Schirms 24 an der
Grundplatte 1 sind an der Innen- und Außenseite des Schirms 24 konzentrisch liegende
Bohrungen 26, 27 in der Grundplatte 1 ausgeführt, die zum getrennten Ab führen der
Dränage-Leckverluste aus den Kammern 19 bzw. 20 bestimmt sind. Über der Trommel
5 ist im Hohlraum zwischen der Trommel 5 und dem Gehäuse 7 ein Schirm 28 mit Bohrungen
29 zum Leiten der Leckverluste aus der Kammer 20 längs der Innenwand des Gehäuses
7 angebracht.
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Die Zentrifuge arbeitet auf folgende Weise: Die zu reinigende Flüssigkeit
fließt unter einem überdruck von 0,5 MPa durch den Stutzen 8 in den Kanal 10 und
aus diesem durch die Schlitze 11 in der Achse 2 und die Öffnungen 12 in der Buchse
6 in das Innere der Trommel 5. Im Hohlraum der Trommel 5 wird die Flüssigkeit unter
der Einwirkung von Fliehkräften von Beimengungen (festen Teilchen) gereinigt, die
ein höheres spezifisches Gewicht als die Betriebsflüssigkeit besitzen.
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Nach Durchströmen des Hohlraums der Trommel 5 gelangt die Flüssigkeit
durch die Bohrungen 13, 14 und das Ableitungsrohr 15 in den Stutzen 9. Der Antrieb
der Trommel 5 der Zentrifuge erfolgt unmittelbar durch die zu reinigende Flüssigkeit
bei ihrem Durchtritt durch die Schlitze 11, die Öffnungen 12 und die Bohrungen 13.
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Ein Teil der Betriebs flüssigkeit (Dränage-Leckverluste
)
strömt aufgrund des bestehenden Überdrucks durch die berührungslosen Dichtungen
16 und 18 und gelangt in die Kammern 19 und 20, aus denen sie unter der Einwirkung
von Fliehkräften durch die Kanäle 21 und 22 abfließt und gesondert in einen Behälter
des Hydrauliksystems (nicht dargestellt) -abgeführt wird. Die Leckverluste aus den
Kanälen 21 werden durch den Schirm 23 abgelenkt und in den von der Grundplatte 1
und dem Schirm 24 gebildeten Raum geführt, aus dem sie mittels des Schirmes 24 zu
den Bohrungen 26 geleitet werden. Durch diese Bohrungen 26 fließen die Leckverluste
in einen Behälter des Hydrauliksystems ab.
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Die Leckverluste aus den Kanälen 22 werden mit Hilfe des Schirms
28 durch die Bohrungen 29 an der Innenwand des Gehäuses 7 entlang zu den Bohrungen
27 geleitet und dann in einen Behälter des Hydrauliksystems abgeführt. Dank den
wirkenden Fliehkräften besitzen die aus den Kanälen 21 und 22 austretenden Leckverluste
eine etwa radiale Strömungsrichtung. Deswegen fließen die Betriebsflüssigkeitsleckverluste,
die aus den Kanälen 21 ausströmen, bei fehlendem Schirm 23 an der unteren Stirnfläche
der Trommel 5 und treffen, indem sie sich von ihr ablösen, auf das Gehäuse 7 auf,
wo sie rotierend einen Wasserverschluß bilden, der das Einströmen der Leckverluste
aus den Kanälen 22, die an der Innenwand des Gehäuses 7 herabfließen, in den Behälter
des Hydrauliksystems verhindern. Dies bedingt ein Ansammeln der Betriebsflüssigkeit
im Spalt zwischen der Trommel 5 und dem Gehäuse 7 und das Auftreten von Reibungskräften,
die die Trommeldrehzahl verringern und Schwingungen mit beträchtlicher Amplitude
verursachen, was letzten Endes zur Verschlechterung der Reinigung der Betriebs flüssigkeit
führt.
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Bei bekannten Konstruktionen ist die Minderung des Wasserverschlußeinflusses
durch Vergrößerung des Spaltes zwischen der Trommel und dem Gehäuse sowie durch
Vergrößerung des Zwischenraums zwischen dem Trommelboden und der Grundplatte zum
Sammeln von Dränage-Leckverlusten erreicht. Jedoch führt diese Lösung zur Vergrößerung
der Abmessungen und der Masse der Zentrifuge.
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Der Schirm 24 beseitigt die Ursachen der Bildung eines Wasserverschlusses,
weil die Dränage-Leckverluste aus den Kanälen .21 durch die Bohrungen 26 in der
Grundplatte 1 unter Beibehaltung von minimalen Abmessungen und einer minimalen Zentrifugenmasse
ungehindert in den Behälter des Hydrauliksystems abfließen können. Der Schutz der
Wälzlager 3, 4 vor Verunreinigungen ermöglicht eine stabile gleichbleibende Drehbewegung
der Trommel 5 unter Vermeidung von Schwingungen und Drehzahl schwankungen.
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Da die Reinigungsgüte der Betriebs flüssigkeit in der Zentrifuge
proportional dem Quadrat der Umlauffrequenz der Betriebsflüssigkeit in der Trommel,
d. h. der Trommeldrehzahl, ist, bringt die stabile Rotationsfrequenz und die Erhöhung
ihres absoluten Wertes bei konstantem Energieverbrauch eine Verbesserung der Reinigungsgüte
der Betriebsflüssigkeit mit sich.