-
-
Vorrichtung zum Antrieb von Zentrifugen
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Antrieb von Zentrifugen,
deren Trommeln insbesondere große Außendurchmesser aufweisen.
-
Zentrifugen mit großen Durchmessern, die z. B. 2 m betragen können,
werden von Gleichstrommotoren angetrieben, die jeweils über eine in Achsrichtung
der Zentrifugentrommel verlaufende Welle mit der Trommel verbunden sind. Der Gleichstrommotor
ist starr oberhalb der Zentrifugentrommel befestigt. Das Antriebswellenende des
Gleichstrommotors ist mit einer Kupplung verbunden, die radiale Ausienkungen der
Trommel nebst Antriebswelle zuläßt.
-
Um die Auslenkungswinkel der Welle möglichst klein zu halten, ist
die Kupplung und damit der Gleichstrommotor hoch über der Trommel angeordnet. Der
Gleichstrommotor ruht auf hohen Traversen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Antrieb
von Zentrifugen zu entwickeln, die bei konstruktiv einfachem Aufbau eine Übertragung
großer Kräfte, insbesondere auf Zentrifugentrommeln mit großen Durchmessern bei
hohen Drehzahlen zuläßt.
-
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst.
Zum Antrieb der Trommel wird hierbei das bei Linearmotoren bekannte Prinzip benutzt,
bei dem sowohl das Primärteil als auch
das Sekundärteil eben ausgebildet
sind. Primär- und Sekundärteil sind jedoch im Gegensatz zum Linearmotor ringförmig
geschlossen.
-
Die magnetischen Kraftlinien verlaufen im Luftspalt in axialer Richtung
der Trommel. Bei der im Anspruch 1 beschriebenen Vorrichtung wird die Antriebskraft
über die Außenseite der Trommel eingeleitet. Damit können die Kupplung die Welle
und die Traversen entfallen. Durch die Einsparung dieser Teile werden auch Gefahren
für das Personal vermindert, da Wellenbrüche nicht mehr vorkommen können und ein
Anstreifen der Trommel bei Pendelbewegungen unterbleibt.
-
Vorzugsweise ist der Axialfeld-Elektromotor ein permanenterrregter
Synchronmotor, dessen Magnetpole auf dem Ring befestigt sind.
-
Dabei ist es besonders günstig, wenn die Magnetpole auf der oberen
Seite des Rings angeordnet sind. Mit dieser Maßnahme vermindern sich zugleich die
Lagerkräfte, da ein Teil des Gewichts durch die magnetischen Anziehungskräfte zwischen
dem Primärteil und dem Sekundärteil des Axialfeld-Motors kompensiert wird.
-
Die Vorrichtung hat einen geringeren Raumbedarf als die mit Gleichstrom-
oder polumschaltbaren Motoren ausgerüsten Zentrifugen.
-
Weiterhin kann der bei Zuckerzentrifugen übliche Ausräumer eingespart
werden, der sich am unteren Ende der Antriebswelle der Trommel befindet. Hierdurch
wird der Wartungsaufwand für die Zentrifuge verringert. Weiterhin sind die Teile
der Zentrifuge besser zugänglich als bei Zentrifugen, die von Gleichstrommotoren
angetrieben werden.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wicklung des Ständers
an einen Frequenzumrichter angeschlossen. Der Axialfeld-Motor wird somit über eine
veränderliche Frequenz auf die gewünschte Drehzahl hochgefahren. Die Frequenz und
damit die Drehzahl der Zentrifuge läßt sich hierdurch genau einstellen. Der Antriebsmotor
benötigt keine Bürsten und ist daher wartungsfrei. Die Verlustwärme wird ohne zusätzlichen
Aufwand an Lüftungskanälen abgeführt.
-
Vorzugsweise ist der Ring auf Rollen drehbar gelagert, deren Achsen
senkrecht zur Trommellängsachse verlaufen. Das Antriebsmoment wird hierbei nahe
an der Lagerung auf den Ring übertragen. Der Antriebsmotor und das Lager sind leicht
zugänglich. Daher ist sowohl die Montage als auch eine nachträgliche Kontrolle relativ
einfach.
-
Eine andere zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß längs der
zylindrischen Stirnfläche des Rings Zentrierrollen angeordnet sind, deren Achsen
parallel zur Trommellängsachse angeordnet sind. Durch die Zentrierrollen wird die
Trommel gegen radiale Auslenkungen gesichert. Beispielsweise können drei oder mehr
Zentrierrollen vorgesehen sein. Die Zentrierrollen sind zweckmäßigerweise senkrecht
zu ihrer Längsachse verschiebbar gelagert. Die Kraft zur Verschiebung kann von einem
hydraulischen Stellelement erzeugt werden. Auf diese Weise ist eine Auslenkung der
Trommel während der Hochlaufphase möglich, in der sich der Trommel inhalt gleichmäig
auf der Innenfläche verteilt.
-
Vorzugsweise ist die Wicklung des Ständers vergossen. Der Antriebsmotor
kann deshalb schnell und einfach z. B. durch Abspritzen gereinigt werden. Die Verlustwärme
wird durch das Blechpaket des Ständers abgeführt, das wegen des großen Trommeldurchmessers
eine relativ große Oberfläche hat, die die Wärmeabfuhr begünstigt. Gesonderte Lüftungseinrichtungen
sind daher entbehrlich.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
-
Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch eine Zentrifuge 1 für
diskontinuierlichen Betrieb. Die Zentrifuge 1 enthält eine Trommel 2, die eine Außenseite
3 hat, zu der konzentrisch im Trommelinneren ein Sieb 4 angeordnet ist. Im Innern
der Trommel 2 befindet sich ein Verteilelement 5, das aus einem Kegel 6 und einer
in Achsrichtung der Trommel 2 verlaufenden Welle besteht. Auf das sich drehende
Verteilelement 5 wird während des Betriebs der Zen-
trifuge 1 Zuckermelasse
aufgebracht, die gegen das Sieb 4 geschleudert wird.
-
Auf der zylindrischen Außenseite 3 der Trommel 2 ist ein Ring 8 befestigt,
dessen Drehachse mit der Drehachse der Trommel 2 übereinstimmt.
-
Der Ring 8 hat eine schmale Stirnfläche 9 und einen breiteren kreisförmigen
Abschnitt 10. Mit seiner inneren, nicht näher bezeichneten Stirnfläche ist der Ring
8 an der Ausßenseite 3 angeschweißt. Zur Verstärkung können auch längs des Umfangs
der Außenseite 3 Winkelbleche in die Ecken zwischen Ring 8 und Außenseite 3 eingefügt
sein.
-
Der Ring 8 ist wenigstens auf einer Seite 11 als Läufer 12 eines Axialfeld-Elektromotors
13 ausgebildet. Bei dem Axialfeld-Elektromotor 13 kann es sich um einen Asynchronmotor
handeln. Vorzugsweise ist der Axialfeld-Elektromotor 13 ein permanenterregter Synchronmotor.
Der Ständer 14 des permanenterregten Axialfeld-Synchronmotor 13 ist neben dem Läufer
12 in axialer Richtung der Trommel 2 verschoben angeordnet. Der Axialfeld-Synchronmotor
13 hat Permanentmagnete 15, die auf dem Ring 8 befestigt sind. Der Aufbau des Axialfeld-Synchronmotors
13 entspricht im wesentlichen dem eines Linearmotors. Die dem Läufer 12 zugewandte
Stirnfläche des Ständers 14 ist hierbei eben ausgebildet. Der Ständer 14 weist nicht
näher dargestellte Nuten auf, in die Wicklungen 16 eingelegt sind. Die Magnetpole
15 des Läufers 12 haben gleichfalls ebene, dem Ständer 14 zugewandte Stirnflächen,
die nicht näher bezeichnet sind. Im Gegensatz zum Linearmotor sind bei dem in der
Zeichnung dargestellten Axialfeld-Synchronmotor der Ständer 14 und der Läufer 12
zu einem Ring geschlossen. Der Läufer 12 führt deshalb eine Drehbewegung aus, die
auf den Ring 8 und die Trommel 2 übertragen wird. Der Ständer 14 ist mit seinem
nicht näher bezeichneten Blechpaket an einem ortsfesten Träger 17 befestigt.
-
Die Wicklungen des Ständers 16 sind über Leitungen 18 zu einem Klemmenkasten
19 geführt, der an einen Frequenzumrichter 20 angeschlossen ist, der aus dem Starkstromnetz
gespeist wird. Die vom Frequenzumrichter erzeugte Ausgangsspannung ist in ihrer
Frequenz steuerbar. Durch allmähliche Erhöhung der Ausgangsfrequenz
wird
der Axialfeld-Synchronmotor 13 auf die gewünschte Nenndrehzahl hochgefahren, bei
der die Zuckermelasse zentrifugiert wird.
-
Die Magnetpole 15 sind vorzugsweise auf der Oberseite des Rings 8
angeordnet. Auf die Magnetpole 8 wird durch den Strom im Ständer 14 eine Kraft ausgeübt,
die dem Gewicht der Trommel 2 entgegengerichtet ist. Um diese Kraft wird das Lager
der Zentrifuge 1 entlastet.
-
Der Ring 8 ist in Rollen drehbar gelagert, von denen untere Rollen
21 das Gewicht der Trommel 2 aufnehmen, während obere Rollen 22 eine genaue Führung
der Trommel 21 gewährleisten. Die nicht näher bezeichneten Drehachsen der Rollen
21, 22 verlaufen senkrecht zur Drehachse 23 der Trommel 2.
-
Die Rollen 21, 22 befinden sich bei der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsform in radialer Richtung des Rings 8 außen am Axialfeld-Synchronmotor
13. Es ist aber auch die urngekehrte Anordnung möglich. Insbesondere lassen sich
damit die Umgangsgeschwindigkeiten der Rollen 21, 22 vermindern.
-
Die Rollen 22 stützen sich auf einer Lauffläche 23 ab, die zu einem
ortsfesten Träger 24 gehört. In gleicher Weise können die Rollen 21 durch einen
nicht dargestellten oberen Träger eine gewisse Vorspannung erhalten, durch die ein
Abheben des Rings 6 von den Rollen 22 verniieden wird.
-
In gleichmäßigen Abständen sind längs der zylindrischen Stirnflåche
9 des Rings 8 Zentrierrollen 25 angeordnet, von denen in der Zeichnung eine dargestellt
ist. Vorzugsweise sind wenigstens drei Zentrierrollen 25 im Abstand von 1200 angeordnet.
Die Zentrierrollen 25 sind in einem Halter 26 drehbar gelagert. Die Drehachsen der
Zentrierrollen verlaufen parallel zur Drehachse 23. Mit ihren zylindrischen Laufflächen
berühren die Zentrierrollen 25 die Stirnseite 9 und verhindern, daß die Trommel
2 aus ihrer zentrischen Position ausgelenkt wird. Der Halter 26 ist mit einem hydraulischen
Stelizylinder 27 verbunden, durch den die Zentrierrollen 25 senkrecht zu inren Drehachsen
verschiebbar sind. über die hydraulischen Stellantriebe 27 kann die Zentrifuge 1
nach der
Seite ausgelenkt werden Die Zentrifuge 1 ist in der Hochlaufphase
sehr ungleichmäßigen Zentrifugalkräften ausgesetzt, die eine radiale Verschiebung
der Trommel 2 hervorrufen können. Die ungleichmäßigen Zentrifugalkräfte werden durch
eine ungleichmäßige Verteilung der Zuckermelasse auf dem Sieb 4 hervorgerufen. Durch
eine allmählich sich einstellende gleichmäßige Verteilung der Zuckermelasse auf
dem Sieb 4 werden die ungleichmäßigen Zentrifugalkräfte abgebaut. Über die Stellzylinder
27 kann im Rahmen eines Regelkreises die ungleichmäßige Zentrilfugelkraft durch
eine entsprechende Gegenkraft in etwa kompensiert werden, so daß unerwünschte Auslenkungen
der Drehachse 23 vermieden werden und ein ruhigerer Hochlauf erzielt wird.
-
Die Wicklungen 16 des Ständers 14 sind zweckmäßigerweise vergossen.
-
Mit der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung lassen sich Traversen,
Kupplungen und Wellen einsparen, die bei Zentrifugen benötigt werden, die von Gleichstrommotoren
oder polumschaltbaren Motoren angetrieben werden. Damit ergibt sich ein konstruktiv
einfacherer Aufbau. Die Krafteinleitung nahe am Lager der Trommel 2 führt zu einer
gleichmäßigen Beanspruchung der Trommel 2.
-
Die Rollen 22 werden durch die auf die Magnetpole 15 wirkenden Kräfte
entlastet. Durch den einfachen Aufbau ist die Zentrifuge 1 leichter montierbar und
wirtschaftlicher herstellbar. Darüber hinaus sind die einzelnen Teile leichter zugänglich,
so daß auch die Wartung einfacher ist.
-
Bei den herkömmlichen Zentrifugen mit größeren Durchmessern werden
die Wellen und Kupplungen hoch belastet. Es kann daher im Laufe der Zeit zu Brüchen
der Wellen kommen, die eine erhebliche Gefahr für das Personal bilden. Derartige
Gefahren werden beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung vermieden. Durch die
Beseitigung dieser Gefahren vermindert sich auch der Aufwand für die Überwachung.
-
Hinsichtlich des elektrischen Antriebs ergeben sich folgende Vorteile:
1.
Keine Energieübertragung mittels Schleifringen 2. Gute Abfuhr der Verlustwärrne
über das Blechpaket des Ständers 3. Wartungsfreiheit des Axialfeld-Synchronmotors
13 4. Säuberung des Axialfeld-Synchronmotors 13 durch Abspritzen 5. Der Axialfeld-Synchronmotor
13 kann auch von Zuckersaft umspült werden 6. Der Axialfeld-Synchronmotr hat ein
geringes Gewicht 7.Die Einrichtung zur Steuerung und überwachung des Axialfeld-Synchronmotors
13 ist einfach Die Antriebsvorrichtung kann auch für andere Drehkörper eingesetzt
werden, in denen, z. B. aus konstruktiven Gründen, die Antriebskraft zweckmäßigerweise
über die zylindrische Unfangs-,låche eingeleitet wird.
-
- Leerseite -