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Beschreibung
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Stülpfilter-Zentrifuge Die Erfindung betrifft eine Stülpfilter-Zentrifuge
mit einer drehbar gelagerten Schleudertrommel, mit einem Trommeldeckel zum Verschließen
einer offenen Stirnseite der Schleudertrommel, mit einem unter Freilassung eines
Abstandes starr mit dem Trommeldeckel verbundenen Trommelboden, mit einem einerseits
am Rand der offenen Trommelstirnseite und andererseits am Bodenstück befestigten,
schlauchförmigen Filtertuch, mit einer koaxial zur Schleudertrommel gleitend geführten,
an ihrem einen Ende den Trommelboden und den Trommeldeckel tragenden Verschiebewelle
zum öffnen und Schließen der Schleudertrommel und zum damit einhergehenden Umstülpen
des Filtertuchs, mit einem in einem Druckmittelzylinder verschieblichen, doppelt
wirkenden Kolben am anderen Ende der Verschiebewelle und mit ersten und zweiten
Druckmittelkanälen zum wahlweisen Beaufschlagen der einen oder anderen Kolbenseite
mit Druckmittel beim öffnen bzw. Schließen der Schleudertrommel, wobei jeweils der
andere dieser Druckmittelkanäle als Druckmittelrückflußleitung dient.
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Bekannte Zentrifugen dieser Art (DE-OS 27 09 894) werden bei Drehgeschwindigkeiten
von 2000 U/min oder mehr betrieben. Beim öffnen der Schleudertrommel und dem damit
einhergehenden Umstülpen des Filtertuchs wird der am Filtertuch haftende Filterkuchen
ungleichmäßig abgeschleudert, so daß es vorübergehend zu erheblichen Unwuchten im
Bereich der geöffneten Schleudertrommel kommen kann. Es ist daher wichtig, die Schleudertrommel
erst dann zu öffnen, wenn ihre Drehzahl auf einen niederen Wert abgesenkt ist, der
beispielsweise bei etwa einem Viertel der maximalen Betriebsdrehzahl liegen kann.
Es ist bekannt, in das Steuerprogramm solcher Zentrifugen eine Drehzahlüberwachung
ein zubauen und hierdurch zu verhindern, daß die Schleudertrommel bei unzulässig
hoher Drehzahl geöffnet wird.
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Da derartige Programmsteuerungen jedoch bisweilen versagen und bei
Programmänderungen die Drehzahlsteuerung verlorengehen kann, ist bei.den bekannten
programmgesteuerten Stülpfilter-Zentrifugen nicht zu verhindern, daß die Schleudertrommel
bei zu hoher Drehzahl geöffnet wird, was wegen der dann auftretenden Unwuchten infolge
unqleichmäßigen Kuchenabwurfs zu Verbiegungen der die Trommel tragenden Welle und
letzten Endes zu einer Störung der Zentrifuge führen kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Stülpfilter-Zentrifuge
so zu verbessern, daß sie unabhängig von einer zugeordneten Programmsteuerung bei
unzulässig hohen Drehzahlen nicht geöffnet werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, A. da3 in dem beim
öffnen der Schleudertrommel als Druckmittel-Rückflußleitung dienenden, zweiten Druckmittelkanal
ein steuerbares Rückschlagventil vorgesehen ist, welches normalerweise geschlossen
ist und den Druckmittelrückfluß in dieser Leitung sperrt; B. daß zur öffnung des
Rückschlagventils ein Steuerkolben über eine Steuerleitung mit dem beim öffnen der
Schleudertrommel als Druckmittelzuführleitung dienenden, ersten Druckmittelkanal
verbunden ist; C. daß die Steuerleitung und damit die Druckmittelzufuhr zum Steuerkolben
durch einen Steuerschieber absperrbar ist, und D. daß der Steuerschieber von einem
zusammen mit der Schleudertrommel rotierenden Fliehkraftregler so gesteuert ist,
daß der Steuerschieber die Steuerleitung nur beim Unterschreiten einer bestimmten
Drehzahl freigibt und damit die öffnung der Schleudertrommel auslöst.
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Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Stülpfilter-Zentrifuge
in der Arbeitsphase des Zentrifugierens;
Fig. 2 schematisch die
Zentrifuge aus Fig. 1 in der Arbeitsphase des Feststoffaustrages; Fig. 3 eine vergrößerte
Einzelansicht im Bereich des strichpunktierten Kreises A in Fig. 1; Fig. 4 eine
weiterhin vergrößerte Einzelansicht in dem genannten Bereich und Fig. 5 die Ansicht
gemäß Fig. 4 in einer anderen Arbeitsphase.
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Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Stülpfilter-Zentrifuge umfaßt ein
Gehäuse 1, in dem auf einem stationären Maschinengestell 2 eine Hohlwelle 3 in Wälzlagern
4, 5 drehbar gelagert ist. An das in Fig. 1 und 2 rechts gelegene, über das Lager
5 hinausragende Ende der Hohlwelle 3 ist mitrotierend ein Druckmittelzylinder 6,
vorzugsweise ein Hydraulikzylinder abgedichtet angeflanscht. Mit dem Zylinder 6
ist ein Antriebsrad 7 fest verbunden, über welches der Zylinder 6 und die Hohlwelle
3 in bekannter Weise, z.B. mittels eines Keilriemens von einem Elektromotor gemeinsam
in raschen Umlauf versetzbar sind. Die zwischen den Lagern 4, 5 starr durchgehende
Hohlwelle 3 weist eine in Fig. 1 und 2 sichtbare, axial gerichtete Keilnut 8 auf,
in welcher ein Keilstück 9 verschieblich ist. Dieses Keilstück 9 ist starr mit einer
in der Hohlwelle 3 verschiebbaren Welle 12 verbunden, die daher gemeinsam mit der
Hohlwelle 3 umläuft, jedoch in dieser axial verschieblich iJt. Die Wellen 3 und
12 verlaufen in einem auch der
Halterung der Lager 4, 5 dienenden,
buchsenförmigen Gehäuse 13, das auf dem Maschinengestell 2 abgestützt ist und dessen
Inneres durch eine von einem lösbaren Deckel 14 dicht verschlossene öffnung 15 zugänglich
ist.
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An dem in Fig. 1 und 2 links gelegenen, über das Lager 4 hinausragenden
Ende der Hohlwelle 3 ist drehfest eine topfförmige Schleudertrommel 16 mit geschlossener
Stirnseite 17 drehfest angeflanscht. An ihrer zylindrischen Seitenwand weist die
Trommel 16 radial durchgehende öffnungen 18 auf. An ihrer der geschlossenen Stirnwand
17 gegenüberliegenden Stirnseite ist die Trommel 16 offen. An dem diese offene Stirnseite
umgebenden öffnungsrand 19 ist - vgl. Fig. 2 - mittels eines Ringflansches 21 der
eine Rand eines im wesentlichen zylindrisch-schlauchförmig ausgebildeten Filtertuches
22 dicht eingespannt. Der andere Rand des Filtertuches 22 ist in entsprechender
Weise dicht mit einem Trommelboden 23 verbunden, der starr mit der Verschiebewelle
12 verbunden ist. Am Trommelboden 23 ist über Stehbolzen 24 unter Freilassung eines
Abstandes starr ein Trommeldeckel 25 befestigt, der in Fig. 1 den Schleuderraum
der Trommel 16 durch Auflage an deren öffnungsrand dicht verschließt und in Fig.
2 gemeinsam mit dem Trommelboden 23 durch axiales Herausschieben der Welle 12 aus
der Hohlwelle 3 von der Trommel 16 abgehoben ist. An der in Fig. 1 und 2 links gelegenen
Vorderseite der Filterzentrifuge ist ein Füllrohr 26 starr angeordnet, welches zum
Zuführen einer in Ihre Feststoff-und Flüssigkeitsbestandteile zu zerlegenden Suspension
in den Schleuderraum der Trommel 16 dient (Fig. 1) und in den in Fig. 2 dargestellten
Betriebszustand der Zentrifuge in eine Bohrung 27 der verschiebbaren Welle 12 eindringt.
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Wie aus Fig. 3, die das rechte Ende einer bekannten Filterzentrifuge
im Bereich A der Fig. 1 zeigt, hervorgeht, ist auf einem mit dem Druckmittelzylinder
6 fest verbundenen und zusammen mit diesem umlaufenden Verschlußstück 28 mittels
Lagern 29, 31 ein Maschinenteil 32 drehbar gelagert, das bei sich drehendem Verschlußstück
28 in Ruhe verharrt. Über Anschlußstutzen 71, 72 kann ein Druckmittel, z.B. Hydraulikflüssigkeit,
zu-und abgeführt werden. Das Druckmittel dient der Hin-und Herbewegung der verschiebbaren
Welle 12, deren hinteres Teil 33 als Kolbenstange in den Druckmittelzylinder 6 eindringt
und dort mit einem doppelt wirkenden Kolben 34 verschraubt ist. Über fernsteuerbare,
hier nicht dargestellte, an sich bekannte Ventile wird das Druckmittel einmal über
einen Ringkanal 35 und eine Bohrung 36 auf die eine Seite des Kolbens 34 geleitet,
so daß der Kolben über die Kolbenstange 33 und die verschiebbare Welle 12 das Bodenstück
23 in die in Fig. 2 gezeichnete Offenstellung der Schleudertrommel verschiebt. Das
auf der anderen Seite des Kolbens 34 befindliche Druckmittel strömt dabei über einen
in der Wand des Zylinders 6 ausgebildeten Kanal 37, Bohrungen 38, 39 und einen Ringkanal
41 ab. Bei entsprechender Umsteuerung der Ventile gelangt unter Druck stehendes
Druckmittel über den Kanal 37 auf die andere Seite des Kolbens 34 und drückt diesen
in die in Fig. 1 und 3 gezeichnete Lage, wodurch die Betriebsstellung der Zentrifuge
gemäß Fig. 1 erreicht wird. Dabei strömt das Druckmittel von der in Fig. 3 rechts
gelegenen Kolbenseite frei über die Bohrung 36 und den Ringkanal 35 ab.
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Im Betrieb nimmt die Filterzentrifuge zunächst die in Fig. 1 gezeichnete
Stellung ein. Die Verschiebewelle 12 ist in der Hohlwelle 3 und im Druckmittelzylinder
6 zurückgezogen, wodurch der mit dieser Welle verbundene Trommelboden 23 in der
Nähe der geschlossenen Stirnwand 17 der Schleudertrommel 16 liegt und das Filtertuch
22 derart in die Trommel eingestülpt ist, daß es sich an die Innenseite der zylindrischen
Wand der Trommel anlegt. Der Trommeldeckel 25 hat sich dabei dicht auf den öffnungsrand
der Schleudertrommel 16 aufgelegt.
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Bei rasch rotierender Schleudertrommel, beispielsweise mit einer Drehzahl
von 2000 U/min, wird über das Füllrohr 26 zu filtrierende Suspension eingeführt.
Die flüssigen Bestandteile der Suspension treten in Richtung der Pfeile 64 durch
die öffnungen der Schleudertrommel hindurch und werden von einer Abschirmung 65
in eine Abführleitung 66 geleitet. Die Feststoffteilchen der Suspension werden als
festhaftender Filterkuchen vom Filtertuch 22 aufgehalten.
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Bei langsam rotierender Schleudertrommel (beispielsweise 500 U/min)
wird nun nach Durchführung der Filtration gemäß Fig. 2 die Welle 12 (nach links)
vorgeschoben, wodurch sich das Filtertuch 22 nach außen stülpt, so daß die an ihm
haftenden Feststoffteilchen nach auswärts in Richtung der Pfeile 67 in das Zentrifugengehäuse
abgeschleudert werden. Von da aus kann der Filterkuchen leicht abbefördert werden.
Nach beendeter Abschleuderung der Feststoffteilchen wird die Filterzentrifuge durch
Zurückschieben des Kolbens 34 wieder in die Betriebsstellung gemäß Fig. 1 gebracht.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Konstruktion des Verschluß stücks
28 ist es möglich, die Schleudertrommel durch entsprechende Druckmitteleinleitung
über den Kanal 36 auch dann zu öffnen, wenn die Schleudertrommel rasch, beispielsweise
mit 2000 U/min rotiert.Dadurch die hierdurch aufgrund ungleichmäßigen Filterkuchen-Abwurfs
entstehenden Unwuchten die Zentrifuge leicht zerstört werden könnte, sind erfindungsgemäß
Mittel vorgesehen, die es automatisch und insbesondere unabhängig von einer eine
Drehzahlüberwachung einschliessenden Programmsteuerung verhindern, daß die Schleudertrommel
oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl geöffnet werden kann. Dies wird anhand von
Fig. 4 und 5 näher erläutert.
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Der erwähnte Druckmittelkanal 36 verzweigt sich über eine Leitung
81 kleineren Querschnitts in eine Steuerleitung 82, die einen Einsatz 83 des Verschlußstücks
28 quer oder radial durchsetzt. Die Steuerleitung 82 mündet in eine parallel zur
Drehachse 84 des Verschlußstücks verlaufende Sackbohrung 85, die an dem (in Fig.
4 und 5 links gelegenen) Ende des Einsatzes 83 ausmündet. Die Steuerleitung 82 durchquert
weiterhin eine Bohrung 86, in welcher ein von einer Feder 87 belasteter Steuerschieber
88 gleitverschieblich geführt ist. In der Stellung gemäß Fig. 4 verschließt der
Steuerschieber 88 die Steuerleitung 82, in Fig. 5 gibt der Steuerschieber 88 die
Steuerleitung 82 frei, so daß Druckmittel aus dem Druckmittelkanal 36 durch die
Bohrung 85 fließen kann.
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An dem freien (in Fig. 4 und 5 rechts gelegenen) Ende des Steuerschiebers
88 greift ein Winkelhebel 89 an, der bei 91 drehbar im Einsatz 83 gelagert ist.
Der Winkelhebel 89 greift mit seinem kürzeren Hebelarm an der freien Stirnseite
des Steuerschiebers 88 an.
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Der längere Arm des Winkelhebels 89 dient als Fliehkraftmasse.
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In das Verschlußstück 28 ist ein weiterer Einsatz 92 eingesetzt, der
einen von einer Feder 93 belasteten, axial verschieblichen Kolben 94 enthält. In
dem ebenfalls bereits erwähnten Druckmittelkanal 39 ist ein von einer Feder 95 belastetes
Rückschlagventil 96 in Form einer Kugel angeordnet. In Fig. S ist dieses Rückschlagventil
96 geöffnet, in Fig. 4 geschlossen.
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Vom Kolben 94 steht eine Stange 97 ab, die bei der in Fig. 4 gezeichneten
Stellung von der Kugel des Rückschlagventils 96 abgehoben ist. In Fig. 5 ist der
Kolben 94 durch das unter Druck stehende Druckmittel aus dem Kanal 36 nach links
verschoben und hält die Kugel des Rückschlagventils 96 in Offenstellung, so daß
das Druckmittel durch den als Rückflußleitung dienenden Druckmittelkanal 39 frei
abströmen kann, solange sich der Kolben 34 (Fig. 3) mit seiner Kolbenstange 33 zwecks
öffnung der Schleudertrommel nach links verschiebt.
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Insgesamt wirkt die in Fig. 4 und 5 dargestellte Sicherheitsvorrichtung
in folgender Weise: Bei hoher Drehzahl nimmt der als Fliehkraftregler wirkende Winkelhebel
89 die in Fig. 4 gezeigte Stellung ein, in welcher der
kurze Hebelarm
den Steuerschieber 88 gegen die Wirkung der Feder 87 in eine Stellung verschiebt,
in der die Steuerleitung 82 gesperrt ist. Wenn somit Druckmittel zur öffnung der
Schleudertrommel über den Anschluß 71 in den Druckmittelkanal 36 eingespeist wird,
kann wegen des geschlossenen Rückschlagventils 96 das der gegenüberliegenden Kolbenseite
zugeordnete Druckmittel aus dem Kanal 39 nicht abfließen. Es ist daher bei der in
Fig. 4 gezeichneten Stellung des Fliehkraftreglers nicht möglich, die Schleudertrommel
zu öffnen.
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Erst wenn die Drehzahl abgesenkt ist und der Winkelhebel 89 die in
Fig. 5 dargestellte Position einnimmt, kann die Feder 87 den Steuerschieber 88 in
eine Lage verschieben, in welcher Leitung 82 und Bohrung 85 Druckmittel aus dem
Kanal 36 empfangen. Dieses Druckmittel verschiebt den Steuerkolben 94 nach links
und verdrängt somit das Rückschlagventil 96 in seine Offenstellung, so daß nunmehr
Druckmittel durch den als Rückflußleitung dienenden Kanal 39 über den Anschluß 72
abfließen kann.
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Alles in allem ist somit in einfacher und zuverlässiger Weise durch
den beschriebenen Fliehkraftregler sichergestellt, daß die Schleudertrommel nur
unterhalb einer bestimmten Trommeldrehzahl geöffnet werden kann. Umgekehrt kann
die Schleudertrommel jederzeit wieder geschlossen werden, indem man Druckmittel
über den Anschluß 72, das jetzt wirkungslose Rückschlagventil 96 und den Druckmittelkanal
39 der in Fig. 2 links liegenden Seite des Kolbens 34 zuführt, wobei das Druckmittel
von
der anderen Kolbenseite über den jetzt als Rückflußleitung dienenden Druckmittelkanal
36 und den Anschluß 71 unbehindert abströmen kann.
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Bei der dargestellten Ausführungsform verläuft der erste Druckmittelkanal
36, der der Druckmittelzufuhr beim öffnen der Schleudertrommel dient, im Abstand
von der Drehachse 84 des Verschlußstücks (und der Schleudertrommel 16), jedoch parallel
zu dieser Achse.
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Der zweite Druckmittelkanal 39, der beim öffnen der Schleudertrommel
16 dem Rückfluß des Druckmittels dient, ist koaxial zur Drehachse des Verschlußstücks
28 und der Schleudertrommel 16 angeordnet. Auch das Rückschlagventil 96 und der
Steuerkolben 94 mit seiner Betätigungsstange 97 sowie die den Steuerschieber 88
führende Bohrung 86 liegen koaxial zur Drehachse 84.