DE3520134C2 - Stülpfilter-Zentrifuge - Google Patents

Description

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 Boden­ stück, mit einem einerseits am Rand der offenen Trom­ melstirnseite und andererseits am Bodenstück befestig­ ten, schlauchförmigen Filtertuch, mit einer koaxial zur Schleudertrommel gleitend geführten, an ihrem einen Ende das Bodenstück und den Trommeldeckel tragenden Ver­ schiebewelle zum Öffnen und Schließen der Schleuder­ trommel und zum damit einhergehenden Umstülpen des Fil­ tertuchs, mit einem in einem Druckmittelzylinder ver­ schieblichen, doppeltwirkenden Kolben am anderen Ende der Verschiebewelle und mit ersten und zweiten Druck­ mittelkanälen zum wahlweisen Beaufschlagen der einen oder der anderen Kolbenseite mit Druckmittel zum Öffnen bzw. Schließen der Schleudertrommel, wobei jeweils der andere dieser Druckmittelkanäle als Druckmittelrückfluß­ leitung dient.

Bekannte Zentrifugen dieser Art (DE 27 09 894 A1) wer­ den bei Drehzahlen 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 Schleudertrom­ mel 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 einzu­ bauen und hierdurch zu verhindern, daß die Schleuder­ trommel bei unzulässig hoher Drehzahl geöffnet wird. Da derartige Programmsteuerungen jedoch bisweilen ver­ sagen und bei Programmänderungen die Drehzahlsteuerung verlorengehen kann, ist bei den bekannten programmge­ steuerten Stülpfilter-Zentrifugen nicht immer zu verhindern, daß die Schleudertrommel bei zu hoher Drehzahl geöffnet wird, was wegen der dann auftretenden Unwuchten infolge ungleichmäßigen Kuchenabwurfs zu Verbiegungen der die Trommel tragenden Welle und letzten Endes zu einer Störung der Zentrifuge führen kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Stülp­ filter-Zentrifuge so zu verbessern, daß sie unabhängig von einer zugeordneten Programmsteuerung bei unzuläs­ sig hohen Drehzahlen nicht geöffnet werden kann.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst,

• A. daß 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 diesem Kanal sperrt;
• B. daß zur Öffnung des Rückschlagventils ein Steuer­ kolben über eine Steuerleitung mit dem beim Öffnen der Schleudertrommel als Druckmittelzuführleitung dienenden, ersten Druckmittelkanal verbunden ist;
• C. daß die Steuerleitung und damit die Druckmittelzu­ fuhr 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 Steuer­ leitung nur beim Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl der Schleudertrommel freigibt und damit die Öffnung der Schleudertrommel auslöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Stülpfilter-Zentrifuge in der Arbeits­ phase des Zentrifugierens;

Fig. 2 schematisch die Zentrifuge aus Fig. 1 in der Arbeitsphase des Feststoffaus­ trages;

Fig. 3 eine vergrößerte Einzelansicht im Bereich des strichpunktierten Kreises A in Fig. 1;

Fig. 4 eine weiterhin vergrößerte Einzel­ ansicht in dem genannten Bereich und

Fig. 5 die Ansicht gemäß Fig. 4 in einer an­ deren Arbeitsphase.

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 ge­ legene, über das Lager 5 hinausragende Ende der Hohl­ welle 3 ist mitrotierend ein Druckmittelzylinder 6, z. B. ein Hydraulikzylinder abgedichtet ange­ flanscht. 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 Verschiebewelle 12 verbunden, die daher gemeinsam mit der Hohl­ welle 3 umläuft, jedoch in dieser axial verschieblich ist. 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.

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 Stirn­ wand 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 Öff­ nungsrand 19 ist - vgl. Fig. 2 - mittels eines Ring­ flansches 21 der eine Rand eines im wesentlichen zylind­ risch-schlauchförmig ausgebildeten Filtertuches 22 dicht eingespannt. Der andere Rand des Filtertuches 22 ist in entsprechender Weise dicht mit einem Bodenstück 23 verbunden, das starr mit der Verschiebewelle 12 verbunden ist. Am Bodenstück 23 ist über Steh­ bolzen 24 unter Freilassung eines Abstandes starr ein Trommeldeckel 25 befestigt, der in Fig. 1 den Schleu­ derraum der Trommel 16 durch Auflage an deren Öffnungs­ rand 19 dicht verschließt und in Fig. 2 gemeinsam mit dem Bodenstück 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 Vorder­ seite 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.

Wie aus Fig. 3, die das rechte Ende einer bekannten Filterzentrifuge gemäß Kreis A der Fig. 1 zeigt, hervor­ geht, ist auf einem mit dem Druckmittelzylinder 6 fest verbundenen und zusammen mit diesem umlaufenden Ver­ schlußstück 28 mittels Lagern 29, 31 ein Maschinenteil 32 drehbar gelagert, das bei sich drehendem Verschluß­ stück 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 hin­ teres Teil als Kolbenstangen 33 in den Druckmittel­ zylinder 6 eindringt und dort mit einem doppeltwirken­ den Kolben 34 verschraubt ist. Über fernsteuerbare Ventile wird das Druckmittel einmal über einen Ringkanal 35 und eine Bohrung des ersten Druckmittelkanals 36 auf die eine Seite des Kolbens 34 geleitet, so daß der Kolben 34 über die Kolbenstange 33 und die ver­ schiebbare Welle 12 das Bodenstück 23 in die in Fig. 2 gezeichnete Offenstellung der Schleudertrommel 16 ver­ schiebt. Das auf der anderen Seite des Kolbens 34 be­ findliche Druckmittel strömt dabei über einen in der Wand des Zylinders 6 ausgebildeten Kanal 37, über die Bohrung 38, über den zweiten Druckmittelkanal 39 und über 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 des ersten Druckmittelkanals 36 und den Ringkanal 35 ab.

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 zu­ rückgezogen, wodurch das mit dieser Welle 12 verbundene Bodenstück 23 in der Nähe der geschlossenen Stirnwand 17 der Schleudertrommel 16 liegt und das Filtertuch 22 derart in die Trommel 16 eingestülpt ist, daß es sich an die Innenseite der zylindrischen Wand der Trommel 16 an­ legt. Der Trommeldeckel 25 hat sich dabei dicht auf den Öffnungsrand 19 der Schleudertrommel 16 aufgelegt. Bei rasch rotierender Schleudertrommel 16, beispielsweise bei einer Drehzahl von 2000 U/min, wird über das Füll­ rohr 26 zu filtrierende Suspension eingeführt. Die flüssigen Bestandteile der Suspension treten in Rich­ tung der Pfeile 64 durch die Öffnungen der Schleuder­ trommel 16 hindurch und werden von einer Abschirmung 65 in eine Abführleitung 66 geleitet. Die Feststoffteil­ chen der Suspension werden als festhaftender Filter­ kuchen vom Filtertuch 22 aufgehalten.

Bei langsam rotierender Schleudertrommel 16 (beispiels­ weise bei 500 U/min) wird nun nach Durchführung der Filtra­ tion gemäß Fig. 2 die Welle 12 (nach links) vorge­ schoben, wodurch sich das Filtertuch 22 nach außen stülpt, so daß die an ihm haftenden Feststoffteilchen nach auswärts in Richtung der Pfeile 67 in das Zentri­ fugengehäuse abgeschleudert werden. Von da aus kann der Filterkuchen leicht abbefördert werden. Nach been­ deter Abschleuderung der Feststoffteilchen wird die Filterzentrifuge durch Zurückschieben des Kolbens 34 wieder in die Betriebsstellung gemäß Fig. 1 gebracht.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Konstruktion des Ver­ schlußstücks 28 ist es möglich, die Schleudertrommel durch entsprechende Druckmitteleinleitung über den ersten Druckmittelkanal 36 auch dann zu öffnen, wenn die Schleudertrom­ mel 16 rasch, beispielsweise mit 2000 U/min rotiert. Dadurch die hierdurch aufgrund ungleichmäßigen Filterkuchen- Abwurfs entstehenden Unwuchten die Zentrifuge leicht zerstört werden könnte, sind Mittel vorgesehen, die automatisch und insbesondere unab­ hängig von einer eine Drehzahlüberwachung einschließenden Programmsteuerung verhindern, daß die Schleu­ dertrommel 16 oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl ge­ öffnet werden kann. Dies wird anhand von Fig. 4 und 5 näher erläutert.

Der erwähnte erste Druckmittelkanal 36 verzweigt sich über eine Leitung 81 kleineren Querschnitts in eine Steuer­ leitung 82, die einen Einsatz 83 des Verschlußstücks 28 quer oder radial durchsetzt. Die Steuerleitung 82 mündet in eine parallel zur Drehachse 84 des Ver­ schlußstücks 28 verlaufende Sackbohrung 85, die an dem (in Fig. 4 und 5 links gelegenen) Ende des Einsatzes 83 ausmündet. Die Steuerleitung 82 durchquert weiter­ hin 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.

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. Der längere Arm des Winkelhebels 89 dient als Flieh­ kraftmasse.

In das Verschlußstück 28 ist ein weiterer Einsatz 92 eingesetzt, der einen von einer Feder 93 belasteten, axial verschieblichen Steuerkolben 94 enthält. In dem eben­ falls bereits erwähnten zweiten Druckmittelkanal 39 ist ein von einer Feder 95 belastetes Rückschlagventil 96 in Form einer Kugel angeordnet. In Fig. 5 ist dieses Rück­ schlagventil 96 geöffnet, in Fig. 4 geschlossen.

Vom Kolben 94 steht eine Betätigungsstange 97 ab, die bei der in Fig. 4 gezeichneten Stellung von der Kugel des Rück­ schlagventils 96 abgehoben ist. In Fig. 5 ist der Kolben 94 durchs 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 Kolben­ stange 33 zwecks Öffnung der Schleudertrommel 16 nach links verschiebt.

Insgesamt wirkt die in Fig. 4 und 5 dargestellte Sicher­ heitsvorrichtung 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 Wir­ kung der Feder 87 in eine Stellung verschiebt, in der die Steuerleitung 82 gesperrt ist. Wenn somit Druck­ mittel zur Öffnung der Schleudertrommel über den An­ schlußstutzen 71 in den Druckmittelkanal 36 eingespeist wird, kann wegen des geschlossenen Rückschlagventils 96 das der gegenüberliegenden Kolbenseite zugeordnete Druck­ mittel aus dem Kanal 39 nicht abfließen. Es ist daher bei der in Fig. 4 gezeichneten Stellung des Flieh­ kraftreglers nicht möglich, die Schleudertrommel 16 zu öffnen.

Erst wenn die Drehzahl abgesenkt ist und der Winkel­ hebel 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 Druck­ mittel 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 Rückfluß­ leitung dienenden Kanal 33 über den Anschlußstutzen 72 ab­ fließen kann.

Alles in allem ist somit in einfacher und zuverlässiger Weise durch den beschriebenen Fliehkraftregler sicher­ gestellt, daß die Schleudertrommel 16 nur unterhalb einer bestimmten Trommeldrehzahl geöffnet werden kann. Umge­ kehrt kann die Schleudertrommel jederzeit wieder ge­ schlossen werden, indem man Druckmittel über den An­ schlußstutzen 72, das jetzt wirkungslose Rückschlagventil 96 und den Druckmittelkanal 39 der in Fig. 2 links lie­ genden Seite des Kolbens 34 zuführt, wobei das Druck­ mittel von der anderen Kolbenseite über den jetzt als Rückflußleitung dienenden Druckmittelkanal 36 und den Anschlußstutzen 71 unbehindert abströmen kann.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft der erste Druckmittelkanal 36, der der Druckmittelzufuhr beim Öffnen der Schleudertrommel 16 dient, im Abstand von der Drehachse 84 des Verschlußstücks 28 (und der Schleudertrommel 16), jedoch parallel zu dieser Achse. Der zweite Druckmittelkanal 39, der beim Öffnen der Schleudertrommel 16 dem Rückfluß des Druckmittels dient, ist koaxial zur Drehachse 84 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.

Claims (8)

1. Stülpfilter-Zentrifuge mit einer drehbar gelagerten Schleudertrommel, mit einem Trommeldeckel zum Ver­ schließen einer offenen Stirnseite der Schleuder­ trommel, mit einem unter Freilassung eines Abstan­ des starr mit dem Trommeldeckel verbundenen Bodenstück, mit einem einerseits am Rand der offenen Trommelstirnseite und andererseits am Bodenstück befestigten, schlauchförmigen Filtertuch, mit einer koaxial zur Schleudertrommel gleitend geführ­ ten, an ihrem einen Ende das Bodenstück und den Trommeldeckel tragenden Verschiebewelle zum Öffnen und Schließen der Schleudertrommel und zum damit einhergehenden Umstülpen des Filtertuchs, mit einem in einem Druckmittelzylinder verschieblichen, doppeltwirkenden Kolben am anderen Ende der Ver­ schiebewelle und mit ersten und zweiten Druckmittel­ kanälen zum wahlweisen Beaufschlagen der einen oder der anderen Kolbenseite mit Druckmittel zum Öffnen bzw. Schließen der Schleudertrommel, wobei jeweils der andere dieser Druckmittelkanäle als Druckmittel­ rückflußleitung dient, dadurch gekennzeichnet,

• A. daß in dem beim Öffnen der Schleudertrommel (16) als Druckmittel-Rückflußleitung dienenden, zwei­ ten Druckmittelkanal (39) ein steuerbares Rück­ schlagventil (96) vorgesehen ist, welches nor­ malerweise geschlossen ist und den Druckmittel­ rückfluß in diesem Kanal (39) sperrt;
• B. daß zur Öffnung des Rückschlagventils (96) ein Steuerkolben (94) über eine Steuerleitung (82) mit dem beim Öffnen der Schleudertrommel (16) als Druckmittelzuführleitung dienenden, ersten Druck­ mittelkanal (36) verbunden ist;
• C. daß die Steuerleitung (82) und damit die Druck­ mittelzufuhr zum Steuerkolben (94) durch einen Steuerschieber (88) absperrbar ist, und
• D. daß der Steuerschieber (88) von einem zusammen mit der Schleudertrommel (16) rotierenden Flieh­ kraftregler (Winkelhebel 89) so gesteuert ist, daß der Steuer­ schieber (88) die Steuerleitung (82) nur beim Unter­ schreiten einer bestimmten Drehzahl der Schleu­ dertrommel (16) freigibt und damit die Öffnung der Schleudertrommel (16) auslöst.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckmittelkanal (39) koaxial zur Drehachse (84) der Schleudertrommel (16) in einem Verschlußstück (28) des mit der Schleudertrommel (16) rotierenden Druckmittelzylinders (6) angeordnet ist.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (96) von einer Feder (95) in Schließstellung gehalten und von einer mit dem Steuerkolben (94) verbundenen Betätigungsstange (97) in Offenstellung überführbar ist.

4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (94) von einer Feder (93) be­ lastet ist.

5. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (82) quer im Verschlußstück (28) verläuft und von einer den Steuerschieber (88) führenden Bohrung (86) geschnitten ist, die parallel zur Drehachse (84) des Verschlußstücks (28) verläuft.

6. Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Steuerschieber (88) führende Bohrung (86) koaxial zur Drehachse (84) des Verschlußstücks (28) verläuft.

7. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (88) von einer Feder (87) be­ lastet ist.

8. Zentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftregler einen im mitrotierenden Verschlußstück (28) drehbar gelagerten, zweiarmigen Winkelhebel (89) umfaßt, dessen einer Arm als Flieh­ kraftmasse dient und dessen anderer Arm axial auf den federbelasteten Steuerschieber (88) einwirkt.