DE4314440C1 - Zentrifugalseparator mit Schwerstanlauf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zentrifugalseparator mit Schwerstanlauf und einem feststehenden Gehäuse mit fest verbundenen Ableitorganen und einer im Gehäuse rotierenden Trommel, die mit einer vertikalen Antriebsspindel fest verbunden ist, die durch einen Motor mit einer Schwerstanlaufsteuerung direkt angetrieben wird und in einem Lagersystem gelagert ist, das die radial und axial wirkenden Kräfte des rotierenden Systems, bestehend aus der Antriebsspindel, der Trommel und dem Rotor des Motors, aufnimmt.

Es ist bekannt (wie u. a. in der Figur der DE-OS 20 62 131 gezeigt), Zentrifugalseparatoren mit Schwerstanlauf, die mit einem feststehenden Gehäuse und mit diesem fest verbundenen Ableitorganen und einer im Gehäuse rotierenden Trommel, die mit einer vertikalen Antriebsspindel fest verbunden ist, ausgebildet sind, mit einem horizontal angeordneten Motor anzutreiben, dessen Antriebsleistung über eine Kupplung und ein Getriebe auf die vertikale Antriebsspindel der Trommel, übertragen wird.

Es ist auch bekannt (wie u. a. in Fig. 1 der DE 31 25 832 C2 gezeigt), Zentrifugalseparatoren mit einem vertikal angeordneten Motor anzutreiben, dessen Antriebsleistung über ein Riementrieb auf die vertikal angeordnete Antriebsspindel des Zentrifugalseparators übertragen wird.

Bei beiden Varianten ist die Antriebsspindel der Trommel gegenüber dem Zentrifugengehäuse pendelnd und drehbar in Lagersystemen gelagert, die geeignet sind, die axial und radial wirkenden Kräfte der rotierenden Trommel aufzunehmen.

Diese bekannten Antriebsvarianten für Zentrifugalseparatoren mit Schwerstanlauf sind infolge der Übertragung der Antriebsleistung des Motors auf die Antriebsspindel der Trommel kostenaufwendig in der Herstellung und erfordern regelmäßige Wartungs- und Serviceleistungen der die Antriebsleistung übertragenden Elemente wie u. a. Kupplung, Getriebe, bzw. des Riementriebs.

Infolge des Schwerstanlaufes dieser Art von Zentrifugalseparatoren besteht bei diesen Antriebsarten die Notwendigkeit, daß die verwendeten Motoren über die eigentliche Betriebsleistung, die für den Zentrifugalseparator erforderlich ist, ausgelegt sein müssen, um den Anlauf des Zentrifugalseparators störungsfrei zu sichern und darüber hinaus bei selbstöffnenden Zentrifugalseparatoren den Drehzahlabfall der Trommel infolge des kurzzeitigen Öffnungsvorganges der Trommel, zum Zweck des Schlammaustrages, schnell zu kompensieren. Eine Überdimensionierung des Motors beeinflußt ebenfalls die Kosten des Zentrifugalseparators selbst und die Betriebskosten negativ.

Für kleine Zentrifugen mit geringer Trommelmasse, wie z. B. Laborzentrifugen und Milchzentrifugen, bei denen kein Schwerstanlauf erforderlich ist, ist bekannt, die Trommel direkt auf die Antriebswelle des Motors aufzusetzen oder die Antriebsspindel der Trommel mit der Antriebswelle des Motors kraftschlüssig zu verbinden.

Eine solche Kleinzentrifuge ist aus der CH 253 463 bekannt, bei der der Motor mittels elastischer Elemente, z. B. aus Gummi, mit dem Zentrifugengehäuse schwingfähig verbunden ist, um auftretende Schwingungen, die u. a. durch eine Restunwucht der Trommel hervorgerufen werden, nicht auf das Gehäuse zu übertragen. Die Lagerung der Motorwelle, welche gleichzeitig als Antriebsspindel der Trommel ausgelegt wird, ist im Motorgehäuse durch Zwischenlegen eines Gummiringes elastisch gegenüber dem Motorgehäuse gelagert. Diese elastische Anordnung der Motorwellenlagerung und die elastische Motoraufhängung bei dieser Art von Zentrifugen ist ausreichend, um die auftretenden Auslenkungen der Trommel, die u. a. aus der Präzessionsbewegung der Trommel und einer möglichen Restunwucht der Trommel resultieren zu kompensieren. Das ist aber einerseits nur möglich, weil der Masseschwerpunkt des Gesamtsystems, bestehend aus der Trommel mit ihrer relativ geringen Masse und dem relativ großen Motor mit seiner Motorwelle, die gleichzeitig als Antriebsspindel ausgebildet ist, unterhalb des Trommelaufnahmepunktes auf der Antriebsspindel, in diesem Fall der Motorwelle, gelegt werden kann und andererseits die Trommel aufgrund ihres tiefliegenden eigenen Schwerpunktes frei auf die Antriebsspindel aufgesetzt werden kann, wodurch keine starre formschlüssige Zuordnung des Aufhängepunktes zum Schwerpunkt notwendig ist, so daß alle Bewegungen der Trommel und ihres Masseschwerpunktes keinen Einfluß auf die Antriebsspindel und deren Lagerung haben.

Weitere Kleinzentrifugen nach der oben beschriebenen Art sind auch durch die US 2 587 418, US 2 265 053 und in der FR 1 287 551 bekannt geworden, die in ihrem wesentlichen Aufbau, speziell in der elastischen Anordnung des Motors und der elastischen Lagerung der Antriebsspindel der Trommel der CH 253 463 ähnlich sind. Bei diesen werden jedoch die auftretenden Axialkräfte nicht, wie in der CH 253 463 dargestellt, durch das Motorlager aufgenommen, sondern durch einen Abstützpunkt, der im Gehäuse unterhalb des Motors angeordnet ist, in dem das Gesamtsystem bestehend aus der Trommel, der Antriebsspindel und dem Motor elastisch aufgenommen wird.

In der DE 37 14 627 A1 ist ein gattungsgemäßer Zentrifugalseparator beschrieben, bei dem die Antriebsspindel einer Trommel mit großen Trommelmassen mit einem frequenzgesteuerten Motor direkt angetrieben wird.

Dieser Antrieb gewährleistet einen sanften und gleichmäßigen Schwerlastanlauf der Trommel, ohne daß der Motor größer ausgelegt werden muß als für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Zentrifugalseparators erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zentrifugalseparator, der eingangs erwähnten Art, mit einer direkt durch den Antriebsmotor angetriebenen Antriebsspindel so zu gestalten, daß eine Überbeanspruchung der Lagersysteme der Antriebsspindel ausgeschlossen, auftretende Auslenkung der Trommel nicht unmittelbar über die Antriebsspindel auf deren Lagerung übertragen werden und ein in einem Gehäuse stabil rotierendes System geschaffen wird.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das rotierende System des Zentrifugalseparators, bestehend aus der Trommel, der Antriebsspindel und dem Rotor des Motors, ist in seinem Lagersystem unelastisch ausgebildet und bildet mit dem Stator des Motors und einer zwischen dem Stator des Motors und der Trommel angeordneten Lagerbrücke, die starr mit dem Stator des Motors verbunden ist, eine bauliche und schwingungstechnische Einheit, die über die Lagerbrücke axial und radial unter Berücksichtigung des Masseschwerpunktes mit dem Gehäuse des Zentrifugalseparators elastisch verbunden ist.

Dabei sind die elastischen Elemente, die die radialen und axialen Kräfte zwischen dem Gehäuse des Zentrifugalseparators und der Lagerbrücke aufnehmen, tangential auf dem Kreis um den Masseschwerpunkt der baulichen schwingungstechnischen Einheit so angeordnet, daß eine der Wirkungslinien der Rückstellkräfte durch den Masseschwerpunkt der baulichen schwingungstechnischen Einheit verläuft.

Wenn angestrebt wird, die elastischen Elemente zwischen der Lagerbrücke und der Befestigung im Gehäuse des Zentrifugalseparators von den axial wirkenden Kräften der baulichen schwingungstechnischen Einheit zu entlasten, wird vorgeschlagen, die Lagerbrücke in ihrer senkrechten Ausdehnung bis unterhalb des Motors auszubilden und in einem unelastischen und winkelbeweglichen Fußpunkt des Gehäuses festzulegen. Diese Ausführung ist besonders bei sehr großen Trommeln zu empfehlen.

Aus funktionellen Bedingungen heraus wird empfohlen, daß die elastischen Elemente zwischen der Lagerbrücke und dem Gehäuse des Zentrifugalseparators räumlich in einer Ebene der Lagerbrücke angebracht sind.

Dadurch wird eine stabil rotierende Trommel in einem Zentrifugalseparator mit Schwerlastanlauf und direkt angetriebener Antriebsspindel der Trommel geschaffen. Die Belastungen, die infolge der Auslenkung der Trommel, durch eine Restunwucht, der Präzessionsbewegung u. a., hervorgerufen werden können, werden trotz der formschlüssigen Befestigung der Trommel auf der Antriebsspindel nicht auf das Lagersystem des rotierenden Systems übertragen, sondern lediglich durch das Lagersystem durchgeleitet und von den elastischen Elementen aufgenommen und durch die Lage zum Masseschwerpunkt der baulichen schwingungstechnischen Einheit und durch die Art der Elemente kompensiert.

Die Herstellungskosten werden durch Wegfall der die Antriebsleistung übertragenden Elemente, wie Getriebe und Kupplung bzw. des Riementriebs, wesentlich gesenkt und der Motor kann ausschließlich entsprechend seinem Bestimmungszweck ausgelegt werden.

Gleichzeitig ist ein so ausgeführter Zentrifugalseparator im wesentlichen servicefrei und störungsunanfällig.

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

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch das Gehäuse eines schematisch dargestellten Zentrifugalseparators,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch das Gehäuse eines schematisch dargestellten Zentrifugalseparators mit Fußpunkt,

Fig. 3 eine Darstellung des rotierenden Systems und

Fig. 4 eine Darstellung des baulichen schwingungstechnischen Systems.

Der in Fig. 1 gezeigte schematische Zentrifugalseparator besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 1, einem frequenzgesteuerten Motor mit seinem Rotor 2, Stator 14 und einer verlängerten Motorwelle, die gleichzeitig als Antriebsspindel 4 ausgebildet ist, der Trommel 1 und einer zwischen der Trommel 1 und dem Stator 14 des Motors angeordneten Lagerbrücke 5, an deren Umfang elastische Elemente 9 angeordnet sind, die mit einer im Gehäuse 1 starr angeordneten Konsole 10 elastisch verbunden sind.

Die Antriebsspindel 1, die in diesem speziellen Fall die verlängerte Motorwelle ist, ist in einem speziell ausgebildeten Lagersystem, bestehend aus einem Radiallager 7 und den Schräglagern 8, im Motorgehäuse gelagert und ist an ihrem oberen Ende mit einem Aufnahmekonus und einem Gewinde versehen, auf dem die Trommel 3 aufgesetzt und mittels einer Mutter 6 form- und kraftschlüssig verbunden ist.

Das Gehäuse 1 ist auf einer Grundplatte 15 aufgesetzt, die in einem Fundament eingelassen ist und mit an sich bekannter Befestigungsmitteln mit dieser verbunden.

Die schematische Darstellung in Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der in Ergänzung zur Fig. 1 unterhalb des Motors ein mit dem Gehäuse 1 starr verbundener radial und axial unelastischer Fußpunkt 13 angeordnet ist, in dem die vertikal bis unterhalb des Motorgehäuses ausgebildete Lagerbrücke 5 unelastisch und winkelbeweglich festgelegt ist. In der Ausführung nach Fig. 2 wird als verlängerte Lagerbrücke der mit der Lagerbrücke 5 starr verbundene Stator 14 des Motors genutzt.

Diese Ausführung wird insbesondere bevorzugt bei großen axial wirkenden Kräften.

Fig. 3 zeigt das rotierende System 16 bestehend aus dem Rotor 2 des Motors, der Motorwelle, die in einem unelastisch ausgebildeten Lagersystem, bestehend aus dem Radiallager 7 und den Schräglagern 8 gelagert ist und die bei dieser Ausführung gleichzeitig als Antriebsspindel 4 ausgebildet ist, die an ihrem oberen Ende mit einem Aufnahmekonus und einem Gewinde versehen ist, auf welchem die Trommel 3 aufgesetzt und mit der Mutter form- und kraftschlüssig verbunden ist.

Fig. 4 zeigt die bauliche schwingungstechnische Einheit 17, die aus dem rotierenden System 16, dem Stator 14 des Motors und einer zwischen der Trommel 3 und dem Motor angeordneten Lagerbrücke 5 besteht, die mit dem Stator 14 des Motors starr verbunden ist und an deren Umfang elastische Elemente 9 unter Berücksichtigung des Masseschwerpunktes 12 dieser baulichen schwingungstechnischen Einheit angeordnet sind. Die elastischen Elemente 9 sind tangential auf dem Kreis um den Masseschwerpunkt 12 der baulichen schwingungstechnischen Einheit 17 so angeordnet, daß immer die Wirkungslinie einer der Rückstellkräfte durch den Masseschwerpunkt 12 der baulichen schwingungstechnischen Einheit 17 verläuft.

Die elastischen Elemente 9 sind gleichmäßig auf dem Umfang der Lagerbrücke 5 verteilt.

Es ist auch möglich, an der Lagerbrücke 5 ein um den Umfang umlaufendes kompaktes elastisches Element 9 anzuordnen.

Diese unelastische baulich schwingungstechnische Einheit 17 wird über die Lagerbrücke 5 und die elastischen Elemente 9 auf die mit dem Gehäuse 1 fest verbundene Konsole 10 aufgesetzt und mit dieser, unter Vorspannung der elastischen Elemente 9 mit einem Druckring 18 und Bolzen (in Fig. 1 und Fig. 2 angedeutet als Kraftlinien 11) kraftschlüssig verbunden.

Durch die unelastische Ausbildung des rotierenden Systems 16 und der unelastischen Ausbildung der baulichen schwingungstechnischen Einheit 17, die über die Lagerbrücke elastisch unter Berücksichtigung des Masseschwerpunktes 12 im Gehäuse 1 verbunden ist, werden die axial und radial wirkenden Kräfte, die durch die rotierende und mit der Antriebsspindel 4 form- und kraftschlüssig verbundene Trommel 3 hervorgerufen werden, durch das unelastische Lagersystem der Antriebsspindel 4 durchgeleitet und durch die tangential um den Masseschwerpunkt 12 der baulichen schwingungstechnischen Einheit 17 liegenden elastischen Elemente aufgenommen.

Wenn die Ausführung mit dem im Gehäuse 1 angeordneten unelastischen Fußpunkt 13 zur Anwendung kommt, nehmen die elastischen Elemente 9 nur die radial wirkenden Kräfte auf und es kann die Anordnung der elastischen Elemente wie in Fig. 2 dargestellt gewählt werden. In diesem Fall werden die axial wirkenden Kräfte durch den unelastischen Fußpunkt 13 aufgenommen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist zwar die Antriebsspindel 4 und die Motorwelle als eine ungeteilte Spindel ausgelegt, es ist aber auch möglich, die Motorwelle und die Antriebsspindel 4 als zwei geteilte und gesondert gelagerte Welle auszuführen und kraftschlüssig zu verbinden. In diesem Fall sind beide Lagersysteme, die der Antriebsspindel 4 und die der Motorwelle, unelastisch auszuführen, wie es bei einer ungeteilten Spindel beschrieben wurde.

Claims (3)

1. Zentrifugalseparator mit Schwerstanlauf und einem feststehenden Gehäuse mit fest verbundenen Ableitorganen und einer im Gehäuse rotierenden Trommel, die mit einer vertikalen Antriebsspindel fest verbunden ist, die durch einen Motor mit einer Schwerstanlaufsteuerung direkt angetrieben wird und in einem Lagersystem gelagert ist, das die radial und axial wirkenden Kräfte des rotierenden Systems, bestehend aus der Antriebsspindel, der Trommel und dem Rotor des Motors, aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende System (16) unelastisch gelagert ist und das rotierende System (16) und eine zwischen dem Stator (14) des Motors und der Trommel (3) angeordnete Lagerbrücke (5) und der Stator (14) des Motors, der mit der Lagerbrücke (5) starr verbunden ist, als eine bauliche und schwingungstechnische Einheit (17) ausgebildet ist, die axial und radial mit dem Gehäuse (1) des Zentrifugalseparators über die Lagerbrücke (5) elastisch verbunden ist und daß die axialen und radialen Kräfte aus dem rotierenden System (16) durch mindestens ein elastisches Element (9) zwischen der Lagerbrücke (5) und dem Gehäuse (1) des Zentrifugalseparators aufgenommen werden, daß die tangential auf einem Kreis um den Masseschwerpunkt (12) der baulichen schwingungstechnischen Einheit (17) so angeordnet ist/sind, daß die Wirkungslinie einer der Rückstellkräfte durch den Masseschwerpunkt (12) der baulichen schwingungstechnischen Einheit (17) verläuft.

2. Zentrifugalseparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbrücke (5) in ihrer senkrechten Ausdehnung bis zum unteren Teil des Gehäuses des Stators (14) ausgebildet ist und mit dem Gehäuse (1) des Zentrifugalseparators über einen im Gehäuse (1) fest definierten Fußpunkt (13) unelastisch und winkelbeweglich festgelegt ist.

3. Zentrifugalseparator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine elastische Element (9) zwischen der Lagerbrücke (5) und dem Gehäuse (1) räumlich nur in einer Ebene der Lagerbrücke (5) angeordnet ist.