DE4409520A1 - Antrieb für eine Schneckenzentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Schneckenzentrifuge zur Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen, wobei die Zentrifuge einen drehbar gelager­ ten Trommelmantel und eine darin mit abweichender Drehzahl rotierende Förder­ schnecke aufweist und der Trommelmantel von einem ersten Keilriementrieb eines Hauptantriebsmotors über das Gehäuse eines Umlaufgetriebes angetrieben ist, dessen Sonnenrad über einen zweiten Keilriementrieb mit einem drehzahlvariablen Sekundärmotor zur Einstellung der Drehzahldifferenz zwischen Trommelmantel und Förderschnecke in Verbindung steht.

Derartige Antriebe (deutsche Auslegeschrift 11 70 324) sind für Schneckenzentri­ fugen bekannt, bei denen die Drehzahl der Förderschnecke größer oder kleiner sein kann als die des Trommelmantels. Durch die Relativbewegung zwischen För­ derschnecke und Trommelmantel muß die Förderung der im Trommelmantel ab­ gelagerten Feststoffe zu den Feststoffaustragsöffnungen der Trommel hin erfol­ gen. Die dabei von der Schnecke zu überwindende Reibungskraft hat dabei das Bestreben, die Differenzdrehzahl zwischen Trommelmantel und Förderschnecke zu vermindern, d. h. die Förderschnecke mit der Drehzahl des Trommelmantels mitzunehmen. Dieses Drehmoment ist abhängig von der Art und Menge des Schleudergutes, seinem Feststoffgehalt und von der Länge der Trockenzone in der Zentrifuge.

Beim bekannten Antrieb wird der Trommelmantel von einem ersten Keilriemen­ trieb eines Hauptantriebsmotors über das mitrotierende Gehäuse eines Umlaufge­ triebes (Planetengetriebes) angetrieben, dessen Sonnenrad über einen zweiten Keilriementrieb mit einem drehzahlvariablen Sekundärmotor zur Einstellung der Drehzahldifferenz zwischen Trommelmantel und Förderschnecke in Verbindung steht. Dabei ist der Sekundärmotor in erster Linie als Bremsmotor bzw. Bremsge­ nerator ausgebildet, mit dessen Hilfe die Drehzahl der Förderschnecke und damit die gewünschte Differenzdrehzahl einstellbar ist, z. B. Trommeldrehzahl 3000 U/min und Schneckendrehzahl z. B. 2600 U/min. Bei diesem Beispiel be­ trägt die Differenzdrehzahl im Sekundärmotor zwischen dem feststehenden Stator und dem Rotor ebenfalls 2600, womit ein vergleichsweise hoher Wärmeverlust verbunden ist, besonders wenn der Bremsmotor als Wirbelstrombremse ausgebil­ det ist. Es besteht auch die Möglichkeit, elektrische Energie vom Bremsmotor bzw. Bremsgenerator über eine elektrische Rückkopplung in das Netz einzuspei­ sen, an welches auch der Hauptantriebsmotor angeschlossen ist. Da die rückflie­ ßende Leistung in ihrer Frequenz nicht der Netzfrequenz von z. B. 50 Hertz ent­ spricht, muß eine kostspielige Leistungselektronik schon deswegen eingesetzt werden, um den Leistungsrückfluß in seiner Frequenz der Netzfrequenz anpassen zu können. Auf diesem Wege geht außerdem ein großer Anteil der rückgespeisten elektrischen Leistung in Form von Wärme verloren (Leistungsverlust von z. B. ca. 10 kW), so daß der Leistungsrückfluß in das Netz nicht sehr hoch ist, was zur Folge hat, daß die zu installierende Leistung (in kW) des Hauptantriebsmotors sehr hoch sein muß. Zahlenbeispiel: Hauptantriebsmotor 60 kW, Leistungsrück­ fluß vom Bremsmotor bzw. Bremsgenerator vor der Leistungselektronik mit Fre­ quenzwandler 20 kW, Leistungsrückfluß nach Leistungselektronik zur Einspei­ sung in das Netz 10 kW, 50 kW Leistung vom Netz zum Hauptantriebsmotor (50 kW + 10 kW = 60 kW Hauptmotorantriebsleistung).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen preisgünstigen Antrieb für Schneckenzentrifugen zu schaffen, mit dem die jeweils optimale Differenzdreh­ zahl bei geringen Leistungsverlusten und hohen Leistungsrückflüssen mit einem vergleichsweise klein auszulegenden Hauptantriebsmotor während des Zentrifu­ genbetriebes eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Charakteristisch beim erfindungsgemäßen Schneckenzentrifugenantrieb mit Haupt­ antriebsmotor und Sekundärmotor ist, daß im Sekundärmotor nicht nur der Rotor, sondern auch der Stator drehbar gelagert ist, wobei die Statorwelle mit der Rotor­ welle des Hauptantriebsmotors mechanische gekoppelt ist, während die Rotorwel­ le des Sekundärmotors (über den zweiten Keilriementrieb) am Sonnenrad des Um­ laufgetriebes angreift, wobei das Sonnenrad über den Planetenradträger mit der Förderschnecke der Zentrifuge in Verbindung steht. Wenn nun wiederum gemäß dem obengenannten Zahlenbeispiel die Trommeldrehzahl bei 3000 U/min und die Förderschneckendrehzahl bei 2600 U/min liegen soll, so beträgt im Sekundär­ motor die Drehzahl des mit der Rotorwelle des Hauptantriebsmotors mechanisch gekoppelten Stators ebenfalls 3000 U/min bei einer Drehzahl der Rotorwelle des Sekundärmotors von 2600 U/min, so daß im Sekundärmotor bzw. Bremsgenerator die Differenzdrehzahl zwischen Rotor und Stator nur 400 U/min beträgt, was einen vergleichsweise niedrigen Wärmeverlust bzw. niedrige Verlustleistung in Höhe von nur ca. 5 kW zur Folge hat. Bei einem Leistungsrückfluß von 20 kW über den zweiten Keilriementrieb in den Sekundärmotor werden also nach Abzug von 5 kW Verlustleistung 15 kW direkt zum Rotor des Hauptantriebsmotors me­ chanisch rückgespeist, der nicht für 60 kW, sondern für 60 kW-15 kW = nur 45 kW ausgelegt sein muß. D. h., beim erfindungsgemäßen Zentrifugenantrieb kann der Hauptantriebsmotor vergleichsweise klein ausgelegt sein. Trotz des ver­ gleichsweise kleinen Hauptantriebsmotors von nur 45 kW wird die Zentrifugen­ trommel vermittels der mechanischen Leistungsrückspeisung über den ersten Keil­ riementrieb mit 60 kW angetrieben.

Beim erfindungsgemäßen Schneckenzentrifugenantrieb ist keine kostspielige Lei­ stungselektronik mit Frequenzumwandler etc. notwendig, sondern nur eine ver­ gleichsweise kostengünstige Steuerungselektronik in Gestalt einer elektronischen Feldsteuerung zum Einstellen der Differenzdrehzahl zwischen Zentrifugentrommel und Förderschnecke. Dazu weist der drehzahlvariable Sekundärmotor zur Mes­ sung des elektrischen Feldes zwischen dem Stator und dem Rotor einen Sensor auf, der mit einer elektronischen Feldsteuerung zum Einstellen der optimalen Dif­ ferenzdrehzahl zwischen Trommelmantel und Förderschnecke in Verbindung steht.

Die Statorwelle des Sekundärmotors kann mit der Rotorwelle des Hauptantriebs­ motors über eine flexible Kupplung sowie auch über einen eigenen Keilriemen­ trieb verbunden sein.

Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt das rechte Ende einer Schneckenzentrifuge zur Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen, z. B. von Klärschlamm, wobei die Zentrifuge einen drehbar gelagerten und um eine horizontale Drehachse rotierbaren Trom­ melmantel (10) und eine darin mit abweichender Drehzahl rotierende Förder­ schnecke (11) aufweist und der Trommelmantel (10) von einem ersten Keilriemen­ trieb (12) über Keilriemenscheibe (13) eines Hauptantriebsmotors (14) über das mitrotierende Gehäuse eines Umlaufgetriebes (15) mit festgelegter Drehzahl von z. B. 3000 U/min angetrieben ist. Der Planetenradträger (16) ist einerseits mit der Förderschnecke (11) verbunden, und er steht andererseits über das Sonnenrad (17), Keilriemenscheibe (18) und zweiten Keilriementrieb (19) mit einem dreh­ zahlvariablen Sekundärmotor (20) zur Einstellung der Drehzahldifferenz zwischen Trommelmantel (10) und Förderschnecke (11) in Verbindung.

Dreht sich die Keilriemenscheibe (18) mit gleicher Drehzahl wie das Gehäuse des Umlaufgetriebes (15), so entspricht die Drehzahl der Förderschnecke (11) derje­ nigen der Trommel (10), läuft die Keilriemenscheibe (18) dagegen langsamer um bzw. wird sie gebremst, so läuft die Förderschnecke (11) mit größerer Drehzahl als die Trommel (10).

Im Sekundärmotor (20) sind sowohl der Rotor (21) als auch der Stator (22) dreh­ bar gelagert, wobei die Statorwelle (23) mit der Rotorwelle (24) des Hauptan­ triebsmotors (14) mechanisch gekoppelt ist, während die Rotorwelle des Sekun­ därmotors (20) über den zweiten Keilriementrieb (19) sowie Keilriemenscheibe (18) mit dem Sonnenrad (17) des Umlaufgetriebes (15) in Verbindung steht. Zur Messung des elektrischen Feldes zwischen dem rotierenden Stator (22) und dem Rotor (21) weist der Sekundärmotor (20) einen Sensor (25) auf, der mit einer ko­ stengünstigen Steuerungselektronik in Gestalt einer elektronischen Feldsteuerung (26) zum Einstellen der jeweils gewünschten optimalen Differenzdrehzahl zwi­ schen Trommelmantel (10) und Förderschnecke (11) in Verbindung steht. Die Schneckendrehzahl beträgt z. B. 2600 U/min.

Ist wie beim erfindungsgemäßen Zentrifugenantrieb im Sekundärmotor (20) auch der Stator (22) drehbar gelagert und ist dieser Stator mit dem Hauptantriebsmotor (14) der Zentrifugentrommel gekoppelt und ist der Rotor (21) des Sekundärmotors (20) mit der Antriebswelle des Getriebes für die Förderschnecke (11) verbunden, kann die optimale Betriebsdifferenzdrehzahl für die Schneckenzentrifuge bei ver­ gleichsweise kleinem Unterschied zwischen den Drehzahlen von Stator (22) und Rotor (21) von z. B. nur 400 U/min eingestellt werden, wodurch sich eine geringe Verlustleistung von nur etwa 5 kW ergibt. Von dem über den zweiten Keilriemen­ trieb (19) rückgekoppelten 20 kW Leistungsrückfluß werden dann nach Abzug der 5 kW Verlustleistung ca. 15 kW über die Wellen (23, 24) direkt in den ersten Keilriementrieb (12) mechanisch rückgespeist, so daß der am Netz liegende Hauptantriebsmotor (14) nur auf eine Größe von 45 kW (Trommelantriebsleistung 60 kW minus 15 kW) ausgelegt zu sein braucht. D. h. der Hauptantriebsmotor (14) kann beim erfindungsgemäßen Schneckenzentrifugenantrieb vergleichsweise klein ausgelegt sein, und kostspielige Leistungselektronik entfällt.

Um Fluchtungsfehler der Wellen (23 und 24) gerade auch bei größeren Entfer­ nungen zwischen den beiden Motoren (14 und 20) besser ausgleichen zu können, kann die Statorwelle (23) des Sekundärmotors (20) mit der Rotorwelle (24) des Hauptantriebsmotors (14) über eine flexible Kupplung (27) verbunden sein.

Der erfindungsgemäße leistungsverlustarme Zentrifugenantrieb ermöglicht es, die Schneckenzentrifuge mit geringem nicht kostspieligem apparatetechnischen Auf­ wand mit kleinstmöglichen Differenzdrehzahlen und damit mit Feststoffausträgen geringster Restfeuchte zu betreiben.

Claims (3)

1. Antrieb für eine Schneckenzentrifuge zur Trennung von Feststoff-Flüssig­ keitsgemischen, wobei die Zentrifuge einen drehbar gelagerten Trommel­ mantel (10) und eine darin mit abweichender Drehzahl rotierende Förder­ schnecke (11) aufweist und der Trommelmantel von einem ersten Keilrie­ mentrieb (12) eines Hauptantriebsmotors (14) über das Gehäuse eines Um­ laufgetriebes (15) angetrieben ist, dessen Sonnenrad über einen zweiten Keilriementrieb (19) mit einem drehzahlvariablen Sekundärmotor (20) zur Einstellung der Drehzahldifferenz zwischen Trommelmantel und Förder­ schnecke in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärmo­ tor (20) sowohl der Rotor (21) als auch der Stator (22) drehbar gelagert sind, wobei die Statorwelle (23) mit der Rotorwelle (24) des Hauptantriebsmotors (14) mechanisch gekoppelt ist, während die Rotorwelle des Sekundärmotors (20) über den zweiten Keilriementrieb (19) mit dem Sonnenrad (17) des Umlaufgetriebes (15) in Verbindung steht.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwelle (23) des Sekundärmotors (20) mit der Rotorwelle (24) des Hauptantriebsmotors (14) über eine flexible Kupplung (27) verbunden ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärmotor (20) zur Messung des elektrischen Feldes zwischen dem Stator (22) und dem Rotor (21) einen Sensor (25) aufweist, der mit einer elektronischen Feld­ steuerung (26) zum Einstellen der Differenzdrehzahl zwischen Trommelman­ tel (10) und Förderschnecke (11) in Verbindung steht.