DE3325566C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Antreiben einer Zentrifuge mit einer Trommel, von der ein Teil als Läufer eines Elektromotors ausgebildet ist.

Eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ist bekannt (DE-PS 91 176). Die Zentrifuge enthält eine Trommel aus Weicheisen. Auf der Trommel ist eine Wicklung angeordnet, in die über einen auf der Trommelwelle angeordneten Kollektor Strom eingespeist wird. Die Trommel ist von einer Reihe von Elektromagneten umgeben, die ein magnetisches Feld erzeugen.

Zentrifugen mit großen Durchmessern, die z. B. 2 m betragen können, werden beispielsweise 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 Auslenkungen 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.

Eine Zentrifuge, bei der ein Antriebsmotor mit seinem unteren Flansch über ein Gestänge pendelnd am Deckel des Zentrifugengehäuses befestigt ist, ist bereits bekannt (DE 24 37 079 A1). Die Schleudertrommel ist ebenfalls pendelnd am Deckel befestigt.

Bekannt ist auch eine Zentrifuge mit einer Schleudertrommel, die an ihrer Welle über einen Keilriemen mit einem seitlich angeordneten Motor verbunden ist (DE-AS 12 66 693).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß bei konstruktiv einfachem Aufbau große Kräfte auf die Trommel bei hohen Drehzahlen übertragen werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Elektromotor ein Axialfeld-Elektromotor ist und daß die einen großen Durchmesser aufweisende Trommel auf ihrer zylindrischen Außenseite einen Ring enthält, der mindestens auf einer Seite auf einem kreisringförmigen Abschnitt als Läufer ausgebildet ist, dessen Ständer mit seiner ebenen Magnetisierungsfläche in axialer Richtung der Trommel verschoben neben dem Läufer angeordnet ist.

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. Die Antriebskraft wird 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.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Axialfeld-Elektromotor ein permanenterregter 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 ausgerüsteten 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 weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wicklungen im Ständer 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.

Vorteilhafterweise ist der Ring auf Rollen drehbar gelagert, deren Achsen senkrecht zur Drehachse der Trommel 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 Ausgestaltung besteht darin, daß längs der zylindrischen Stirnfläche des Rings Zentrierrollen angeordnet sind, deren Achsen parallel zur Drehachse der Trommel angeordnet sind. Durch die Zentrierrollen wird die Trommel gegen radiale Auslenkungen gesichert. Beispielsweise können drei oder mehr Zentrierrollen vorgesehen sein. Die Zentrierrollen sind vorteilhafterweise senkrecht zur Drehachse der Trommel 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 Trommelinhalt gleichmäßig auf der Innenfläche verteilt.

Die Rollen 22 werden durch die auf die Magnetpole 15 wirkenden Kräfte entlastet. Es 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 führt zu einer gleichmäßigen Beanspruchung der Trommel.

Durch den einfachen Aufbau ist die Zentrifuge 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 Verlustwärme über das Blechpaket des Ständers.
• 3. Wartungsfreiheit des Axialfeld-Elektromotors.
• 4. Säuberung des Axialfeld-Elektromotors durch Abspritzen.
• 5. Der Axialfeld-Elektromotor kann auch von Zuckersaft umspült werden.
• 6. Der Axialfeld-Elektromotor hat ein geringes Gewicht.
• 7. Die Einrichtung zur Steuerung und Überwachung des Axialfeld- Elektromotors ist einfach.

Vorteilhafterweise 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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert.

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 Zentrifuge 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 Außenseite 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 mindestens auf einer Seite 11 als Läufer 12 eine Axialfeld- Elektromotors 13 ausgebildet. Bei dem Axialfeld-Elektromotor 13 kann es sich um einen Asynchronmotor handeln. Der Axialfeld-Elektromotor 13 kann ein permanenterregter Synchronmotor sein.

Der Ständer 14 des permanenterregten Axialfeld-Elektromotors 13 ist neben dem Läufer 12 in axialer Richtung der Trommel 2 verschoben angeordnet. Der Axialfeld-Elektromotor 13 hat Permanentmagnete mit Magnetpolen 15. Die Magnete sind auf dem Ring 8 befestigt. Der Aufbau des Axialfeld-Elektromotors 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 denen 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-Elektromotor 13 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 16 des Ständers 14 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 20 erzeugte Ausgangsspannung ist in ihrer Frequenz steuerbar. Durch allmähliche Erhöhung der Ausgangsfrequenz wird der Axialfeld- Elektromotor 13 auf die gewünschte Nenndrehzahl hochgefahren, bei der die Zuckermelasse zentrifugiert wird.

Die Magnetpole 15 sind beispielsweise auf der Oberseite des Rings 8 angeordnet. Auf die Magnetpole 15 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 21 und 22 drehbar gelagert, von denen untere Rollen 22 das Gewicht der Trommel 2 aufnehmen, während obere Rollen 21 eine genaue Führung der Trommel 2 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 Ausführung in radialer Richtung des Rings 8 außen am Axialfeld- Elektromotor 13. Es ist aber auch die umgekehrte Anordnung möglich. Insbesondere lassen sich damit die Umgangsgeschwindigkeiten der Rollen 21, 22 vermindern.

Die Rollen 22 stützen sich auf einer Lauffläche 23a 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 8 von den Rollen 22 vermieden wird.

In gleichmäßigen Abständen sind längs der zylindrischen Stirnfläche 9 des Rings 8 Zentrierrollen 25 angeordnet, von denen in der Zeichnung eine dargestellt ist. Beispielsweise sind mindestens drei Zentrierrollen 25 im Abstand von 120° angeordnet. Die Zentrierrollen 25 sind in einem Halter 26 drehbar gelagert. Die Drehachsen der Zentrierrollen 25 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 Stellzylinder 27 verbunden, durch den die Zentrierrollen 25 senkrecht zu ihren Drehachsen verschiebbar sind. Über die hydraulischen Stellantriebe des Stellzylinders 27 kann die Zentrifuge 1 nach der Seite ausgelenkt werden. Die Zentrifuge 1 ist über 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 Zentrifugalkraft 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.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Antreiben einer Zentrifuge mit einer Trommel, von der ein Teil als Läufer eines Elektromotors ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein Axialfeld-Elektromotor (13) ist und daß die einen großen Durchmesser aufweisende Trommel (2) auf ihrer zylindrischen Außenseite (3) einen Ring (8) enthält, der mindestens auf einer Seite (11) auf einem kreisringförmigen Abschnitt als Läufer (12) ausgebildet ist, dessen Ständer (14) mit seiner ebenen Magnetisierungsfläche in axialer Richtung der Trommel (2) verschoben neben dem Läufer (12) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialfeld-Elektromotor (13) ein permanenterregter Synchronmotor ist, dessen Magnetpole (15) auf dem Ring (8) befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (16) im Ständer (14) an einen Frequenzumrichter (20) angeschlossen sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (8) auf Rollen (21, 22) drehbar gelagert ist, deren Achsen senkrecht zur Drehachse (23) der Trommel (2) verlaufen.

5. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß längs der zylindrischen Stirnfläche (9) des Rings (8) Zentrierrollen (25) angeordnet sind, deren Achsen parallel zur Drehachse (23) der Trommel (2) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des Ständers (14) vergossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierrollen (25) senkrecht zur Drehachse (23) der Trommel (2) verschiebbar angeordnet sind.