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Vollmantel - Schneckenzentrifuqe
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Die Erfindung betrifft eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einer
drehbar gelagerten Trommel und einer in der Trommel drehbar gelagerten Schnecke,
die von einem Hauptantriebsmotor mit einer Antriebswelle mit wenigstens einer Antriebsscheibe
ueber Keilriementrieb mittels wenigstens einer Riemenscheibe angetrieben sind, wobei
zur Erzeugung einer Differenz-Drehbewegung zwischen Trommel und Schnecke eine Hydraulik-Kraftmaschine
vorgesehen ist.
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Vollmantel-Schneckenzentrifugen der eingangs genannten Art sind bekannt.
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Bei diesen hat sich zur Einhaltung einer konstanten und insbesondere
optimalen Feststoff-Entwaessrungsrate die Anordnung einer Hydraulik-Kraftmaschine
zur Erzeugung einer regelbaren Differenz-Drehbewegung zwischen Trommel und Schnecke
als vorteilhaft erwiesen. Das hierbei zu bewaeltigende regelungstechnische Problem
ergibt sich daraus, dass die Zentrifuge vielfach unter schwierigen Betriebsbedingungen
mit veraender lichen Feststoffkonzentrationen in der zulaufenden Truebe arbeiten
muss.
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Wuerde die Schnecke pro Zeiteinheit weniger Feststoff austragen, als
insgesamt in der Truebe zulaufen, dann ergaebe sich eine zunehmende Feststoffanhaeufung
in der Trommel mit der unweigerl ichen Folge einer Verstopfung und damit Betriebsunterbrechung.
Umgekehrt bei zu hoher Differenzgeschwindigkeit wuerde die Schnecke mehr Feststoff
abtransportieren,
als mit der Truebe eingetragen wird. Bei diesem
Betriebszustand wuerde sich eine viel zu -geringe Entwaesserung in der Feststoffkonzentration
ergeben und die Zentrifuge ein voellig unbefriedigendes Trennergebnis erbringen.
Demzufolge ist ein ausgesprochenes Wirkungsgradoptimum beim Betrieb der Zentrifuge
dann gegeben, wenn diese mit konstant hoechstmoeglicher Feststoff-Entwaesserungsrate
arbeitet, ohne jedoch zu verstopfen.
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Es ist Stand der Technik, diesen optimalen Betriebszustand nach Massgabe
des Drehmomentes der Schnecke einzustellen. Hierdurch kann ein Betriebszustand eingeregelt
werden, bei dem die Summe des in der Zeiteinheit eingetragenen Feststoffes mit der
Summe des in der gleichen Zeit ausgetragenen Feststoffes ein Gleichgewicht erreicht.
Dieses ist eine Funktion der pro Zeiteinheit zufliessenden Truebe, der Differenzgeschwindigkeit
zwischen Trommel und Schnecke, sowie der Feststoffkonzentration in der zulaufenden
Truebe. Entsprechend den sich hieraus ergebenden regelungstechnischen Moegl ichkeiten
kann beispielsweise, wie dies an sich bekannt ist, die pro Zeiteinheit zufl iessende
Menge der Truebe nach Massgabe eines konstanten Drehmoments der Schnecke geregelt
werden.
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Solche Einrichtungen sind bekannt, regelungstechnisch jedoch relativ
kompliziert und somit unbefriedigend. Eine andere Moeglichkeit besteht unter Beibehaltung
konstanter Zuflussverhaeltnisse der Truebe durch Aenderung der Differenzgeschwindigkeit
zwischen Trommel und Schnecke, wofuer, wie eingangs erwaehnt, ein variables und
vorzugsweise hydraulisches Getriebe zwischen Trommel und Schnecke eingeschaltet
ist.
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Bei einer bekannten Ausfuehrung (DE-OS 28 42 575) ist die Trommel
an der Seite des Zentrataustrittes mit einem Riementrieb von einem Hauptantriebsmotor
mit einer Antriebswelle mit Riemenscheibe angetrieben. An
der entgegengesetzten
Seite des Feststoffaustrags ist mit dem verlaengerten Hals der Trommel das Gehaeuse
eines Hydraulikmotors verbunden, dessen Antriebswelle die Schnecke mit Differenzgeschwindigkeit
antreibt.
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Bei diesem bekannten System wird als Nachteil empfunden, dass beim
hydraulischen Schlupfantrieb wegen der geringen Drehzahldifferenz und einem entsprechend
hohen Drehmoment ein vergleichsweise grossvolumiger, relativ teurer und mit hohem
Drehmoment betreibbarer Hydromotor installiert wird. Bei der bekannten Ausfuehrung
ist zudem die Anordnung von Antriebsorganen bzw. -elementen wegen der entsprechend
grossen Laengenausladung der Maschine von Nachteil.
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Weiter wird bei einer derartigen Anordnung als unbefriedigend empfunden,
dass die nachtraegl iche Ausruestung einer mit Riemenantrieb und mechanischem Differenzantrieb
ausgestatteten Vollmantel-Schneckenzentrifuge nur mit sehr erheblichem Umbau-Aufwand
durchzufuehren ist.
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Bei der bekannten Ausfuehrung ist zudem eine relativ aufwendige und
damit teure Druckmittelversorgungs- und Regeleinheit erforderlich, um den grossvolumigen
Hydromotor bei geringer Differenzdrehzahl und hohen Drehmomenten feinfuehl ig drehzahlregelnd
einstellen zu koennen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu
verbessern und insbesondere die hierbei bestehenden Nachteile, Schwierigkeiten und
technischen Grenzen zu ueberwinden. Insbesondere soll anstelle eines teuren und
schwierig zu regelnden Hydromotors ein solcher mit hoeherer Drehzahl und entsprechend
geringerem Drehmoment eingesetzt werden. Entsprechend einfacher soll auch die hierfuer
erforderliche Versorgungs- und Regeleinheit ausgefuehrt werden. Und schliesslich
soll mit
der Erfindung eine unkomplizierte, preisguenstige, und
schnelldurchfuehrbare Umruestung vorhandener, mit einem Keilriemengetriebe urspruenglich
ausgestatteter Vollmantel-Schneckenzentrifugen erreicht werden koennen. Vorzugsweise
soll dieser Umbau ermoeglicht werden, ohne die urspruenglich vorhandenen Antriebsorgane
wie Keilriemenscheiben und mech.
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Umlaufgetriebe etc. abbauen oder veraendern zu muessen.
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Die Loesung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass bei einer
Vollmantelschneckenzentrifuge der eingangs genannten Art, die von einem Hauptantriebsmotor
mit einer Antriebswelle mit wenigstens einer Antriebsscheibe ueber Keilriementrieb
mittels wenigstens einer Riemenscheibe angetrieben sind, die Hydraulik-Kraftmaschine
mit der Antriebswelle umlaufend angeordnet ist, wobei eine Schneckenantriebsscheibe
mit der Welle der Hydraulik-Kraftmaschine und eine Trommelantriebsscheibe mit dem
Gehaeuse der Hydrauiik-Kraftmaschine verbunden ist.
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Die Anordnung der hydraulischen Kraftmaschine als Element der Antriebswelle
und mit dieser umlaufend hat den Vorteil, dass die Antriebselemente an der Zentrifuge
seibst unveraendert beibehalten werden koennen.
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Dies trifft insbesondere auch auf die Anordnung eines starren, ueber
Riemenscheiben angetriebenen Serienriementriebes zu. Hierbei kann durch Austauschen
des Antriebswellensatzes zwischen Hauptantriebsmotor und Antriebsscheiben ohne jede
Aenderung des urspruenglichen technischen Antriebskonzeptes eine Serienzentrifuge
in kurzer Zeit bei geringer Montagearbeit mit einem der Erfindung entsprechenden
Antriebssystem ausgeruestet werden.
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Die Beibehaltung des Riemenantriebes ist auch deshalb von Vorteil,
weil bei entsprechender Auswahl der Riemenscheiben-Durchmesserverhaeltnisse die
hydraulische Kraftmaschine unter Vollast vorteilhaft in einem optimalen Drehzahlbereich
betrieben werden kann, und somit die Regelung in den Bereich eines bestmoegl ichen
hydraulischen Wirkungsgrades verlegbar ist. Weiterhin kann mit Vorteil bei dieser
Einbausituation der in der Regel zwischen 1 bis 20 UPM liegende Differenzdrehzahl-Verstellbereich
bei entsprechend schwierigen Entwaesserungsaufgaben beispielsweise in einen Bereich
zwischen 10 und 30 bzw. 20 bis 40 UPM verlegt werden. Ein weiterer Vorteil ergibt
sich dadurch, dass die hydraulische Kraftmaschine mit der Drehzahl des Hauptantriebsmotors
umlaeuft, wogegen sie beispielsweise bei der bekannten Ausfuehrung gem. DE-OS 28
42 575 mit der Trommeldrehzahl umlaeuft, die in der ueberwiegenden Zahl der Betriebsfaelle
hoeher liegt, als dem Drehzahlbereich des Hauptantriebsmotors entspricht. Dabei
wirkt sich der Vorteil der niedrigen Drehgeschwindigkeit der hydraulischen Kraftmaschine
vorzugsweise bei der Drehdurchfuehrung aus. Die hierbei zu bewaeltigenden Dichtungs-
und Verschleissprobleme nehmen bekanntlich mit steigender Drehzahl exponentiell
zu. Die gegenueber der bekannten Ausfuehrung in einer ueberwiegenden Anzahl von
Betriebsfael len annaehernd nur mit halber Drehgeschwindigkeit umlaufende hydraulische
Kraftmaschine in der erfindungsgemaessen Anordnung arbeitet daher in einem sehr
viel guenstigeren Drehzahlbereich.
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Weitere zweckmaessige Ausgestaltungen der Vorrichtung sind entsprechend
den Merkmalen der Vorrichtungsansprueche 2 bis 12 vorgesehen.
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Ein Verfahren zum Betrieb der Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit der
Ausgestaltung entsprechend den Vorrichtungsmerkmalen ist dadurch gekennzeichnet,
dass der Hydraulikmotor mit einer Drehzahl angetrieben wird, die dem Produkt der
Differenz-Drehzahl Trommel/Schnecke multipliziert mit dem Untersetzungsverhaeltnis
des Untersetzungsgetriebe entspricht.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Hydraulikmotor als Schnelllaeufer
mit relativ geringem Drehmoment ausgebildet sein kann. Dies hat den weiteren Vorteil
zur Folge, dass es sich um eine sehr kleine, leichte, preisguenstige und in das
Antriebssystem ohne Schwierigkeit integrierbare Hydraul ikmaschine handelt.
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Weiter sieht das Betriebsverfahren vor, dass der Hydraulikmotor bzw.
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dessen Gehaeuse mit der Drehzahl des Hauptantriebsmotors bzw. der
Antriebswelle in Umdrehung versetzt wird. 1 Wie hierzu bereits ausgefuehrt, ergibt
sich mit dieser Antriebsdrehzahl des Hydraulikmotorgehaeuses eine entsprechende
Drehzahl der hydraulischen Drehdurchfuehrung, wobei die Dichtungs- und Verschleissprobleme
in durchaus beherrschbaren Grenzen bleiben.
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Die Erfindung wird in Zeichnungen in einer bevorzugten Ausfuehrungsform
gezeigt, wobei aus den Zeichnungen weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung
entnehmbar sind.
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Die Zeichnungen zeigen im einzelnen: Figur 1 eine schematische Darstellung
einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einer Antriebsanordnung, in Verbindung
durch einen Riemenantrieb, aus der Draufsicht gesehen, teilweise im Schnitt, Figur
2 eine ebenfalls schematische Darstellung einer Antriebsanordnung entsprechend derjenigen
in Fig.1, mit Hauptantriebsmotor, Antriebswelle, Hydraulikmotor und Antriebsscheiben,
in Seitenansicht, teils im Schnitt, Figur 3 eine Antriebsanordnung entsprechend
Fig.2 mit einer gegenstaendl ichen, jedoch rein schematischen Darstellung der Drehdurchfuehrung
und des Hydraul imotors, im Schnitt.
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Bei der beispielsweise veranschaulichten Ausfuehrungsform der Vollmantel-Schneckenzentrifuge
ist diese in uebliche Weise auf einem nicht naeher gezeigten Maschinengestell mit
einer in den Lagern 19 und 22 gelagerten Trommel 1 ausgebildet. Sie besteht aus
einem zylindrisch/konischen Koerper. Darin ist in den Lagern 20, 21 die Schnecke
2 mit den Schneckenwendel 2 gelagert. Die Betriebs- und Wirkungsweise der rein schematisch
ohne Einzelheiten dargestellen Vollmantel-Schneckenzentrifuge wird im uebrigen als
dem Fachmann gelaeufig fuer die weitere Beschreibung vorausgesetzt. An der Feststoff-Austragsseite
ist ein mechanisches Umlaufgetriebe
3 angeordnet. Dessen Gehaeuse
34 ist mit dem Koerper der Trommel 1 fest verbunden. Die in das Innere der Trommel
1 hineinragende Ausgangswelle 33 des Umlaufgetriebes 3 ist mit dem Schneckenkoerper
2 verbunden und dient diesem gleichzeitig zur Lagerung und zum Antrieb. Die Eingangswelle
32 des Umiaufgetriebes 3 traegt die Riemenscheibe 4, die ueber den Keilriemen 8
von der Antriebsscheibe 6 der Antriebsanordnung 35 angetrieben wird. Mit dem nach
aussen verlaengerten und im Lager 19 gelagerten Gehaeuse 34 des Umlaufgetriebes
3 ist die Riemenscheibe 5 verbunden, die ihrerseits ueber den Keilriemen 9 von der
Antriebsscheibe 7 der Antriebsanordnung 35 angetrieben wird. Das Umlaufgetriebe
3 entspricht einer ueblichen Antriebsanordnung einer mit starrer Differenzdrehzahl
ueber Keilriemenantriebe angetriebene Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Stand
der Technik. Es ist ueblicher Weise mit einem Untersetzungsverhaeltnis zwischen
10:1 bis 50:1, vorzugsweise 25:1 ausgelegt.
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Dies hat den Vorteil, dass die zumeist geringe Drehzahldifferenzstufe
mit geringerem Drehmoment transformiert wird. Wie bereits erwaehnt, ist die Ausstattung
der Zentrifugentrommel 1 und Schnecke 2 mit den Antriebselementen des Umlaufgetriebes
3 und der Antriebsscheiben 4 und 5 eine uebliche, dem Stand der Technik entsprechende
standardmaessige Ausstattung. Es sei an dieser Stelle daran erinnert, dass als wesentlicher
Teil der Aufgabenstellung die Forderung angesehen wurde, mit der erfindungsgemaess
verbesserten Antriebsanordnung 35 das antriebstechnische Grundkonzept der eigentlichen
Zentrifugalmaschine nicht oder nur unwesentlich aendern zu muessen.
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Dem entsprechend ist die beispielhaft gezeigte Antriebsanordnung 35
als Hauptelement der gesamten Antriebseinrichtung vom grundsaetzl ichen Aufbau
der
ebenfalls aehnlich einer entsprechenden Antriebsanordnung mit unveraenderlicher,
d.h. starrer Differenzdrehzahl. Sie umfasst den Hauptantriebsmotor 14 mit der Anlaufkupplung
26 und der Antriebswelle 25.
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Diese ist im Lagergehaeuse 29 mit dem Lager 18 motorseitig gelagert.
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Mit der Antriebswelle 25 ist das Gehaeuse 28 des Hydraulikmotors 10
fest verbunden. Dieses ist demnach mit der Motorwelle 36 des Hauptantriebsmotors
14 ueber die Anlaufkupplung 26 in drehschluessiger Verbindung und dreht sich, abgesehen
vom geringen Schlupf der Anlaufkupplung 26, im wesentlichen mit der Motordrehzhal
des Hauptantriebsmotors 14. Der Hydraulikmotor 10 ist mit einer Welle 27 ausgestattet,
welche die Schnekkenantriebsscheibe 6 traegt. Diese bewegt sich daher im Betrieb
mit der Drehzahl des Hauptantriebsmotors 14 plus Drehzahl des Hydraulikmotors 10
(bzw. minus Drehzahl des Hydraulikmotors 10.) Ohne grundsaetzliche Aenderung des
erfindungsgemaessen Antriebskonzeptes koennte der Hydraulikmotor 10 gegenueber der
Motordrehzahl des Hauptantriebmotors 14 beispielsweise zuruecklaufend auch als Hydrauiikpumpe
betrieben werden, weswegen im Hauptanspruch allgemein die Anordnung einer Hydraulikkraftmaschine
beansprucht ist, wobei dieser Begriff sowohl einen Motor als auch eine Pumpe - in
kinematischer Umkehr der Arbeitsverhaeltnisse - umfasst. Im gezeigten Ausfuehrungsbeispiel
handelt es sich jedoch um einen Hydraulikmotor 10. Die Antriebswelle 25 ist im Bereich
zwischen dem Lager 18 und dem Hydraulikmotor 10 zusammen mit einem Lagergehaeuse
29 als Drehdurchfuehrung 11 ausgebildet, wie dies in Fig.
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1 durch ein entsprechendes Symbol dargestellt wurde. Diese Drehdurchfuehrung
erhaelt durch die Zufuehrung 30 einen Druckoelstrom aus der foerderstromverstellbaren
Verdraengerpumpe 13,23. Der Oelzulauf
geschieht aus dem Oeltank
12 durch die Leitung 15, der Ruecklauf aus der Drehdurchfuehrung 11 erfolgt ueber
die Leitung 17. Unter Weglassung aller bekannten Regelorgane des an sich bekannten
hydraulischen Systems ist die Verstellbarkeit der Pumpe 13 lediglich durch den Pfeii
37 angedeutet. Das Gehaeuse 28 des Hydraulikmotors 10 dient gleichzeitig mit dem
Lager 16 als Gehaeuselagerung und damit als zweites Lager der Antriebswelle 25.
Antriebswelle 25 und Gehaeuse 28 bilden eine funktionell integrierte Einheit, wobei
die Antriebsscheibe 7 fuer den die Trommel 1 antreibende Keilriemen 9 vorgesehen
ist. Die entsprechende Riemenscheibe 5 ist, wie bereits dargelegt, mit dem verlaengerten
Gehaeuse teil 34' des Umlaufgetriebsgehaeuses 34 verbunden. Die gesamte Antriebsanordnung
35 ist auf einer Platte 24 (mit -.- dargestellt) verlagert.
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Wie bereits vorgaengig erlaeutert, erfolgt die Regelung des Differenzdruckes
vorzugsweise nach Massgabe des Drehmomentes. Zu dessen Erfassung ist im gezeigten
Beispiel in der Zufuhrleitung 30 des Hydraulikmotors 10 ein Drucksensor 37 angeordnet.
Dieser ermittelt den Arbeitsdruck des Hydraulikmotors 10 und damit das Drehmoment
der Welle 27 bzw. 32 und 33 und damit das Drehmoment des Schneckenkoerpers 2. Er
wandelt den ermittelten Wert in ein elektrisches Signal um, welches mit der Siganlleitung
38 dem Regler 39 aufgeschaltet wird. Durch diesen erfolgt ein Regelimpuls ueber
die Steuerleitung 40 zur Foerderstromverstellung der oelhydraulischen Pumpe 37.
Auf diese Weise haelt der Hydraulikmotor 10 unter Veraenderung seiner Drehzahl nach
Massgabe des ermittelten Drehmoments der Schnecke 2 die Feststoffkonzentration des
ausgetragenen Feststoffes 41 konstant.
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Beim gezeigten Ausfuehrungsbeispiel gem. den Figuren 1 bis 3 bietet
sich auf unkomplizierte Weise die Moeglichkeit, durch Wechseln der Antriebsscheiben
6,7 bzw. der Riemenscheiben 4,5 den durch die Foerderleistung der Pumpe 13 begrenzten
Drehzahlverstellbereich zu veraendern. Dieser liegt in der Regel zwischen 1 bis
20 UPM. Er kann jedoch bei entsprechend dickeren oder duenneren Schlaemmen auf 10
bis 30 oder 20 bis 40 UPM veraendert werden. Ein Verlegen des Regelbereiches ist
auch dann von Vorteil, wenn ein entsprechender hydraulischer Motor unter Volllast
vorteilhaft in seinem optimalen Drehzahlbereich betrieben werden soll, und somit
eine Verlegung des Regelbereiches zum optimalen Wirkungsgrad hin ohne Schwierigkeiten
ermoeglicht wird.
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Wie das Ausfuehrungsbeispiel der Erfindung zeigt, ist diese sehr zweckmaessig
und erfordert ein Minimum an regel technischem Aufwand, insbesondere im gesamten
hydraulischen System. Sie ermoeglicht darueberhinaus die Umruestung standardmaessig
mit Keilriemenantrieb ausgeruesteter Zentrifugenantriebe ohne Aenderung des maschinellen
Konzepts an der Zentrifuge und erfuellt daher die eingangs gestellte Aufgabe in
idealer Weise.
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