CH628530A5 - Zentrifuge. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, um Flüssigkeiten von Feststoffen zu trennen, mit einer Baugruppe, enthaltend ein drehbares Trommelglied, ein darin koaxial angeordnetes drehbares Förderglied, ein diese zwei Glieder verbindendes Geschwindigkeitsänderungsgetriebe, das beim Antreiben des einen Gliedes das Antreiben des anderen Gliedes im selben Drehsinn, jedoch mit einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit bewirkt, mit einer äusseren drehmomentübertragenden Verbindung, die zwischen dem Getriebe und einer Trageinrichtung angeordnet ist, welche äussere Verbindung derart mit dem Getriebe verbunden ist, dass ihr vom Getriebe ein Drehmoment übertragen wird, das kleiner ist. als das Drehmoment, das das auf das Verbindungsglied zwischen dem Getriebe und dem Trommelglied einwirkt, und kleiner ist. als das Drehmoment, das auf das Verbindungsglied zwischen dem Getriebe und dem Förderglied einwirkt.

Wenn solche Zentrifugen gewisse Schlämme verarbeiten, beispielsweise Stärke, Stärkelösungen oder ähnliche klebende Stoffe, erleiden sie übermässige Torsionsschwingungen, Schlagen genannt, welche bei Durchsatzleistungen auftreten, die beträchtlich unterhalb der Auslegeleistung sind. Üblicherweise entsteht das Schlagen bei der Frequenz der natürlichen Torsionsschwingung der Zentrifuge, üblicherweise bei einem Wert zwischen 20 und 60 Hz, und es wird angenommen, dass diese Erscheinung durch das abwechselnde Festhaften/Gleiten zwischen dem Förderglied und der Trommel entsteht, wenn solche Stoffe verarbeitet werden. Bei den dabei entstehenden Torsionsschwingungen bewegt sich das Ausmass des Drehmomentes der Einrichtung um ein mittleres Drehmoment kennzeichnenderweise von 0 bis zu einem maximalen Wert, der sich dem Wert des maximalen Drehmomentes, für welches die Maschine ausgelegt ist, annähern oder diesen sogar übersteigen kann. Solche grosse und schnelle Drehmomentänderungen vermindern die Lebensdauer der Bauteile der Zentrifuge, welche die5

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sen ausgesetzt sind, insbesondere Lebensdauer der Getriebeelemente und der Überlastsicherungen, beispielsweise den Scherzapfen oder die Reibungskupplung, um einen beträchtlichen Wert. Wenn zugelassen wird, dass das Schlagen andauert, tritt bald eine Zustörung des einen oder anderen Bauteiles auf, womit grosse Kosten entstehen, die durch den Ausfall der Einrichtung und im Falle einer Beschädigung des Getriebes durch Ersatzkosten begründet sind. Um nun das Schlagen zu verhindern, muss der Benutzer der Zentrifuge diese bei einer Durchsatzleistung betreiben, die beträchtlich kleiner als 40% der Auslegeleistung ist.

In der US-Patentschrift 3 685 722 ist offenbart, dass das Schlagen unterbunden werden kann, indem eine nachgiebige, biegsame Verbindung mit einer kleineren Federsteife zwischen den sich drehenden Teilen der Trommel, des Fördergliedes und der Getriebeanordnung eingebaut wird. In dieser Weise wurde das Schlagen bis zur vollen Durchsatzleistung der Zentrifuge mittels einer elastomeren Hülse unterdrückt, die zwischen dem Förderglied und seiner Antriebscheibe angeordnet wurde. Jedoch bewirkt eine Anordnung zur Unterdrückung des Schlagens zwischen den drehenden Teilen der Einrichtung gewisse unerwünschte Einschränkungen der Ausbildung und Masse der Einrichtung, wobei der Zugang zu diesen Teilen zum Durchführen eines Verstellens oder für Wartungsarbeiten schwierig ist.

Die Geschwindigkeitsänderungseinrichtung, die bei solchen Zentrifugen verwendet wird, beispielsweise ein einstufiges oder mehrstufiges Planetengetriebe oder «Cyclo»-Getriebe, weist zusätzlich zu seiner ein hohes Drehmoment übertragenden Verbindung zur Trommel und dem Förderglied eine ein kleines Drehmoment übertragende Verbindung zu einer äusseren Trageinrichtung auf, welche ein feststehender Bauteil oder sich drehender Bauteil sein kann, beispielsweise ein Ritzelfreilauf oder eine Gangwechseleinrichtung, um das Übersetzungsverhältnis verändern zu können. Bei den üblicherweise verwendeten mehrstufigen Planetengetrieben erstreckt sich diese äussere Verbindung vom Ritzel der ersten Stufe aus, und das kleine Drehmoment dieser äusseren Verbindung ist das auf die Verbindung zum Förderorgan wirkende Drehmoment geteilt durch das Getriebeverhältnis. Üblicherweise weist diese äussere Verbindung die oben erwähnten Sicherheitseinrichtungen auf, um eine Torsionsüberbeanspruchung der Maschine zu verhindern.

Weil auf diese äussere Verbindung ein verhältnismässig kleines Drehmoment einwirkt, und weil sie ausserhalb der Baugruppe, Trommel, Getriebe und Förderglied angeordnet ist, ist diese äussere Verbindung ein vorteilhafter Ort zum Anbringen einer Vorrichtung zum Unterdrücken des Schlagens, falls eine solche Vorrichtung, die an dieser Stelle wirksam ist, geschaffen werden kann. Es sind schon früher Versuche gemacht worden, das Schlagen mittels Vorrichtungen zu unterdrücken, die bei dieser äusseren Verbindung angeordnet waren. Üblicherweise sind diese Vorrichtungen torsionselastische elastomere Kupplungen oder Metallfedern gewesen, die derart angeordnet waren, dass sie abhängig von der Torsionsschwingung der äusseren Verbindung schwingen. Diese Vorrichtungen sind zum Unterdrücken des Schlagens der äusseren Verbindung bis zu einem gewissen Masse erfolgreich gewesen, und haben daher die Lebensdauer der Sicherheitsvorrichtung verlängert und die Ausfallzeit aufgrund ihrer Zerstörung, die durch das Schlagen hervorgerufen wurde, vermindert. Jedoch sind sie, soweit bekannt ist, nicht erfolgreich gewesen, das Schlagen der Baugruppe, Trommel, Getriebe und Förderglied proportional oder sogar in einem fühlbaren Ausmass zu unterdrücken, und Getriebeschäden, die durch das Schlagen hervorgerufen wurden, sind trotzdem im weitem Masse bei der Verwendung solcher Vorrichtungen aufgetreten.

Das Ziel der Erfindung ist, eine Zentrifuge zu schaffen, die eine Vorrichtung zum Unterdrücken von Torsionsschwingungen aufweist, die in oder auf die äussere Verbindung des Getriebes einwirkt, um das Schlagen der sich drehenden Baugruppe, Trommel, Getriebe und Förderglied wirksam zu unterdrücken.

Es ist gefunden worden, dass das Ziel der Erfindung mittels einer Vorrichtung erreicht werden kann, die zweckdienlich ausgebildet ist, um die zwangsweisen Dämpfungskräfte, welche die Torsionskräfte, die das Schlagen erzeugen und innerhalb der sich drehenden Bauteile auftreten, aufheben, in genügendem Masse zu erhöhen. Gemäss des bevorzugten Ausführungsbeispiels ist eine äussere Verbindung in Form einer Anordnung enthaltend eine torsional elastische Feder und eine Masse, wobei die Feder eine Torsionsstange ist und die Masse gesamthaft aus der Masse der Torsionsstange, der dazugehörigen Verbindungseinrichtung und einer getrennt vorhandenen Dämpfungsanordnung zusammengesetzt ist, welche parallel zur Anordnung der Feder und der Masse wirkt, um deren Torsionsschwingungen zu dämpfen. Aufgrund der Feder ist die torsionale Federsteife der Feder- und Masseeinrichtung kleiner als diejenige irgendwelches ein Drehmoment tragendes Bauteil der drehenden Teile der Zentrifuge und ist derart angeordnet, dass es ein Drehmoment vom Getriebe zur Haltevorrichtung übertragen kann. Die Dämpfungsanordnung, welche parallel zur Federanordnung angeordnet ist, erzeugt dabei einen Widerstand gegen eine bezüglich eines Winkels erfolgende Schwingbewegung der äusseren Verbindung, um damit in nicht umkehrbarer Weise (beispielsweise in Form von Wärme) einen beträchtlichen Anteil der bei dieser Bewegung auftretenden Energie zu entfernen.

Die erfindungsgemässe Zentrifuge ist dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Verbindung eine Federanordnung mit einer Federsteife aufweist, die kleiner als die Federsteife irgendeines der einen Drehmoment übertragenden Glieder der Baugruppe ist, welche der äusseren Verbindung eine derartige torsionale Elastizität verleiht, dass beim Auftreten der übermässigen Torsionsschwingungen der Baugruppe die äussere Verbindung um ihre Achse schwingt; und dass eine getrennte Dämpfungsanordnung vorhanden ist, die parallel zur Federanordnung wirkt, um der torsionalen Schwingbewegung der äusseren Verbindung Widerstand entgegenzusetzen und dabei aus dieser Bewegung irreversibel Energie zu entnehmen.

Die optimale Federsteife ist diejenige, bei welcher die äussere Verbindung in Resonanz mit der Torsionsschwingung der sich drehenden Teile der Zentrifuge bei Schlagzuständen torsional schwingt, d. h. bei derselben oder annähernd derselben Frequenz, welches im Einklang mit der'Erfindung der US-PS 4 069 966 ist. Mit Vorteil ist die Federsteife nahe bei oder tiefer als diese optimale Federsteife.

Die getrennte Dämpfungsanordnung beruht vorteilhaft auf den entgegengesetzt laufenden Winkelbewegungen der äusseren Verbindung während ihrer Torsionsschwingung, wobei beispielsweise solche Bewegungen mittels Reibung gehemmt werden und parallel dazu wirken, sodass sie kein gleichförmiges, auf die äussere Verbindung einwirkendes Drehmoment überträgt. Die optimale Dämpfkraft, die mittels der Dämpfungseinrichtung ausgeübt wird, ist diejenige, welche soviel Energie als möglich aus der gedämpften Torsionsschwingung entnimmt und ist daher äusserst wirksam. Ihr Mass liegt zwischen grösseren und kleineren Kräften, die weniger wirksam sind, weil sie einen zu kleinen Widerstand entgegensetzen bzw. die Bewegung zu sehr unterdrücken. Mit Vorteil übt die Dämpfungseinrichtung die Dämpfungskraft bei oder nahe dem Optimum aus, wobei die damit ausgeübte Dämpfungskraft veränderlich ist.

Die Feder kann in irgendwelcher torsional nachgiebiger Form sein, z. B. eine Torsionsstange oder eine Schraubenfeder oder ein Blattfederzusammenbau. Eine bevorzugte Federanordnung ist eine feste Torsionsstange mit einer kleinen Eigen-

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dämpfungsfähigkeit, welche aus einem Metall hergestellt sein kann, z.B. Stahl oder Titan, und die koaxial angeordnet mit der äusseren Verbindung verbunden ist. Die Federsteife der Federeinrichtung kann veränderbar sein, indem beispielsweise der nicht geklemmte Längenabschnitt einer Torsionswelle, welche frei torsional schwingen kann, geändert wird.

Die getrennte Dämpfungsanordnung kann auch in irgendwelcher zweckdienlicher Weise ausgebildet sein. Bei der bevorzugten Torsionsstangenfeder ist eine Reibscheibe mit der Stange verbunden, wobei eine Dämpfungseinrichtung auf diese einwirkt, oder es können Flügel mit der Stange verbunden sein, die in einem dämpfenden Fluid eingetaucht sind, z.B. ein Silikon oder ein anderes Öl, wobei alle diese Einrichtungen wirksam gewesen sind. Mit Vorteil ist die durch die Dämpfungseinrichtung ausgeübte Dämpfungskraft veränderlich, beispielsweise indem ein veränderlicher pneumatischer oder hydraulischer Druck auf die obenerwähnte Reibungsdämpfungs-einrichtung ausgeübt wird, oder indem die Eintauchtiefe der erwähnten Flügel verändert wird.

Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Federanordnung und der Dämpfungseinrichtung hat es sich herausgestellt, dass es möglich ist, das Schlagen von Zentrifugen bei Durchsatzleistungen bis zur vollen ausgelegten Drehmomentaufnahmefähigkeit der Zentrifuge und darüber zu unterdrük-ken, und dies mit Schlämmen, welche sonst bei Zufuhrmengen ein volles Schlagen hervorriefen, welche so tief wie 40% der ausgelegten Torsionsaufnahmefähigkeit betragen. Durch «wirksames Unterdrücken» ist gemeint, dass Änderungen des angelegten Drehmomentes vollständig aufgehoben oder mindestens auf einen unschädlichen Wert, beispielsweise weniger als 10%, gebracht werden.

Währenddem bei Zentrifugen derselben oder vergleichsweisen Ausbildung das Schlagen bei einer annähernd selben Frequenz auftritt, bewirken üblicherweise Änderungen der Ausbildung, beispielsweise die Grösse, das Übersetzungsverhältnis oder die Getriebeart, Unterschiede der Frequenz des Schlagens, und dieses beeinflusst weitere Eigenschaften, welche die Ausbildung der Federanordnung und der getrennten Dämpfeinrichtung bestimmen. Um beste Ergebnisse zu erhalten, ist es daher wünschenswert, diese Einrichtung jeder gegebenen Ausbildung einer Zentrifuge besonders anzupassen, sodass ein Optimum für jede gegebene Ausbildung einer Zentrifuge erhalten werden kann, jedoch für andere Ausbildungen von Zentrifugen kein Optimum bilden oder sogar nicht zweckdienlich sind.

Wenn die Federanordnung für eine Zentrifuge vorbestimmter Auslegeeigenschaften ausgelegt wird, wobei die Federsteifen der drehmomentübertragenden Bauteile der sich drehenden Anordnung bekannt sind, kann eine Feder mit einer tieferen Federsteife und notwendigen Scherfestigkeit gewählt werden, welche in Abhängigkeit von der Torsionsschwingung, die durch das Schlagen erzeugt wird, eine beträchtliche Winkelbewegung durchführen, wenn sie mit der äusseren Verbindung verbunden sind. Dann kann ein optimales Dämpfen bei eingebauter Federanordnung und dazugeord-neter Dämpfungsanordnung, mittels welcher es möglich ist, eine veränderbare Dämpfkraft auszuüben, bestimmt werden, indem die Zentrifuge mit Durchsatzleistungen betrieben wird, die ein Schlagen bewirken, wobei PVC-(Polyvinylchlorid)-Ku-geln oder -Stärke zugeführt wird, wobei dieses mit einer Zufuhrmenge von ca. 50% oder weniger als die ausgelegte Aufnahmefähigkeit ohne Dämpfen verwendet wird; dann wird sowohl die Zufuhrmenge und die Dämpfkraft vergrössert, bis bei einer maximalen erwünschten Zufuhrmenge kein Schlagen mehr auftritt, welche Zufuhrmenge dem maximalen Drehmoment oder einem höheren entspricht, oder bis ein weiteres Erhöhen der Dämpfkraft die Durchsatzmenge, bei welcher das Schlagen auftritt, nicht erhöht oder vermindert, was heisst,

dass die optimale Dämpfkraft erreicht oder übertroffen worden ist. Die somit bestimmten Auslegeparameter können dann für diese besondere Ausbildung der Zentrifuge für die Federanordnung und die getrennte Dämpfeinrichtung festgelegt werden bzw. festgesetzt werden, obwohl es zu bevorzugen ist, auch bei der endgültigen Auslegung ein veränderliches Dämpfen beizubehalten.

Es ist jedoch zu bevorzugen, die Erfindung der genannten US-PS 4 069 966 auszunützen, indem eine Federanordnung gewählt wird, die eine solche Federsteife aufweist, dass die äussere Verbindung in oder beinahe in Resonanz mit der Torsionsschwingung der drehenden Teile der Zentrifuge unter Schlagbedingungen schwingt. Beim Auslegen einer solchen äusseren Verbindung wird, wie in dieser Patentschrift beschrieben, zuerst durch Versuche für jede Zentrifugengrösse, jede Getriebeart und jedem Übersetzungsverhältnis eine äussere Verbindung bestimmt, welche in Resonanz mit der Torsionsschwingung beim Schlagen der drehenden Teile der Zentrifuge Torsionsschwingungen durchführt. Eine Torsionsstangenfeder ist axial zur äusseren Verbindung der Zentrifuge verlaufend angeordnet, um mit ihr derart zu schwingen, dass ihre Federsteife veränderbar ist, z. B. indem der Endabschnitt, der schwingungsfrei und mittels einer Klemme gehalten ist, die in Längsrichtung der Stange verschiebbar ist, um damit die wirksame Federlänge zu verändern und damit die Federsteife in verschiedenen, berechenbaren Werten zu halten. Die Zentrifuge wird dann betrieben, wobei ein Schlamm, der bekanntlicherweise Schlagen erzeugt, beispielsweise PVC-Kugeln oder -Stärke, bei verschiedenen eingestellten Federsteifen der Stange zugeführt werden, bis die Stange und die sich drehende Anordnung in Resonanz schwingen. Um die genannte Schwingung zu ermitteln, sind verschiedene Vorgehen möglich:

1. Das Verhältnis der Amplitude der Schwingung der Stange wird mit derjenigen des Förderorgans bei verschiedenen Federsteifen verglichen, bis der Maximalwert des Verhältnisses gefunden wird, weil beim Resonanzzustand dieses Verhältnis einen Maximalwert aufweisen wird. Die Amplitude der Schwingung des Förderorgans kann mittels eines Drehschwingungschreibers (Torsiograph) angegeben werden, der auf dem Förderorgan angeordnet ist, wobei ein zweckdienlicher Torsiograph von der General Motors Corporation, Warren, Mich, unter dem Namen «Velocity-Torsiograph Nr. 44» erhältlich ist und welcher ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, dessen Frequenz und Amplitude der Torsionsschwingung des Förderorgans entspricht, welches Ausgangssignal auf einem Oszillo-skop als sinusförmige Welle wiedergegeben sind. Die Amplitude der Schwingung der Stange kann mittels einer zweckdienlichen Vorrichtung festgestellt werden, welche ein fester Stift sein kann, welcher auf einem Band, das mit einer Scheibe oder einer Trommel verbunden ist, die mit der Welle verbunden sind, Aufzeichnungen durchführt.

2. Sobald die Resonanz durchfahren wird, entsteht eine grosse Änderung des Phasenwinkels zwischen der Schwingung des Förderorgans und derjenigen der Stange. Die Schwingbewegung des Förderorgans wird mittels des Torsiographs angezeigt und die Schwingungsbewegung der Stange kann mittels -eines Dehnmessstreifens zum Abtasten des Drehmomentes, der mit der Stange verbunden ist, festgestellt werden, wobei Geräte verwendet werden, die Änderungen des Gleichstromes, der an den Messfühlern angelegt wird, in Form einer Sinuswelle zeigen. Solche Messfühler und Geräte werden gegenwärtig zur Ermittlung des Schlagens verwendet.

3. Bei Resonanz tritt eine deutliche Änderung der Frequenz der Schwingbewegung sowohl des Förderorgans als auch der Stange auf. Dieses wird sowohl mittels der Torsiographs als auch mittels der Dehnmessstreifenanordnung angezeigt, und können mittels beiden abgetastet werden. Diese Frequenzen werden miteinander verglichen, bis die Veränderung auftritt.

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Um die Ergebnisse zu überprüfen, können zwei oder alle erwähnten Verfahren angewendet werden. Die Verfahren können mit Torsionsstangen unterschiedlichen Durchmessers wiederholt werden, um die Ergebnisse noch weiter zu überprüfen.

Die damit festgestellte einwandfreie Kombination von Feder und Masse kann dann als Norm für die äussere Verbindung für alle Zentrifugen gleicher Ausbildung verwendet werden. Es ist jedoch möglich, Federn zu verwenden, die von der geprüften Torsionsstange verschieden sind, jedoch eine gleiche «resonante» Federsteife aufweisen, vorausgesetzt, dass die Masse nicht geändert wird. Ein Ändern der Masse wird die Federsteife der Feder beinflussen, sodass eine ausgleichende Änderung der Feder durchgeführt werden müsste. Ein optimales Dämpfen der äusseren Verbindung, die derart ausgebildet ist, kann gemäss den obigen Ausführungen bestimmt werden.

Es ist zu bemerken, dass beim Bestimmen der Wirksamkeit der Feder und oder Masse und der getrennten Dämpfungseinrichtung zum Unterdrücken des Schlagens, das Schlagen des Fördergliedes, wie oben erwähnt, zu messen, und nicht etwa nur das Schlagen der äusseren Verbindung zu messen. Der Grund dafür ist, dass, wie es weiter oben erwähnt ist, ein Unterdrücken des Schlagens in der äusseren Verbindung nicht notwendigerweise das Schlagen der sich drehenden Teile der Zentrifuge unterdrückt. Es ist beispielsweise festgestellt worden, dass eineJange Torsionsstange mit einer kleinen Federsteife ohne Dämpfung ein Schlagen in der äusseren Verbindung unterdrücken wird, jedoch das Schlagen der sich drehenden Teile der Zentrifuge nicht unterdrückt.

Vorteile des nahen in Ubereinstimmungbringens der Resonanzfrequenz der Schwingung der äusseren Verbindung mit der Frequenz des Schlagens sind kürzere Längsausdehnungen der Torsionsstangenfedern und eine kleinere Dämpfkraft, die für gleiche Ergebnisse notwendig ist. Das Einsparen der Verlängerung hinter der Zentriguge kann bis mehrere Meter betragen, und es ist möglich, wenig aufwendige und billigere Ausrüstungen einzubauen. Zusätzlich, wie es bereits in der vorerwähnten Patentanmeldung beschrieben ist, hat die in Resonanz erfolgende Schwingung der äusseren Verbindung als solche eine wesentliche Auswirkung auf das Unterdrücken des Schlagens, was heisst, dass ein Unterdrücken des Schlagens bei beträchtlich höheren Drehmomentwerten erhalten werden kann, wenn ein zusätzliches Dämpfen angeordnet ist, im Vergleich mit Fällen, bei welchen die Feder nicht die vorgezogene Federsteife aufweist.

Torsionsstangen mit kleineren Eigendämpfungseigenschaf-ten sind Bauteile mit Eigendämpfungseigenschaften, wie beispielsweise elastomeren Kupplungen, vorzuziehen. Gegenwärtig sind mit den ersteren bessere Ergebnisse erzielt worden. Die schlagfreie Zufuhrmenge ist jedoch durch ein Anordnen von getrenntem Dämpfen einer elastomerischen Kupplung von 40 bis 75% der ausgelegten Drehmomentaufnahmefähigkeit der Zentrifuge erreicht worden.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt gezeichnet, einer Zentrifuge, die ein ein Ausführungsbeispiel der ein Schlagen unterdrückenden Federanordnung und eine getrennte äussere Verbindung gemäss eines Ausführungsbeispieles der Erfindung aufweist,

Fig. 2 und 2a Seiten- und Endansichten, wobei teilweise Teile im Schnitt gezeichnet sind, eines Endabschnittes der Zentrifuge der Fig. 1, wobei ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist,

Fig. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt gezeichnet, wobei das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zwischen dem Getriebe der Zentrifuge und einer hydraulischen Rücklaufvorrichtung vereinfacht gezeichnet sind,

Fig. 4 und 4a Ansichten gleich denjenigen der Fig. 2 und 2a eines anderen Ausführungsbeispieles,

Fig. 5 eine Ansicht gleich derjenigen der Fig. 4 einer veränderten Ausführung dieses Ausführungsbeispieles,

Fig. 6, 8 und 9 Kurven, in welchen Änderungen gewisser Verhältnisse oder Werte gezeichnet sind, wobei die Länge einer Torsionsstange geändert wurde, um die natürliche Frequenz der Torsionsschwingung der Stange der der damit schwingenden Masse in und ausser Resonanz mit der Torsionsschwingung des Schlagens der drehenden Teile einer Zentrifuge gebracht wird,

Fig. 7 eine Umrechentabelle, um Längen der Stange der Fig. 6, 8 und 9 in entsprechende Federsteifen umzurechnen,

und

Fig. 10 eine Kurve, die ein zunehmendes Anwachsen oder Abklingen der Unterdrückung des Schlagens zeigt, wobei eine bevorzugte Ausführung der Erfindung verwendet wird, währenddem die durch die Dämpfungseinrichtung ausgeübte Dämpfkraft bis und über einen optimalen Wert vergrössert wird.

In der Fig. 1 ist eine Zentrifuge mit einer undurchlässigen, kontinuierlichen Trommel gezeigt, deren drehende Bauteile aus einer Schleudertrommel, einem zweistufigen. Planetengetriebe und einem Förderorgan, alle herkömmlicher Ausbildung, aufweist. Eine Grundplatte 10 trägt ein Gehäuse 12, welches die Trommel 14 und das innere Förderglied 16 umgibt. Eine hohle Antriebswelle ist in einem Lager 20, das auf der Grundplatte 10 angeordnet ist, drehbar gelagert, wobei ein Ende der Antriebswelle 18 mit der Trommel verbunden ist und das andere Ende eine Triebscheibe 22 für einen von einem Motor (nicht gezeigt) erfolgenden Riemenantrieb aufweist. Ein Eintragsrohr 24, das fest in einem Arm 26 der Grundplatte 10 angeordnet ist, erstreckt sieh von einem äusseren Ende, die mit einer Quelle (nicht gezeichnet) verbunden ist, um diesem einen gesteuerten Mengenfluss von Schlamm zuzuführen, durch die hohle Antriebswelle 18 und verläuft bis zum inneren Ende innerhalb des Förderorganes, wo das Eintragsrohr 24 einen Aus-lass 28 aufweist. Öffnungen 30, die in der Nabe des Förderorgans angeordnet sind, geben den zugeführten Schlamm in die Trommel ab. Eine Welle (nicht gezeigt), die mit einem Ende des Fördergliedes verbunden ist, ist koaxial und drehbar zur Welle 18 angeordnet.

Eine Hohlwelle 32 der Trommel erstreckt sich drehbar durch ein Lager 34 auf der Grundplatte 10 und ist derart verbunden, um die Umhüllung eines zweistufigen geschwindig-keitsändernden Planetengetriebes 36 zu drehen, von welchem das Ritzel der ersten Stufe eine Welle 38 aufweist, die nach ausserhalb des Gehäuses des Getriebes verläuft und einen Teil der äusseren Verbindung der drehenden Teile bildet. Eine Welle (nicht gezeigt), die mit dem Förderorgan verbunden ist, erstreckt sich drehbar durch die Welle 32 und ist mit der zweiten Stufe des Getriebes 36 derart verbunden, dass es von diesem mit einer Geschwindigkeit angetrieben wird, die von derjenigen der Trommel verschieden ist, welche Geschwindigkeit üblicherweise kleiner ist. Um das Getriebe kann ein Gehäuse 40 angeordnet sein, das auf einer Verlängerung 42 der Grundplatte 10 abgestützt ist.

Die Trommel 14 und eine oder mehrere schraubenlinien-förmige Schubflügel 44, die auf dem Förderglied 16 angeordnet sind, weisen entsprechende Aussenformen auf, wobei sie bei einem Ende zylindrisch sind und beim anderen Ende eine zulaufende kegelstumpfförmige Aussenform aufweisen, wie es aus der Zeichnung ersichtlich ist. Die Feststoffe, die gegen die Trommel gedrängt werden, werden mittels des Fördergliedes in der Fig. 1 von links nach rechts gegen Auslassöffnungen, die im rechtsliegenden Ende der Trommel angeordnet sind (nicht gezeichnet) bewegt, von welchen Öffnungen sie eine Austrags-rinne (nicht gezeichnet) im Gehäuse 12 abgegeben werden. Die gereinigte Flüssigkeit strömt in der Fig. 1 von rechts nach

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links nach Austragsöffnungen (nicht gezeichnet), die beim linksliegenden Ende der Trommel angeordnet sind und strömt in eine Aufnahmerinne (nicht gezeigt) des Gehäuses 12.

In der Fig. 1 ist die Trageinrichtung für die äussere Verbindung gezeigt, die vom Getriebe 36 wegverläuft. Sie weist ein feststehendes Tragglied 46, das auf der Verlängerung 42 der Grundplatte angeordnet ist. Die äussere Verbindung weist eine Welle 38 des Ritzels der ersten Stufe auf, und eine Federanordnung in Form einer Torsionsstange 48, die koaxial mittels einer Klemmhülse 50 bei einem Ende mit der Welle 38 verbunden ist und beim anderen Ende fest in einer Steckhülse 52 auf dem Tragglied 46 angeordnet ist, welches Tragglied 46 mit der Verlängerung 42 der Grundplatte 10 verbunden ist, wobei die dazugehörige Masse insgesamt diejenige der Torsionsstange 48, der Klemmhülse 50, der nachfolgend beschriebenen Reibscheibe 58, des Ritzels und ihrer Welle 38 und möglicherweise anderen Bauteile des Getriebes ist. Die Klemmhülse 50 ist in bekannter Weise ausgebildet und weist Teile auf, die, in der Welle 38 vorhandenen Nuten ausgebildet, eingreifen, wie es gezeichnet ist. Die Torsionsstange 48 kann, wie es gezeigt ist, einen Abschnitt 54 verminderten Durchmessers und verminderter Scherfestigkeit aufweisen, welcher als der übliche Sicherheitsscherbolzen für Drehmomentüberlastsicherung dient. Alternativ kann zwischen der Stange 48 und der Welle 38 ein üblicher Abscherbolzen angeordnet sein.

Die Länge und der Durchmesser der Torsionsstange 48 sind derart bemessen, dass eine Federsteife vorhanden ist, die kleiner ist als diejenige jeglichen Drehmoments übertragenen Teiles der drehenden Teile der Zentrifuge und mit Vorteil derart, dass die natürliche Frequenz der Torsionsschwingung der Stange und der gesamten Masse der beschriebenen äusseren Verbindung in oder nahe in Resonanz mit der Torsionsschwingung der drehenden Teile der Zentrifuge bei Schlagbedingungen ist. Mit Vorteil ist die Stange zylinderförmig und aus Metall, beispielsweise Stahl oder Titan hergestellt, obwohl andere Werkstoffe genügender Scherfestigkeit und Nachgiebigkeit verwendet werden können, beispielsweise «Fiberglas» (Glasfasern).

Die Dämpfungsanordnung, die allgemein mittels der Bezugsziffer 56 bezeichnet ist, weist eine Reibscheibe 58 auf, die mit der Stange 48 verbunden ist, und die Reibflächen aufweist, die bei entgegengesetzten Oberflächen radial zur Stange verlaufend angeordnet sind. Ein feststehendes Dämpfungsglied 60 und ein bewegliches Dämpfungsglied 62 sind derart angeordnet, dass sie bei zweckdienlicher Verschiebung des Gliedes 62 zwischen ihnen die Reibflächen der Scheibe 58 ergreifen. Das Dämpfungsglied 60 ist mit einem Bügel 64 verbunden, der mit der Verlängerung 42 verbunden ist. Das Dämpfungsglied 62, das axial zur Stange 48 verschiebbar ist, ist mittels Stangen 66, die mittels darauf angeordneten Muttern befestigt sind, mit Kolben pneumatischer Zylinder 68 (einer gezeigt) verbunden, deren Arbeitshub nach einwärts erfolgt und die mit einer zweckdienlichen Quelle (nicht gezeigt) eines pneumatischen oder hydraulischen Druckes verbunden sind. Zylinder 68 sind entlang des Umfanges der Welle 48 abwechslungsweise zum Bolzen 70 angeordnet, die lose durch das Glied 62 verlaufen und mittels Muttern mit dem Glied 60 verbunden sind, wobei die Bolzen 70 von Schraubenfedern 72 umringt sind. Also kann auf die Stange 48 ein mehr oder weniger starkes, verstellbares Dämpfen ausgeübt werden, wenn sie sich unter Torsionsschwingungen verdreht, indem in den Zylindern 68 ein vorbestimmter Druck angelegt wird, um die Reibflächen der Scheibe 58 zwischen den Dämpfungsgliedern 60 und 62 gegen die Wirkung der Federn 72 zusammenzuklemmen.

In den Fig. 2 und 2a ist ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der Federanordnung und der äusseren Verbindung gezeigt, wobei gemäss des Erfindungsgedankens eine getrennte Dämpfungsanordnung vorhanden ist. Eine Klemmhülse 74

verbindet das Ende einer kurzen Welle 76 mit dem Ende der Welle 38, welche kurze Welle 76 axial mit der Welle 38 ausgerichtet ist. Auf dem äusseren Ende der Welle 76 ist eine Doppelklemmhülse 78 aufgeklemmt. Die Doppelklemmhülse 78 ist geschlitzt und in ihr ist auch das Federglied geklemmt, welches hier ein Blattfederglied 84 ist. Die Klemmhülse 78, wie auch die anderen vorerwähnten Klemmhülsen, können in zwei Hälften gebildet sein, die mittels Bolzen (nicht gezeigt) miteinander verbunden sind, und an gegenüberliegenden Seiten der Achse der Klemme angeordnet sind. Wie es gezeichnet ist, kann die Welle 76 einen Abschnitt verminderten Durchmessers aufweisen, der den Scherzapfen bildet.

Ein Paar fester Träger 86, 86', die zu beiden Seiten der Verlängerung 42 der Grundplatte angeordnet sind, weisen Schlitze 88, 88' auf, die miteinander und mit der Achse der Klemmhülse 78 ausgerichtet sind, wobei die gegenüberliegenden Enden des Federgliedes 84 in den Schlitzen 88, 88' verschiebbar angeordnet sind, so dass das Federglied mit dem Träger verbunden ist, der durch die Träger 86, 86' gebildet ist. Im Leerlauf der Zentrifuge verläuft das Federglied 84 geradlinig, und erstreckt sich in horizontaler Richtung zwischen den Schlitzen 88,88', wie es mittels der gestrichelten Linie der Fig. 2a gezeigt ist; wenn die Zentrifuge einer Torsionsbeanspruchung ausgesetzt ist, biegt sich das Federglied 84 auf beiden Seiten der Klemmhülse 78 in Richtung der Belastung durch das Drehmoment in der Fig. 2a im Uhrzeigersinn aus, wie es mit voll ausgezogenen Linien in dieser Figur gezeigt ist.

Wie es auch der Fall bei der Torsionsstange 48 ist, weist das Federglied 84 eine torsional äquivalente Federsteife auf, die kleiner als die irgendwelches drehmomentübertragenden Teiles der sich drehenden Teile der Zentrifuge ist, und in diesem Fall also auch eine kleinere Federsteife als diejenige der Wellen 76 und 38 und der Klemmhülse 78, die den verbleibenden Teil der äusseren Verbindung des Getriebes 36 mit den Trägern 86, 86' bilden. Auch weist das Federglied 84 mit Vorteil Abmessungen auf, die eine Federsteife bewirken, die derart ist, dass die natürliche Frequenz der Schwingung der äusseren Verbindung in oder nahezu in Resonanz mit der Torsionsschwingung der sich drehenden Teile der Zentrifuge während des Schlagens ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 2a lässt das Ausbiegen des Federgliedes 84 zu, dass sich die Wellen 38 und 76 sowie die Klemmhülse 78 drehen können. Die Bewegung der Welle 76 während der Torsionsschwingungen wird von der Dämpfungsanordnung 56 durch Reibungseingriff gedämpft, also ebenfalls durch Reibung, wie dies der Fall beim Dämpfen der Schwingungen der Welle 48 in Fig. 1 ist.

Ein Vorteil der Ausführung der Fig. 2 und 2a im Vergleich mit derjenigen der Fig. 1 ist, dass diese, wie es gezeichnet ist, eine kleinere Verlängerung der Zentrifuge in Axialrichtung benötigt. Währenddem auch eine Feder verwendet werden kann, die sich nur auf einer Seite der Achse der Klemme 79 erstreckt, könnte dieses auf die verbleibenden Teile der äusseren Verbindung unerwünschte Einwirkungen von Biegekräften zur Folge haben.

Eine äussere Verbindung der Fig. 2 und 2a kann geändert werden, so dass sie die gewünschte natürliche Frequenz der Torsionsschwingung aufweist, welches in ähnlicher Weise geschehen kann, wie es bei der Torsionswelle und Masse durchgeführt wird, wie es weiter unten beschrieben sein wird. So können die Träger 86, 86' derart angeordnet sein, dass sie gegeneinander und voneinander weg geschoben werden können, sodass die wirksame Federlänge des Federgliedes 84 verkürzt oder verlängert werden kann, womit die Federsteife vergrös-sert oder verkleinert werden kann, bis der Zustand der Resonanz erhalten ist.

Die Trageinrichtung der äusseren Verbindung kann drehbar anstatt, wie in den Fig. 1, 2 und 2a gezeigt, feststehend

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sein. Beispielsweise ist in der Fig. 3 das äussere Ende einer Torsionsstange 47 gezeigt, die gleich derjenigen der Torsionsstange 48 der Fig. 1 bei der äusseren Verlängerung der Fig. 1 ausgebildet ist, wobei in diesem Fall eine abgeändert ausgebildete Dämpfungseinrichtung vorhanden ist, die mittels einer Klemmhülse 90 axial ausgerichtet auf der Pumpenwelle 92 einer hydraulischen Kolbenpumpe 94 einer Freilaufvorrichtung, die auf der Verlängerung 42 angeordnet ist, aufgeklemmt ist, wobei in diesem Fall die Pumpenwelle 92 und die Pumpe 94 die Tragorgane bilden. Das auf die äussere Verbindung einwirkende Drehmoment treibt in herkömmlicher Weise die Pumpe 94 an, um ein hydraulisches Fluid aus einem Sumpf 98 durch eine Leitung 100, durch die Pumpe, durch eine Leitung. 102 an einem Druckanzeiger 104 vorbei, durch ein Drucksteuergerät 106, an einem Druckanzeiger 108 vorbei, durch ein Strömungssteuerventil 110, und zurück in den Sumpf 98 zu fördern. Das Drucksteuergerät 106 hält einen voreingestellten Druck bei, unabhängig von der Änderung des auf die Pumpe einwirkenden Drehmomentes, wobei das Ventil 110 eine vorbestimmte Mengenströmung des Fluids unter diesem Druck durchlässt. In dieser Weise ist dass Mass, entsprechend welchem die Pumpe drehen kann, durch die Menge von Fluid gesteuert, das durch das Ventil 110 strömen kann. Eine Umgehungsleitung 112, die von der Leitung 102 zum Sumpf führt, verhindert zusammen mit dem Entlastungsventil 114 einen übermässigen Druckanstieg bei kurzzeitigen Erhöhungen des Drehmomentes.

Die Dämpfungsanordnung, die allgemein mittels 55 bezeichnet ist, ist geändert worden, sodass diese mit der äusseren Verbindung drehen kann, währenddem sie ein Verdrehen der Stange bei Torsionsschwingungen verhindert, wie es in der Fig. 1 der Fall ist. Sie weist eine Reibscheibe 57 auf, die mit der Stange 47 verbunden ist und weist Dämpfungsglieder 59 und 61 auf, die gleich den entsprechenden Baugliedern 58, 60 bzw. 62 der Fig. 1 ausgebildet sind. Jedoch ist das Glied 59, anstatt dass es wie das Glied 60 der Fig. 1 mit der Grundplatte bzw. Verlängerung 42 verbunden ist, bei einem Ende mit einer Hülse 63 verbunden, welche die Stange 47 lose umgibt und mittels eines Keiles mit dem äusseren Ende der Stange neben der Klemmhülse 90 verbunden ist. Das Dämpfungsglied 61, das relativ zum Glied 49 axial zur Stange 47 verschiebbar ist, weist Bolzen 65 auf, die mittels Muttern mit diesem verbunden sind, welche Bolzen lose durch Öffnungen im Glied 59 verlaufen. Eine Schraubenfeder 67 umgibt den Schaft jedes Bolzens 65 und liegt mit seinen Enden auf dem Glied 59 und auf dem Kopf des Bolzens auf.

Die Federn 67 ersetzen die pneumatische Anordnung der Fig. 1, um einen veränderbaren Druck auszuüben, um die Scheibe 57 zwischen den Dämpfungsgliedern einzuklemmen. Dieser Druck wird voreingestellt, indem die wirksame Länge der Bolzen 65, die durch das Glied 61 verlaufen, geändert wird, um die erwünschte Federvorspannung und damit den Druck zu erzeugen. Die Dämpfungswirkung ist gleich derjenigen des Ausführungsbeispieles der Fig. 1.

Wenn das Ventil 110 geschlossen ist, werden die Stange 47 und die Ritzelwelle 38 grundlegend drehfest gehalten, wie das der Fall in der Fig. 1 ist. Wenn das Ventil offen ist, tritt ein Drehen der Stange 47, der Welle 38 und des Ritzels der ersten Stufe in einem vorbestimmten Mass auf, welche Drehung entsprechend der unterschiedlichen Geschwindigkeit, die durch das Differentialgetriebe 36 erzeugt ist, ändert.

Die äussere Verbindung kann auch mit einem drehbaren Freilauf verbunden sein, der als Trageinrichtung dient. Ein Freilauf kann verwendet werden, um die äussere Verbindung in beiden Richtungen zu drehen. Dieser verwendet einen Hydraulikmotor und eine Hydraulikpumpe, in einem angetriebenen und/oder getriebenen Verhältnis, abhängig vom Drehmoment. Es können auch andere Ausführungsformen von Freiläufen verwendet werden. Mit einer drehbaren Trageinrichtung für die äussere Verbindung kann eine Torsionswelle in Form einer Federanordnung verwendet werden, da die in den Fig. 2 und 2a gezeigte Form in diesem Fall nicht zweckdienlich ist.

In den Fig. 4 und 4a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Federanordnung und der separaten Dämpfungsanordnung, gezeigt. Die Feder ist eine Torsionsstange 120, die gleich der Torsionsstange 48 der Fig. 1 ausgebildet ist. Ein Ende der Torsionsstange 120 ist mittels einer Klemmhülse 122 axial ausgerichtet auf die Welle 38 geklemmt, währenddem das andere Ende mittels einer Steckhülse 124 mit einem festen Träger 46 fest verbunden ist. Die Stange 120 weist einen Endabschnitt 126 grösseren Querschnittes auf, auf welchem die Klemme 122 angepasst ist, wobei neben der Klemmhülse ein Überlastscherabschnitt 128 verminderten Querschnittes angeordnet ist. Die getrennte Dämpfungsanordnung, die allgemein mit der Bezugsziffer 130 bezeichnet ist, ist nichtdrehbar auf dem Abschnitt 126 grösseren Durchmessers ausserhalb des Abschnittes 128 mittels eines Paares Klemmhülsen 132, 133 angeordnet.

Die Klemmhülsen 132, 133 weisen anliegende Flanschabschnitte auf, zwischen welchen das schmale Ende einer kreis-sektorförmigen Platte 134 mittels Bolzen 136 befestigt ist, welche Bolzen durch ausgerichtete Öffnungen in der Platte von den Flanschen der Klemmhülsen ragen, wobei die Platte 134 eine Öffnung aufweist, durch welche der Endabschnitt 126 verläuft. Bei ihrem breiteren Ende ist die Platte 134 mit mehreren, abstehenden Flügeln 138 verbunden, welche axial zur Stange 120 verlaufen und innerhalb eines Behälters 140 angeordnet sind, welcher Behälter auf der Verlängerung 42 der Grundplatte angeordnet ist. Die Tiefe bzw. der Pegel eines Fluids F im Behälter 140 kann derart verändert werden, dass alle Flügel 138 darin völlig eingetaucht sind oder dass einige oder alle Flügel nur teilweise eingetaucht sind.

Eine Torsionsschwingung der Stange 120 bewirkt, dass die Platte 134 um die Achse der Stange 120 schwingt und diese Bewegung wird durch den Eingriff der Flügel 138 in das Fluid F in einem grösseren oder kleineren Ausmass, abhängig vom Pegel des Fluides, gehemmt bzw. gedämpft. Wie es auch in der Fig. 1 der Fall ist, ist zu bemerken, dass die Dämpfungsanordnung nahe beim Ende der Stange 120, die mit der Welle 38 verbunden ist, angeordnet ist, an welcher Stelle die Winkelbewegung der Stange während der Torsionsschwingung die grösste ist und folglich das Dämpfen am wirksamsten ist.

In der Fig. 5 ist eine Dämpfungsanordnung gezeigt, die gleich derjenigen ist, die in den Fig. 4 und 4a gezeigt ist, welche jedoch mit einem anderen Ausführungsbeispiel der Federanordnung der äusseren Verbindung verbunden ist. In der Fig. 5 ist die Federanordnung eine torsional nachgiebige Kupplung 142, die aus einer Gummizusammensetzung oder irgendeinem anderen Elastomer hergestellt ist, und die feste Endscheiben 144,144' aufweist, die mit ihr verbunden sind. Das eine Ende der Welle 146 ist mit der Endscheibe 144' und das andere Ende der Welle 146 mit der Steckhülse 124 an der festen Tragvorrichtung 46 verbunden. Eine Welle 148, welche grundlegend ein Duplikat der linken Hälfte der Welle 120 der Fig. 4 ist, ist mit einem Ende mit der Endscheibe 144 und mit dem anderen Ende mittels einer Klemmhülse 122 mit der Welle 38 verbunden und trägt den bewegbaren Teil der Anordnung 130.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 verdreht sich die Kupplung 142 abhängig von der Torsionsschwingung der drehenden Teile der Zentrifuge, was eine entsprechende Drehschwingung der Wellen 148 und 38 zur Folge hat, welches seinerseits ein schwingendes Hin- und Herbewegen der Flügel im Fluid des Behälters 140 zur Folge hat, womit die Dämpfwir-kung erzeugt ist.

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Obwohl es nicht bevorzugt ist, ist es möglich, eine zufriedenstellende Federanordnung für die äussere Verbindung und die getrennte Dämpfungseinrichtung auszubilden, welche nicht eine natürliche Frequenz der Torsionsschwingung in oder nahe in Resonanz mit der Frequenz des Schlagens der drehenden Teile der Zentrifuge aufweisen, mit welcher die Anordnung verbunden ist. In diesem Fall sollte das Federglied eine kleinere Federsteife aufweisenals jede,weicheeine Resonanz bilden würde, so dass die auf den Winkel bezogene Auslenkung unter dem ausgeübten Drehmoment gross ist, beispielsweise bei der ausgelegten Grösse des Drehmomentes grösser als 10°. Dies bedeutet seinerseits, dass die Torsionsstange verhältnismässig lang sein muss, um die kleine Federsteife und notwendige Festigkeit aufzuweisen. Beispielsweise wurden zwei Torsionsstangen aus Titan mit einem Durchmesser von 19 mm (3/4 Inch) hergestellt, die beide die mit Reibung erzeugte Dämpfung aufwiesen, wobei die Reibung unmittelbar auf die Stange ausgeübt wurde, und das durch Fluid hervorgerufene Dämpfen aufwiesen, gleich demjenigen der Fig. 4 und 4a und 5, um in der äusseren Verbindung einer Zentrifuge geprüft zu werden, die eine Trommel mit einem Durchmesser von 76,2 cm (32 Inch) und eine Länge von 127,0 cm (50 Inch) herkömmliche Ausbildung enthielt, welche im Betrieb Schlagproblemen unterworfen war. Eine der Stangen hatte eine Länge von 71,1 cm (28 Inch), und bei dem grössten Auslegedrehmoment der Zentrifuge eine Ausbiegung von 19,9°, und die andere Stange hatte eine Länge von 55,9 cm (22 Inch), und beim grössten Auslegedrehmoment eine Ausbiegung von 15,6°. Diese wurden nun nacheinander in die äussere Verbindung der Zentrifuge, entsprechend der Anordnung der Torsionsstange der Fig. 1 eingebaut und ersetzen den üblichen, verhältnismässig steifen Torsionsarm, mit welchem ein volles Schlagen aufgetreten war, bei einer Zuführmenge, die nur 40% der Drehmomentfähigkeit nach der Auslegung entsprochen hat.

Beide Stangen wurden wie folgt geprüft:

a) Dämpfen mit dem Fluid und gleichzeitig Dämpfen durch Reibung, d.h. die Dämpfungsanordnung 130 der Fig. 4 wurde zusammen mit der Dämpfungsanordnung 56 der Fig. 1 verwendet, so dass die jeweilige Stange beider Dämpfungsanordnungen ausgesetzt war;

b) Dämpfen nur durch Reibung, d.h. nur mittels der Dämpferanordnung 56 nach Fig. 1

c) ohne separates Dämpfen (Fig. 1 ohne Dämpfungsanordnung 56). Bei der Prüfung a) wurde das Schlagen bei beiden Stangen bei Zuführmengen bis zu 100% der ausgelegten Torsionsfähigkeit unterdrückt und es trat praktisch keine Torsionsschwingung auf. Bei der Prüfung b) unterdrückten beide Stangen wieder das Schlagen bis zu Zufuhrmengen von 100% der ausgelegten Drehmomentsänderung, obwohl diese weniger als +10% betrug. Bei der Prüfung c) (ohne Dämpfen) wurde bei beiden Stangen bei einer Zuführmenge von 40% der Drehmomentaufnahmefähigkeit nach Auslegung ein volles Schlagen entwickelt.

Weil beide Stangen, die wie vorgehend beschrieben, gedämpft waren, um das Schlagen der Zentrifuge, für welche sie ausgelegt waren, vollständig unterdrückten, war es offensichtlich, dass die kürzere Torsionsstange eine genügend kleine Federsteife und eine genügend hohe, auf den Winkel bezogene Ausbiegung unter Drehmomenteinwirkung aufwies.

Die Prüfungen mit den zwei Titanstangen zeigten auch,

dass die Stangen bei der Prüfung a) unnötigerweise durch das volle Ausmass der zur Verfügung stehenden Dämpfung übergedämpft waren, jedoch nicht in einem schädlichen Mass. Wie es nachfolgend noch gezeigt wird, kann ein Überdämpfen die Wirksamkeit des Dämpfens stark beeinträchtigen oder sogar aufheben. Das vollständige Dämpfen (Prüfung a) war in der Tat besser als das Dämpfen mit der Reibung allein (Prüfung b) weil es sozusagen jegliches Schwingen bei der Schlagfrequenz behoben hat, die im Vergleich mit der kleinen Schwingung, die auftrat, als nur ein direktes Reibungsdämpfen (Prüfung b) verwendet wurde.

Trotz der Wirksamkeit der Federanordnung, zusammen mit der getrennten Dämpfungsanordnung, bildete die Länge der nicht abgestimmten Torsionsstangen ein praktisches Problem. Die 55,5 cm (22 Inch) lange Stange verlängerte die axiale Länge der Zentrifuge, mit der sie verbunden wurde, um 91,4 cm (36 Inch), und die Stange mit der Länge von 71,1 cm (28 Inch) fügte noch 15,24 cm (6 Inch) dazu. Eine Verlängerung in einem solchen Ausmass ist im besten Falle misslich und unbequem und ist in vielen Fällen aufgrund des beschränkten verfügbaren Raumes unmöglich. Anstrengungen, um diese Schwierigkeiten zu beheben, führten zur Entwicklung der Federanordnung und Dämpfungsanordnung, die gemäss den Ausbildungen der Fig. 2 und 2a ausgebildet sind, welches nur eine kleine Verlängerung der axialen Länge der Zentrifuge hervorruft. Jedoch ist diese Ausbildungsform aufwendiger und teurer als eine Torsionsstange. Noch wichtiger war die Entdek-kung, dass wirksame Federanordnungen mit beträchtlich höherer Federsteife verwendet werden können, vorausgesetzt, dass ihre natürliche Frequenz der Torsionsschwingung derart ist,

dass die äussere Verbindung in oder nahe in Resonanz mit der Frequenz der Torsionsschwingung während des Schlagens der drehenden Teile der Zentrifuge, mit welcher sie zusammenwirken, ist. Dieses bedeutet, dass viel kürzere Torsionsstangen oder andere Federn verwendet werden können, womit wichtige Einsparungen bezüglich räumlicher Beanspruchung und auch Kosten erreicht werden können.

Die Fig. 6 bis 9 entsprechen den Fig. 5 des früher erwähnten US-Patentes 4 069 966. Die Fig 6, 8 und 9 sind Kurven, die aufgrund von Aufzeichnungen ausgearbeitet wurden, die verschiedene Werte wiedergeben, die gemessen wurden, als Feder- und Masseverbindungen in der äusseren Verbindung, die die bevorzugte Torsionsschwingung in Resonanz mit der Torsionsschwingung, die beim Schlagen auftritt, wenn diese mit einer Zentrifuge verbunden werden, die eine Zentrifuge üblicher Ausbildung war, mit einer Trommel, mit einem Durchmesser von 45,7 cm (18 Inch) und einer Länge von 71,1 cm (28 Inch) experimentell bestimmt wurde. Um die Messwerte zu erreichen, wurden Torsionsstangenfedern verwendet, die wie in der Fig. 1 gezeigt ist angeordnet waren, mit der Ausnahme, dass der feste Träger 46 und die Klemmhülse 52 durch eine verschiebbare Klemmhülse und Traganordnung ersetzt worden, so dass die wirksame Federlänge der Stange zwischen dieser Klemmhülse und der Klemmhülse 50 verändert werden konnte. Die Torsionsstange, mittels welcher diese Kurven erhalten wurden, war aus Stahl hergestellt und wies einen Durchmesser von 9,525 mm (0,375 Inch) auf, und die Masse, die zusammen mit der Feder in Schwingung versetzt wurde, wurde auf einem unveränderlichen Wert gehalten. Das Förderorgan war mit einem Torsiograph ausgerüstet und die Messstreifen wurden mit der äusseren Verbindung verbunden, wobei ihre Ausgänge mit Oszilloskopen verbunden waren. Die Zentrifuge wurde betrieben, indem ein Schlamm aus PVC-Ku-geln zugeführt wurde, welches bewirkte, dass diese zu schlagen begann, wobei das Schlagen üblicherweise bei einer Zufuhrmenge von 50% der ausgelegten Aufnahmefähigkeit des Drehmomentes auftrat. Die Längen der Stangen der Fig. 6,8 und 9 können anhand der Tabelle der Fig. 7 in entsprechende Federsteifen in cm, kg, Drehmoment pro Winkeleinheit der Auslenkung umgerechnet werden.

Beim Zeichnen der Kurven der Fig. 6 sind die Verhältnisse des Ausmasses der auf den Winkel bezogenen Bewegung des ritzelseitigen Endes der Welle im Schlagzustand zu derjenigen des FÖrderorganes bei Federsteifen der Torsionsstange entsprechend verschiedener wirksamer Federlängen dieser Stange aufgezeichnet worden, wobei die Verhältnisse bei den Ordina-

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ten und die Längseinheiten bei den Abszissen aufgetragen sind. Die Verhältnisse wurden für zwei auswechselbare Getriebeeinheiten selber Bauart, jedoch unterschiedlicher Untersetzungsverhältnisse ausgezeichnet, für die strichlinierte Kurve wurde ein Verhältnis 80:1 verwendet und für die ausgezogene Kurve ein Verhältnis von 140:1. Die Werte der Winkelbewegung des Förderorganes wurden erhalten, indem auf den Aufzeichnungen des Oszilloskopes, das die Schwingungen wiedergab, die Scheitelwerte der Amplitude gemessen wurden. Weil die Dehnmessstreifen nicht unmittelbar die Amplitude einer Winkelbewegung messen, wurde diese Amplitude der Stange erhalten, indem die Länge von Marken eines festen Stiftes, der auf ein Band schrieb, gemessen wurde, welches Band mit einer Scheibe oder Trommel verbunden war, die mit der Stange verbunden war.

Es ist ersichtlich, dass das Maximalverhältnis, welches ein in Resonanz erfolgendes Schwingen von Stange und drehenden Teilen zeigt, bei einem Untersetzungsverhältnis von 80:1 bei einer Federsteife der Stange auftrat, die eine Länge von 10,16 cm (4 Inch) hatte, entsprechend einer Grösse von 6400 cm/kg pro Bogenmass auf der Tabelle der Fig. 7, und bei einem Untersetzungsverhältnis von 140:1 trat es bei einer Federsteife der Stange mit einer Länge von 33 cm (13 Inch) bei einem Wert von 1980 cm/kg pro Bogenmass auf der Tabelle von Fig. 7 auf. Bezogen auf einen verhältnismässig kurzen Bereich der wirksamen Federlänge der Stange steigt die Kurve verhältnismässig steil an und fällt verhältnismässig stark ab.

Die Kurve der Fig. 8 zeigt das Verhältnis des Phasenwinkels der Schwingung des Förderorganes zu dem der Stange bei verschiedenen Längen der Stange, die in Prüfungen verwendet wurden, um die Kurve für die 140:1-Getriebeeinheit der Fig. 6 zu erhalten. Die Phasenwinkel wurden von den Aufzeichnungen des Oszilloskopes des Torsiographen mit den Ausgängen des Dehnmessstreifens verglichen. Es ist zu bemerken, dass im Bereich der geprüften Längen der Phasenwinkel um beinahe 180° verschoben wurde, wobei die grösste Änderung bei einer Länge der Stange auftrat, die in Resonanz war, wie es mit der mit ausgezogener Linie gezeichneten Linie der Fig. 6 gezeigt ist. Das mittels dieser Kurve gezeigte Verhältnis kann als alternative Aufzeigung der erwünschten, in Resonanz befindlichen natürlichen Frequenz der Torsionsschwingung der Stange zum Verhältnis der Winkelbewegung, die für die Kurven der Fig. 6 verwendet wurde, oder als Ergänzung dazu verwendet werden.

Die Kurve der Fig. 9 wurde bei Messungen von Schlagfrequenzen bei verschiedenen Längen der Stange der Prüfungen erhalten, die die Kurve der Fig. 6 und der Fig. 8 der 140:1-Getriebeeinheit erzeugten. Es ist ersichtlich, dass die Schlagfrequenz ungefähr um 5 Hz allmählich abnahm, als die wirksame Federlänge der Stange von einem Minimalwert zur Länge vergrössert wurde, bei welcher die in Resonanz auftretende Schwingung auftrat, wie es in den Fig. 6 und 8 gezeigt ist. Bei der in Resonanz schwingenden Länge nahm die Schlagfrequenz schlagartig um mehr als 10 ups zu, wie es mit der gestrichelten Linie gezeichnet ist, und nahm dann bei zunehmenden Längen allmählich ab. Diese schlagartige Änderung der Schlagfrequenz kann als weitere Alternative oder ergänzende Angabe, dass die erwünschte Länge der Stange erhalten worden ist, verwendet werden. Weil die Schlagfrequenz sowohl durch den Ausgang des Dehnmessers als auch durch denjenigen des Torsiographen gezeigt wird, weist dieses Vorgehen den

Vorteil auf, dass nur eines dieser Geräte notwendig ist.

Wenn sich die wirksame Länge der Torsionsstange sich der Resonanzlänge nähert, wird es notwendig, die Zufuhrmenge zu erhöhen, um ein Schlagen zu erzeugen. Dieses zeigt, dass bei Längen, die der Resonanz entsprechen, oder ihr nahe kommen, die Stange als Vorrichtung zum Unterdrücken des Schlagens wirksam wird. Tatsächlich wurde bei der Resonanzlänge das Schlagen wirksam, bei Zuführmengen bis zu 80% der Aufnahmefähigkeit des Drehmomentes nach der Auslegung, wirksamer unterdrückt, im Vergleich mit vollständigem Schlagen, das auftritt, wenn die Längen der Stange ausserhalb der Umgebung der Resonanzlänge bei einer Zuführmenge von 50% der ausgelegten Drehfestigkeit ist.

Es ist erwünscht, dass die Masse der äusseren Verbindung klein gehalten wird, was den Ansprüchen des Auslegens entspricht. Allgemein sollte die Federsteife der Feder weniger als 30% oberhalb des Wertes sein, bei welchem die in Resonanz erfolgende Schwingung der äusseren Verbindung und der drehenden Teile der Zentrifuge auftreten wird.

In der Fig. 10 sind die Auswirkungen auf das Unterdrük-ken des Schlagens gezeigt, wenn die Dämpfkraft der Dämpfanordnung auf der äusseren Verbindung derart vergrössert ist, dass sie durch und über einen optimalen Wert anwächst. Die Feder- und Masseeinrichtung und getrennte Dämpfungseinrichtung, die verwendet wurden, um die Messwerte, auf welcher die Kurve begründet ist, zu erhalten, sind gleich denjenigen der Fig. 1, und mit derselben Zentrifuge verbunden, die zum Erhalten der Fig. 6, 8 und 9 verwendet wurde. Die Torsionsstangenfeder der äusseren Verbindung hatte die bevorzugte Federsteife, derart, dass sie in Resonanz mit der Torsionsschwingung während des Schlagens der drehenden Teile der Zentrifuge eine Torsionsschwingung ausführte; und ohne Dämpfen war diese wirksam, um das Schlagen genügend zu unterdrücken, um eine schlagfreie Zuführmenge von 50% der Drehmomentaufnahmefähigkeit nach der Auslegung auf 80% anzuheben.

Es ist ersichtlich, dass wenn die dämpfende Kraft, gemessen in kg/cm2, ausgeübt wird, um die in Reibungseingriff stehenden Dämpfungsflächen zusammenzudrücken, und wie es auf der Abszisse aufgetragen ist, von einem nicht wirksamen Wert von 0,7 kg/cm2 (10 psi) zu einem Wert zwischen 1,4 kg/cm2 (20 psi) und 1,75 kg/cm2 (25 psi) angehoben wird, der prozentuale Anteil des ausgelegten Drehmomentes vor dem Schlagen, als Ordinate aufgezeigt, von einem ursprünglichen Wert von 80% bis zu einem maximalen oder optimalen Wert oberhalb 110% eher scharf ansteigt. Ein weiteres Vergrössern der Dämpfkraft war nachteilig und verminderte das Drehmoment vor dem Schlagen, bis diese bei 2,8 kg/cm2 (40 psi) und oberhalb diese weniger als 80% betrug, das heisst, dass die Torsionsstange weniger wirksam war mit solchen übermässigen Dämpfen im Vergleich mit dem Fall, bei welchem überhaupt kein Dämpfen ausgeübt wurde.

Gleiche Messwerte für Torsionsstangen, welche nicht die vorgezogene Steife aufwiesen, ergaben gleiche bzw. ähnliche Kurven, wobei jedoch das einleitende und maximale, vor dem Schlagen auftretende Drehmoment tiefer war und wobei die Kurve bei Dämpfkräften, die nicht dem Optimum entsprachen, die Kurve flacher abnahm bei Torsionsstangen, die Federsteifen aufwiesen, die tiefer waren als das vorgezogene Mass, waren allgemein höhere Dämpfkräfte notwendig, um ein optimales Dämpfen zu erreichen.

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Zentrifuge, um Flüssigkeiten von Feststoffen zu trennen, mit einer Baugruppe, enthaltend ein drehbares Trommelglied (14), ein darin koaxial angeordnetes drehbares Förderglied (16), ein diese zwei Glieder verbindendes Geschwindigkeits-änderungsgetriebe (36), das beim Antreiben des einen Gliedes das Antreiben des anderen Gliedes im selben Drehsinn, jedoch mit einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit bewirkt, mit einer äusseren drehmomentübertragenden Verbindung (38, 48, 50; 38, 74, 76, 84; 38, 47, 50, 90; 38, 120,122; 38,122,142,144,144', 146, 148), die zwischen dem Getriebe (36) und einer Trageinrichtung (46, 52; 86, 86', 88, 88'; 92, 94, 94; 46, 124) angeordnet ist, welche äussere Verbindung derart mit dem Getriebe verbunden ist, dass ihr vom Getriebe (36) ein Drehmoment übertragen wird, das kleiner ist. als das Drehmoment, das auf das Verbindungsglied zwischen dem Getriebe (36) und dem Trommelglied (14) einwirkt, und kleiner ist als das Drehmoment, das auf das Verbindungsglied zwischen dem Getriebe (36) und dem Förderglied (16) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Verbindung eine Federanordnung (48,47; 84,120; 142) mit einer Federsteife aufweist, die kleiner als die Federsteife irgendeines der einen Drehmoment übertragenden Glieder der Baugruppe ist, welche der äusseren Verbindung eine derartige torsionale Elastizität verleiht, dass beim Auftreten der übermässigen Torsionsschwingungen der Baugruppe die äussere Verbindung um ihre Achse schwingt; und dass eine getrennte Dämpfungsanordnung (56; 55; 130) vorhanden ist, die parallel zur Federanordnung (48; 47; 84; 120; 142) wirkt, um der torsionalen Schwingbewegung der äusseren Verbindung Widerstand entgegenzusetzen und dabei aus dieser Bewegung irreversibel Energie zu entnehmen.
2. 2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinrichtung (46, 52; 86, 86'; 88, 88'; 46,124) unbeweglich angeordnet ist.
3. 3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinrichtung (92, 94) drehbar ist.
4. 4. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsteife der Federanordnung weniger als 30% mehr beträgt als diejenige Federsteife, bei welcher die äussere Verbindung in Resonanz mit der natürlichen Torsionsschwingung der Baugruppe torsional schwingt.
5. 5. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung eine solche Federsteife aufweist, dass während des Schlagens der Baugruppe die äussere Verbindung in Resonanz mit der Torsionsschwingung der Baugruppe torsional schwingt.
6. 6. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennte Dämpfungsanordnung (56; 55, 130) derart ausgebildet ist, dass sie einen Widerstand gegen die torsionale Schwingbewegung der äusseren Verbindung im Bereich der Höchstwerte dieser Bewegung ausübt.
7. 7. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennte Dämpfungsanordnung (56, 55) ein Reibungsglied (58; 57; 134, 138, F), das von der äusseren Verbindung getragen ist und mit ihr torsional schwingt und eine Hemmanordnung (60, 62, 66, 68, 70, 72; 59, 61, 63, 65, 67; 140) aufweist, die den Widerstand auf die Bewegung des Reibungsgliedes ausübt.
8. 8. Zentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmanordnung eine Einrichtung (60, 62, 66, 68, 70, 72; 59, 66, 63, 65, 67) zum Ausüben eines statischen Widerstandes gegen die Bewegung des Reibungsgliedes (58; 57) aufweist.
9. 9. Zentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmanordnung eine Einrichtung (140) aufweist, die einen mittels eines Fluids (F) erzeugten Widerstand gegen die Bewegung des Reibungsgliedes (134, 138) ausübt.
10. 10. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennte Dämpfungsanordnung eine Einrichtung (68; 67; 140, F) zum Verändern des durch ihr ausgeübten Widerstandes aufweist.
11. 11. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung eine koaxial zur Verbindung angeordnete Torsionsstange (48; 47; 120) aufweist, die annähernd keine Eigendämpfung aufweist.
12. 12. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung ein koaxial zur Verbindung angeordnetes elastomerisches Kupplungsglied (142, 144, 144') aufweist.
13. 13. Zentrifuge nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsstange einen Abschnitt (54; 128) verminderten Durchmessers und verminderter Scherfestigkeit aufweist, wobei die Scherfestigkeit derart klein ist, dass im Fall einer vorbestimmten torsionalen Überbeanspruchung der Einrichtung ein Bruch auftritt.
14. 14. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (84) einen wirksamen Federabschnitt aufweist, der in radialer Richtung ausserhalb der Achse des ge-triebeseitigen Endes der äusseren Verbindung angeordnet ist.
15. 15. Zentrifuge nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung eine Blattfeder (84) aufweist, die bei ihrem mittleren Abschnitt mit dem getriebeseitigen Ende (38) der äusseren Verbindung und bei ihren äusseren Enden mit der Haltevorrichtung (86, 86', 88, 88') verbunden ist.
16. 16. Zentrifuge nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Verbindung eine Ritzelwelle (38) des Getriebes enthält.