EP2699355A2 - Zentrifuge und verfahren zur überwachung eines drehmoments - Google Patents

Zentrifuge und verfahren zur überwachung eines drehmoments

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EP2699355A2
EP2699355A2 EP12715967.1A EP12715967A EP2699355A2 EP 2699355 A2 EP2699355 A2 EP 2699355A2 EP 12715967 A EP12715967 A EP 12715967A EP 2699355 A2 EP2699355 A2 EP 2699355A2
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EP
European Patent Office
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centrifuge
torque
input shaft
transmission input
overload
Prior art date
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Application number
EP12715967.1A
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English (en)
French (fr)
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EP2699355B1 (de
Inventor
Volker Knospe
Richard Korzinetzki
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GEA Mechanical Equipment GmbH
Original Assignee
GEA Mechanical Equipment GmbH
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Publication date
Application filed by GEA Mechanical Equipment GmbH filed Critical GEA Mechanical Equipment GmbH
Publication of EP2699355A2 publication Critical patent/EP2699355A2/de
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Publication of EP2699355B1 publication Critical patent/EP2699355B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B3/00—Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering
    • B04B3/04—Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B04B1/2016—Driving control or mechanisms; Arrangement of transmission gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/08—Arrangement or disposition of transmission gearing ; Couplings; Brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B04B1/2016—Driving control or mechanisms; Arrangement of transmission gearing
    • B04B2001/2025—Driving control or mechanisms; Arrangement of transmission gearing with drive comprising a planetary gear

Definitions

  • the invention relates to a centrifuge according to the preamble of claim 1 and a method for monitoring a torque.
  • Decanters are known which are used to process drilling mud.
  • a decanter When processing such a sludge, also called drilling mud, a decanter is usually operated at a lower load than when processing other products.
  • One reason for this is that in the event of a failure due to overloading, a costly disassembly and cleaning of the decanter must take place.
  • DE 10 2006 028 804 A1 discloses a generic centrifuge with a drum and a worm, which are driven by a first motor and preferably a second motor, wherein a gear arrangement is arranged between the motors and the drum and the worm, which has a plurality of gear stages, wherein at four shafts torques are introduced into the first and the second gear stage and wherein a first and a second gear stage are driven at least three shafts.
  • the arrangement is used inter alia. for generating a differential speed between the drum and screw.
  • an unregulated drive is realized in DE 10 2006 028 804 A1, in which a transmission input shaft is held. In this context, the possibility is described to realize a torque overload protection on the fixed shaft.
  • DE 94 09 109 U1 discloses a centrifuge with two combined to a superposition gearbox epicyclic gear stages.
  • an input of the epicyclic gear stages is held and determined at this input a signal in response to the torque at the screw.
  • This signal can be used for monitoring, overload indication and / or attenuation measures
  • the FR 81 1 1 786 discloses a solid bowl screw centrifuge with a torque overload protection device having a lever which is held by intermediate elements on a boom of a transmission input shaft. A lever end is held between two rollers, which are connected via a Doppelgelenkarm with a spring support. The lever, if the centrifuge is in operation, presses against one of the two rollers, which is connected to a connected to a meter. This measuring device determines the force exerted by the lever force and outputs when a predetermined limit value is exceeded, a control command to a control device of the centrifuge, which stops the feed of product into the centrifuge. If the overload is too high, the double articulated arm may buckle, releasing the lever from the rollers. Thus, the transmission input shaft of the centrifuge is no longer fixed or released.
  • the object of the invention is to provide a centrifuge which makes it possible to process the product drilling mud in a particularly suitable manner.
  • the Matterlasthebelarm advantageously serves as a torque arm, which dissolves in the overload case of the transmission input shaft or the rotatably connected part such as an arm or a disc.
  • normal operation means that the torque acting on the overload lever arm is less than a predetermined first limit value, and if this first limit value is exceeded, first of all operating parameters are changed in a suitable manner Limit value for the torque is exceeded, the solid bowl centrifuge is turned off and moves to a safe state.
  • the Matterlasthebelarm is preferably formed as a cylinder / piston assembly, which is designed in particular a fluidic - pneumatic or hydraulic - telescopically resilient or has a mechanical spring element such as a coil spring.
  • the centrifuge has means for determining the instantaneous torque load on the cylinder / piston unit. These means can determine, for example, the change in length of the overload lever arm and / or determines the relative or absolute change in the tilt angle of the piston rod to a starting position. This information can be used to assess which operating state is currently present.
  • Torque with the specification of a first and a second limit the percentage of a case of overload occurring can be surprisingly reduced.
  • FIG. 1 shows a sectional, schematic representation of a solid bowl screw centrifuge
  • Figure 2 is a front view of a solid bowl screw centrifuge;
  • Figure 3 is a detail view of a Uberlasthebels of Fig. 2 and
  • Figures 1 to 3 show a solid bowl screw centrifuge with a rotatable drum 1 with preferably horizontal axis of rotation D and disposed within the drum 1, also rotatable screw 2, which has a centrifuge drive 3 for rotating drum 1 and screw 2.
  • the drum is between see a drive-side and a drive-facing drum bearings 4a, 4b arranged.
  • the centrifuge drive 3 has a motor 5 and a gear arrangement arranged between the motor 5 and the drum 1 and the worm 2.
  • the gear arrangement comprises, for example, a single gear, a so-called planetary gear 6, with three or more gear stages 7, 8, 9, which are connected downstream of the motor 5, wherein in the embodiment chosen here, the first two gear stages 7, 8 and the third gear stage 9 on the two axial sides of the drive-side drum bearing 4a are arranged.
  • Alternative embodiments e.g. with all gear stages 7, 8, 9 inside or outside of the drum bearing 4a (relative to the drum 1) are also feasible.
  • the design of the transmission 6 is such that between the rotational speed of the drum 1 and the speed of the screw 2 during operation, a differential speed is adjustable.
  • the first gear stage 7 and the second gear stage 8 of the gear 6 are each planetary gear-like formed, wherein the first gear stage 7 forms a kind of precursor and the second gear 8 forms a kind of main stage, both of which are arranged in a common housing 12.
  • the first and the second gear stage 7, 8 are designed like a circulating gear, wherein the housing 12 is driven with, which in turn drives the drum 1, which is rotatably connected to the housing 12 preferably via a hollow shaft 13.
  • the first gear stage 7 has a sun gear 14 on a sun gear shaft 15, planet wheels 16 on planetary gear shafts 17, which are combined to form a planet carrier 33, and an outer ring gear 18.
  • the second gear 8 also has - also within the housing 12 - a sun gear 19 on a transmission input shaft 20, also known as sun gear, planetary gears 21 on Planetenradachsen 22 which are combined to form a planet carrier 40, and an outer ring gear 23.
  • the motor 5 drives directly (not shown) or indirectly (via a first belt transmission 24 with a pulley 25 on its motor shaft 26, a belt 27 and a pulley 28, non-rotatably with the housing 12 and the Planetenradachsen 17 of the planet gears 16 of The first gear stage 7 is coupled so that it also forms the planet carrier 33 here), the housing 12 and the planetary gears 16.
  • the pulley 28 may also be integrally formed with the housing 12 or formed on the outer circumference.
  • the first motor 5 directly or indirectly (for example via a second belt drive 29 with a pulley 30 on its motor shaft 26, a belt 31 and a pulley 32) drives the (hollow) shaft 15 for the sun gear 14 of the first gear stage 7th
  • the ring gear 18 is also rotatably coupled via an intermediate piece with a ring gear 23 of the second gear 8 to an intermediate shaft 39 or designed in one piece with this.
  • the Planetenradachsen 22 of the planetary gears 21 of the second gear 12 drive via the Planetenradzan 40 an intermediate shaft 41 to the third gear stage 9, which (as a single or turn multiple output gear stage) drives the screw 2 (indicated only schematically here).
  • the transmission input shaft 20 is set to zero in the present embodiment. This arrangement may also be referred to as zero point drive.
  • the speed of the intermediate shaft 39 is determined by the speed of the sun gear 15 of the sun gear 14 of the first gear 7 and thus is also dependent on the output speed of the (drum) motor 5.
  • Both the sun gear 15 and the housing 1 2 have a different speed from zero, wherein the rotational speed of the housing 12 is fixedly coupled to the rotational speed of the sun gear 15. It is also advantageous that the two first gear stages 7, 8 are arranged within the common (rotatable) housing 12, since this is cost-effective and compact.
  • the first gear 7 forms a kind of precursor, which acts with the second gear stage 8 as a kind of primary primary gear stage.
  • the two first gear stages 7, 8 can also be arranged completely together (possibly with further stages) between the drive-side drum bearing 4a and the drum 1 or be arranged relative to the drum 1 outside the drive-side drum bearing 4a.
  • An advantage of the constructions is to mention that the dependence of the differential speed on the slip and the load state of the decanter is low. By changing the belts or pulleys, the predetermined differential speed range can be easily adjusted.
  • the differential rotational speed can be preselected by replacing the belt pulley of the belt drive, wherein during operation within the ranges by regulating or controlling the engine 5, the differential speed can be varied within the given bandwidths.
  • the transmission input shaft 20 has in FIGS. 1 and 2 a disk 46 at its free end.
  • a Matterlasthebelarm 47 is supported outside the axis of rotation D.
  • This Matterlasthebelarm 47 may be formed in different ways and prevented in its function as a torque arm rotational movement of the transmission input shaft 20.
  • the Kochlasthebelarm 47 in a preferred embodiment as a cylinder / piston unit or as a compression spring with a cylinder housing 49 and a linearly movable piston rod 50th educated.
  • a force is exerted in the manner of a restoring force, in particular a spring force or a pressure by a fluid, such. a gas or a liquid. Acts a force on the piston rod 50, so this moves relative to the cylinder housing 49th
  • the overload lever arm is, for example, a pneumatic cylinder which opposes a restoring force by a gas pressure to the force which transmits the worm via the disc to the pneumatic lever.
  • the Matterlasthebelarm exercises during operation of the centrifuge a restoring force against the rotational direction R of the drum 1 and the screw 2 and holds the transmission input shaft 20 at rest with this force.
  • the force acting on the Matterlasthebelarm by the transmission input shaft measured by a load cell 51, which is set on Studentslasthebelarm 47.
  • the measurement can be carried out in various ways, such as by measuring the change in length of the mutually movable elements of Matterlasthebelarmes or by measuring the angle of the lever arm to the ground or frame to which it is fixed.
  • a pneumatic cylinder gas spring
  • various control commands can be issued.
  • the feed of product into the centrifuge can be throttled or completely stopped.
  • the load cell 51 outputs a signal, which is passed on to a computing unit 52 and is adjusted with a limit value or limit value.
  • the load cell 51 is arranged in the present example in a compact manner directly on Automated Device 47 or integrated into this.
  • the overload lever arm 47 has a receptacle 53, here for example a metal clip, which presses against a coupling means 54, preferably a bolt of the disk 46 and thus keeps the transmission input shaft 20 at a standstill.
  • a coupling means 54 preferably a bolt of the disk 46
  • the force is measured which acts on the overload lever arm and determines the torque therefrom. If the solid bowl screw centrifuge is in normal operation, the drilling mud is clarified. This clarification is carried out by supplying drilling mud into the centrifuge. In the centrifuge field of the centrifuge, the drilling mud is converted into liquid phase and a solid phase, which are removed by various processes from the centrifuge.
  • the overload lever arm remains in its original position, although operating parameters are changed.
  • the inlet is switched off and thus creates a safe state.
  • the piston rod 50 has at its end a receptacle 53 which is rigidly connected to the piston rod 50 or end formed on the piston rod 50.
  • the receptacle may preferably be formed in the form of a groove 58 with a shoulder 59 for guiding the bolt 54.
  • the pin 54 of the disc 46 is located in the groove 58 of the receptacle 53.
  • the disc 46 exerts a force in the direction of rotation R of the drum 2 on the pin 54 during operation of the centrifuge.
  • the disc 46 is decoupled from the Gölasthebelarm 47 and moves in the direction of rotation R.
  • the bolt 54 dissolves during the rotational movement of the coving 58 of the receptacle 53, which for decoupling the disc 46 and the associated screw 2 leads.
  • the Matterlasthebelarm is pivotally mounted about the pivot pin 55 of a tilting joint 61. By decoupling the transmission input shaft 20 is free and rotates with.
  • the present invention has the advantage that only when reaching the third limit, so in case of failure, an emergency stop and thus cleaning the screw and a renewed decoupled Matterlasthebelarms is necessary.
  • the force measurement or the determination of the torque and the matched operating parameters, such as. the drive power of the engine 6 reaches an optimal utilization of the centrifuge.
  • vibrations or resonant vibrations may occur. These can be damped by damping feet 56 and damping plates 57, so that the centrifuge transmits no vibrations to a machine frame 60 or the ground.
  • the operation of the centrifuge may additionally be adjusted and monitored by means for detecting vibrations 62, for example a vibration sensor.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

Eine Vollmantelschneckenzentrifuge zur Verarbeitung von Bohrschlämmen mit einer drehbaren Trommel (1) und einer drehbaren Schnecke (2), wobei die Zentrifuge eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb der Trommel und der Schnecke mit einem Antriebsmotor und mit einer Getriebeanordnung zur Erzeugung einer Differenzdrehzahl zwischen der Trommel (1) und der Schnecke (2) im Betrieb der Zentrifuge aufweist, wobei eine Getriebeeingangswelle (20) der Getriebeanordnung durch einen in einem Drehmomentüberlastfall auslösbaren Überlasthebelarm (47) drehfest fixiert ist, wobei der Überlasthebelarm (47) mit seinem einem Ende radial zur Drehachse der Getriebeeingangswelle beabstandet direkt mit der Getriebeeingangswelle (20) oder einem damit drehfest verbundenen Teil lösbar verbunden ist und ein Verfahren Überwachung des Drehmoments.

Description

Zentrifuge und Verfahren zur Überwachung eines Drehmoments
Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Überwachung eines Drehmoments. Es sind Dekanter bekannt, welche zur Verarbeitung von Bohrschlamm eingesetzt werden. Bei der Bearbeitung eines solchen Schlammes, auch Drilling Mud genannt, wird ein Dekanter üblicherweise bei niedrigerer Last als bei der Verarbeitung anderer Produkte betrieben. Ein Grund dafür ist, dass bei einem Ausfall wegen Überlastung eine aufwendige Demontage und Reinigung des Dekanters erfolgen muss.
Die DE 10 2006 028 804 A1 offenbart eine gattungsgemäße Zentrifuge mit einer Trommel und einer Schnecke, die durch einen ersten Motor und vorzugsweise einen zweiten Motor angetrieben werden, wobei zwischen Motoren und der Trommel und der Schnecke eine Getriebeanordnung angeordnet ist, die mehrere Getriebestufen aufweist, wobei an vier Wellen Drehmomente in die erste und die zweite Getriebestufe eingeleitet werden und wobei eine erste und eine zweite Getriebestufe an wenigstens drei Wellen angetrieben sind. Die Anordnung dient u.a. zur Erzeugung einer Differenzdrehzahl zwischen Trommel und Schnecke. Bei einer Ausführungsvariante wird in der DE 10 2006 028 804 A1 ein ungeregelter Antrieb realisiert, bei welchem eine Getriebeeingangswelle festgehalten wird. In diesem Zusammenhang wird die Möglichkeit beschrieben, eine Drehmoment- Überlastsicherung an der feststehenden Welle zu realisieren. Die DE 94 09 109 U1 offenbart eine Zentrifuge mit zwei zu einem Überlagerungsgetriebe zusammengefassten Umlaufgetriebestufen. Bei einer der erläuterten Ausführungsvariante wird ein Eingang der Umlaufgetriebestufen festgehalten und an diesem Eingang ein Signal in Abhängigkeit von dem Drehmoment an der Schnecke ermittelt. Dieses Signal kann zu Überwachungs-, Überlastanzeige- und/oder Dämp- fungsmaßnahmen genutzt werden
Die FR 81 1 1 786 offenbart eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einer Drehmo- ment-Überlastsicherungseinrichtung, die einen Hebel aufweist, welcher über Zwischenelemente an einem Ausleger einer Getriebeeingangswelle gehalten ist. Ein Hebelende wird zwischen zwei Laufrollen gehalten, welche über einen Doppelgelenkarm mit einer Federstütze verbunden sind. Dabei drückt der Hebel, sofern sich die Zentrifuge in Betrieb befindet, gegen eine der beiden Laufrollen, welche mit ei- nem Messgerät verbunden ist. Dieses Messgerät ermittelt die durch den Hebel ausgeübte Kraft und gibt bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes einen Steuerbefehl an einer Steuereinrichtung der Zentrifuge aus, welche den Zulauf an Produkt in die Zentrifuge stoppt. Im Falle einer zu hohen Überlast kann der Doppel- gelenkarm einknicken, wobei die Fixierung des Hebels durch die Laufrollen gelöst wird. Somit wird die Getriebeeingangswelle der Zentrifuge nicht mehr fixiert bzw. gelöst.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Zentrifuge bereitzustellen, die in besonders ge- eigneter Weise die Verarbeitung des Produkts Bohrschlamm ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 13.
Durch die spezielle Ausgestaltung des Überlasthebelarms und dessen Verbindung mit der Getriebeeingangswelle wird eine konstruktive Vereinfachung gegenüber dem Stand der Technik erreicht.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Der Überlasthebelarm dient dabei vorteilhaft als Drehmomentstütze, welcher sich im Überlastfall von der Getriebeeingangswelle oder dem damit drehfest verbundenen Teil wie einem Arm oder einer Scheibe löst.
„Normalbetrieb" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das auf den Überlast- hebelarm wirkende Drehmoment geringer als ein vorgegebener erster Grenzwert ist. Bei Überschreiten dieses ersten Grenzwertes werden zunächst in geeigneter Weise Betriebsparameter verändert. So kann z.B. der Produktzulauf gedrosselt werden. Wird ein zweiter höherer Grenzwert für das Drehmoment überschritten, so wird die Vollmantelschneckenzentrifuge abgestellt und fährt in einen sicheren Zustand.
„Überlastfall" bedeutet, dass das Drehmoment in dem Maße ansteigt, dass ein Ausgleich durch Beeinflussung von Prozessparametern und selbst ein Abschalten nicht mehr rechtzeitig erfolgen kann. In diesem Fall federt der Überlasthebelarm ein. Dadurch wird die Getriebeeingangswelle gelöst und der Riementrieb des Motors kann kein Drehmoment mehr über das Getriebe auf die Schnecke oder die Trommel übertragen. Der Überlasthebelarm wird vorzugsweise als Zylinder-/Kolbenanordnung ausgebildet, der insbesondere fluidisch - pneumatisch oder hydraulisch - teleskopartig federnd ausgelegt ist oder über ein mechanisches Federelement wie eine Schraubenfeder verfügt.
Um einem Überlastfall bereits vor dem Erreichen dieses Zustands rechtzeitig vorzubeugen, weist die Zentrifuge Mittel zur Ermittlung der momentanen Drehmomentbelastung auf die Zylinder-/Kolbeneinheit auf. Diese Mittel können beispielsweise die Längenveränderung des Überlasthebelarmes ermitteln und/oder die rela- tive oder absolute Veränderung des Kippwinkels der Kolbenstange zu einer Ausgangsposition ermittelt. Diese Information kann zur Beurteilung, welcher Betriebszustand gerade vorliegt, verwendet werden.
Verfahren, welche mit einer Drehmoment-Überlastsicherung arbeiten, und welche bei einem ersten Grenzwert den Zulauf abschalten, gehören bereits zum Stand der Technik. Allerdings kann durch das erfindungsgemäße Verfahren durch die Vorgabe von insgesamt zwei Grenzwerte, wobei bei Erreichen oder Überschreiten eines ersten Grenzwertes eine Änderung der Betriebsparameter erfolgt und bei Erreichen oder Überschreiten eines zweiten Grenzwertes ein Abschalten erfolgt, dem Überlastfall noch zuverlässiger vorgebeugt werden. Erst bei Auslösen der Überlastsicherung wird ein aufwendiges Reinigen der Zentrifuge, insbesondere der Schnecke, notwendig. Dies kann u.a. durch den neuen Schritt eines rechtzeitigen Abschaltens verhindert werden. Der Einsatz des Verfahrens bei der Verarbeitung von Bohrschlamm hat sich als besonders sinnvoll erwiesen, da es bei der Bearbeitung von Bohrschlamm zum Auftreten von unvorhergesehenen Zuständen kommt, die außerhalb des Normalbetriebes der Zentrifuge liegen. Durch ein differenzierteres Überwachen des
Drehmoments mit der Vorgabe eines ersten und eines zweiten Grenzwertes kann der Prozentsatz eines auftretenden Überlastfalles überraschend verringert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Sie zeigen: Figur 1 eine schnittartige, schematische Darstellung einer Vollmantel- schneckenzentrifuge;
Figur 2 eine Vorderansicht einer Vollmantelschneckenzentrifuge; Figur 3 eine Detailansicht eines Uberlasthebels aus Fig. 2 und
Figur 4a)-4c) Teilansichten der Vollmantelschneckenzentrifuge aus Fig. 2
und 3 in verschiedenen Betriebszuständen.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einer drehbaren Trommel 1 mit vorzugsweise horizontaler Drehachse D und einer innerhalb der Trommel 1 angeordneten, ebenfalls drehbaren Schnecke 2, die einen Zentrifugenantrieb 3 zum Drehen von Trommel 1 und Schnecke 2 aufweist. Die Trommel ist zwi- sehen einem antriebsseitigen und einem antriebsabgewandten Trommellager 4a, 4b angeordnet.
Der Zentrifugenantrieb 3 weist einen Motor 5 sowie eine zwischen dem Motor 5 sowie der Trommel 1 und der Schnecke 2 angeordnete Getriebeanordnung auf.
Die Getriebeanordnung umfasst beispielsweise ein einziges Getriebe, ein sogenanntes Planetengetriebe 6, mit drei oder mehr Getriebestufen 7, 8, 9, die dem Motor 5 nachgeschaltet sind, wobei in der hier gewählten Ausgestaltung die ersten beiden Getriebestufen 7, 8 und die dritte Getriebestufe 9 auf den beiden axialen Seiten des antriebsseitigen Trommellagers 4a angeordnet sind. Alternative Ausgestaltungen z.B. mit sämtlichen Getriebestufen 7, 8, 9 innerhalb oder außerhalb des Trommellagers 4a (relativ zur Trommel 1 ) sind ebenfalls realisierbar.
Die Auslegung des Getriebes 6 ist dabei derart, dass zwischen der Drehzahl der Trommel 1 und der Drehzahl der Schnecke 2 im Betrieb eine Differenzdrehzahl ein- stellbar ist.
Die erste Getriebestufe 7 und die zweite Getriebestufe 8 des Getriebes 6 sind jeweils planetengetriebeartig ausgebildet, wobei die erste Getriebestufe 7 eine Art Vorstufe und die zweite Getriebestufe 8 eine Art Hauptstufe ausbildet, die beide in einem gemeinsamen Gehäuse 12 angeordnet sind. Die erste und die zweite Getriebestufe 7, 8 sind umlaufgetriebeartig ausgelegt, wobei das Gehäuse 12 mit angetrieben wird, welches wiederum die Trommel 1 antreibt, die mit dem Gehäuse 12 vorzugsweise über eine Hohlwelle 13 drehfest verbunden ist.
Die erste Getriebestufe 7 weist im Gehäuse 12 ein Sonnenrad 14 auf einer Sonnen- radwelle 15, Planetenräder 16 auf Planetenradachsen 17, die zu einem Planetenrad- träger 33 zusammengefasst sind, und ein äußeres Hohlrad 18 auf. Die zweite Getriebestufe 8 weist ferner - ebenfalls innerhalb des Gehäuses 12 - ein Sonnenrad 19 auf einer Getriebeeingangswelle 20, auch als Sonnenradwelle bekannt, Planetenräder 21 auf Planetenradachsen 22 die zu einem Planetenradträger 40 zusammengefasst sind, und ein äußeres Hohlrad 23 auf.
Der Motor 5 treibt direkt (nicht dargestellt) oder indirekt (über ein erstes Umschlin- gungsgetriebe 24 mit einer Riemenscheibe 25 auf seiner Motorwelle 26, einem Riemen 27 und einer Riemenscheibe 28, die drehfest mit dem Gehäuse 12 und den Planetenradachsen 17 der Planetenräder 16 der ersten Getriebestufe 7 gekoppelt ist, so dass sie hier auch den Planetenträger 33 ausbildet) das Gehäuse 12 und die Planetenräder 16. Die Riemenscheibe 28 kann auch einstückig mit dem Gehäuse 12 ausgebildet sein oder auf dessen Außenumfang ausgebildet sein.
Darüber hinaus treibt der erste Motor 5 direkt oder indirekt (beispielsweise über ei- nen zweiten Riementrieb 29 mit einer Riemenscheibe 30 auf seiner Motorwelle 26, einem Riemen 31 und einer Riemenscheibe 32) die (Hohl-)Welle 15 für das Sonnenrad 14 der ersten Getriebestufe 7.
Das Hohlrad 18 ist zudem über ein Zwischenstück mit einem Hohlrad 23 der zweiten Getriebestufe 8 zu einer Zwischenwelle 39 drehfest gekoppelt oder mit diesem einstückig ausgestaltet.
Die Planetenradachsen 22 der Planetenräder 21 der zweiten Getriebestufe 12 treiben über den Planetenradträger 40 eine Zwischenwelle 41 zur dritten Getriebestufe 9, welche (als eine einfache oder wiederum mehrfache Abtriebsgetriebestufe) die Schnecke 2 antreibt (hier nur schematisch angedeutet).
Zwischen dem Gehäuse 12 und der Zwischenwelle 41 ist eine durch die erste und die zweite Getriebestufe 7, 8 einstellbare Differenzdrehzahl realisierbar, die einer- seits durch die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 20 der zweiten Getriebestufe 8 und andererseits durch die Drehzahl der Zwischenwelle 39 bestimmt ist.
Zur Einstellung der Differenzdrehzahl wird die Getriebeeingangswelle 20 im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf Null festgesetzt. Diese Anordnung kann auch als Nullpunktsantrieb bezeichnet werden.
Die Drehzahl der Zwischenwelle 39 wird dabei durch die Drehzahl der Sonnenradwelle 15 des Sonnenrades 14 der ersten Getriebestufe 7 bestimmt und ist damit auch von der Ausgangsdrehzahl des (Trommel-) Motors 5 abhängig. Sowohl die Sonnenradwelle 15 als auch das Gehäuse 1 2 weisen eine von Null verschiedene Drehzahl auf, wobei die Drehzahl des Gehäuses 12 fest mit der Drehzahl der Sonnenradwelle 15 gekoppelt ist. Vorteilhaft ist auch, dass die beiden ersten Getriebestufen 7, 8 innerhalb des gemeinsamen (drehbaren) Gehäuses 12 angeordnet sind, da dies kostengünstig realisierbar ist und kompakt baut.
Dabei bildet die erste Getriebestufe 7 eine Art Vorstufe, die mit der zweiten Getriebe- stufe 8 als eine Art übergeordnete Primärgetriebestufe wirkt.
Nach der Anordnung der Fig. 1 und 2 ist durch die außerhalb des antriebsseitigen Trommellagers 4a liegende Vorstufe eine dynamisch steife Anbindung an das drehende System möglich.
Die beiden ersten Getriebestufen 7, 8 können aber auch vollständig zusammen (ggf. mit weiteren Stufen) zwischen dem antriebsseitigen Trommellager 4a und der Trommel 1 angeordnet werden oder relativ zur Trommel 1 außerhalb des antriebsseitigen Trommellagers 4a angeordnet werden.
Als Vorteil der Konstruktionen ist noch zu erwähnen, dass die Abhängigkeit der Differenzdrehzahl vom Schlupf und vom Belastungszustand des Dekanters gering ist. Durch ein Wechseln der Riemen bzw. Riemenscheiben kann der vorgegebene Differenzdrehzahlbereich auf einfache Weise eingestellt werden.
Hier ist zu erkennen, dass die Differenzdrehzahl durch Austausch der Riemenscheibe des Umschlingungsgetriebes voreinstellbar ist, wobei im Betrieb innerhalb der Bereiche durch Regeln oder Steuern der Motors 5 die Differenzdrehzahl innerhalb der gegebenen Bandbreiten veränderbar ist.
Bei dieser Konstruktion findet keine Drehzahlumkehr statt, was in Kombination mit einem Planetengetriebe herkömmlicher Bauart zu einer voreilenden Schnecke führt.
Durch das Festhalten der nun freien Getriebeeingangswelle 20 der zweiten Getrie- bestufe 12 ist ein zwar voreingestellter jedoch im Betrieb ungeregelter Antrieb realisierbar. An der feststehenden Welle wird hier jeweils das Drehmoment gemessen und eine Überlastsicherung 45 realisiert. Der konstruktive Aufbau und die Funktionsweise der Überlastsicherung 45 werden im Folgenden näher beschrieben.
Die Getriebeeingangswelle 20 weist in Fig.1 und 2 an ihrem freien Ende eine Scheibe 46 auf. An dieser Scheibe 46 ist ein Überlasthebelarm 47 außerhalb der Drehachse D abgestützt. Dieser Überlasthebelarm 47 kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein und verhindert in seiner Funktion als Drehmomentstütze eine Drehbewegung der Getriebeeingangswelle 20. Dabei ist der Überlasthebelarm 47 in einer bevorzugten Ausführungsvariante als Zylinder/Kolbeneinheit bzw. als Druckfeder mit einem Zylindergehäuse 49 und einer dazu linear beweglichen Kolbenstange 50 ausgebildet. Auf die Kolbenstange 50 wird dabei eine Kraft in der Art einer Rückstellkraft ausgeübt, insbesondere eine Federkraft oder ein Druck durch ein Fluid, so z.B. ein Gas oder eine Flüssigkeit. Wirkt eine Kraft auf die Kolbenstange 50, so bewegt sich diese relativ zu dem Zylindergehäuse 49.
Im Ausführungsbeispiel der Fig.2 handelt es sich bei dem Überlasthebelarm beispielsweise um einen Pneumatikzylinder, welcher der Kraft, welche die Schnecke über die Scheibe auf den Pneumatikhebel überträgt, eine Rückstellkraft durch einen Gasdruck entgegensetzt.
Der Überlasthebelarm übt bei Betrieb der Zentrifuge eine Rückstell kraft gegen die Rotationsrichtung R der Trommel 1 und der Schnecke 2 aus und hält mit dieser Kraft die Getriebeeingangswelle 20 in Ruhe.
Dabei wird die Kraft die durch die Getriebeeingangswelle auf den Überlasthebelarm einwirkt, durch eine Kraftmessdose 51 gemessen, die am Überlasthebelarm 47 festgelegt ist. Die Messung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, so z.B. durch Messung der Längenveränderung der zueinander beweglichen Elemente des Überlasthebelarmes oder durch Messung des Winkels des Hebelarmes zu dem Untergrund oder Gestell, an welchem er festgelegt ist. Im Fall eines Pneumatikzylinders (Gasdruckfeder) ist auch eine Messung des Gasdruckes möglich. In Abhängigkeit von der ermittelten Kraft, können verschiedene Steuerbefehle ausgegeben werden. So kann bei einem geringen Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes der Zulauf an Produkt in die Zentrifuge gedrosselt oder vollständig gestoppt werden. Durch die Ermittlung des Drehmoments im Betrieb der Zentrifuge kann somit beispielsweise die Antriebsleistung des Motors 5 oder die Zulaufleistung des Produktes geregelt werden, so dass die Zentrifuge bis an ihre Leistungsgrenze betrieben werden kann.
Hierfür gibt die Kraftmessdose 51 ein Signal aus, welches an eine Recheneinheit 52 weitergegeben wird und mit einem Grenzwert bzw. Grenzwert abgeglichen wird. Die Kraftmessdose 51 ist im vorliegenden Beispiel in kompakter Weise direkt am Überlasthebelarm 47 angeordnet oder in diesen integriert.
An seinem zur Scheibe zugewandten freien Ende weist der Überlasthebelarm 47 eine Aufnahme 53 auf, hier beispielsweise einen Metallklipp, der gegen ein Kopplungsmittel 54, vorzugsweise einen Bolzen der Scheibe 46 drückt und so die Getriebeeingangswelle 20 in Stillstand hält.
In Betrieb der Zentrifuge wird die Kraft gemessen, welche auf den Überlasthebel- arm einwirkt und daraus das Drehmoment ermittelt. Sofern sich die Vollmantel- schneckenzentrifuge im Normalbetrieb befindet, erfolgt eine Klärung des Bohrschlamms. Diese Klärung erfolgt durch Zuleiten von Bohrschlamm in die Zentrifuge. Im Zentrifugalfeld der Zentrifuge wird der Bohrschlamm in Flüssigphase und eine Feststoffphase ungewandelt, welche durch verschiedene Abläufe aus der Zentrifuge abgeführt werden.
Sobald ein erster Grenzwert erreicht oder überschritten wird, verbleibt der Überlasthebelarm in seiner ursprünglichen Position, allerdings werden Betriebsparameter verändert. Vorzugsweise wird der Zulauf abgeschaltet und so ein sicherer Zu- stand erzeugt.
Sofern ein zweiter Grenzwert des Drehmoments M erreicht oder überschritten wird, so wird die Zentrifuge abgestellt werden und fährt in einen sicheren Zustand. Auch bei Erreichen oder Überschreiten des zweiten Grenzwertes verbleibt der Überlasthebelarm in seiner ursprünglichen Position.
Erst im Ernstfall bzw. Überlastfall, in dem das Drehmoment im Getriebe und damit die Kraft am Überlasthebelarm so schnell steigt, dass eine Abschaltung nicht schnell genug möglich wäre, federt die Kolbenstange 50 des Überlasthebelarmes 47 in einer Linearbewegung A ein und löst sich während der Rotation des Getriebes 6 in einer konzertierten Kippbewegung B vom Getriebeeingang. Der Anstieg des Drehmoments ist dM/dt.
Sofern ein vorgegebener Grenzwert für den Anstieg des Drehmoments dM/dt überschritten wird und die Kraft auf dem Überlasthebelarm zu schnell steigt, so löst dieser sich vom Getriebeeingang. Dies ist schematisch in den Figuren 4a-4c dargestellt. Das Lösen des Überlasthebelarmes vom Getriebeeingang entspricht dabei dem Auslösen einer Drehmoment-Überlastsicherung.
Die Kolbenstange 50 weist dabei endseitig eine Aufnahme 53 auf, die starr mit der Kolbenstange 50 verbunden ist oder endseitig an der Kolbenstange 50 ausgeformt ist. Die Aufnahme kann bevorzugt in Form einer Hohlkehle 58 mit einer Schulter 59 zur Führung des Bolzens 54 ausgeformt sein. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, liegt der Bolzen 54 der Scheibe 46 in der Hohlkehle 58 der Aufnahme 53 auf.
Die Scheibe 46 übt auf dem Bolzen 54 bei Betrieb der Zentrifuge eine Kraft in der Rotationsrichtung R der Trommel 2 aus.
Sofern die Kolbenstange 50 in das Zylindergehäuse 49 des Überlasthebels 47 eintaucht, wird die Scheibe 46 vom Überlasthebelarm 47 entkoppelt und bewegt sich in Rotationsrichtung R. Beim Entkoppeln löst sich der Bolzen 54 während der Ro- tationsbewegung von aus der Hohlkehle 58 der Aufnahme 53, was zum Entkoppeln der Scheibe 46 und der damit verbundenen Schnecke 2 führt. Dabei ist der Überlasthebelarm verschwenkbar um den Schwenkstift 55 eines Kippgelenks 61 angeordnet. Durch das Entkoppeln wird die Getriebeeingangswelle 20 frei und rotiert mit.
Die vorliegende Erfindung hat dabei den Vorteil das erst beim Erreichen des dritten Grenzwertes, also im Fehlerfall, einen Notstopp und damit ein Reinigen der Schnecke sowie ein erneutes des entkoppelten Überlasthebelarms notwendig ist. Zudem wird durch die Kraftmessung bzw. die Ermittlung des Drehmoments und die darauf abgestimmten Betriebsparameter, wie z.B. die Antriebsleistung des Motors 6, eine optimale Auslastung der Zentrifuge erreicht.
Während des Betriebs oder des Anhaltens der Zentrifuge kann es zu Vibrationen oder Resonanzschwingungen kommen. Diese können durch Dämpfungsfüße 56 und Dämpfungsplatten 57 gedämpft werden, so dass die Zentrifuge keine Schwingungen auf ein Maschinengestell 60 oder den Untergrund überträgt. Der Betrieb der Zentrifuge kann zusätzlich durch Mittel zur Ermittlung von Schwingungen 62, beispielsweise einem Vibrationssensor, eingestellt und überwacht werden. Bezugszeichenliste
1 Trommel
2 Schnecke
3 Zentrifugenantrieb
4 Trommellager
5 Motor
6 Planetengetriebe
7 Getriebestufe
8 Getriebestufe
9 Getriebestufe
12 Gehäuse
13 Hohlwelle
14 Sonnenrad
15 Sonnenradwelle
16 Planetenräder
17 Planetenradachsen
18 Hohlrad
19 Sonnenrad
20 Getriebeeingangswelle
21 Planetenräder
22 Planetenradachsen
23 Hohlrad
24 Umschlingungsgetriebe
25 Riemenscheibe
26 Motorwelle
27 Riemen
28 Riemenscheibe
29 Riementrieb
30 Riemenscheibe
31 Riemen
32 Riemenscheibe
33 Planetenradträger
39 Zwischenwelle
40 Planetenradträger
41 Zwischenwelle
45 Überlastsicherung
46 Scheibe
47 Überlasthebelarm 49 Zylindergehäuse
50 Kolbenstange
51 Kraftmessdose
52 Recheneinheit
53 Aufnahme
54 Bolzen
55 Schwenkstift
56 Dämpfungsfüße
57 Dämpfungsplatte
58 Hohlkehle
59 Schulter
60 Maschinengestell
61 Kippgelenk
62 Mittel zur Ermittlung von Schwingungen
D Drehachse
R Rotationsrichtung
A Linearbewegung
B Kippbewegung

Claims

Ansprüche
Vollmantelschneckenzentrifuge zur Verarbeitung von Bohrschlämmen mit einer drehbaren Trommel (1 ) und einer drehbaren Schnecke (2), wobei die Zentrifuge eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb der Trommel und der Schnecke mit einem Antriebsmotor und mit einer Getriebeanordnung zur Erzeugung einer Differenzdrehzahl zwischen der Trommel (1 ) und der Schnecke (2) im Betrieb der Zentrifuge aufweist, wobei eine Getriebeeingangswelle (20) der Getriebeanordnung durch einen in einem Drehmomentüberlastfall auslösbaren Überlasthebelarm (47) drehfest fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlasthebelarm (47) mit seinem einem Ende radial zur Drehachse der Getriebeeingangswelle beabstandet direkt mit der Getriebeeingangswelle (20) oder einem damit drehfest verbundenen Teil lösbar verbunden ist.
Zentrifuge nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Überlasthebelarm (47) mit seinem anderen Ende an einem Maschinengestell abgestützt ist.
Zentrifuge nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Überlasthebelarm (47) als längenveränderliche Druckfedereinheit ausgestaltet ist.
Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Überlasthebelarm (47) als eine Kolben-Zylindereinheit ausgebildet ist.
Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die der Überlasthebelarm (47) als Drehmomentstütze ausgebildet ist, wobei ein Kopplungsmittel (54) vorgesehen ist, dass von einer Aufnahme (53) an der Getriebeeingangswelle oder dem drehfesten Teil in einem Überlastfall lösbar ist.
Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Getriebeeingangswelle (20) verbundene Teil eine Scheibe oder ein sich in radialer Richtung erstreckendes Armsegment ist.
Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlasthebelarm (47) teleskopartig ausgebildet ist.
8. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-/Zylindereinheit als fluidisch oder mechanisch wirkendes Federelement ausgebildet ist. 9. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge Mittel zur Dämpfung von Schwingungen (56, 57) der Zentrifuge auf einem Maschinengestell (60) und/oder einem Fundament aufweist. 10. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlasthebelarm (47) an einem von der Getriebeeingangswelle abgewandten Ende an einem Maschinengestell (60) befestigt ist. 1 1 . Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge ein Mittel zur Ermittlung des auf die Kolbenstange (50) wirkenden Drehmoments aufweist.
12. Zentrifuge nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Ermittlung der Drehmomentbelastung (51 ) auf die Kolbenstange (50) als Kraftmessdose ausgebildet ist.
13. Verfahren zur Überwachung des Drehmoments an einer Getriebeeingangswelle (20) einer Vollmantelschneckenzentrifuge bei der Klärung ei- nes Bohrschlamms, insbesondere einer Vollmantelschneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten:
a) Klären von Bohrschlamm, sofern sich das Drehmoment der Vollmantelschneckenzentrifuge unterhalb eines ersten Grenzwerts befindet;
b) Änderung wenigstens eines Betriebsparameter der Vollmantelschneckenzentrifuge, sofern das Drehmoment den ersten Grenzwert erreicht oder überschreitet;
c) Abschalten der Vollmantelschneckenzentrifuge, sofern das Drehmoment einen zweiten Grenzwert erreicht oder überschreitet; und d) selbsttätiges oder gesteuertes Auslösen einer Drehmoment-
Überlastsicherung, sofern die Ableitung des Drehmoments nach der Zeit einen Grenzwert dM/dt überschreitet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen oder Überschreiten des ersten Grenzwerts die Änderung der Betriebsparameter durch ein Abschalten des Zulaufs erfolgt. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschalten der Vollmantelschneckenzentrifuge durch Abschalten des Zentrifugenantriebs erfolgt.
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