Vorrichtung zum Zentrifugieren und gleichzeitiger mechanischer/elektrischer Energieübertragung von einer Zentrifugentrommel auf eine zweite

Abstract

 57 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zentrifugieren und gleichzeitiger Energieübertragung von einer zyklisch abzubremsenden, rotierenden Trommel. Die beiden Trommeln werden in Drehbewegung gebracht, indem sie in jeweils ihren Drehrichtungen zyklisch beschleunigt und verzögert werden durch eine Kraftübertragung, die die beim Abbremsen der 1. rotierenden Zentrifugentrommel freiwerdende Energie zu Beschleunigung auf die stehende 2. Zentrifugentrommel überträgt. Erfindungsgemäß wird die für den nach der Energieübertragung anschließenden Betrieb der einen Zentrifugentrommel bei hoher Drehzahl erforderliche Bremse an der gegenüberliegenden mit niedriger Drehzahl laufenden Zentrifugentrommel durch einen Freilauf oder ähnlich wirkende Aggregate ersetzt oder ergänzt. Die Erfindung sieht alternativ ebenfalls vor, daß die mechanische elektrische Kraftübertragung über zwei an die Trommel angeschlossene Asynchronmotore geschieht, die über Gleichstromseiten der jeweiligen zu den Asynchronmotoren gehörenden Umrichter miteinander verbunden sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zentrifugieren und gleichzeitiger Energieübertragung von einer zyklisch abzubremsenden Zentrifugentrommel auf eine zweite zu beschleunigende Zentrifugentrommel mittels eines Differentialgetriebes gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

[0002] Aus den Patentanmeldungen

ist es bekannt, eine rotierende Zentrifugentrommel abzubremsen, und eine zweite stehende Zentrifugentrommel in Rotationsbewegung zu versetzen, wobei beide Zentrifugentrommeln über ein zyklisches Abbremsen und Beschleunigen des Differentialkorbes gesteuert uerden.

[0003] Wird z. B. die erste Zentrifugentrommel durch den Antriebsmotor über den Differentialkorb des Differentialgetriebes mit hoher Drehzahl (vorzugsweise 300 - 3000 U/min) zum Zentrifugieren angetrieben, so muß die zweite Zentrifugentrommel zum Entleeren stehen oder sich mit niedriger Drehzahl (vorzugsweise 1 - 10 U/m) drehen. Die Wirkungsweise des Differentialgetriebes würde jedoch ohne die an der zweiten Trommel angebrachte Bremse, diese Trommel immer mehr beschleunigen, bis sie dieselbe Drehzahl wie die 1. Trommel hat.

[0004] Gleichzeitig würde die Drehzahl der 1. Trommel um den Betrag abfallen, wie die 2. Trommel an Drehzahl zunimmt.

[0005] Die Patentanmeldung P 28 49 019 sieht ein langsames Drehen der 2. Trommel derart vor, daß die an der 2. Trommel befindliche Bremse teilweise gelöst wird, so daß das von dem Differentialgetriebe anstehende Drehmoment die 2. Trommel langsam bewegt. Die dort angegebene rein mechanische Kraftübertragung ist für kleinere Zentrifugentypen durchaus geeignet und entspricht ausgezeichnet den Marktanforderungen. Bei größeren Zentrifugentypen ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, daß die handelsüblichen Teile, die bei kleineren Typen verwendet werden und einen besonderen Vorteil dieser Maschine darstellen, nicht mehr groß genug ausgelegt sind.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Zentrifugieren vorzuschlagen, die auch bei höheren Drehmomenten ein langsames Drehen der Trommel beim Entleeren und/oder eine sehr gleichmäßige Drehbewegung ermöglicht, sowie auch bei großen Zentrifugentypen ein Energie sparendes Abbremsen der einen Trommel und gleichzeitiges Beschleunigen der anderen Trommel ermöglicht.

[0007] Die Erfindung sieht die gemäß Kennzeichen des Hauptanspruches vorgeschlagene Lösung vor. Die Erfindung sieht also den vorteilhaften Einsatz eines Freilaufes vor, der anstelle der Bremse mit der Antriebsachse der Zentrifugentrommel gekoppelt ist.

[0008] Der zusätzliche Verbleib der Bremse kann jedoch auch weiterhin von Vorteil sein, z. B. für die Notbremsung der Zentrifugentrommel im Gefahrenfall. Der Freilauf ist so einzurichten, daß dieser in Drehrichtung der schnellaufenden Zentrifugentrommel schließt, d. h. Innen- und Außenring über eine Klemmvorrichtung starr miteinander verbunden sind. Vorzugsweise wird hier ein Freilauf verwandt wie er handelsüblich ist und einem Fahrradfreilauf (ohne Rücktrittbremse) gleicht.

[0009] Ist die Trommelachse mit dem Innenring des Freilaufes verbunden, so kann der Außenring (z. B. über eine Zahnradkette) mit einem weiteren separaten langsam laufenden Hilfsantrieb verbunden werden. Dieser Hilfsantrieb überträgt dann die gewünschte Drehzahl und das gewünschte Drehmoment auf die 2. Zentrifugentrommel.

[0010] Soll nun die erste schnellaufende (volle)Trommel abgebremst und die zweite langsam drehende oder stehende (leere) Trommel beschleunigt werden, so überträgt nun das Differentialgetriebe,wie in Patentanmeldungen P 28 49 019 und P 30 31 232 näher beschrieben, die Kraft so auf die zu beschleunigende Trommel, daß diese, in der selben Drehrichtung wie vorher beim langsamen Lauf, immer schneller läuft und der Freilauf somit den Innenring vom Außenring löst.

[0011] Sobald die erste Zentrifugentrommel durch den Abbremsprozeß die zum Entleeren erforderliche Drehzahl erreicht hat, wird diese Drehzahl zum Entleeren der ersten Zentrifugentrommel von einem weiteren Hilfsantrieb gehalten, wobei der Freilauf auf Grund seiner Funktionsweise von selbstseinen Innenring mit dem Außenring verklemmt und damit den nötigen Kraftschluß ermöglicht.

[0012] Somit kann die 2. Zentrifugentrommel durch den Antrieb des Differentialgetriebes auf hoher Drehzahl gehalten werden, während die erste Trommel durch den Hilfsmotor über den kurzschließenden Freilauf auf niedriger Drehzahl mit dem für den Entleerungsvorgang notwendigen Drehmoment gehalten wird.

[0013] Beim anschließenden Abbremsen der 2. Trommel, nachdem diese durch das Zentrifugieren voll geworden ist, und gleichzeitigem Beschleunigen der 1. Trommel, nachdem diese bei niedriger Drehzahl entleert worden ist, löst sich der Freilauf an der 1. Trommel, sobald diese durch die erfahrene Beschleunigung eine höhere Drehzahl erlangt als sie sie der angeschlossene Hilfsmotor vorgibt.

[0014] Nachdem die 2. Trommel durch das Differentialgetriebe soweit abgebremst worden ist, daß sie die Drehzahl, die durch den entsprechenden Hilfsmotor vorgegeben wird, erreicht hat, schließt der Freilauf an der 2. Trommel kurz und hält somit mit Hilfe des Hilfsmotors die 2. Trommel auf der gewünschten niedrigen Drehzahl. Beim-Einsatz des Freilaufes zum Entleeren der jeweiligen Trommel hat diese dieselbe Drehrichtung, wie sie sie zu vor beim Schleudern mit hoher Drehzahl besaß.

[0015] Sollte jedoch beim Entleeren der Trommel eine entgegengesetzte Drehrichtung als beim Schleudern erforderlich sein, so sieht die Erfindung in diesen oder in anderen Fällen die Verwendung einer Kupplung vor, die die gleiche Funktion erfüllt wie der oben beschriebene Freilauf. Jedoch muß dafür die Kupplung derart gesteuert werden, daß sie nur dann einen Kraftschluß herstellt, wenn bei langsamer Drehzahl die Zentrifugentrommel mit einem Hilfsmotor angetrieben wird und/oder die andere Trommel mit hoher Drehzahl über das Differentialgetriebe angetrieben wird.

[0016] Findet die Energieübertragung von einer Trommel zur anderen statt und läuft die Trommel an der Seite, an der die Kupplung sitzt, bei hoher Drehzahl, so ist diese Kupplung zu lösen.

[0017] Die Erfindung sieht bei Bedarf weiterhin auch andere Aggregate, die eine ähnliche Funktionsweise wie ein Freilauf oder eine Kupplung haben, an Stelle des Freilaufs vor, wie in und auseinanderrastende Zahnräder oder ein Treibriemen, der nach Bedarf angespannt oder gelöst wird.

[0018] Als alternative Ausführungsform der Zentrifuge sieht der Erfinder vor, daß die mechanische/ elektrische Kraftübertragung über zwei an die Trommel angeschlossene Asynchronmotore geschieht, die über die Gleichstromseiten der jeweiligen zu den Asynchronmtoren gehörenden Umrichter miteinander verbunden sind.

[0019] Wird ein Asynchronmotor unabhängig von der Energierückgewinnung der erfinderischen Idee betrieben, so ist einerseits der direkte Anschluß an das Netz möglich, und man hat einen Motorbetrieb wie bei jedem üblichen Drehstrommotor.

[0020] Andererseits kann der Asynchronmotor über einen Umrichter betrieben werden. Dabei wird über einen Stromrichter aus der Netzspannung eine Gleichspannung erzeugt, die einen Umrichter speist, der wiederum eine Wechselspannung wählbarer Frequenz an den Asynchronmotor gibt. Die vorgegebene Frequenz gibt die Drehzahl des Motors vor.

[0021] Gibt man mit der wählbaren Frequenz eine geringere Drehzahl vor als der Motor augenblicklich hat, so funktioniert der Motor als Generator und erzeugt an der Gleichspannungsseite des Umrichters eine Gleichspannung, die einen Kondensator speist.

[0022] In der erfindungsmäßigen Vorrichtung sind die beiden Gleichspannungsleitungen, die zu den beiden Kondensatoren führen miteinander verbunden. Somit wird ein Abbremsen der vollen Trommel und ein Beschleunigen der leeren Trommel allein durch eine einfache Steuerung der beiden Frequenzen an den jeweiligen Umrichtern möglich. Dies geschieht folgendermaßen:

Wenn von der Zentrifuge das Signal kommt, daß die volle Trommel abgebremst und damit gleichzeitig die leere Trommel beschleunigt werden soll, wird die Frequenz des Umrichters an der leeren Trommel soweit hochgefahren bzw. immer weiter erhöht, daß das Drehmoment und damit der Motorstrom den Maximalwert besitzt. Die Frequenz der vollen Trommel wird in dem Maße reduziert, wie die Spannung am Kondensator (bzw. an den beiden Kondensatoren) fällt.

[0023] Wenn beide Trommel gleich schnell laufen, wird nun die Frequenz des Umrichters an der vollen Trommel soweit heruntergefahren bzw. immer weiter erniedrigt, dass das Drehmoment und damit der Matorstrom den Maximalwert besitzt. Gleichzeitig wird die Frequenz der leeren Trommel in dem Maße erhöht, wie die Spannung am Kondensator (bzw. an den beiden Kondensatoren) steigt.

[0024] Der Reibungsverlust, der während des Wechselvorganges der beiden Trommeln auftritt, und ein mögliches Füllen der Trommeln während des Wechselvorganges können bedingen, daß die durch die abzubremsende Trommel frei werdende Energie nicht für die Kompensation der insgesamt benötigten Energie ausreicht.

[0025] Der fehlende Energiebetrag kann dann über den Stromrichter aus dem Netz eingespeist werden. Das gleiche geschihet, wenn bei Inbetriebnahme der Zentrifuge eine der beiden Trommeln zu Anfang langsam hochgefahren wird.

[0026] Ist schließlich die volle Trommel auf Ausräumdrehzahl und die leere Trommel auf Schleuderdrehzahl gebracht worden, so kann die volle Trommel entweder über den Umrichter langsam weiter gefahren werden, oder mechanisch über eine Kupplung beliebiger Art mit einem separten Getriebemotor angetrieben werden. Die leere Trommel kann entweder über den Umrichter oder über eine direkte Verbindung des Asychronmotors mit dem Netz auf Schleuderdrehzahl gehalten werden.

[0027] Sollte aus bestimmten Gründen die Verwendung von Gleichstrommotoren, die über Stromrichter gespeist werden, notwendig sein, so ergibt sich der gleiche Aufbau wie oben beschrieben, jedoch werden die As^ychronmotore durch Gleichstrommotore und die Umrichter durch Stromrichter ersetzt.

[0028] Die Verbindung der beiden Stromrichter, mit deren Hilfe die beim Abbremsen der einen Trommel frei werdene Energie zum Beschleunigen der anderen Trommel benutzt werden soll, geschieht derart , daß beide Stromrichter direkt mit dem Netz verbunden bleiben, wobei das Verfahren umso besser funktioniert je stabiler das Netz ist.

[0029] Anstelle der Zentrifugentrommeln können auch andere rotierende Massen aufgrund dieser Erfindung zyklisch beschleunigt und abgebremst werden.

[0030] Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren I - III beispielsweise erläutert:

Fig. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, werden die beiden Bremsen aus den Figuren der Patentanmeldungen P 28 49 019 bzw. 29 09 772 durch einen Freilauf oder eine Kupplung 1 ersetzt, der oder die an die Antriebsachse 2 angeschlossen wird, die die Zentrifugentrommel 3 mit dem Differentialgetriebe 4 verbindet. Der Freilauf wird über eine Zahnradkette 5 oder Ähnlichem mit einem Hilfsantrieb (z. B. Elektrogetriebemotor) 6 niedriger Drehzahl angetrieben.

Fig. II Sollte die Bremse 70 für den Notfall weiterhin installiert bleiben, so wird der Freilauf oder die Kupplung 10 zusätzlich zur Bremse 70 an der Antriebsachse 20, die die Zentrifugentrommel 30 mit dem Differentailagetriebe 40 verbindet, angebracht. Dabei wird der Freilauf über eine Zahnradkette 50 oder Ähnlichem mit einem Hilfsantrieb (z. B. Elektrogetriebemotor) 60 niedriger Drehzahl angetrieben.

Fig. III Bei größeren Zentrifugentypen ist es wirtschaftlicher, den Energieaustausch von einer Trommel 13 zur anderen 13 nicht über ein Differentialgetriebe sondern direkt über Asynchronmotore 16 stattfinden zu lassen. Dabei wird der Asynchronmotor 16 entweder direkt mit der Antriebsachse 12 oder indirekt über ein Übersetzungsgetriebe 18 an diese 12 und über einen Keilriementrieb 15 oder Ähnlichem verbunden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Zentrifugieren feinkörniger oder schlammiger Rohstoffe mit oder ohne Bindemittelzusatz, die zwei abwechselnd betriebene, miteinander verbundene Trommeln aufueist, und gleichzeitiger Energieübertragung von einer zyklisch abzubremsenden, rotierenden Trommel auf eine zweite zu beschleunigende, rotierende Trommel und dem anschließenden Lauf eine der beiden Trommeln, wobei die beiden Trommeln in Drehrichtung gebracht uerden, indem sie in jeweils ihren Drehrichtungen zyklisch beschleunigt und verzögert werden durch eine Kraftübertragung, die die beim Abbremsen der 1. rotierenden Trommel freiwerdende Energie zur Beschleunigung auf die stehende Trommel überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die für den nach der Energieübertragung anschließenden Betrieb der einen Trommel bei hoher Drehzahl erforderliche Bremse an der gegenüberliegenden mit niedriger Drehzahl laufenden Trommel durch einen Freilauf ersetzt oder ergänzt wird, wobei der Freilauf durch Kurzschließen des Innenringes mit dem Außenring über einen zusätzlichen Antrieb die Trommel mit niedriger Drehzahl antreibt, während der Antrieb der schnellaufenden Trommel über das Differentialgetriebe erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß statt des Freilaufes eine zyklisch gesteuerte Kupplung oder ein zyklisch ein-und ausrastendes Zahnrad, oder ein zyklisch gelöster und angezogener Treibriemen an der Antriebsachse angeordnet ist.

3. Vorrichtung zum Zentrifugieren feinkörniger oder schlammiger Rohstoffe mit oder ohne Bindemittelzusatz, die zwei abwechselnd betriebene, miteinander verbundene Trommeln aufweist, und gleichzeitiger Energieübertragung von einer zyklisch abzubremsenden, rotierenden Trommel auf eine zweite zu beschleunigende, rotierende Trommel und dem anschließenden Lauf eine der beiden Trommeln, wobei die beiden Trommeln in Drehrichtung gebracht werden, indem sie in jeweils ihren Drehrichtungen zyklisch beschleunigt und verzögert werden durch eine Kraftübertragung, die die beim Abbremsen der 1. rotierenden Trommel freiwerdende Energie zur Beschleunigung auf die stehende Trommel überträgt, dadurch -gekennzeichnet, daß die mechanische/elektrische Kraftübertragung über zwei an die Trommel angeschlossene Asynchronmotore geschieht, die über die Gleichstromseiten der jeweiligen zu den Asynchronmotoren gehörenden Umrichter miteinander verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einsparen des Umrichterbetriebs z. B. beim gleichzeitigen Betreiben von mehr als einer Zentrifuge die Umrichter dadurch besser ausgenutzt werden, daß sie jeweils an die Zentrifuge angeschlossen werden, die sich gerade in der Abbrems- bzu. Beschleunigungsphase befindet und die Asynchronmotore, die am Schleuderprozeß beteiligt sind, direkt über das Netz gespeist werden, wobei ein langsam laufender Getriebemotor die zu entleerenden Trommeln über eine Kupplung beliebiger Art antreibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das für den Entleerungsvorgang der jeweils langsam laufenden Trommel notwendige Drehmoment von dem jeweiligen Asynchronmotor aufgebracht wird,und daß beim Schleudern die jeweilige Trommel über den Asynchronmotor auf die gewünschte, am Umrichter eingestellte Drehzahl gebracht bzw. bei , ihr gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abbremsen der einen Trommel und gleichzeitigem Beschleunigen der anderen Trommel die Drehzahl an dem einen Umrichter (abzubremsende Trommel) herunter- und an dem anderen Umrichter (zu beschleunigende Trommel) heraufgestellt wird, wobei der max. zulässige Strom durch die Drehzahl an dem Asynchronmotor eingestellt wird, der langsamer läuft als der andere.

⁷. Verfahren nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des schnelleren Motors in Abhängigkeit von der Kondensatorspannung der Stromversorgung des Umrichters eingestellt uird, und zwar so, daß bei zu niedriger Kondensatorspannung die Drehzahl im Falle der Beschleunigung verringert (bzw. weniger schnell erhöht wird) und im Fall der Abbremsung erhöht (bzw. weniger schnell verringert) wird und bei zu hoher Kondensatorspannung die Drehzahl im Fall der Beschleunigung erhöht (bzw. weniger schnell verringert) und im Fall der Abbremsung verringert (bzw. weniger schnell erhöht) wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Falle, wo es sich nicht um das Abbremsen der einen Trommel und gleichzeitigem Beschleunigen der anderen Trommel handelt die notwendige Energie dem Asynchronmotor vom Netz über einen Umkehrstromrichter und dem jeweiligen Umrichter geliefert wird, und daß beim erstmaligen Anfahrvorgang der Zentrifuge eine Trommel dadurch auf Schleuderdrehzahl gebracht wird, daß der zur Trommel gehörende Asynchronmotor langsam über den Umrichter, der über das Netz-gespeist wird, hochgefahren wird, wobei die gewünschte-Drehzahl am Umrichter so langsam erhöht wird, daß der max. zulässige Strom am Netz nicht überschritten wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Verwendung von Asynchronmotoren der Energieaustausch über zwei Gleichstrommotore geschieht, die über die Wechselstromseite der jeweils zu den Gleichstrommotoren gehörenden Umkehrstromrichter miteinander verbunden sind, wobei die Wechselstromseite der Umkehrstromrichter gemeinsam mit einem möglichst stabilen Netz verbunden sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Asynchronmotore als Getriebemotor ausgelegt sind,bzw. über ein Getriebe beliebiger Art mit den Zentrifugentrommeln gekoppelt sind.

Zeichnung