DE1632325C - Kontinuierlich arbeitende , sieblose Schneckenzentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende, sieblose Schneckenzentrifuge, insbesondere zur Separierung abrasiver Feststoffe in Kühlflüssigkeiten, bei der die Drehzahldifferenz zwischen einer Schleudertrommel und einer Austragschnecke in vorgegebenen Zeitabständen veränderbar ist.

Zum Separieren von feinverteilten Feststoffen oder größeren Feststoffteilchen von einer Trägerflüssigkeit werden im allgemeinen Schneckenzentrifugen verwendet. Diese Zentrifugen bestehen im wesentlichen aus einer Trommel und einer im Inneren der Trommel angeordneten Austragschnecke. Die Trommel hat vorwiegend die Form eines hohlen Kegelstumpfes, in dessen Innerem die Austragschnecke mit einem geringen Abstand der Schneckengänge von der Innenwand der Trommel angeordnet ist.

Unter der Einwirkung der Fliehkraft stellt sich die feststoffhaitige Trägerflüssigkeit im Innern der Trommel in Form eines Hohlzylinders ein, wobei die Festkörper wegen ihres größeren spezifischen Gewichtes unter der Fliehkraftwirkung gegen die Trommelinnenwand beschleunigt werden. Die Austragung dieser Feststoffteilchen erfolgt gewöhnlich in Richtung auf das im Durchmesser kleinere Ende der Trommel durch eine Relativbewegung der Austragschnecke zur Trommel.

Je nach Art, Teilchengröße und Menge der aus der Trägerflüssigkeit auszuscheidenden Festkörper ist es erforderlich, den Abstand der Schneckengänge von der Innenwand der Trommel, vor allem jedoch die Größe der Drehzahldifferenz zwischen Trommel und Schnecke einzustellen. Zur Erzielung der meist relativ geringen Drehzahldifferenz zwischen außenliegender Trommel und innenliegender Schnecke sind bereits verschiedene Einrichtungen bekannt. So ist es beispielsweise bekannt, die Schleudertrommel und die Austragschnecke über ein Planetengetriebe anzutreiben, wobei eine der beiden Antriebswellen in der anderen — als Hohlwelle ausgeführten — Welle verläuft. Planetengetriebe stellen jedoch außerordentlich aufwendige und teuere Konstruktionen dar, die die Gesamtkosten einer derartigen Anlage erheblich erhöhen.

Es ist deshalb ebenfalls bekannt, den Drehzahlunterschied zwischen der Austragschnecke und der Schleudertrommel dadurch zu erzeugen, daß die in einer direkt angetriebenen, mit konstanter Drehzahl umlaufenden Trommel freilaufend angeordnete Austragschnecke mit Hilfe elektrischer Einrichtungen, z. B. mit Hilfe einer Wirbelstrombremse abgebremst wird. Auch eine ähnliche Abbremsung mittels eines hydrostatischen Getriebes während des Schleuderbetriebes ist nicht mehr neu. Die Bedeutung dieser Konzeption liegt vor allem darin, daß die Drehzahldifferenz während des Betriebes der Schleudergutbeschaffenheit angepaßt werden kann. Dies ist jedoch nur dann interessant und von Bedeutung, wenn, abgesehen von der möglichst sauberen Trennung der festen Komponente aus der Trägerflüssigkeit, die Festkomponente eine vorbestimmte Dichte oder Konsistenz aufweisen muß.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit der Separierung von Festkörpern aus Kühlflüssigkeiten für die zerspanende Fertigung in der Industrie. Bei diesen Festkörpern handelt es sich praktisch ausschließlich um Metallspäne, Schleifscheibenschmirgel, Läppaste und Schleifstaub, die aus dem Kreislauf der Kühlflüssigkeit entfernt werden müssen, um diese einerseits wieder für die Kühlung verwendungsfähig zu machen und andererseits eine Verstopfung und Beeinträchtigung der Flüssigkeitsleitungen zu verhindern.

Es hat sich herausgestellt, daß insbesondere Schmirgel und Läppaste außerordentlich abrasiv und zerstörend auf die Trommelinnenwand einwirken, so daß ohne Gegenmaßnahmen nach relativ kurzer Betriebszeit die Abnutzung der Schneckengänge der Austrag- schnecke sowie der Trommel so groß ist, daß eine Auswechslung erforderlich ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, eine Schneckenzentrifuge, insbesondere zur Separierung abrasiver Feststoffteilchen in Kühlflüssigkeiten für die spanabhebende Fertigung vorzuschlagen, bei der die Schleudertrommel und die Austragschnecke gemeinsam mit der Antriebseinrichtung gekoppelt sind und die Differenzdrehzahl zwischen den beiden rotierenden Elementen selbsttätig periodisch zwischen Null und einer bestimmten vorgegebenen Drehzahldifferenz variiert wird.

Es ist zwar zur Lösung einer ähnlichen Aufgabe s~ bereits eine Schneckenzentrifuge bekannt, bei der zwischen einem Getriebe und der Austragschnecke eine während des Schleuderbetriebes ein- und ausschaltbare Kupplung, vorzugsweise eine elektromagnetische Kupplung angeordnet ist, die mittels einer Schaltuhr ein- und ausgeschaltet wird. Bei dieser Zentrifuge erfolgt jedoch der Antrieb der Austragschnecke über den Reibschluß, der durch die sich an der Innenwand der Schleudertrommel absetzenden Feststoffe zwischen der Schleudertrommel und der Austragschnecke aufrechterhalten wird. Die Betriebseigenschaften, z.B. die Beschleunigung der Austragschnecke, sind also von der Art der zu separierenden Feststoffe abhängig sowie von der Schichtdicke, in der sich die Feststoffteilchen an der Schleudertrommel ansetzen. Darüber hinaus erfolgt ein Antrieb der Austragschnecke bei Inbetriebnahme der Schleuderzentrifuge erst dann, wenn sich nach einer gewissen Betriebszeit bereits Feststoffe an der Innenwand der Schleudertrommel abgesetzt haben, so daß der erforderliche Reibschluß mit der Austragschnecke her- / gestellt worden ist. Bei der vorliegenden Problem- < stellung ist dieses Betriebsverhalten jedoch äußerst störend.

Die vorstehend gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schleudertrommel und die Austragschnecke miteinander über einen Freilauf verbunden sind und einen gemeinsamen, während des Betriebes periodisch abbremsbaren Antrieb besitzen.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, die periodische Abbremsung durch gesteuerte Phasenumkehr eines elektrischen Antriebsmotors vorzunehmen und überdies die Steuerung über ein Zeitrelais erfolgen zu lassen. Die Abbremsung kann jedoch auch unmittelbar mechanisch am Antrieb erfolgen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schneckenzentrifuge,

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie H-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1.

Innerhalb eines Zentrifugengehäuses 1 ist eine Schleudertrommel 2 mit vertikaler Achse rotierend angeordnet. Die Schleudertrommel 2 besitzt an-

genähert die* Gestalt eines sich nach oben erweiternden Kegelstumpfes mit anschließendem zylindrischem Teil. Die obere Wand des Zentrifugengehäuses 1 trägt eine feststehende Hohlnabe 3, die sich vertikal nach unten in das Innere der Schleudertrommel 2 erstreckt und Lagerstellen 4 und 5 zur Lagerung der Schleudertrommel 2 besitzt. Innerhalb der Hohlnabe 3 verläuft eine in der oberen Gehäusewandung bei 6 und in der Trommel bei 7 gelagerte Hauptantriebswelle 8, die eine innerhalb der Schleudertrommel 2 rotierend angeordnete Austragschnecke 9 antreibt. Zwischen der Austragschnecke 9 und der Schleudertrommel 2 ist ein Freilauf 10 vorgesehen, so daß die beiden rotierenden Elemente, nämlich die Schleudertrommel 2 und die Austragschnecke 9 gemeinsam durch einen Elektromotor 11 über einen Zahnriemen 12 angetrieben werden können. Die Austragschnecke 9 besitzt nach unten einen trichterförmigen Fortsatz 13, dessen Inneres Laufschaufeln 14 nach Art einer Strömungspumpe aufweist. Das Zentrifugengehäuse 1 ist unmittelbar über einem Tank 15 aufgebaut, in den beispielsweise die von Feststoffen zu reinigende Kühlflüssigkeit stetig einfließt, so daß ein durch 16 gekennzeichnetes Flüssigkeitsniveau ständig erhalten bleibt. Der trichterförmige Fortsatz 13 der Austragschnecke ragt in das Flüssigkeitsniveau 16 hinein, so daß bei Rotation der Austragschnecke 9 durch die Laufschaufeln 14 die Flüssigkeit in das Innere der Schleudertrommel 2 gefördert wird.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, werden die Schneckengänge der Austragschnecke 9 durch einen Sternring 17 getragen, zwischen dessen Armen hindurch die von dem trichterförmigen Fortsatz 13 geförderte Kühlflüssigkeit in das Trommelinnere gebracht wird.

Die Arbeitsweise der Zentrifuge ist folgende: Durch Einschalten des Elektromotors 11 wird über den Zahnriemen 12 die Hauptantriebswelle 8, die Austragschnecke 9 und zugleich über den Freilauf 10 die Schleudertrommel 2 in Umlauf versetzt. Dadurch wird aus dem Tank 15 durch die Laufschaufeln 14 Flüssigkeit in das Trommelinnere gefördert, wo sich auf Grund der Fliehkraftwirkung und ihres größeren spezifischen Gewichtes die Feststoffanteile der Kühlflüssigkeit an der Innenwandung der Schleudertrommel 2 absetzen. Die gereinigte Kühlflüssigkeit selbst wird durch Bohrungen 18 der Trommel in einen oberen Trennraum 9 der Schleudertrommel 2 gedrückt, aus dem sie unter Druck abgezogen wird.

Durch ein Zeitrelais 20 periodisch gesteuert wird nun an dem Elektromotor 11 ein Phasenwechsel vorgenommen, der zu einem periodischen Verzögern der Hauptantriebswelle 8 führt. Da die Schleudertrommel 2 mit dem Antrieb über den Freilauf 10 nur in einer Drehrichtung verbunden ist, läuft diese auf Grund ihrer Massenträgheit mit praktisch konstanter Drehzahl, wohingegen auf Grund der periodischen Verzögerung der Hauptantriebswelle 8 die Austragschnecke 9 periodisch hinter der Schleudertrommel 2 zurückbleibt. Auf Grund der dadurch periodisch variierten Drehzahldifferenz wird der an der Innenwand der Schleudertrommel 2 abgesetzte Feststoffanteil in Richtung auf das im Durchmesser kleinere Austragsende der Schleudertrommel 2 befördert und dort durch Randnuten 21 abgeschleudert. Die trockenen bis schlammartigen Feststoffe fallen anschließend durch einen innerhalb des Tanks 15 befindlichen Schacht in eine vorgesehene Schublade 22, die in gewissen Zeitabständen entleert werden kann.

Die Schaltzeiten des Zeitrelais 20 können je nach dem Grad der Verschmutzung der Kühlflüssigkeit in kürzeren oder längeren Zeitabständen gesteuert werden, so daß dementsprechend die Austragschnecke 9 nur in entsprechenden Zeiträumen eine Drehzahldifferenz gegenüber der rotierenden Schleudertrommel 2 aufweist.

ίο Grundsätzlich ist es gleichgültig, welches der beiden rotierenden Elemente mit konstanter Drehzahl bzw. mit periodisch veränderlicher Drehzahl rotiert. Zweckmäßigerweise wird man jedoch immer die Trommel mit der konstanten Drehzahl rotieren lassen, da auf Grund von deren größerer Masse bei der Verzögerung größere Kräfte auf die Antriebseinrichtung zu erwarten sind.

Wie aus F i g. 3 zu erkennen ist, sind in der Trommelwand der Schleudertrommel 2 sowohl unterhalb als auch im Trennraum 19 federbelastete Kegelventile 23 vorgesehen. Bei Betriebsdrehzahl werden Ventilkörper 24 dieser Ventile auf Grund der Fliehkraftwirkung in ihren Ventilsitz gedrückt, so daß die Kegelventile 23 während des Betriebes geschlossen sind. Um beim Abstellen der Zentrifuge ein Zurückfließen der in den Räumen der Trommel befindlichen Flüssigkeit nach unten in die Schublade 22 zu verhindern, ist die Federstärke von Ventilfedern 25 so ausgelegt, daß bei etwa ²/_:! der Betriebsdrehzahl die

Federkraft der Ventilfedern 25 die Ventilkörper 24 gegen die Fliehkraftwirkung nach innen schiebt und dadurch die Kegelventile 23 geöffnet werden. Dadurch spritzt die im Inneren der Trommel befindliche gereinigte Flüssigkeit unter großem Druck durch die Ventilöffnung hindurch, so daß bis zum endgültigen Stillstand der Zentrifuge die Innenräume der Trommel von Flüssigkeit geleert sind. Auf Grund des intensiven Durchströmens dieser Ventile wird ein Absetzen von Feststoffen und ein Verstopfen der Ventile verhindert.

Bei der vorliegenden Zentrifuge kann daran gedacht werden, eine Einrichtung vorzusehen, die die Abbremsungsfrequenz der Hauptantriebswelle in Abhängigkeit von der Menge des ausgetragenen oder auszutragenden Feststoffes steuert, und zwar in einem Sinn, daß die Frequenz mit zunehmendem Feststoffgehalt in der Kühlflüssigkeit ansteigt.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Kontinuierlich arbeitende, sieblose Schnekkenzentrifuge, insbesondere zur Separierung abrasiver Feststoffe in Kühlflüssigkeiten, bei der die Drehzahldifferenz zwischen einer Schleudertrommel und einer Austragschnecke in vorgegebenen Zeitabständen veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleudertrommel (2) und die Austragschnecke (9) miteinander über einen Freilauf (10) verbunden sind und einen gemeinsamen, während des Betriebes periodisch abbremsbaren Antrieb besitzen.

2. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Abbremsung durch gesteuerte Phasenumkehr eines elektrischen Antriebsmotors (11) erfolgt.

3. Schneckenzentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Phasenumkehrfrequenz durch ein Zeitrelais (20) erfolgt.

4. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbremsung durch periodisch gesteuerte mechanische Bremseinrichtungen an der Hauptantriebswelle (8) erfolgt.

5. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abbremsung des Antriebs die Drehzahl der Austragschnecke (9) periodisch veränderbar ist.

6. Schneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die periodische Abbremsung des Antriebs die Drehzahl der Schleudertrommel (2) periodisch veränderbar ist.

7. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie vertikal angeordnet ist und ein unterer, trichterförmiger, zylindrisch auslaufender Fortsatz (13) der Austragschnecke (9) in die zu fördernde Flüssigkeit in einem Tank hineinragt.

8. Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand der Schleudertrommel (2) federbelastete Kegelventile (23, 24, 25) vorgesehen sind, die zwangläufig unter der Fliehkraftwirkung während des Betriebes geschlossen sind und selbsttätig bei einer bestimmten, unterhalb der Betriebsdrehzahl liegenden Drehzahl öffnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen