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EP1618961A1 - Antriebsvorrichtung für Schneckenzentrifugen - Google Patents

Antriebsvorrichtung für Schneckenzentrifugen Download PDF

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EP1618961A1
EP1618961A1 EP05106069A EP05106069A EP1618961A1 EP 1618961 A1 EP1618961 A1 EP 1618961A1 EP 05106069 A EP05106069 A EP 05106069A EP 05106069 A EP05106069 A EP 05106069A EP 1618961 A1 EP1618961 A1 EP 1618961A1
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EP
European Patent Office
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drum
motor
drive
housing
drive device
Prior art date
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EP05106069A
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English (en)
French (fr)
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EP1618961A3 (de
EP1618961B1 (de
Inventor
Günter Haider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hiller GmbH
Original Assignee
Hiller GmbH
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Publication date
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Classifications

    • 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
    • B04B9/02—Electric motor drives
    • B04B9/04—Direct drive

Definitions

  • the invention relates to a drive device for screw centrifuges with a rotating, driven by a motor drum and a coaxially mounted in this screw whose shaft is connected to a drive motor.
  • the simplest drive is a gear drive, in which an electric motor drives the drum via a V-belt, while a second V-belt parallel to this via a planetary gear set the screw in rotation. About the planetary gear differential speed for the screw is generated. In this drive, both speeds are independently variable at standstill, including one of the two V-belt pairs must be replaced.
  • the invention has for its object to provide a drive device for worm centrifuges available, in which the differential speed between the drum and screw can be adjusted continuously during operation, without losing the disadvantages of the hybrid drive with a hydraulic motor and associated leakage problems or the large dimensions of a Four-shaft drive to have to accept.
  • this object is achieved in a drive device of the type outlined in the fact that the drive motor for the screw consists of a decoupled from the motor for driving the drum, electric torque motor whose housing is fixedly connected to the drum and rotates with this.
  • Such a drive device is characterized by the lowest energy consumption and optimal efficiency by a high flexibility in the selection of the operating speed, without this the disadvantages of the four-shaft drive with its large space must be taken into account. Since the decoupled from the drum drive motor electric torque motor rotates with the drum, this drive device has a very compact design. The lack of a hydraulic motor for the worm drive eliminates any risk of leakage, which is particularly advantageous in applications in the food sector.
  • the housing is fixed to a radial flange of one with the drum is flanged connected by a hollow shaft through which the shaft of the screw is passed and carries a connected to the motor for driving the drum pulley.
  • the housing is flanged to an end wall of the drum and carries a connected to the motor for driving the drum pulley.
  • the electric comfort motor works like a normal, multipolar synchronous motor, whose rotor is equipped with permanent magnets on its cylindrical inner surface, while the internal stator carries the coils, which are supplied with three-phase current. Due to this design principle, the required space is very small and is exploited particularly effectively with regard to the generated torque.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a screw centrifuge 10 with a rotating drum 12 and a worm mounted therein 14.
  • an electric motor 16 which via belt 18 a pulley 20 is rotated, which is connected to a drum 12th firmly connected hollow shaft 22 is mounted.
  • the drum 12 is rotatably supported in a known manner on both sides in bearings 24.
  • the housing 28 is connected via a flange 30 of the hollow shaft 22 fixed to the drum 12.
  • the shaft 32 of the screw 14 is passed.
  • the stator 34 of the torque motor 26 is wound, which carries a plurality of coils 36, which are supplied via a slip-ring rotor 38 with power.
  • the housing 28 of the torque motor 26 is formed as an external rotor 40 which is fitted on its cylindrical inner surface with permanent magnets 42 which are glued to the inner surface.
  • the rotor 40 of the torque motor 26 is fixedly connected to the shaft 32 of the screw 14 and carries on its cylindrical inner surface the already mentioned permanent magnets 42.
  • the stator 36 carrying the coil 36 is fixed to the housing 28 of the Torquemotors 26 connected.
  • the slip ring rotor 38 is also used here for powering the coil 36 of the stator 34, which engages axially in the cup-shaped rotor 40.
  • the hollow shaft 22 for the rotary drive of the drum 12 is formed between the bearing 24 and the flange 30, on which the housing 28 of the torque motor 26 is fixed, integrally with the pulley 20, which, as in the example of Figure 1, via V-belt 18 is connected to the motor 16 for driving the drum 12.
  • FIG. 3 represents a further variant, in which the housing 28 of the torque motor 26 is flanged to an end wall 44 of the drum 12.
  • the housing 28 is here in the hollow shaft 22, which is rotatably received in the bearing 24 and carries on its end directed to slip ring rotor 38, the pulley 20 which is connected via the belt V-belt 18 with the motor 16 for driving the drum 12.
  • the cylindrical inner surface of the rotor 40 formed by the housing 28 is fitted with permanent magnets 42, while on the shaft 32 for driving the worm 14, the coils 36 are mounted.
  • FIG. 3 which is indicated in Figure 4 and shows a similar construction principle as the embodiment of Figure 2, also has a Troquemotor 26, the housing 28 is fixed to the end wall 44 of the drum 12.
  • the rotor 40 of the torque motor 26 is fixedly connected to the shaft 32 of the screw 14, while the inner stator 34 is a part of the housing 28 here as well.
  • FIG. 5 indicates the possibility of switching a plurality of torque motors 26 for driving the drum 12 one behind the other.
  • torque motor 26 can be connected via a single-stage or multi-stage gear 46 with the shaft 32 for driving the screw 14.
  • FIG. 7 shows the combination of the possibilities shown in FIGS. 5 and 6 with a plurality of torque motors 26 and an internal gear 46.
  • the invention also includes the use of torque motors in which the stator carries the permanent magnets, while the coils are mounted in the rotor.

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Die Antriebsvorrichtung für Schneckenzentrifugen (10) mit einer umlaufenden, von einem Motor (16) angetriebenen Trommel (12) und einer koaxial in dieser gelagerten Schnecke (14), deren Welle (32) mit einem Antriebsmotor verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor für die Schnecke (14) aus einem vom Motor (16) für den Antrieb der Trommel (12) entkoppelten, elektrischen Torquemotor (26) besteht, dessen Gehäuse (28) fest mit der Trommel (12) verbunden ist und mit dieser umläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Schneckenzentrifugen mit einer umlaufenden, von einem Motor angetriebenen Trommel und einer koaxial in dieser gelagerten Schnecke, deren Welle mit einem Antriebsmotor verbunden ist.
  • Für den Antrieb von Schneckenzentrifugen sind verschiedene Systeme bekannt. Der einfachste Antrieb ist ein Getriebeantrieb, bei welchem ein Elektromotor über einen Keilriemen die Trommel antreibt, während ein zweiter Keilriemen parallel dazu über ein Umlaufgetriebe die Schnecke in Drehung versetzt. Über das Umlaufgetriebe wird die Differenzdrehzahl für die Schnecke erzeugt. Bei diesem Antrieb sind beide Drehzahlen unabhängig voneinander im Stillstand veränderbar, wozu eines der beiden Keilriemenpaare ausgetauscht werden muß.
  • Ein anderes Konzept ist der sogenannte Hybridantrieb, bei dem ein Elektromotor über auswechselbare Keilriemen die Trommel antreibt, während für den Schneckenantrieb ein Hydraulikmotor vorgesehen ist. Damit kann die Differenzdrehzahl während des Betriebs stufenlos verstellt werden. Nachteile dieses Systems bestehen allerdings in einer schlechten Regelbarkeit bei kleinen Drehzahlen und in einem hohen Leistungsverlust bei großen Drehzahlen. Bei dem hydraulischen Antrieb lassen sich ferner Leckagen nicht vermeiden, was insbesondere bei lebensmitteltechnischen Anwendungen besonders nachteilig ist. Schließlich müssen bei dieser Antriebsart hohe Kosten für die Herstellung und auch für die Wartung in Kauf genommen werden.
  • Nicht zuletzt ist als weitere Antriebsmöglichkeit der sogenannte Vierwellenantrieb mit zwei Elektromotoren bekannt, der allerdings einen großen Bauraum benötigt und häufig Probleme hinsichtlich der Abdichtung an den vier Wellen verursacht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung für Schneckenzentrifugen zur Verfügung zu stellen, bei der die Differenzdrehzahl zwischen Trommel und Schnecke während des Betriebs stufenlos verstellt werden kann, ohne hierbei die Nachteile des Hybridantriebes mit einem Hydraulikmotor und damit verbundenen Leckageproblemen oder die großen Bauabmessungen eines Vier-Wellen-Antriebs in Kauf nehmen zu müssen.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Antriebsvorrichtung der eingangs umrissenen Gattung dadurch gelöst, daß der Antriebsmotor für die Schnecke aus einem vom Motor für den Antrieb der Trommel entkoppelten, elektrischen Torquemotor besteht, dessen Gehäuse fest mit der Trommel verbunden ist und mit dieser umläuft.
  • Eine derartige Antriebsvorrichtung zeichnet sich bei niedrigstem Energiebedarf und optimalem Wirkungsgrad durch eine hohe Flexibilität in der Auswahl der Betriebsdrehzahl aus, ohne daß hierbei die Nachteile des Vier-Wellen-Antriebs mit seinem großen Bauraum in Kauf genommen werden müssen. Da der vom Trommelantriebsmotor entkoppelte elektrische Torquemotor mit der Trommel umläuft, hat diese Antriebsvorrichtung eine sehr kompakte Bauweise. Mangels eines Hydraulikmotors für den Schneckenantrieb entfällt jedes Risiko von Leckagen, was insbesondere bei Anwendungen im Lebensmittelbereich von großem Vorteil ist.
  • Eine Realisierungsmöglichkeit der Erfindung besteht darin, daß das Gehäuse an einem radialen Flansch einer mit der Trommel fest verbundenen Hohlwelle angeflanscht ist, durch die die Welle der Schnecke hindurchgeführt ist und die eine mit dem Motor für den Antrieb der Trommel verbundene Riemenscheibe trägt.
  • Alternativ kann vorgesehen werden, daß das Gehäuse an eine Stirnwand der Trommel angeflanscht ist und eine mit dem Motor für den Antrieb der Trommel verbundene Riemenscheibe trägt.
  • Der elektrische Troquemotor arbeitet wie ein normaler, mehrpoliger Synchronmotor, dessen Rotor auf seiner zylindrischen Innenfläche mit Permanentmagneten bestückt ist, während der innenliegende Stator die Spulen trägt, die mit Drehstrom versorgt werden. Durch dieses Konstruktionsprinzip ist der benötigte Bauraum sehr klein und wird hinsichtlich des erzeugten Drehmomentes besonders wirkungsvoll ausgenutzt.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:
    • Figur 1 die schematische Schnittdarstellung einer Antriebsvorrichtung für eine Schneckenzentrifuge gemäß der Erfindung,
    • Figur 2 die ausschnittsweise Darstellung einer Variante der Figur 1,
    • Figur 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Variante der Figur 1,
    • Figur 4 eine vergrößerte Darstellung einer nochmals abgeänderten Ausführungsmöglichkeit,
    • Figur 5 die schematische Darstellung des Einsatzes mehrerer Torquemotoren,
    • Figur 6 eine Möglichkeit des Einsatzes eines Torquemotors mit Getriebe und
    • Figur 7 eine Kombination der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Möglichkeiten.
  • Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Schneckenzentrifuge 10 mit einer umlaufenden Trommel 12 und einer darin gelagerten Schnecke 14. Für den Drehantrieb der Trommel 12 dient ein Elektromotor 16, der über Keilriemen 18 eine Riemenscheibe 20 in Drehung versetzt, welche auf eine mit der Trommel 12 fest verbundene Hohlwelle 22 aufgezogen ist. Die Trommel 12 ist in bekannter Weise auf beiden Seiten in Lagern 24 drehbar abgestützt.
  • Für den Drehantrieb der Schnecke 14 dient ein vom Motor 16 entkoppelter, mehrpoliger Torquemotor 26, dessen Gehäuse 28 über einen Flansch 30 der Hohlwelle 22 fest mit der Trommel 12 verbunden ist. Durch die Hohlwelle 22 ist die Welle 32 der Schnecke 14 hindurchgeführt. Auf die Welle 32 der Schnecke 14 ist der Stator 34 des Torquemotors 26 aufgezogen, welcher eine Vielzahl von Spulen 36 trägt, die über einen Schleifringläufer 38 mit Strom versorgt werden.
  • Das Gehäuse 28 des Torquemotors 26 ist als außenliegender Rotor 40 ausgebildet, der an seiner zylindrischen Innenfläche mit Permanentmagneten 42 bestückt ist, die auf die Innenfläche aufgeklebt sind.
  • Bei der in Figur 2 gezeigten Variante ist der Rotor 40 des Torquemotors 26 fest mit der Welle 32 der Schnecke 14 verbunden und trägt auf seiner zylindrischen Innenfläche die bereits erwähnten Permanentmagnete 42. Der die Spulen 36 tragende Stator 34 ist hier fest mit dem Gehäuse 28 des Torquemotors 26 verbunden. Der Schleifringläufer 38 dient auch hier zur Stromversorgung der Spulen 36 des Stators 34, der axial in den topfförmig gestalteten Rotor 40 eingreift.
  • Die Hohlwelle 22 für den Drehantrieb der Trommel 12 ist zwischen dem Lager 24 und dem Flansch 30, an dem das Gehäuse 28 des Torquemotors 26 befestigt ist, einstückig mit der Riemenscheibe 20 ausgebildet, die, wie beim Beispiel der Figur 1, über Keilriemen 18 mit dem Motor 16 für den Antrieb der Trommel 12 verbunden ist.
  • Das in Figur 3 gezeigte Ausführungsbeispiel stellt eine weitere Variante dar, bei der das Gehäuse 28 des Torquemotors 26 an eine Stirnwand 44 der Trommel 12 angeflanscht ist. Das Gehäuse 28 geht hier in die Hohlwelle 22 über, die in dem Lager 24 drehbar aufgenommen ist und auf ihrem zum Schleifringläufer 38 gerichteten Ende die Riemenscheibe 20 trägt, welche über den Keilriemen 18 mit dem Motor 16 für den Antrieb der Trommel 12 verbunden ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die zylindrische Innenfläche des durch das Gehäuse 28 gebildeten Rotors 40 mit Permanentmagneten 42 bestückt, während auf die Welle 32 für den Antrieb der Schnecke 14 die Spulen 36 aufgezogen sind.
  • Die Variante der Figur 3, die in Figur 4 angedeutet ist und ein ähnliches Konstruktionsprinzip wie die Ausführungsform der Figur 2 zeigt, hat ebenfalls einen Troquemotor 26, dessen Gehäuse 28 an der Stirnwand 44 der Trommel 12 befestigt ist. Wie beim Beispiel der Figur 2 ist auch hier der Rotor 40 des Torquemotors 26 fest mit der Welle 32 der Schnecke 14 verbunden, während der innenliegende Stator 34 ein Teil des Gehäuses 28 ist.
  • Figur 5 deutet die Möglichkeit an, mehrere Torquemotoren 26 für den Antrieb der Trommel 12 hintereinander zu schalten.
  • In Figur 6 ist gezeigt, daß der Torquemotor 26 über ein einstufiges oder mehrstufiges Getriebe 46 mit der Welle 32 für den Antrieb der Schnecke 14 verbunden werden kann.
  • Figur 7 zeigt die Kombination der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Möglichkeiten mit mehreren Torquemotoren 26 und einem innenliegenden Getriebe 46.
  • Selbstverständlich umfaßt die Erfindung auch den Einsatz von Torquemotoren, bei denen der Stator die Permanentmagnete trägt, während die Spulen im Rotor angebracht sind.

Claims (7)

  1. Antriebsvorrichtung für Schneckenzentrifugen mit einer umlaufenden, von einem Motor angetriebenen Trommel und einer koaxial in dieser gelagerten Schnecke, deren Welle mit einem Antriebsmotor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor für die Schnecke (14) aus einem vom Motor (16) für den Antrieb der Trommel (12) entkoppelten, elektrischen Torquemotor (26) besteht, dessen Gehäuse (28) fest mit der Trommel (12) verbunden ist und mit dieser umläuft.
  2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (28) an einem radialen Flansch (30) einer mit der Trommel (12) fest verbundenen Hohlwelle (22) angeflanscht ist, durch die die Welle (32) der Schnecke (14) hindurchgeführt ist und die eine mit dem Motor (16) für den Antrieb der Trommel (12) verbundene Riemenscheibe (20) trägt.
  3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (28) an eine Stirnwand der Trommel (12) angeflanscht ist und eine mit dem Motor (16) für den Antrieb der Trommel (12) verbundene Riemenscheibe (20) trägt.
  4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (28) des Torquemotors (26) als außenliegender Rotor (40) ausgebildet ist, der auf seiner zylindrischen Innenfläche mit Permanentmagneten (42) bestückt ist, während auf die Welle (32) der Schnecke (14) der die Spulen (36) tragende Stator (34) des Torquemotors (26) aufgezogen ist.
  5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (40) des Torquemotors (26) fest mit der Welle (32) der Schnecke (14) verbunden ist und auf seiner zylindrischen Innenfläche mit Permanentmagneten (42) bestückt ist, während der innenliegende, die Spulen (36) tragende Stator (34) fest mit dem Gehäuse (28) verbunden ist.
  6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Torquemotoren (26) hintereinander geschaltet sind.
  7. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Torquemotor (26) über ein einstufiges oder mehrstufiges Getriebe (46) mit der Schnecke (14) verbunden ist.
EP05106069A 2004-07-16 2005-07-05 Antriebsvorrichtung für Schneckenzentrifugen Expired - Lifetime EP1618961B1 (de)

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