DE1038990B - Zentrifuge mit Motorantrieb und eingebauten schwingungs-daempfenden Elementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge mit Motorantrieb und schwingungsdämpfenden Elementen zwischen der Motorwelle und der Trommel.

Trotz zahlreicher Vorschläge zur Verbesserung schnell laufender, motorgetriebener Zentrifugen besteht immer noch das Gleichgewichtsproblem für deren Trommel. Für eine gute Trommel ist es notwendig, daß diese konzentrisch so weit wie möglich im Gleichgewicht ist, daß die natürliche Drehachse des Trommelsystems mit der geometrischen Achse der Zentrifuge zusammenfällt. Bei fester Motorkupplung und starrer Befestigung der Trommel genügen schon kleine Gleichgewichtabweichungen, um beträchtliche Kräfte zu entfalten, die sich auf Lager und Antriebwelle auswirken mit der Folge, daß Lager, Armaturen u. dgl. schnell unbrauchbar werden; auch werden störende Vibrationen bei mangelndem Gleichgewicht der Trommel hervorgerufen und auf das Zentrifugengehäuse sowie auf den Motor übertragen.

Es ist bekannt, daß ein sich drehender fester Körper, wenn er frei aufgehängt ist, das Bestreben hat, um eine Achse zu rotieren, die durch den Schwerpunkt verläuft. Wenn eine dynamisch gut ausgeglichene Trommel um ihre Achse gedreht wird, so kann theoretisch ein ruhiger Lauf ohne Vibration erreicht werden, wenn aber einem bestimmten Teil der Trommel ein Gewicht hinzugefügt und dadurch der Schwerpunkt aus der geometrischen Achse herausverlegt wird, so kreist die Trommel um eine neue Achse, welche durch einen neuen Schwerpunkt geht, und die geometrische Achse muß sich im Kreis um eine neue Drehachse bewegen. Dieser Kreis hat einen Radius, der etwa der seitlichen Verschiebung entspricht. Selbst wenn die Trommel nur in einem geringen Umfang vom Gleichgewicht abweicht, so verursacht ihre hohe Drehzahl alsbald eine heftige Vibration, nicht allein der Trommel, sondern auch anderer Teile, wie des Motors und der Welle. Wenn dann die Maschine unter diesen ungünstigen Bedingungen. längere Zeit läuft, wird das Gehäuse beschädigt, unter Umständen sogar abgerissen, und es kann der Fall eintreten, daß die Maschine in Stücke zerbricht.

Es sind Zentrifugen bekannt, bei denen verschiedene schwingungsdämpfende Elemente zwischen der Motorwelle und der Trommel vorgesehen sind. Diese schwingungsdämpfenden Elemente können nur unvollkommen Schwingungen, aufnehmen und dämpfen, welche auf Unwuchterscheinungen der Trommel zurückzuführen sind. Demgegenüber werden mit der Erfindung zwei nachgiebige Kupplungstellen vorgesehen, die eine zwischen der Motorwelle und der Trommelwelle und die andere zwischen der Trommelwelle und der Trommel. Die Trommel wirkt dann wie ein gelenkiger Antrieb zwischen Zentrifuge mit Motorantrieb
und eingebauten schwingungsdämpfenden Elementen

Anmelder:

Ivan Sorvall, Inc.,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Mouths, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Börsenstr. 17

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. August 1953

Josef Blum, Bronx, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

einer nicht im Gleichgewicht befindlichen Trommel und einer feststehenden Motorbasis. Dabei wird es ermöglicht, daß die geometrische Achse der Trommel den Weg der natürlichen dynamischen Achse beschreibt. Dies wird durch eine flexible Kupplung zwischen Motorwelle und Trommelwelle sowie zwischen Trommelwelle und Trommel bewirkt, wobei die Trommelwelle frei der Schwerpunktverlagerung der Trommel an ihrem oberen Ende folgt, unter geringstmöglicher Übertragung von Vibrationen auf den Unterbau. Diese flexible Kupplung sieht frei bewegliche und voneinander unabhängige Zentren vor, durch welche die kritischen Elemente der Zentrifuge während ihres Laufes dynamisch ausgeglichen werden.

Nach der Erfindung ist weiter ein bewegliches Wellemlager vorgesehen, das den Schwankungen der Trommelwelle frei folgen kann sowie die Druck- und Zentrifugalkräfte der Zentrifuge voneinander trennt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.

Fig. 1 veranschaulicht eine Zentrifuge nach der Erfindung in Seitenansicht, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab im lotrechten Schnitt den oberen Teil der in Fig. 1 dargestellten Zentrifuge;

Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2.

Die Zentrifuge ist auf einer Sockelplatte 21 angeordnet, welche auf Füßen 22 ruht. Unterhalb der

809 637/209

Sockelplatte 21 ist an dieser-ein Motor 23 mit Schraubenbolzen 24 befestigt. Die Sockelplatte 21 weist einen Kragen 25 auf, auf dem ein Ring 27 mittels Schraubenbolzen 26 befestigt ist,

Wie aus Fig. 2 ersichtlich,, trägt der Ring 27 mittels eines elastischen Verbindungsringes 28 das Lagergehäuse 29. Der Ring 28, welcher aus natürlichem oder künstlichem Gummi oder sonstigen Vibrationen aufnehmenden Stoffen bestehen kann, z. B. einer Metallgewebepackung, ist in einer Aussparung im unteren Teil des Lagergehäuses 29 angeordnet. Der Ring 27 ist in einer Ringnut der Packung gelagert, wodurch eine feste, aber auch nachgiebige Abstützung des Lagergehäuses 29 erreicht wird.

Die Antriebwelle 30 des Motors 23 ist oben bei 31 abgeschrägt. Auf ihr ist mittels Schrauben 32 eine Hülse 33 befestigt. Im oberen Teil der Hülse 33 ist eine zylindrische Packung 34 aus Gummi od. dgl. eingesetzt. Die Packung 34 ist mit ihrer Außenfläche an der Innenfläche der Hülse 33 befestigt. An der Innenfläche der Packung 34 ist eine Hülse 35 befestigt, deren innerer Querschnitt vieleckig, z. B. viereckig, sechseckig oder achteckig, ausgebildet ist (Fig. 3).

In die Hülse 35 greift das untere Ende 36 der Trommelwelle 37 ein. Die Welle erstreckt sich nach oben durch das Lagergehäuse 29. Das untere Ende 36 der Trommelwelle 37 entspricht dem Querschnitt der Hülse 35, wobei ein enger Sitz vorgesehen ist, um eine gute Übertragung des Drehmoments zwischen der Welle 30 und der Welle 37 zu erreichen.

Die Hülse 33 mit der Packung 34 und die Hülse 35 sind in einer Aussparung 38"im unteren Teil des Lagergehäuses 29 angeordnet. Zwischen der Aussparung 38 und der Außenfläche der Hülse 33 ist ein Zwischenraum vorgesehen, um eine, völlig freie Abwinkelung der sich drehenden elastischen Verbindungsstelle im nicht nachgiebigen Lagergehäuse 29 zu ermöglichen. Die Packung 34 liegt in der gleichen Ebene wie der nachgiebige Ring 28. Auf diese Weise werden alle durch die nachgiebige Packung 34 möglichen Vibrationen der W^Telle 37 auf das Lagergehäuse 29 übertragen, dessen Vibrationen durch den Ring 28 absorbiert werden. Dadurch, daß der nachgiebige Ring 28 und die ebenfalls nachgiebige Packung 34 annähernd in derselben Ebene liegen, schwingen oder vibrieren Trommelwelle 37 und Lagergehäuse 29 wie eine Einheit um einen gemeinsamen Punkt Z, der im unteren Teil 36 der W^Telle 37 liegt. Dadurch werden alle Vibrationen, die sonst über den Sockel 21 oder auf den Motor 23 übertragen werden, auf ein Mindestmaß zurückgeführt oder praktisch vollständig eliminiert.

Über dem oberen Ende der Welle 37 ist eine lösbare Hülse 39 vorgesehen, die mit der Welle 37 durch einen Kegelstift 40 fest verbunden ist. Das obere Ende der Hülse 39 weist einen Flansch 41 auf, an dessen Außenseite eine nachgiebige Packung 42 aus natürlichem oder künstlichem Gummi oder einem anderen Vibrationen aufnehmenden Stoff, z.B. Metallgewebe, besteht. Die Packung 42 umgibt außer der gesamten Stirnfläche von Welle und Flansch auch die Außenflächen des Flansches 41 der Hülse 39 und der Trommelwelle 37 und ist mit diesen verbunden, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist.

In Verbindung mit der Packung 42 ist am oberen Ende der Welle 37 die Trommel auf einer zentralen Nabe 44 angeordnet. In der Nabe 44 ist eine zentrale Aussparung vorgesehen, in der ein Metallgehäuse 45 befestigt ist. Das Gehäuse 45 ist. mit der Oberseite, den Seitenflächen und der unteren Fläche der Packung 42 verbunden. Zwischen der Packung 42 und dem Gehäuse 45 ist ein Haltering 46 vorgesehen, der in seiner Lage durch einen Sperring 47 gesichert ist, welcher in eine Ringnut 48 der Nabe 44 eingreift.

DasGewicht der Trommelwelle 37 wird durch einen Flanschring 51, der auf der Trommelwelle etwas unterhalb des Kegelstiftes 40 angeordnet ist, gelagert. Dieser Flansch ruht auf dem inneren Laufring 52 eines Kugellagers, dessen äußerer Laufring 53 mit dem Lagergehäuse 29 fest verbunden ist. Eine Kappe 54

ίο kann auf dem Kopf des Lagergehäuses 29 aufgeschraubt werden und wird durch Schrauben 55 gesichert. Der Hals des Ringes 54 erstreckt sich bis über die Höhe des äußeren Lauf ringes 53.

Die untere Ringfläche des inneren Laufringes 52 des oberen Kugellagers ruht auf einem L-förmigen Ring 56, der mit der Trommelwelle 37 verbunden ist und sich mit dieser dreht. Die untere Ringfläche des Ringes 56 ruht auf dem oberen Laufring 57 eines Drucklagers, das von Kugeln 61 gestützt wird, die sich ihrerseits gegen den unteren Laufring 62 des Drucklagers stützen. Der untere Laufring 62 des Drucklagers steht weder mit der Trommelwelle 37 noch mit der Innenwand des Lagergehäuses 29 in Berührung. Der untere Druckring 62 ruht auf einer elastischen Scheibe 63 aus natürlichem oder synthetischem Gummi od. dgl., die wiederum auf einem L-förmigen Ring 64 abstützt, von dem nur der äußere Umfang mit der Innenfläche des Lagergehäuses 29 in Berührung steht. Zwischen dem Ring 64 und der Trommelwelle 37 liegt keine mechanische Verbindung vor. Das untere Ende des Ringes 64 ruht auf dem äußeren Laufring 65 des unteren Kugellagers mit den Kugeln 66, und der innere Laufring 67 ist mit der Trommelwelle 37 verbunden, mit der er sich dreht.

Der innere Laufring 67 wird auf der Trommelwelle 37 durch einen Sperring 68 gehalten, der in einer Ringnut in der Welle 37 liegt.

Die Anordnung der elastischen Scheibe 63 in der Mitte zwischen dem unteren und dem oberen Lager der Trommelwelle 37 erlaubt die Verwendung serienmäßig hergestellter Lager, da die Nachgiebigkeit der Scheibe 63 etwaige Toleranzen in den Abmessungen der Lager ausgleichen kann.

Die Trommel 43 weist eine Anzahl nach unten und auswärts gerichteter Bohrungen 71 auf, die kreisförmig angeordnet und dazu bestimmt sind, je ein Reagenzglas od. dgl. zum Zentrifugieren aufzunehmen. Die Bohrungen 71 gehen von einer Kammer 72 aus. Ein abnehmbarer Verschlußdeckel 73 wird durch eine Halteschraube 74 gesichert, die in eine Gewindebohrung der Nabe 44 eingreift.

Es ist in Laboratorien ständige Übung, die Bohrungen 71 mit möglichst gleichen Gewichtmengen zu belasten, um die Trommel 43 im Gleichgewicht zu halten, damit bei hoher Drehzahl keine unerwünschten Vibrationen auftreten.

Mit den bekannten Zentrifugen, die eine feste Kupplung zwischen Trommel und Trommel welle sowie zwischen Trommelwelle und Motorwelle aufweisen, war es geboten, keine größeren Gewichtabweichungen als etwa 1 g zwischen jedem der Reagenzgläser bzw. deren Inhalt in den Bohrungen 71 zuzulassen. Sogar bei schweren Trommeln mit Gewichten von 6000 und 8000 g bewirkten Gewichtabweichungen von 5 g bei der sich sehr schnell drehenden Trommel Vibrationen, die, wenn sie auf die Rotorwelle und die Basis übertragen wurden, zusätzlich Nachteile für die Maschine bewirkten und die sich auch ungünstig beim Betrieb auf dem Laboratoriumstisch auswirkten. Abweichungen von mehr als 5 g verursachten eine außerordent-

liehe Beanspruchung der Trommel sowie der Welle und ihrer Lagerung, die die Maschine zerstören konnten.

Bei der Zentrifuge nach der Erfindung dagegen braucht die Trommel 43 nicht im Gleichgewicht zu sein; selbst bei Unterschieden von 40 g läuft die Trommel noch ohne beachtenswerte Vibrationen im Unterteil. Die Erfindung ermöglicht es auch, eine Trommel zu verwenden, die nicht vollständig ausgewuchtet ist. ίο

Die Trommel 43 ist auf der Welle 37 so angeordnet, daß der Schwerpunkt bei X im axialen Mittelpunkt der Welle liegt. Dieser Punkt liegt auch im wesentlichen im Mittelpunkt der durch die Packung 42 gebildeten Fläche. Die Trommel 43 kann als um den Punkt X nach allen Richtungen im Rahmen der Elastizität der Packung 42 drehbar angesehen werden.

In der Trommel 43 ist eine konisch verlaufende öffnung vorgesehen, um einen freien Sitz für das Lagergehäuse 29 zu schaffen und so eine bessere Kühlung der Lager durch zirkulierende Luft zu ermöglichen sowie um die Montage zu erleichtern. Auch diese Konstruktion weicht von den bekannten Zentrifugen ab, bei denen die Trommel fest über die ganze oder einen großen Teil der Länge der Welle mit dieser verbunden ist.

Während die Packung 42 vorgesehen ist, um einen großen Teil der durch ungleichmäßige Belastung des Rotors 43 verursachten Vibrationen zu absorbieren, werden diejenigen Vibrationen, welche nicht absorbiert werden, auf die Trommelwelle 37 übertragen, die auf Grund ihrer nachgiebigen Befestigung durch die Packung 34 um einen Punkt Z schwingen kann, der im wesentlichen im Mittelpunkt der durch die Packung 34 gebildeten Fläche liegt. Dadurch werden praktisch alle Vibrationen, die nicht von der Packung 42 aufgenommen werden, von der Packung 34 absorbiert. Da das Lagergehäuse 29 über den Ring 28, der im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Packung 34 liegt, nachgiebig befestigt ist, so folgt das Gehäuse den Drehkräften der Welle 37 und schwingt als eine Einheit mit dieser.

Die Erfindung ist an einer Laboratoriumszentrifuge als beispielsweise Ausführungsform beschrieben, ohne auf diese Ausführungsform beschränkt zu sein. Es sind Abänderungen möglich, die ebenfalls in den Rahmen der Erfindung fallen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Zentrifuge mit Motorantrieb und eingebauten schwingungsdämpfenden Elementen zwischen der Motorwelle und der Schleudertrommel, gekennzeichnet durch zwei verschiedene Kupplungssysteme, deren erstes aus zwei Dämpfungselemen ten (28 und 34) besteht als nachgiebige Kupplung zwischen dem Motor (23) bzw. der Motorwelle (30) und der Trommelwelle (37) und deren zweites durch eine nachgiebige Kupplung (42) zwischen der Trommelwelle (37) und der Trommelnabe (44) bzw. der Trommel (43) gebildet wird.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gestell (22) für den Motor (23) und ein nachgiebig mit dem Gestell verbundenes Lagergehäuse (29) für die Trommelwelle (37).

3. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse (29) nachgiebig und unabhängig von der Verbindung zwischen dem Motor (23) und der Trommelwelle (37) auf dem Gestell (22) gelagert ist.

4. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Verbindung zwischen dem Lagergehäuse (29) und dem Gestell (22) aus einem Ring (27) besteht, der mit dem Gestell verbunden ist, sowie einem nachgiebigen Ring (28), der in einer Ringnut im unteren Teil des Lagergehäuses (29) angeordnet ist, und daß der Ring (27) in eine Ringnut des nachgiebigen Ringes (28) eingreift.

5. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Lagergehäuses eine Ausdrehung (38) vorgesehen ist, in der die Verbindungsstelle zwischen Motor (23) und Welle (37) angeordnet ist, wobei die Ausdrehung (38) eine freie Seitenschwingung zuläßt.

6. Zentrifuge nach den Ansprüchen. 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende der Trommelwelle (37) eine Hülse (33) angeordnet ist, die sich über das Ende der Welle hinaus erstreckt und im Innern eine nachgiebige Packung (34) enthält, die mit einer Muffe (35) an der Innenfläche der Packung (34) verbunden ist und daß die Muffe im Abstand von dem oberen Ende der Motorwelle (30) angeordnet und dazu bestimmt ist, das untere Ende der Trommelwelle (37) aufzunehmen.

7. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Verbindung zwischen Motorwelle (30) und Trommelwelle (37) ebenso wie die der nachgiebigen Verbindung zwischen dem Lagergehäuse (29) und dem Gestell (22) im wesentlichen in derselben Horizontalebene angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 583 250, 919 700;
britische Patentschrift Nr. 677 698;
USA.-Patentschrift Nr. 2 265 053.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© «09 637/209 9.