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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein Zentrifugenkonstruktionen zum Abtrennen von partikelförmigen Stoffen
aus einem zirkulierenden Fluid. Geeignete Partikelabtrennungsvorrichtungen
für die vorliegende
Erfindung umfassen Spiralflügel-
und Kegelstapel (cone stack)-Technologien, um zwei Möglichkeiten
zu nennen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung den Einsatz
einer Impulsturbine als Teil des gesamten Antriebsmechanismus, der dazu
verwendet wird, die Rotorbaugruppe der Zentrifuge in Drehung zu
versetzen. Obwohl eine Kegelstapel- oder Spiralflügel-Partikelabtrennvorrichtung
vorzugsweise innerhalb des Rotormantels als die bevorzugte Partikelabtrennvorrichtung
angeordnet sein wird, ist die vorliegende Erfindung nicht durch
die Art der gewählten
Partikelabtrennungsvorrichtung eingeschränkt. Die Kegelstapel- und Spiralflügelarten
der Partikelabtrennvorrichtungen werden als zwei der effizienteren
Anordnungen angesehen und sind zum Teil aus diesem Grund für das bevorzugte
Ausführungsbeispiel
gewählt
worden.
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Es ist darüber hinaus hilfreich, den Aufbau und
die Funktion einer der früheren
Zentrifugenkonstruktionen zu verstehen, die eine Impulsturbine in
Zusammenwirken mit einer Partikelabtrennvorrichtung als Teil der
Rotorkonstruktion verwendet. Eine solche frühere Zentrifugenkonstruktion
ist im US Patent Nr. 6 017 300 offenbart, das am 25. Januar 2000
an Herman erteilt worden ist. Auf den Offenbarungsgehalt des genannten
US Patents wird hiermit ausdrücklich Bezug
genommen, insbesondere hinsichtlich seiner Offenbarung bezüglich der
gesamten Zentrifugenkonstruktion und der Verwendung einer Kegelstapel-Unterbaugruppe
als Teil dieser Zentrifugenkonstruktion. Insbesondere offenbart
das genannte US Patent eine Kegelstapelzentrifuge, die unter Verwendung
einer Kegelstapeleinheit zum Abtrennen von Partikeln aus einer zirkulierenden
Flüssigkeit
bestimmt ist. Diese Kegelstapeleinheit hat eine hohle Rotornabe
und rotiert um eine Achse. Die Kegelstapeleinheit ist auf einem
Zentralwellenrohr befestigt, das an einer hohlen Trägernabe
einer Basis angebracht ist. Die Basis umfasst Ferner einen Flüssigkeitseinlass,
einen ersten Durchlass und einen zweiten Durchlass, der mit dem
ersten Durchlass verbunden ist. Der Flüssigkeitseinlass ist mittels
des ersten Durchlasses mit der hohlen Trägernabe verbunden. Eine Lageranordnung
ist zwischen der Rotornabe und dem Zentralwellenrohr zur Drehbewegung
der Kegelstapeleinheit angeordnet. Ein Impulsturbinenrad ist an
der Rotornabe befestigt und eine Strömungsdüse ist so positioniert, dass
sie auf das Turbinenrad gerichtet ist. Die Strömungsdüse ist mit dem zweiten Durchlass
verbunden, um einen Flüssigkeitsstrahl
auf das Turbinenrad zu richten und so die Kegelstapeleinheit in
Drehung zu versetzen. Die Flüssigkeit
für die
Strömungsdüse tritt
durch den Flüssigkeitseinlass
in die Kegelstapelzentrifuge ein. Derselbe Flüssigkeitseinlass stellt auch
die Flüssigkeit
bereit, die zum Abtrennen von Partikeln durch die Kegelstapeleinheit
zirkuliert wird.
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Das Impulsturbinenrad des US Patents
6 017 300 ist unmittelbar an der Rotornabe befestigt und ein Antriebsfluid
wird dazu verwendet, auf die offenen Seiten der Schaufeln des Impulsturbinenrades
zu prallen. Dieses Antriebsfluid kann entweder ein Teil des eintretenden,
zu behandelnden Fluides sein, typischerweise Öl (siehe 1 und 1A des
US Patents 6 017 300), oder ein Hilfsfluid, beispielsweise Luft, Wasser
etc. (siehe 6 und 6A des vorgenannten Patents). Die Schaufelgestalt
kann unterschiedlich sein, einschließlich der modifizierten Halbschaufelgestalt
und der herkömmliches
Pelton (geteilte Schaufel)-Form, die beide im US Patent 6 017 300
offenbart sind.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ist es, eine verbesserte Impulsturbinenzentrifuge zum Abtrennen
von Partikeln aus einem Fluid anzugeben.
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Unter Berücksichtigung des Aufbaus und
der Betriebsweise der Vorrichtung gemäß dem US Patent 6 017 300 wurde
erkannt, dass Verbesserungen als Teil der Konstruktion eines vollständig wegwerfbaren
gegossenen Kunststoffzentrifugenrotors möglich sind. Ein Merkmal der
vorliegenden Erfindung ist der Einsatz eines Zahnradantriebes, um
der Rotoreinheit der Zentrifuge eine Drehbewegung zu verleihen.
Einer der Gründe
für die
Verwendung von Zahnrädern
zum Antreiben des Zentrifugenrotors liegt in der Möglichkeit,
unterschiedliche Eintragvorrichtungen verwenden zu können und
die Übersetzung
zu erhöhen
oder zu vermindern und dadurch niedrigere oder höhere Drehzahlen des Rotors,
d.h. langsamere oder schnellere Zentrifugen zu erhalten. Der Einsatz von
Zahnrädern
erhöht
nicht nur die Flexibilität
der Zentrifugenkonstruktion, sondern ermöglicht auch einen größeren Konstruktionsspielraum
für ausgewählte andere
Komponenten, wie beispielsweise die Lager. Wenn der Zentrifugenzahnradantrieb
mit einer Impulsturbine kombiniert wird, wie in der vorliegenden
Erfindung offenbart, erstreckt sich die Konstruktionsfreiheit auch
auf die Impulsturbine. Sowohl die Lager als auch die Impulsturbine
sind kritisch im Hinblick auf die Lebensdauer und Drehzahl der Zentrifuge.
Da die Lager teuer und keine Wegwerfartikel sind, müssen sie
halten, bis der Antrieb überholt
wird. Bei kleineren Zentrifugen ohne Zahnräder bestimmt der Außendurchmesser
der Lager die Konstruktion der Impulsturbine, was die Leistung und
Drehzahl begrenzt. Die Lösung
liegt darin, das An triebsrad/Impulsturbinenverhältnis und den Aufbau dieser
einzelnen Bauteile als Teil des gegossenen Zahnradantriebes der
vorliegenden Erfindung zu optimieren.
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Die Optimierung der vorliegenden
Erfindung betrifft den Bereich des volumetrischen Flusses (Gallonen
pro Minute [GPM]), der durch die Düse strömt und auf die Impulsturbine
gerichtet ist. Bei vorgegebener oder gewählter volumetrischer Strömungsrate besteht
die nächste
Entscheidung darin, das angetriebene Zahnrad (das als Teil der unteren
oder Bodenkomponente des Rotorgehäuses vorgesehen ist) basierend
auf den Anforderungen des Kunden auf eine gegebene Drehzahl auszulegen.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen
dem antreibenden und dem angetriebenen Zahnrad kann geändert werden, um
einen breiten Bereich von Drehzahlen und Anwendungen abzudecken.
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Das Vorhandensein eines Zahnradantriebes ermöglicht es,
sich einer anderen konstruktiven Herausforderung anzunehmen. Die
Richtung der Düse ist
für die
Drehzahl der Zentrifuge von kritischer Bedeutung. Der Einsatz des
Zahnradtriebes erlaubt es, die Düse
und die Impuls (Pelton)-Turbine auf einem Ausrichtungsträger anzuordnen,
der sich jeglicher herstellungsbedingter Ausrichtungsprobleme annimmt.
Diese besondere Konstruktion der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine
Vorabwahl eines optimalen Übersetzungsverhältnisses
für eine
gute Turbinenleistung bei der Auslegungsdrehzahl des Rotors. Indem
die Impulsturbine (Pelton-Turbine) separat von der Rotoreinheit
ausgebildet ist, wird der Ersatz der teuren Impulsturbine vermieden,
wenn die Rotoreinheit ersetzt werden muss.
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Eine erfindungsgemäße Zentrifuge
zum Abtrennen von Partikeln aus einem Fluid umfasst gemäß einem
Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Rotorbaugruppe mit einem Rotorgehäuse, einem an dem Rotorgehäuse befestigten
getriebenen Zahnrad einer Impulsturbine, einem antreibenden Zahnrad,
das an der Impulsturbine befestigt ist, und einem Ausrichtungsträger, der
einen ersten Pfosten und einen davon beabstandeten zweiten Pfosten
aufweist, wobei der ersten Pfosten eine auf den zweiten Pfosten
gerichtete Düse
umfasst, die bezüglich
Aufbau und Anordnung in Strömungsverbindung
mit der Rotorbaugruppe steht, wobei das antreibende Zahnrad auf
dem zweiten Pfosten angebracht und das angetriebene Zahnrad von
dem ersten Pfosten abgestützt
ist, sodass das treibende Zahnrad mit dem getriebenen Zahnrad zur
Drehung der Rotorbaugruppe kämmt.
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Weitere Ziele und Vorteil der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Figuren ersichtlich, in denen:
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1 eine
räumliche
Ansicht einer Zentrifuge gemäß einem
typischen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 ein
Längsschnitt
der Zentrifuge aus 1 ist,
wie er sich entlang der Linie 2-2 in den 3A und 5A ergibt,
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2A ein
Teil eines Längsschnittes
einer alternativen Ausführung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist,
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3 eine
Draufsicht auf die Zentrifuge aus 1 mit
abgenommenem oberen Gehäuseteil
ist,
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3A eine
Ansicht der Unterseite der Zentrifuge aus 3 ist,
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4 ein
Längsschnitt
in vergrößertem Maßstab der
Zentrifuge aus 3 ist,
wie er sich längs
der Linie 4-4 in den 3A und 5A ergibt,
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5 eine
Seitenansicht der Zentrifuge aus 3 mit
abgenommenem unteren Gehäuseteil
ist,
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5A eine
Ansicht der Unterseite der Zentrifuge aus 5 ist,
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6 eine
auseinandergezogene, räumliche Darstellung
der Zentrifuge aus 3 ist,
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7 ein
Längsschnitt
der Zentrifuge aus 3 in
auseinandergezogener Darstellung ist, wie er sich längs der
Linie 2-2 in den 3A und 5A ergibt,
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8 eine
Schnittansicht in vergrößertem Maßstab eines
Teils der Zentrifuge aus 2 ist,
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9 eine
räumliche
Ansicht eines Impulsturbinen/Antriebszahnradeinheit gemäß einem
Teil der Zentrifuge aus 1 ist,
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10 eine
Seitenansicht der Einheit aus 9 ist,
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11 eine
schematische Unteransicht mit einer Antriebsrad/Lager-Einheit im
Querschnitt ist, und
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12 eine
schematische Unteransicht mit einer Antriebsrad/Lager-Einheit im
Querschnitt ist.
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Zum Zwecke des verbesserten Verständnisses
der Prinzipien der Erfindung wird nun Bezug genommen auf das in
den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel
und es werden spezielle Begriffe zur Beschreibung desselben verwendet
werden. Es versteht sich aber, dass dadurch keine Einschränkung des
Schutzumfanges der Erfindung beabsichtigt ist, sondern das Änderungen
und weitere Abwandlungen der dargestellten Vorrichtung und solche
weiteren Anwendungen der Prinzipien der Erfindung, wie sie hierin
beschrieben ist, die für
einen Fachmann auf diesem Gebiet nahe liegen, mitumfasst sind.
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In den 1 und 2 ist eine Zentrifuge 20 dargestellt,
die ein Zentrifugengehäuse
mit einem oberen Gehäuseteil 21 und
einem unteren Gehäuseteil 22 aufweist,
die fest miteinander verbunden sind, um eine flüssigkeitsdichte Umhüllung zu
bilden. Ebenfalls der Teil der Zentrifuge 20 ist eine Rotorbaugruppe 23,
die im Inneren des Zentrifugengehäuses eingebaut ist, und eine
Drehantriebsvorrichtung 24. Das obere Gehäuseteil 2a weist
einen Anschluss 25 mit Innengewinde für den Einbau eines Sensors
auf. Ein Fluideinlass 26, z.B. ein Öleinlass, ist in dem Zentrifugengehäuse nahe
dem geometrischen Mittelpunkt angeordnet. Die Rotorbaugruppe 23 umfasst
ein Rotorgehäuse
mit einem oberen Rotorgehäuseteil 27 und
einer unteren Rotorgehäusebasis 28,
die fest miteinander verbunden sind, um eine flüssigkeitsdichte Umhüllung zu
bilden. Ein Wellenadapter 29 ist in ein Loch 30 mit
Innengewinde in dem unteren Gehäuseteil 22 geschraubt.
Eine Rotorbaugruppenwelle 31 ist in den Wellenadapter 29 geschraubt.
Die Welle 31 erstreckt sich durch das geometrische Zentrum der
Rotorbaugruppe 23, die konzentrisch innerhalb des Zentrifugengehäuses angeordnet
ist.
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In 2A ist
eine alternative Konstruktion für die
Welle 31 und den damit verschraubten Wellenadapter 29 dargestellt.
Anstelle der in den Wellenadapter 29 geschraubten Welle 31 verwendet
diese Abwandlung des bevorzugten Ausführungsbeispiels ein einstöckiges Wellenbauteil 19,
dessen oberer Teil in 2A wiedergegeben
ist. Es versteht sich, dass alle konstruktiven Aspekte und Merkma- le des Wellenbauteils 19 gleich
denen sind, die von der Kombination aus der Welle 31 mit
dem Adapter 29 bereitgestellt werden, abgesehen davon,
dass die verschraubte Einheit der zwei vorgenannten Bauteile nunmehr
durch das einstöckige
Wellenbauteil ersetzt ist. Ein weiterer Unterschied betrifft die
andere Anordnung des oberen Teils des Wellenbauteils 19,
die verschieden von der für
die Welle 31 (siehe 2) ist,
da sich die Welle 31 an der Stelle eines oberen Kugellagers 60 durch
das Rotorgehäuse
erstreckt. Wie in 2A dargestellt,
umfasst das Wellenbauteil 19 ein Ende 19a mit
verringertem Durchmesser und Außengewinde,
das in eine Wellenmutter 19b geschraubt ist. Diese alternative
Konstruktion für
die Welle 31 und den Wellenadapter 29 ermöglicht es, das
obere Kugellager 60 auf der Wellenmutter 19b vorzumontieren,
beispielsweise durch Aufpressen.
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Wie ebenfalls aus den 1 und 2 ersichtlich, stellt das hohle Innere
des unteren Gehäuseteils 22 ausreichend
Raum für
die Drehantriebsvorrichtung 24 und einen Ort für eine Fluidablassöffnung bereit.
Ein erhöhter
Ansatz 22a, der auch das Loch 30 festlegt, bildet
den Fluideinlass 26. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen,
dass auch der Wellenadapter 29 hohl ist. Durch einen Freiraum 32 zwischen
einem unteren Ende 29a des Wellenadapters 29 und der
Unterseite des Lochs 30 ist es möglich, unterschiedliche Anschlussarten
zum Einleiten von Fluid in die Zentrifuge 20 zu verwenden.
Die Welle 31 hat einen unteren hohlen Abschnitt 31a,
der in Strömungsverbindung
mit dem hohlen Inneren des Wellenadapters 29 steht. Der
hohle Abschnitt 31a steht in Strömungsverbindung mit dem Inneren
eines nicht dargestellten Rotorzentralrohres, und zwar über eine Dosier-
oder Drosselströmungsauslassöffnung 31b. Der
Strom von Öl
in einen ringförmigen
Freiraum zwischen dem Zentralrohr und der Welle 31 bewegt
sich zum oberen Bereich des Rotorgehäuses. Die Auslassöffnung 31b ist
speziell mit einem gegenüber
dem Strömungsquerschnitt
des hohlen Abschnitts 31a verringerten Durchmesser ausgelegt.
Die Wirkung dieser besonderen Strömungsauslegung besteht darin,
den Durchfluss zu begrenzen und den in den Rotor eintretenden Fluiddruck
zu verringern. Die Bezugnahme auf die "Drosselströmungs"auslassöffnung 31b ist dazu
gedacht, das Verständnis
der Funktion dieser Konstruktion für die Öffnung 31b zu verbessern.
Einer der Vorteile des niedrigeren Drucks besteht darin, den Rotor
mit dünneren
Wänden
konstruieren zu können.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, die Gefahr eines Versagens der
Dichtung an der unteren Lagerstelle durch Überdruck zu vermindern.
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Die Drehantriebsvorrichtung 24 umfasst
ein spritzgegossenes (molded) angetriebenes Zahnrad 34,
das an der Basis 28 befestigt ist, ein spritzgegossenes
antreibendes Zahnrad 35 und eine spritzgegossene Impulsturbine 36.
Das antreibende Zahnrad 35 und die Impulsturbine 36 sind
miteinander zu einer integralen Einheit 37 verbunden (siehe 9 und 10). Statt durch Spritzguss können das
antreibende Zahnrad 35 und die Impulsturbine auch gegossen sein.
Der hierin verwendete Begriff "befestigt" soll unterschiedliche
Verbindungsformen umfassen, beispielsweise ein einstöckig spritzgegossenes
Bauteil, wie im Fall des Zahnrades 34 und der Basis 28,
aber auch eine Pressverbindung, Nut- und Federverbindung oder eine
durch Reibschweißen
erzeugte Verbindung, wären
im Fall des Zahnrades 35 und der Impulsturbine 36 geeignet,
um nur einige Optionen zu nennen. Ein Ausrichtungsträger 38,
der ebenfalls Teil der Drehantriebsvorrichtung 24 ist,
ist mit dem Wellenadapter 29 zusammengebaut und passt in
die Einheit 37, um eine Drehbewegung derselben zu ermöglichen.
Eine Düse 39 ist
in den Träger 38 gebaut,
um einen Fluidstrahl auf die außen
angeordneten Schaufeln 40 der Impulsturbine 36 zu
richten.
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Eine ausgewählte Abtrennvorrichtung, die nicht
dargestellt ist, wird innerhalb des Rotorgehäuses zum Abtrennen von Partikeln
aus einem Fluidstrom angeordnet, der durch die Zentrifuge 20 behandelt
wird. Die bevorzugte Partikelabtrennvorrichtung für die vorliegende
Erfindung ist eine Kegelstapel- oder Spiralflügelunterbaugruppe, jedoch liegt das
Hauptaugenmerk der vorliegenden Erfindung auf der Drehantriebsvorrichtung
zum Versetzen der Rotorbaugruppe 23 in eine Drehbewegung,
so dass sie die für
eine wirksame Partikelabtrennung erforderliche Drehzahl erreicht.
Der nach oben gerichtete Ölstrom
durch das Zentralrohr tritt nahe des oberen Endes des Zentralrohres
aus, um durch die ausgewählte
Abtrennvorrichtung behandelt zu werden.
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Der Strömungsweg des Fluids durch die Zentrifuge 20 beginnt
am Fluideinlass 26. Das durch die Zentrifuge 20 zu
behandelnde Fluid tritt mit einem Auslegungsdruck und einer Auslegungsströmungsrate
in den Einlass 26 ein. Einen stationären Betriebszustand vorausgesetzt
(statt eines anfänglichen
Startens oder des Abstellens) bewegt sich der eintretende Strom
durch den Einlass 26 in den Wellenadapter 29.
Ein Teil dieses Stroms kann durch die Düse 39 austreten, die
einen auf die Schaufeln 40 der Impulsturbine 3E gerichteten
Strahl erzeugt. Der restliche Teil des Fluidstroms strömt durch
den Wellenadapter 29 hinauf durch den hohlen Abschnitt 31a der
Welle 31. Dieser Strom tritt durch eine Dosier- oder Drosselauslassströmungsöffnung 31b in
das Innere des Zentralrohres aus. Das Fluid wird zum oberen Bereich
des Rotorgehäuses
geleitet und denn durch die für
die Rotorbaugruppe 23 ausgewählte Partikelabtrennvorrichtung
behandelt. Nach der Behandlung kann das Fluid durch Strömungsauslässe 41,
die zwischen dem Zahnrad 34 und einer Hülse 33 angeordnet
und durch die genannten Teile begrenzt sind, aus der Rotorbaugruppe
austreten. Zusätzliche Strö mungsauslässe 44 sind
zwischen der Zahnradnabe 55 und dem Lager 54 angeordnet
und durch die genannten Teile begrenzt (siehe die 11 und 12). Der
Fluidstrom ist dann dazu in der Lage, die Zentrifuge durch die Ablassöffnung 22c zu
verlassen, die in dem unteren Gehäuseteil 22 ausgebildet
ist (siehe 3A). Das
Zentralrohr wird auf der Hülse 33 befestigt.
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In den 3, 3A und 4 ist die Rotorbaugruppe 23 mit
abgenommenem oberem Gehäuseteil 21 dargestellt.
Die Seitenansicht der 3 und
der Längsschnitt
der 4 zeigen den Aufbau
der unteren Rotorgehäusebasis 28 einschließlich der
kegelstumpfförmigen
Flächen 42 und
der räumlichen
Anordnung des angetriebenen Zahnrades 34. Die Unterseitenansicht
gemäß 3A zeigt die Ablassöffnung 22c in
dem unteren Gehäuseteil 22.
Die Drehantriebsvorrichtung 24 ist wie dargestellt im Wesentlichen
innerhalb des unteren Gehäuseteils 22 aufgenommen.
Das antreibende Zahnrad 35 ragt über den oberen Rand 43 des
Teils 22 hinaus. Das ineinander Kämmen zwischen dem Zahnrad 34 und
dem Zahnrad 35 ist ebenfalls dargestellt.
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Wie am besten aus den 2, 4, 5, 5A und 8 ersichtlich, beginnt der Zusammenbau
und die Funktion der Drehantriebsvorrichtung 24 damit,
dass der Wellenadapter 29 fest und dicht in das Loch 30 geschraubt
wird. Das Loch 30 ist durch den Ansatz 22a gebildet,
der auch als eine Anschlagfläche
für den
Ausrichtungsträger 38 dient.
Der Ausrichtungsträger 38,
der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein einstöckiges
spritzgegossenes Bauteil ist, umfasst einen ersten Stützpfosten,
der als eine Adapterhülse 45 ausgeführt ist,
einen Stützpfosten 46 und
Verbindungsarme 47, die sich zwischen der Hülse 45 und
dem Pfosten 46 erstrecken. Alternative einstöckige Konstruktionsverfahren
für den
Ausrichtungsträger 38 umfassen
neben anderen Gießen, spanede
Bearbeitung und Schmieden. Wie erläutert werden wird, stützt die
Hülse 45 das
angetriebene Zahnrad 34 über den Wellenadapter 29 derart
ab, dass die Zahnräder
richtig ineinander eingreifen. Die in die Hülse 45 eingefügte Düse 39 ist
allgemein auf den Pfosten 46 gerichtet, insbesondere jedoch
auf die Schaufeln 40 der Impulsturbine 36. Beim
Zusammenbau der verschiedenen Bauteile wird der Wellenadapter 29 in
und durch die Hülse 45 geführt und das
untere Ende 29a wird in das Loch 30 geschraubt. Ein
Sechskantflansch 49 des Adapters 29 wird dazu verwendet,
das Schraubgewindeende 29a im Loch 30 festzuziehen
und klemmt ferner gegen die Oberfläche der Hülse 45. Das Schraubgewinde 51 der Welle 31 wird
in das mit Innengewinde versehene Loch 52 des Adapters 29 geschraubt.
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Ein erstes Kugellager 54 ist
nahe der Oberfläche
des Sechskantflansches 49 zwischen der hohlen Nahe 55 des
angetriebenen Zahnrades 34 und dem Wellenadapter 29 an geordnet.
Ein zweites Kugellager 60 ist zwischen der Rotorgehäusenabe 61 und
der Welle 31 angeordnet. Diese Anordnung aus Rotor, Wellen-
und Kugellagern ermöglicht
der Rotorbaugruppe 23 zur Partikelabtrennung mit hoher Drehzahl
zu drehen, während
die Welle 31, der Wellenadapter 29 und die zwei
Zentrifugengehäuseteile stationär bleiben.
Um das angetriebene Zahnrad 34 in Drehung zu versetzen,
wird das antreibende Zahnrad 35 durch Richten eines Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahles
aus der Düse 39 längs einer
Tangentiallinie, die den ungefähren
Mittelpunkt jeder Schaufel 40 schneidet, gedreht. Jede
Schaufel 40 hat eine konkave Oberflächenseite, die zur Düse 39 und damit
zum aus der Düse 39 austretenden
Flüssigkeitsstrahl
gewandt ist. Die Impulsturbine 36 dreht sich, so dass jede
Schaufel 40 nacheinander in eine Tangentiallinie zum Aufprall
des Flüssigkeitsstrahles bewegt
wird. Diese Aufprallkraft lässt
die Turbine schneller drehen und bietet danach die nächste Schaufel
zum Aufprall an. Da die integrale Einheit 37 aus antreibendem
Zahnrad 35 und Impulsturbine 36 sich als ein Bauteil
bewegt, dreht die Drehung der Impulsturbine das antreibende Zahnrad 35,
welches mit dem anzutreibenden Zahnrad 34 kämmt. Der
Stützpfosten 46 hat
einen Halsabschnitt 56 verringerten Durchmessers, der in
das abgeschirmte Kugellager 57 passt, welches wiederum
in die hohle Nabe 58 des antreibenden Zahnrades 35 eingepasst
ist. Obwohl die Impulsturbine 36 und das antreibende Zahnrad 35 zu
einer integralen Einheit miteinander verbunden sind, sind diese
zwei Bauteil zusätzlich
durch Formschluss miteinander verbunden, um das Drehmoment und die
Drehbewegung der Impulsturbine 36 genau und ohne Schlupf
auf das antreibende Zahnrad 35 zu übertragen.
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In den 6 und 7 ist der gesamte Zentrifugenaufbau
dargestellt, einschließlich
der Rotorbaugruppe 23, des unteren Gehäuseteils 22 der Zentrifuge
und der Rotorantriebseinrichtung, allerdings ohne das obere Gehäuseteil 21.
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Unter Bezugnahme auf die 2, 4, 11 und 12 sei darauf hingewiesen,
dass das obere und zweite Kugellager 60 in den Innendurchmesser
der Nabe 61 gepresst ist. Der obere Gehäuseteil 27 ist ein
einstöckiges
spritzgegossenes Kunststoffteil und die Nabe 61 ist mit
sechs sich axial erstreckenden, gleichmäßig voneinander beabstandeten
erhabenen Rippen 62 ausgebildet. Jede Rippe 62 erstreckt
sich über
eine Distanz von ungefähr
0,81 mm radial einwärts.
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Durch Dimensionieren der Nabe 61 (ausschließlich der
Rippen 62) für
eine geringe Presspassung mit dem Lager 60, bewirkt das
Einführen
des Lagers in die Nabe 61 hinein ein Zusammendrücken der
oberen Bereiche der Rippen 62, wenn diese Rippenbereiche
vom Lager 60 berührt
werden. Aufgrund dieses Quetschens der spritzgeformten Kunststoffrippen 62 können diese
Rippen als "Quetschrippen" bezeichnet werden.
Die Wirkung dieses Quetschens besteht in einem erhöhten Grad
an Formschluss zwischen dem Lager und der Nabe und somit in einer größeren Haltekraft,
die das Lager 60 in Stellung hält. Ein paar gegenüberliegend
angeordneter, spritzgegossener Anschlaglaschen als Teil der Nabe 61 dienen
dazu, die axiale Eindringtiefe des Lagers 60 in die Nabe 61 hinein
zu begrenzen. Zwar sind diese Anschlaglaschen für das obere Lager 60 möglicherweise
schwierig in den Figuren zu erkennen, jedoch werden ähnliche
Anschlaglaschen für
das untere Lager benutzt und diese sind aus den 11 und 12 ersichtlich.
Aufgrund der Ähnlichkeit
zwischen der Verwendung von Quetschrippen und Anschlaglaschen sowohl
für das
obere und für
das untere Kugellager sollte die Darstellung dieser Anschlaglaschen
in Verbindung mit dem unteren Kugellager für ein ausreichendes Verständnis des
Zusammenbauverfahrens für
das obere Kugellager genügen.
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An dem entgegengesetzten der Ende
Welle 31 ist ein Lager 54 auf eine ähnliche
Weise wie zuvor im Zusammenhang mit dem oberen Kugellager 60 beschrieben
in der Zahnradnabe befestigt. Das untere Rotorgehäuseteil 28 ist
ein einstöckiges,
spritzgegossenes Kunststoffbauteil, einschließlich des Zahnrades 34.
Die Nabe 55 des Zahnrades 34 ist ebenfalls mit
einer Reihe von gleichmäßig voneinander beabstandeten
Quetschrippen 66 versehen. In diesem Fall sind die für das Lager 54,
die Nabe 55 und die Rippen 66 gewählten Durchmessergrößen derart, dass
das Lager eine leichte Presspassung gegenüber den Rippen 66 aufweist.
Obwohl ein leichtes Quetschen der radial innersten Flächen der
Rippen 66 auftreten kann, werden diese Rippen nicht vollständig gequetscht,
um die Außenfläche des
Lagers in Berührung
mit der Innenfläche
der Nabe zu ziehen. Folglich werden die zuvor erwähnten Strömungsauslässe 44 in
alternierender Weise zwischen den Rippen 66 ausgebildet.
Zwischen jedem Paar einander benachbarter Rippen 66 existiert
ein Strömungsauslass 44,
dessen restliche Begrenzungen durch die Nabe 55 und das
Lager 54 festgelegt sind. Diese Strömungsauslässe 44 sind zwischen
der Nabe 55 und dem Lager 54 angeordnet und stellen
einen Strömungsauslassweg
für das
behandelte Fluid, z.B. Öl, aus
dem Inneren der Rotorbaugruppe zur Ablassstelle bereit. Das vorgenannte
Paar von Anschlaglaschen 67 wird dazu verwendet, die Eindringtiefe
des Lagers 54 in die Nabe 55 zu steuern.
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Die Erfindung ist vorstehend unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben worden, jedoch
ist dies nicht als einschränkend
zu verstehen. Vielmehr versteht es sich, dass nur ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
gezeigt und beschrieben worden ist; und dass alle Änderungen
und Abwandlungen innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung unter
Schutz gestellt sein sollen.