DE1071595B

DE1071595B - Zentrifuge

Info

Publication number: DE1071595B
Application number: DENDAT1071595D
Authority: DE
Inventors: Haimburg-Rahl-stedt Dipl.-Phys. Matthias Brünig
Original assignee: zugl
Priority date: 1957-01-21
Publication date: 1959-12-17
Also published as: GB833279A; FR1192512A

Description

11

DEUTSCHES

ANMIiLDETAG: 21. J A N U A R 1957

BEKANNTMACHUNG
»ER ANME LDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 17. DEZEMBER 19 5 9

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, deren rotierender Zentrifugenkörper pendelnd aufgehängt ist.

Die bekannten Zentrifugen arbeiten nur störungsfrei, wenn sie zumindest einigermaßen gut ausgewuchtet sind. Treten während der Rotation des Zentrifugenkörpers kurzzeitig größere Unwuchten auf, so haben diese starke Lagerbelastungen zur Folge, die zur Zerstörung der Lager führen können. Durch Unwuchten werden ferner Erschütterungen auf das Fundament der Zentrifuge übertragen, wodurch Gebäudeschäden und störender Lärm verursacht werden können.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden schwere, überdimensionierte Lager und massive Fundamente oder Rahmengestelle mit großem Gewicht vorgesehen, die eine kostspielige Herstellung der Zentrifugen bedingen. Auch das Auswuchten der Zentrifugen ist kostspielig, und es ist oft erforderlich, eine Nachbearbeitung durchzuführen.

Frei schwingende Pendelzentrifugen sind an sich bekannt. Die pendelnde Anordnung der Schleudertrommel kann verhindern, daß beim Schleudern auftretende Unwuchten als Erschütterungen auf das Fundament wirken. Pendelzentrifugen haben aber die Eigenart, insbesondere beim Anlaufen und beim Auslaufen, außer der Drehung um die Figurenachse noch eine zusätzliche Pendelbewegung der Figurenachse in der Art eines Kegelpendels aufzunehmen. Diese Pendelbewegung der Figurenachse des Kreiselkörpers in der Art eines Kegelpendels kann so intensiv werden, daß eine Beschädigung der Zentrifuge eintritt.

Durch die Erfindung sollen die bekannten Mängel beseitigt werden. Durch die Stabilisierung der Schleudertrommel soll die zusätzliche Bewegung der Figurenachse — das Hochschlagen des Pendelkreisels — verhindert werden. Das Hochschlagen des Kreisels entspricht der als »Präzession« des Kreisels bekannten Bewegung bei der Führung des Kreiselkörpers durch ein reines Reibungslager. Erfolgt die Aufhängung durch ein Kugellager, so hat die Figurenachse beim Hochschlagen eine Bewegungsrichtung, die einer Prä-Zessionsbewegung entgegengesetzt ist. Diese zusätzliche Bewegung kann durch die Vorzugsrichtung einer geringsten Reibung auf der tragenden Kugelfläche des Aufhängelagers erklärt werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein pendelnder Kreiselkörper am Hochschlagen gehindert wird, wenn unterhalb des Aufhängepunktes an der Figurenachse eine Kraft angreift, die der Bewegung der Figurenachse auf dem Kegelmantel entgegengesetzt gerichtet ist. Das aus dieser Kraft und der entsprechenden Gegenkraft am Aufhängepunkt entstehende Moment bewirkt eine Aufrichtung des Kreisels.

Gemäß der Erfindung wird dieses Moment bei der Zentrifuge

Anmelder:

Dipl.-Phys. Matthias Brünig,
Hamburg-Rahlstedt, Parchimerstr. 23

Dipl.-Phys. Matthias Brünig, Hamburg-Rahlstedt,
ist als Erfinder genannt worden

Drehung der Schleudertrommel intermittierend dadurch erreicht, daß die Aufhängelagerung der Schleudertrommel in horizontaler oder nahezu horizontaler Ebene in einer raumfesten Richtung eine Ausweichbewegung erhält und senkrecht zu der raumfesten Richtung in der Bewegung gehemmt wird. Die pendelnd angeordnete Schleudertrommel erhält dadurch die Möglichkeit, kurzzeitig eine Bewegung um ihren Schwerpunkt zu machen. Diese Bewegung wird gehemmt, wenn die Figurenachse sich senkrecht zu der Richtung drehen will, in der das Aufhängelager sich hin- und herbewegen kann, wodurch dann das gefährliche Hochschlagen des Pendelkörpers verhindert wird.

Diese Art der Lagerung bewirkt übrigens noch aus einem anderen Grunde ein Aufrichten der Rotationsachse der Schleudertrommel.

Das Hochschlagen der Schleudertrommel ist nur möglich, wenn die am Aufhängelager wirkende Kraft eine horizontale Komponente hat. Durch das zeitweise Verschwinden dieser Horizontalkomponente — wenn die Schleudertrommel in Richtung der Ausweichbewegung ausschwingt — wird das Senkrechtstellen der Achse der Schleudertrommel erreicht.

Durch die Stabilisierung des Pendelkreisels ist es möglich, leichte Zentrifugen zu bauen, die trotz kleiner Lagerdimension auch mit größeren Unwuchten störungsfrei laufen. Praktisch wird auf das Fundament keine Erschütterung übertragen. Es ist daher möglich, billige Zentrifugen herzustellen.

Die Zentrifugen nach der Erfindung können für viele Arbeitsverfahren eingesetzt werden, bei denen bisher aus technischen und wirtschaftlichen Erwägungen eine Zentrifuge nicht verwendet wurde. Die Anwendung kann für Milch-, öl-, Labor- und Trockenzentrifugen erfolgen. Trockenzentrifugen mit pendelnder Schleudertrommel sind für das Schleudern galvanisierter Güter vorteilhaft, bei denen sich Unwuchten

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nicht vermeiden lassen. Auch für Zentrifugen der Zucker- und Schokoladenindustrie, für Spänezentrifugen zur Rückgewinnung von Schneidöl, für Wäschezentrifugen mit Fächern, für Messerrotoren der Zigarettenindustrie und für Schleudergußmaschinen der Kunststoffindustrie ist eine Benutzung der Aufhängelagerung der Schleudertrommel gemäß der Erfindung vorteilhaft.

Nach der Erfindung besteht die Aufhängelagerung der Schleudertrommel aus einem angetriebenen, rotationssymmetrischen kugelartigen Körper, der mit seinem Gegenlager in der Ausweichrichtung beweglich ist. Die Beweglichkeit kann durch einen Schlitten erreicht werden, dessen Führungen in der Ausweichrichtung verlaufen. An Stelle der Schlittenführung" können auch Federn die Führung übernehmen, oder das Gegenlager des kugelartigen Körpers ist in der Ausweichrichtung auf nachgiebigen Stützen angeordnet. In der Ausweichrichtung wippende Lagerblöcke und schwenkbare Gabelköpfe sowie ähnliche Mittel sind ebenfalls geeignet, eine Ausweichbewegung in einer bestimmten, raumfesten Richtung für die Aufhängelagerung zu ermöglichen.

Die Hemmung der Bewegung der Aufhängelagerung senkrecht zur Ausweichbewegung kann gegebenenfalls durch Federn vorgenommen werden. Schließlich ist es auch möglich, den kugelförmigen Körper der Aufhängelagerung als Rotor eines magnetischen Drehfeldes auszubilden.

Die Schleudertrommel kann gleichzeitig als Transportmittel benutzt werden, da für sie einfache Gefäße verwendet werden können, die auch eine geringe Unwucht aufweisen können. In der Zuckerindustrie kann z. B. der Zucker mit der Schleudertrommel nach dem Schleudern in das Lager zum Verpacken des Zuckers befördert werden. In gleicher Weise können Schleudergußgefäße nach erfolgtem Schleuderguß an eine geeignete Stelle zum Abkühlen befördert werden, während die nächste Schleudertrommel unter die Schleudergußeinrichtung gebracht wird. Ebenso kann bei Spänezentrifugen, Trockenzentrifugen, Wäschezentrifugen usw. die Schleudertrommel gleichzeitig als Transportmittel benutzt werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen, auf die die Erfindung nicht be- +5 schränkt ist, schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 und 2 eine Ansicht und die Draufsicht der auf einem Schlitten angeordneten Aufhängelagerung,

Fig. 3 und 3 a eine Seitenansicht und den Grundriß einer zylinderförmigen Schlittenbahn,

Fig. 4 und 5 eine Ansicht und die Draufsicht einer Schlittenführung durch Federn,

Fig. 6 und 7 eine Ansicht und die Draufsicht der durch Federn geführten Aufhängelagerung,

Fig. 8 und 9 eine Ansicht und die Draufsicht der Aufhängelagerung auf nachgiebigen Stützen,

Fig. 10 bis 12 die Vorderansicht, eine Seitenansicht und die Draufsicht von Lagerblöcken der Aufhängelagerung mit wippender Bewegung,

Fig. 13 und 14 die Vorder- und eine Seitenansicht einer in einem Gabelkopf aufgehängten Lagerung,

Fig. 15 und 16 die Vorder- und eine Seitenansicht der Lagerung auf elastischen Hohlkörpern,

Fig. 17 eine Ansicht einer hohlen Pendelstange mit Innenlagerung und Innenantrieb,

Fig. 18 und 19 eine Ansicht und die Draufsicht eines Scheibenantriebes mit Antriebkopf,

Fig. 20 und 21 eineAnsicht und die Draufsicht eines Antriebes des Antriebkopfes durch ein magnetisches Drehfeld.

Die Schleudertrommel 1 ist mittels der als Trommelwelle dienenden Pendelstange 2 in einem Rahmen 3 oder Gehäuse pendelnd aufgehängt. Die Pendelstange 2 ist mit einem kugelartigen Körper 4 verbunden, der pendelnd mittels Kugellager 5 geführt ist. An den kugelartigen Körper 4 greift der Antrieb an, der in beliebiger Weise ausgebildet sein kann.

Die Aufhängelagerung der Schleudertrommel 1 hat in horizontaler oder nahezu horizontaler Ebene in einer raumfesten Richtung 6 eine Ausweichmöglichkeit, die einige Millimeter oder auch Zentimeter betragen kann. Senkrecht zu der raumfesten Richtung 6 in Richtung 7 ist die Bewegung der Aufhängelagerung des Pendels 4, 2, 1 gehemmt. Der angetriebene kugelförmige Körper 4 ist somit mit seinem Gegenlager nur in Richtung 6 beweglich. Der Antrieb des Körpers 4 kann durch einen Riemenantrieb 8 von einem Motor 9 über eine Gegenrolle 10 erfolgen. Der kugelförmige Körper 4 kann auch von oben oder unten über eine Gelenkwelle angetrieben werden.

In Fig. 1 und 2 ist die Aufhängelagerung auf einem Schlitten 11 vorgesehen, der in Richtung 6 beweglich ist und in Richtung 7 durch seine Führung gehemmt ist. In Fig. 3 und 3 a ist auch der Schlitten 11 mit seinen Führungsbahnen 12 zylinderförmig gekrümmt. Die Krümmung verläuft in der Ausweichrichtung 6. Zur Begrenzung des Schlittens 11 sind federnde Anschläge 13 vorgesehen. Der Schlitten wird durch zwei Führungsschienen 31 am Ausweichen in Richtung 7 gehindert. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Ausweichbewegung von einer stabilen Rvthelage aus geschieht.

Gemäß Fig.'4 und 5 ruht der Schlitten 11 auf einer Gleitfläche 14 und wird seitlich von Zugfedern 15 gehalten. Der Schlitten 11 kann senkrecht zur Richtung der Federspannung in Richtung 6 eine große Ausweichbewegung machen, während er in Richtung 7 der Federspannung an der Bewegung durch die Federn 15 gehemmt wird. In Fig. 6 und 7 ist das Gegenlager 3 der Aufhängelagerung nur in Federn 16 aufgehängt, ohne daß eine Gleitfläche vorhanden ist. Die Ausweichbewegung in Richtung 6 erfolgt senkrecht zur Richtung der Federspannung der Federn 16. In Richtung 7 der Federspannung ist die Ausweichbewegung gehemmt.

Die Ausweichbewegung in Richtung 6 kann gemäß der Ausführungsform in Fig. 8 und 9 dadurch erreicht werden, daß der Lagerbock 17 nachgiebig ausgebildet ist. Die Querschnitte des Lagerbockes sind entsprechend gewählt, so daß diese in die Lage 17¹ gelangen können, während eine Bewegung entgegen der Ausweichrichtung 6 in Richtung 7 gehemmt wird. Die in Fig. 10 bis 12 dargestellten Lagerböcke 18 ermöglichen ein leichtes Wippen auf der Unterlage in der Ausweichrichtung 6, während eine Bewegung senkrecht zu dieser Richtung gehemmt ist.

Es ist auch möglich, die Aufhängelagerung mittels des kugelförmigen Körpers4 in einer Gabel 19 (Fig. 13 und 14) aufzuhängen. Die Gabel 19 ist um eine Achse 20 schwenkbar aufgehängt, wodurch sie eine leichte Pendelbewegung in Richtung 6 machen kann, in Richtung 7 ist die Bewegung gehemmt.

Bei Konstruktionen, die Rücksicht auf Geräuschdämpfung nehmen sollen, wird gemäß Fig. 15 und 16 das Gegenlager 21 der Aufhängelagerung unter Einschaltung von elastischen rohrartigen Hohlkörpern 22 auf dem Rahmen 3 angeordnet. Diese Hohlkörper 22 können aus Gummirohren bestehen, die gegebenenfalls durch Stahleinlagen verstärkt sind und die mit Bolzen 23 am Gegenlager und mit Bolzen 24 am Rahmen

befestigt sind. In der Achse der Hohlkörper 22 erfolgt eine Hemmung der durch das Pendel hervorgerufenen Bewegung, während eine Ausweichbewegung in Richtung 6 senkrecht zur Hohlkörperachse möglich ist. Die elastischen Hohlkörper können mit Druckluft oder Flüssigkeit gefüllt sein.

Eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung besteht nach Fig. 17 darin, daß die Aufhängelagerung des Zentrifugenkörpers 1 innerhalb der hohlen, vornehmlich sich konisch nach unten erweiternden Pendelstange 25 angeordnet ist. Die innere Wand im oberen Teil der Pendelstange ruht auf dem kugelförmigen Körper 4. Die Pendelstange wird von dem Körper 4 gegebenenfalls unter Einschaltung von Mitnahmeflächen angetrieben. Der Antrieb des kugelförmigen Körpers erfolgt vom Motor 9 über eine Gelenkwelle 26. Die Aufhängelagerung ist im Rahmen 3 abgestützt. Ein Ausweichen der Aufhängelagerung erfolgt mittels des Schlittens 11, und in Richtung 7 ist die Ausweichbewegung gehemmt.

In Fig. 18 und 19 ist ein direkter Antrieb des kugelförmigen Körpers 4 durch Zahn- oder Reibräder 27 dargestellt, die am Äquator des Körpers 4 angreifen. Die Räder 27 werden von den Motoren 9¹ und 9² angetrieben. Die Aufhängelagerung ist auf einem Schiitten 11 vorgenommen, und eine Ausweichbewegung erfolgt in Richtung 6, während in Richtung 7 eine Hemmung der Bewegung durch die Schlittenführung eintritt. Zur Anschlagbegrenzung sind Federn 28 vorgesehen. Vorteilhaft ist es, die Antriebmotoren 9¹ und 9² mit dem Schlitten 11 zu verbinden.

Der kugelförmige Körper 4 der Aufhängelagerung kann auch als Rotor eines magnetischen Drehfeldes ausgebildet sein (Fig. 20 und 21). Die in Richtung der Ausweichbewegung 6 befindlichen Wicklungen 30 werden zweckmäßigerweise auf dem Schlitten 11 angeordnet. Bei fester Anordnung der Wicklungen 30 auf dem Rahmen 3 muß ein entsprechender Abstand zwischen den dem Körper 4 zugekehrten Stirnseiten der Wicklungen 30 und dem kugelförmigen Körper 4 vorhanden sein. Die in Richtung senkrecht zur Ausweichbewegung 6 vorhandenen Wicklungen 31 sind fest auf dem Rahmen 3 angeordnet.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, die untere Kugellagerschale bzw. das Gegenlager der Aufhängelagerung in der Ausweichrichtung 6 mit einem größeren Durchmesser als in der Querrichtung derart zu versehen, daß der Kugellagerring 5 mit seinen Kugeln in dem Gegenlager eine Ausweichbewegung in Richtung 6 machen kann, während in der Bewegungsrichtung 7 eine Ausweichbewegung gehemmt wird. Für verschiedene Verwendungszwecke ist diese Ausführungsform möglich. Der Schlitten oder ein sonstiger in der Ausweichrichtung 6 beweglicher Teil kann dann entfallen.

Der rotationssymmetrische Körper 4 ist in den einzelnen Ausführungsbeispielen als Kugelkörper dargestellt. Seine Form kann natürlich auch zumindest im oberen Teil eine andere sein. Im unteren Teil ist die 1 ugelige Form wegen der Erzielung der Pendelbeweglichkeit auf jeden Fall sehr zweckmäßig.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zentrifuge, deren Schleudertrommel pendelnd aufgehängt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängelagerung der Schleudertrommel (1) in horizontaler oder nahezu horizontaler Ebene in einer raumfesten Richtung (6) eine Ausweichbewegung ermöglicht und senkrecht zu der raumfesten Richtung in der Bewegung (7) gehemmt ist.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängelagerung der Schleudertrommel (1) aus einem angetriebenen, rotationssymmetrischen, kugelartigen Körper (4) besteht, der mit seinem Gegenlager in der Ausweichrichtung (6) beweglich ist.

3. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängelagerung auf einem Schlitten (11) angeordnet ist, dessen Führungen in der Ausweichrichtung (6) verlaufen.

4. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (11) und seine Führungsbahnen (12) in der Ausweichrichtung (6) zylinderförmig gekrümmt sind (Fig. 3).

5. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Schlittens (11) durch an diesen angreifende Federn

(15) erfolgt, deren Federspannung in der Ebene der Ausweichrichtung (6) und senkrecht oder nahezu senkrecht zu dieser erfolgt (Fig. 4 und 5).

6. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager des kugelartigen Körpers (4) unmittelbar zwischen etwa in horizontaler Ebene angeordneten Federn

(16) aufgehängt ist, deren Federspannung in der Ebene der Ausweichrichtung (6) und senkrecht oder nahezu senkrecht zu dieser erfolgt (Fig. 6 und 7).

7. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager des kugelartigen Körpers (4) auf in der Ausweichrichtung (6) nachgiebigen Stützen (17) ruht (Fig. 8 und 9).

8. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager des kugelartigen Körpers (4) auf Lagerböcken (18) angeordnet ist, die in der Ausweichrichtung (6) eine wippende Bewegung erlauben (Fig. 10 bis 12).

9. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager des kugelartigen Körpers (4) in einem Gabelkopf (19) geführt ist, der um eine quer zur Ausweichrichtung verlaufende Achse (20) in der Ausweichrichtung (6) schwenkbar ist (Fig. 13 und 14).

10. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager des kugelartigen Körpers (4) mit aus sich quer zur Ausweichrichtung (6) erstreckenden, elastischen rohrartigen Hohlkörpern (22) verbunden ist, die eine Ausweichbewegung (6) des Gegenlagers senkrecht zur Hohlkörperachse ermöglichen und eine Bewegung in Richtung (7) der Hohlkörperachse hemmen (Fig. 15 und 16).

11. Zentrifuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrartigen Hohlkörper (22) mit Druckluft, Wasser, Öl od. dgl. gefüllt sind.

12. Zentrifuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängelagerung der Schleudertrommel (1) innerhalb einer hohlen, vornehmlich sich konisch nach unten erweiternden Pendelstange (25) angeordnet ist und die innere Wand im oberen Teil der Pendelstange auf dem kugelförmigen Körper (4) ruht und von diesem, gegebenenfalls unter Einschaltung von Mitnahmeflächen, angetrieben wird (Fig. 17).

13. Zentrifuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kugelförmige Körper (4) durch einen oder mehrere in horizontaler Ebene geführte

Riemen (8) od. dgl., gegebenenfalls unter Einschaltung von Spannrollen (10), angetrieben wird.

14. Zentrifuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kugelförmige Körper (4) durch eine vertikale oder nahezu vertikal geführte Welle, gegebenenfalls Gelenkwelle, von oben oder unten angetrieben wird.

15. Zentrifuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kugelförmige Körper (4) an seinem Äquator durch Reib- oder Zahnräder (27) angetrieben wird, deren Antriebmotore (9¹ und 9²) auf dem verschiebbaren Schlitten (11) angeordnet sind (Fig. 18 und 19).

16. Zentrifuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kugelförmige Körper (4) als Rotor eines magnetischen Drehfeldes (30, 31) ausgebildet ist und gegebenenfalls die in der Ausweichrichtung (6) befindlichen Feldwicklungen (30) auf dem Schlitten (11) angeordnet sind (Fig. 20 und 21).

17. Zentrifuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungshemmung in der Ausweichrichtung (6) durch zusätzliche Federn (13, 28) erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 82 259, 172 844.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen