DE1143150B

DE1143150B - Vorrichtung zur Stabilisierung der Rotor-bewegung schnell umlaufender Zentrifugen

Info

Publication number: DE1143150B
Application number: DED29204A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Scheffel; Dr Max Steenbeck; Dr Gernot Zippe
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1957-12-28
Filing date: 1958-10-22
Publication date: 1963-01-31

Description

Vorrichtung zur Stabilisierung der Rotorbewegung schnell umlaufender Zentrifugen Die Hauptpatentanmeldung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Rotorbewegung schnell umlaufender Zentrifugen, bei denen der Rotor nach Überwindung zumindest einer kritischen Drehzahl im wesentlichen um seine freie lotrechte Achse rotiert und den neben der Rotationsbewegung auftretenden Schwingungen durch Dämpfungsmittel Energie entzogen wird.
Nach der Hauptpatentanmeldung soll die angestrebte Stabilisierung der Rotorbewegung dadurch erreicht werden, daß die schnellen, d. h. die etwa mit der Frequenz der Rotordrehzahl durch die Unsymmetrie der Rotormassen erzeugten Schwingungen im wesentlichen am Fußlager des Rotors und die langsamen Schwingungen, die insbesondere als Präzessions- und Nutationsbewegungen auftreten, im wesentlichen durch Einwirkung auf den Rotorkörper gedämpft werden. Bei der Durchführung dieser Maßnahmen ist es möglich, die Wirkung der Dämpfungsglieder so einzustellen, daß diese für den betreffenden Frequenzbereich jeweils optimal wirksam sind. Der Wirkungsbereich der am Fußlager des Rotors wirksamen Dämpfungsmittel wird also so eingestellt, daß diese ihren besten Wirkungsgrad bei Frequenzen besitzen, die beispielsweise in der Größenordnung von 1000 Hz liegen. Der optimale Frequenzbereich der auf den Rotorkörper einwirkenden Dämpfungsglieder liegt wesentlich niedriger, da die Frequenz der Präzessions- und Nutationsbewegungen sowie der Querschwingungen im allgemeinen wesentlich niedriger als die Rotordrehzahl im Dauerbetriebszustand der Zentrifuge ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine besondere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Hauptpatentanrneldung. Erfindungsgemäß erfolgt die Dämpfung der Schwingungen am unteren Ende des Rotors dadurch, daß an dessen Ende eine Achse angeordnet ist, die in einem beweglichen Lager ruht, welches mit Dämpfungsmitteln versehen ist. Die Dämpfung der Schwingungen durch Einwirkung auf den Rotor erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß an der oberen Stirnseite des Rotors eine Öffnung vorgesehen ist, in die ein oder mehrere an einem Dämpfungsglied angeordnete Arme hineinragen.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungen der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung dargestellt.
Bei der in Abb. 1 dargestellten Öffnung besteht der sehr leichte Rotor 1 aus einem dünnwandigen Hohlkörper, welcher lotrecht angeordnet ist und durch nicht dargestellte Antriebsmittel eine Rotationsbewegung um seine Achse erhält. Am oberen Ende des Rotorkörpers, ist mit diesem ein zylindrischer Magnet 2 bzw. ein Anker eines Magneten verbunden. Ein nicht rotierender Magnet 3 in Form eines Hohlzylinders liegt oberhalb des Rotors, wobei ein magnetischer Fluß in Richtung der Rotationsachse wirksam ist, der bei Abweichungen des Rotors von der angestrebten stabilen Lage diesen wieder in die Rotationsachse zurückführt und gleichzeitig das untere Lager entlastet. Zwischen dem Magneten 3 und der Gehäusewand 5 der Zentrifuge ist ein Dämpfungsglied 4 angeordnet, das für die langsamen Schwingungen des Rotorkörpers wirksam ist. Als Material für den Dämpfungskörper 4 eignen sich deformierbare Werkstoffe mit hoher innerer Reibung, die die Energie der von dem Rotor 1 auf den Magneten 3 durch die magnetische Koppelung übertragenen Schwingungen des Rotors durch ihre innere Reibung vernichten. Das Dämpfungsglied 4 kann beispielsweise aus Schnüren oder Bändern oder einer oder mehreren deformierbaren Scheiben, z. B. Membranen, aus einem Werkstoff hoher innerer Reibung bestehen, wobei deren Ränder in dem Gehäuse der Zentrifuge eingespannt sind. Durch Wahl der Abmessungen des Dämpfungsgliedes 4 ist gleichfalls der Grad der Dämpfung beeinflußbar. Am unteren Ende ist der Rotor 1 mit einer elastischen Achse 35 verbunden, die in einem Spurlager 37 beweglich angeordnet ist. Das Spurlager 37 besteht aus einem scheibenförmig ausgebildeten Körper, der eine Vertiefung aufweist, in der die Spitze der Achse 35 aufliegt. Um diesen einzigen Auflagepunkt dreht sich der Rotor und kann Präzessions- und Nutationsbewegungen ausführen, ohne daß das Lager beansprucht wird. Das Spurlager 37 ist in einem Teller 36 angeordnet, der in einer Flüssigkeit 39, z. B. Öl, eintaucht. Der Teller 36 liegt auf Kugeln 40 auf, die ihrerseits auf einer Scheibe 38 beweglich sind. Der Teller 36 steht unter Einfluß von radialen Federn 41, die ihn in der Stabilisierungsachse des Systems zentrieren. Durch dieses Dämpfungssystem werden im wesentlichen die etwa mit der Frequenz der Rotordrehzahl durch die Unsymmetrien der Rotormassen erzeugten Schwingungen gedämpft, und zwar ist die Wirkung der Federn 41 und der Öldämpfung 39 so bemessen, daß sie einen optimalen Energieentzug für die Schwingungen bewirken, die durch die Unsymmetrie der Rotormasse direkt erzeugt werden und deren Frequenz im wesentlichen mit der Drehzahl des Rotars übereinstimmt.
Abb. 2 stellt eine andere Ausführungsform für die Dämpfungsglieder am unteren Ende des Rotors dar, und zwar ist bei dieser Ausführung das Spurlager 37 in einem auf seiner Spitze stehenden Konuskörper 43 angeordnet, der mit einer Achse 44 und einem Körper 45 verbunden ist, .welcher elastisch auf einer Feder 42 im Gehäuse des Dämpfungssystems gelagert ist. Der Konuskörper 43 liegt in einem konischen Teil 46 des Gehäuses 47 und ist mit diesem durch radiale Federn 48 verbunden. Der konische Teil 46, welcher mit Öl gefüllt ist, ist gegenüber dem Konuskörper 43 in seinem Lager veränderlich, um das System einregem zu können.
Die Dämpfungsmittel wirken gleichzeitig auch in Richtung der Drehachse des Systems, so daß auch Schwingungen, die in dieser Richtung an dem hohlen Rotorkörper erregt werden, durch die beschriebenen Dämpfungsmittel unterdrückt werden.
Die Dämpfung der langsamen Schwingungen des Rotors erfolgt vorzugsweise auch auf mechanischem Wege, wie an Hand von Abb. 3 erläutert sei.
Eine in den Rotor hineinragende Achse 12 ist hierbei mit einem beweglichen Dämpfungsglied 13 verbunden, das auf einer Feder ruht. An dem Dämpfungsglied 13 ist ein Arm 14 angeordnet, der in die obere Öffnung 15 des Rotors 16 hineinragt. Treten bei dieser Anordnung Schwingungen senkrecht zur Rotationsachse des Rotors 16 auf, so stößt der innere Rand des oberen Deckels des Rotors gegen den Arm 14, so daß die Energie der Rotorschwingungen auf das in ihm festliegende D'ämpfungsglied übergeht und die Schwingungsenergie vernichtet.
Das Dämpfungsglied 13 kann aus einem deformierbaren Werkstoff hoher innerer Reibung bestehen, in welchem die Schwingungsenergie durch Anregung von Schwingungen vernichtet wird. Es kann jedoch auch aus Hohlkörpern bestehen, die mit einer Flüssigkeit oder mit Kugeln gefüllt sind, in denen in entsprechender Weise eine Unterdrückung der Schwingungsenergie erreicht wird.
Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung läßt sich eine gute Stabilisierung für lotrecht stehende, überkritisch umlaufende Zentrifugenrotoren erreichen. Als Anwendungsgebiet kommen gegebenenfalls auch entsprechend ausgebildete Kreiselgeräte in Frage.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur Stabilisierung der Rotorbewegung schnell umlaufender Zentrifugen, bei der die etwa mit der Frequenz der Rotordrehzahl durch die Unsymmetrie der Rotormassen erzeugten Schwingungen im wesentlichen am Fußlager des Rotors und die langsamen Schwingungen, die insbesondere als Präzessions- und Nutationsbewegungen auftreten, im wesentlichen durch Dämpfungsmittel gedämpft werden, die auf den Rotorkörper einwirken, nach Patentanmeldung D 29180III/82b, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Rotors (1) eine Achse (35) angeordnet ist, die in einem beweglichen Spurlager (37) ruht, welches mit Dämpfungsmitteln versehen ist.
2. Vorrichtung zur Stabilisierung der Rotorbewegung schnell umlaufender Zentrifugen, bei der die etwa mit der Frequenz der Rotordrehzahl durch die Unsymmetrie der Rotormassen erzeugten Schwingungen im wesentlichen am Fußlager des Rotors und die langsamen Schwingungen, die insbesondere als Präzessions- und Nutationsbewegungen auftreten, im wesentlichen durch Dämpfungsmittel gedämpft werden, die auf den Rotorkörper einwirken, nach Patentanmeldung D 29180111/82b, gekennzeichnet durch eine an der oberen Stirnseite des Rotors (1) vorgesehene Öffnung (15), in die ein oder mehrere an einem Dämpfungsglied angeordnete Arme (14) hineinragen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Öffnung elastische, mit Dämpfungsgliedern (13) gekoppelte Federn hineinragen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spurlager (37) aus einem eine Vertiefung aufweisenden Körper besteht, der unter Federwirkung in seiner Lage gehalten und gleichzeitig gedämpft wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spurlager (37) in einem Teller (36) angeordnet ist, welcher in eine dämpfende Flüssigkeit, z. B. Öl, taucht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teller (36) auf Kugeln (40) aufliegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rotor (1) tragende Achse (35) in einem Spurlager (37) ruht, das seinerseits in einem Konuskörper (43) angeordnet ist, der in einem mit Öl gefüllten Gefäß ruht. B. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuskörper (43) in einem konischen Gehäuse (47) angeordnet ist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Lage von Konuskörper (43) und Gehäuse (47) veränderlich ist. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel gleichzeitig in Richtung der Drehachse des Systems wirksam sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1049 924; britische Patentschriften Nr. 479 020, 615 464. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1071593.