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Zentrifuge mit Unwuchtausgleich Die Erfindung bezieht sich auf eine
Zentrifuge mit Unwuchtausgleich, bei der die in einer sie umgebenden, drehangetriebenen
Zwischentrommel konzentrisch zu deren Drehachse angeordnete Schleudertrommel radial
elastisch nachgiebig gegen die Zwischentrommel abgestützt ist und mit einer ebenfalls
konzentrisch zur Achse der Zwischentrommel angeordneten Ausgleichmasse derart in
Wirkverbindung steht, daß eine einseitige radiale Auslenkung der Schleudertrommel
aus der Drehachse der Zwischentrommel zwangläufig eine gegensinnige Auslenkung der
Ausgleichmasse bewirkt.
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Um die bei Zentrifugen meist unvermeidlichen Unwuchtkräfte zumindest
in einem gewissen Umfang auszugleichen, hat man bereits Ausgleichmassen verwendet,
die mit der Schleudertrommel der Zentrifuge umlaufen. So ist eine Zentrifuge mit
einseitig gelagerter Schleudertrommel bekannt, die an der Trommelwelle über gummielastische
Halterungen festgelegt ist, welche an den Enden eines drehfest mit der Welle verbundenen
Querarmes sitzen. In. diesen elastischen Halterungen sind achsparallel zur Schleudertrommelachse
angeordnete Bolzen gelagert, deren eines freies Ende mit je einem Punkt in der Nähe
des Umfanges an der Stirnseite der Trommel und deren anderes freies Ende mit einer
ringartigen Ausgleichmasse starr verbunden ist. Eine Unwucht der Schleudertrommel
führt zu einer radialen Winkelauslenkung der Trommel, wobei wegen der starren Verbindung
dieser Trommel mit der Ausgleichmasse diese in entgegengesetzt radialer Richtung
aus ihrer ursprünglich zur Antriebachse koaxialen Lage herausgeschwenkt wird. Derartige
Ausgleichanordnungen können nicht befriedigend arbeiten, weil die zum - wenn auch
nur angenäherten - Ausgleich notwendige Auslenkung nur in der Ebene senkrecht zu
dem die elastischen Halterungen tragenden Querarm möglich ist, während eine in der
Richtung dieses Querarmes vorhandene Unwucht nicht kompensiert werden kann.
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Man hat auch bereits versucht, bei einseitig gelagerten Schleudertrommeln
Unwuchtkräfte durch um die Achse der Trommel herum frei beweglich angeordnete Fliehgewichte
auszugleichen, die durch Reibung mitgenommen werden und sich radial zur Trommelachse
verschieben können. Derartige Fliehgewichtanordnungen arbeiten auch nicht zufriedenstellend,
weil die Verschiebung der frei beweglichen Fliehgewichte nicht zwangläufig gesteuert
wird und elastische Rückstellkräfte fehlen. Für einen »dynamischen« Ausgleich sind
große radiale Ausschlagwinkel der Trommel bzw. der Fliehgewichte nötig, was beispielsweise
bei Wasch- und Schleudermaschinen dazu zwingt, das die Schleudertrommel aufnehmende
Gehäuse mit unerwünscht großen Abmessungen auszuführen.
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Ein anderer Vorschlag sieht bei einer die Schleudertrommel an ihren
beiden Enden führenden, angetriebenen Halterung die Anordnung von einzelnen voneinander
unabhängigen Ausgleichmassen vor, die mit der Schleudertrommel gekuppelt sind und
bei einer durch die Unwucht bedingten radialen Auslenkung der Trommel gegenüber
der Halterung diese Auslenkung einerseits begrenzen und anderseits die Trommel gegenüber
der Halterung so einstellen sollen, daß die frei angetriebene Halterung um eine
»dynamisch ausgewuchtete« Achse umläuft. Die zur Lösung dieser Aufgabe empfohlenen
Anordnungen sind jedoch nicht praktisch anwendbar, weil die Begrenzungseinrichtungen
zum Anschlagen der Trommel führen und damit einzelne Schläge auf das Gehäuse übertragen
und anderseits die dynamisch ausgewuchtete Achse in eine Taumelbewegung übergeht,
ganz davon abgesehen, daß die einzelnen unabhängigen Ausgleichmassen kostspielig
sind und auch verwickelte Konstruktionen bedingen.
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Bei einer ersten Anordnung sind zwei Ausgleichgewichte in bezug auf
die Halterungsachse symmetrisch an in der Halterung festgelegten Schwenkbolzen derart
gelagert, daß sie um diese Bolzen etwa tangential geschwenkt werden können, und
mit der Schleudertrommel über je einen Mitnehmerbolzen gekuppelt. Eine Auslenkung
der Trommel gegenüber der Halterung ist nur in einer Richtung senkrecht zur Symmetrielinie
der beiden Schwenkbolzen der Ausgleichgewichte möglich, bei Vorliegen einer Unwucht
in. Richtung dieser Symmetrielinie ergibt sich jedoch keine Ausgleichwirkung.
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Bei einer zweiten Anordnung sind mehrere symmetrisch am Umfang der
Halterung verteilte Fliehgewichte unabhängig voneinander radial verschiebbar
und
mit der Trommel über in Ebenen senkrecht zur Drehachse angeordnete Hebelkuppelachsen
gekuppelt. Wenn die Halterung mit zunehmend höherer Drehzahl umläuft, drängen die
Fliehgewichte nach außen und üben auf die Trommel Kräfte aus, die im Sinn einer
Rückstellung der Trommel in die zur Halterung konzentrische Lage wirken. Die Angriffpunkte
dieser Kräfte an der Schleudertrommel sind jedoch gegenüber den Antriebpunkten der
Zentrifugalgewichte um größere Winkel verschoben, so daß kein Ausgleich durch der
Unwucht genau entgegengesetzte Kräfte zustande kommen kann. Vor allem ist bei diesen
vorgeschlagenen Anordnungen keine elastische Rückführkraft vorhanden, so daß beim
Eintreten einer Unwucht sowohl die Auslenkung der Trommel als auch der Ausgleichgewichte
nur durch mechanische, konstruktiv bedingte Anschläge in. einer relativen Lage der
Teile zueinander begrenzt wird, in der kein echter Ausgleich gegeben ist.
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Um einen Unwuchtausgleich durch einwandfrei gegensinnige Auslenkung
einer Ausgleichmasse zu erzielen, hat man bei den bekannten Zentrifugen der eingangs
genannten Art als Ausgleichmasse auch eine Flüssigkeit benutzt, die sich in. einem
elastisch verformbaren Schlauchring befindet, der mit seiner Innenseite am Außenumfang
der Schleudertrommel in einer im Querschnitt U-förmigen Halterung befestigt ist
und sich bei einer einseitigen radialen Auslenkung der Schleudertrommel aus der
Drehachse der Halterung an ein nach innen offenes U-Profil der Halterung anlegt.
Dadurch wird der elastische Ringschlauch in Richtung der Unwucht zusammengedrückt
und ein Teil der Flüssigkeit innerhalb des Ringschlauches an dessen gegenüberliegende
Seite verdrängt, an der sich der Ringschlauch frei ausdehnen kann. Dabei tritt eine
der Auslenkung der Schleudertrommel gegensinnige Verschiebung oder Auslenkung des
Schwerpunktes der gesamten Flüssigkeitsmasse ein, die eine Gegenunwuchtkraft ergibt.
Eine solche Anordnung, bei der Flüssigkeit in einer der Auslenkbewegung der Schleudertrommel
gegensinnigen Richtung verdrängt wird, hat aber den Nachteil, daß die durch diese
Verdrängung erzielbare Schwerpunktverlagerung nicht so groß gemacht werden kann,
daß sie einen ausreichenden Unwuchtausgleich ergibt. Die Schwerpunktverschiebung
der Flüssigkeit in dem Schlauchring ist stets kleiner als die Auslenkung der Schleudertrommel,
außerdem steht nur die einseitige radiale Unwuchtkraft der Schleudertrommel für
die Verdrängung der Flüssigkeit zur Verfügung, auf die außerdem noch durch die Fliehkraft
und die Elastizität des elastisch gedehnten Schlauches eine Rückführkraft ausgeübt
wird, die die Flüssigkeit in die konzentrische Lage zur Drehachse der Zwischentrommel
zurückzuführen sucht. Derartige Unwuchtausgleichanordnungen haben sich infolgedessen
nicht bewährt.
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Die Erfindung geht von dem gleichen Grundgedanken, nämlich der zwangsweisen
gegensinnigen Auslenkung einer Ausgleichmasse aus, bei der jedoch als Ausgleichmasse
keine zu verdrängende Flüssigkeit, sondern ein starres System verwendet wird, das
mit der Schleudertrommel mechanisch derart gekoppelt ist, daß jede Auslenkung der
Trommel aus der Drehachse der Halterung eine größere entgegengesetzt gerichtete
Auslenkung der starren Ausgleichmasse bewirkt. Dadurch, daß die starre Ausgleichmasse
bei jeder Auslenkung der Schleudertrommel um einen größeren Betrag in. einer der
Auslenkung der Schleudertrommel entgegengesetzten Richtung aus der Drehachse der
Zwischentrommel ausgelenkt wird, wächst die Gegenunwuchtkraft der Ausgleichmasse
schneller an als die Unwuchtkraft der um einen geringeren Betrag ausgelenkten Schleudertrommel,
selbst wenn diese bereits in. ihrer zur Drehachse der Zwischentrommel konzentrischen
Lage eine gewisse Ausgangsunwucht aufweist, die durch ungleichmäßige Verteilung
des in der Schleudertrommel befindlichen Gutes gegeben ist. Infolgedessen stellt
sich bei einer bestimmten Auslenkung der Schleudertrommel und einer entsprechend
größeren Auslenkung der starren Ausgleichmasse unter Zusammendrücken der elastisch
nachgiebigen Stützelemente der Schleudertrommel ein Ausgleichzustand ein, bei dem
die Gegenunwucht der Ausgleichmasse die Unwucht der Schleudertrommel praktisch ausgleicht.
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Eine entsprechend den vorstehenden überlegungen erfindungsgemäß ausgebildete
Zentrifuge mit einem Unwuchtausgleich der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Schleudertrommel durch über ihren Umfang gleichmäßig verteilte doppelarmige,
an der Zwischentrommel in ihrem Drehpunkt abgestützte Hebel mit einer starren Ausgleichmasse
gekoppelt ist, wobei die Schleudertrommel an den kürzeren und die Ausgleichmasse
an den längeren Hebelarmen der doppelarmigen Hebel befestigt ist.
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Die Kopplung der Schleudertrommel mit der starren Ausgleichmasse über
die an der Zwischentrommel in ihrem Drehpunkt abgestützten Hebel, die eine kleine
Auslenkbewegung der Schleudertrommel in eine große Auslenkbewegung der starren Ausgleichmasse
übersetzen, macht es möglich, mit verhältnismäßig kleinen Ausgleichmassen auszukommen
und dennoch eine praktisch völlige Kompensation der Unwucht zu erzielen.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die doppelarmigen Hebel derart
anzuordnen, daß sie in der Ruhelage der Schleudertrommel und der Ausgleichmasse
etwa parallel zur Drehachse der Zwischentrommel liegen.
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Zur Erläuterung der Erfindung sind zwei in. den Zeichnungen dargestellte
Ausführungsbeispiele einer Zentrifuge mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Unwuchtausgleich
ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 einen schematischen Axialschnitt
durch eine Zentrifuge mit vertikaler Schleudertrommel im Stillstand, F i g. 2 eine
Teildarstellung eines Horizontalschnittes längs der Schnittlinie II-II in F i g.
1, die lediglich eine Draufsicht auf das innere System der Zentrifuge enthält, F
i g. 3 eine Axialschnittdarstellung ähnlich F i g.1, bei der die Teile des rotierenden
Systems in einer Stellung dargestellt sind, die sie bei einer größeren Unwucht der
umlaufenden Schleudertrommel einnehmen, F i g. 4 eine der F i g. 2 entsprechende
Draufsicht auf das rotierende System gemäß F i g. 3, F i g. 5 eine vergrößerte Teildarstellung
eines Axialschnittes einer Zentrifuge mit horizontaler Schleudertrommel, die die
Abstützung der Schleudertrommel
und ihre Kupplung mit einem Ausgleichgewicht
darstellt, F i g. 6 eine vereinfachte Teilschnittdarstellung längs der Schnittlinie
VI-VI in F i g. 5 und F i g. 7 einen Axialschnitt durch eine weitere Art der Anordnung
der Schleudertrommel.
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Die in F i g. 1 bis 4 dargestellte Zentrifuge mit vertikaler Schleudertrommel
enthält in ihrem Gehäuse 1 einen Antriebmotor 2, der die käfigartige Zwischentrommel
3 für die Schleudertrommel 4 über die im Gehäuse 1 gelagerte Welle 5 antreibt.
Die Schleudertrommel 4 ist koaxial zur Drehachse 6 der Zwischentrommel 3 angeordnet
und gegen die Zwischentrommel durch über ihren Umfang gleichmäßig verteilte elastisch
nachgiebige Stützglieder 7 abgestützt. Die Stützglieder 7 können Druck- oder Zugfedern
bzw. gummielastische Stützelemente sein, sie haben lediglich den Zweck, eine radiale
Auslenkung der Schleudertrommel 4 gegenüber der Drehachse 6 zuzulassen und außerdem
mit zunehmender Auslenkung ansteigende Rückführkräfte zu erzeugen, die die Schleudertrommel
4 in ihre zentrische oder koaxiale Lage zur Zwischentrommel 3 zurückführen.
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Die Schleudertrommel 4 ist ferner an ihren beiden Stirnseiten an einander
gleichen Armen etwa parallel zur Drehachse 6 liegender doppelarmiger Hebel 8 aufgehängt,
die gleichmäßig über den Umfang der Schleudertrommel 4 verteilt und mit ihren Drehpunkten
9 an Stützen 10 gelagert sind, die ihrerseits fest an der Zwischentrommel 3 sitzen.
An den anderen Armen der doppelarmigen Hebel 8 sind ringartig ausgebildete Ausgleichgewichte
11 befestigt, die durch ihre spielfreie aber gelenkige Verbindung mit den doppelarmigen
Hebeln 8 in bezug auf radiale Auslenkbewegungen gegenüber der Drehachse 6 zwangläufig
mit der Schleudertrommel 4 gekoppelt sind. Auch die Ausgleichgewichte 11 werden
durch die elastisch nachgiebigen Stützglieder 7 der Schleudertrommel 4 im Stillstand
der Zentrifuge konzentrisch zur Drehachse 6 gehalten, so daß in der Ruhelage die
Schwerpunkte der leeren Schleudertrommel 4 und der Ausgleichgewichte 11 genau in
der Drehachse 6 der Zwischentrommel 3 liegen. Diese konzentrische Lage ist aus F
i g. 2 zu erkennen.
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Die Zwischentrommel 3, die Schleudertrommel 4 und die Ausgleichgewichte
11 liegen zusammen mit den elastischen Stützgliedern 7 und den beiden Kränzen der
doppelarmigen Hebel 8 innerhalb der beim Waschen die Waschlauge aufnehmenden Außentrommel
12, die an ihrer Oberseite eine öffnung 13 aufweist, welche in bekannter Weise durch
einen schwenkbaren Deckel 14 verschließbar ist. An der tiefsten Stelle der Außentrommel
12 ist ein Ablauf 15 vorgesehen. Die Schleudertrommel 4 weist Löcher 16 und an ihrer
Oberseite eine zentrale öftnung 17 auf, deren Rand 18 nach innen gebördelt ist.
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Wenn z. B. die Wäsche W geschleudert wird, preßt sie sich an die innere
Mantelfläche der Schleudertrommel 4 an, wobei sie sich unregelmäßig zusammenballt.
Dadurch liegt der Massenschwerpunkt S der Schleudertrommel 4 nicht mehr genau in
der Drehachse 6 der Zwischentrommel 3, und an der Schleudertrommel 4 tritt eine
Unwuchtkraft auf, die die Schleudertrommel in Richtung der exzentrischen Lage ihres
Schwerpunktes radial nach außen drückt, wie F i g. 3 zeigt. Dabei werden die elastisch
nachgiebigen Stützglieder 7 an der in Richtung der Unwucht liegenden Seite der Schleudertrommel
4 zusammengedrückt (vgl. die Stützglieder 7' in F i g. 3) und an der entgegengesetzten
Seite (vgl. die Stützglieder 7") gedehnt bzw. entlastet. Die Schleudertrommel 4
verschiebt bei ihrer radialen Auslenkung über die doppelarmigen Hebel 8 nun zwangläufig
die Ausgleichgewichte 11 in einer radialen Richtung, die der Auslenkbewegung der
Schleudertrommel 4 direkt entgegengesetzt ist, wobei die Auslenkung der an den längeren
Hebelarmen befestigten Ausgleichgewichte 11 entsprechend dem Hebelarmverhältnis
größer ist als die Auslenkung der Schleudertrommel 4. An den mit ihrem Schwerpunkt
S' aus der Drehachse 6 - und zwar genau entgegengesetzt zur Auslenkung des Schwerpunktes
S der Schleudertrommel 4 - ausgelenkten Ausgleichgewichten greifen nun Fliehkräfte
an, die den Unwucht-. kräften der Schleudertrommel 4 genau entgegenwirken. über
die doppelarmigen Hebel 8 werden diese Fliehkräfte der Ausgleichgewichte
auf die Stützen 10 der Hebel 8 und damit auf die Zwischentrommel 3 übertragen, wo
sie einen vollständigen Ausgleich der Unwuchtkräfte herbeiführen, so daß die Zwischentrommel
3 ruhig läuft und keine störenden Erschütterungen der Zentrifuge auftreten.
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F i g. 4 zeigt die Einstellung der Schleudertrommel 4 und der Ausgleichgewichte
11, die sie beim Schleudern einnehmen, wenn die Schleudertrommel 4 eine größere
Unwucht aufweist.
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Die für eine Zentrifuge mit vertikaler Schleudertrommel beschriebene
Wirkungsweise der neuen Zentrifuge ist ohne weiteres auch bei einer Zentrifuge mit
horizontaler Schleudertrommel anwendbar.
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In F i g. 5 und 6 ist an dem Beispiel einer Hebelübertragung veranschaulicht,
wie bei einer Zentrifuge mit horizontaler Schleudertrommel die Ausbildung und Anordnung
der doppelarmigen Hebel, der Ausgleichgewichte und der elastisch nachgiebigen Stützglieder
am Trommelumfang zu erfolgen hat. Die in diesem Fall als Profileisenkäfig 19 ausgeführte
Zwischentrommel für die Schleudertrommel 20 weist einen aus einem U-Eisen 24 hergestellten
Ring 21 auf, durch den als Augenbolzen 22 ausgeführte Stützen für die doppelarmigen
Hebel 8 radial hindurchragen. Die Augenbolzen 22 sind durch gebogene Blattfedern
23 gegen das U-Eisen 24 abgestützt und können durch Anziehen der Einstellmuttern
25 fest angespannt werden. In den Augen 26 der Augenbolzen 22 ist je ein doppelarmiger
Hebel 8 gelagert, an dessen kurzem Hebelarm 27 über ein Kettenglied 28 die Schleudertrommel
20 aufgehängt ist, während an dem langen Hebelarm 29 des doppelarmigen Hebels 8
ein weiteres Kettenglied 30 angreift, an dem das ringförmige Ausgleichgewicht 11
hängt. Das Ausgleichgewicht 11 ist an fest mit der Schleudertrommel verbundenen
Zapfen 31 geführt, die durch kreisförmige Durchbrüche 32 des Ausgleichgewichtes
11 hindurchgreifen und mit zwei kreisförmigen Deckplatten 33 a und
33 b das Ausgleichgewicht 11 an axialen Bewegungen hindern, radiale Bewegungen
aber in sämtlichen Richtungen zulassen.
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Als elastisch nachgiebige Stützglieder für die Schleudertrommel 20
dienen jeweils zwei zueinander geneigt angeordnete Wickelfedern 34, die einerseits
in Ösen 35 des Profileisenkäfigs 19 und anderseits in eine öse 36 an der Schleudertrommel
20 eingehängt sind.
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Durch Anziehen der Einstellmuttem 25 der Augenbolzen 22 wird
die Schleudertrommel 20 zusammen mit den Ausgleichgewichten 11 spielfrei
gegen den
Profileisenkäfig 19 verspannt. Die Spielfreiheit
zwischen der Schleudertrommel 20 und den Ausgleichgewichten 11 ist notwendig, um
eine zwangläufige Kupplung der gegensinnigen Auslenkbewegungen zwischen diesen sicherzustellen.
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Da der Unwuchtausgleich.vollkommen selbsttätig wirkt, paßt er sich
auch während des Schleudervorganges auftretenden Änderungen der Schleudertrommelunwucht
sofort an. Solche Unwuchtänderungen können z. B. durch Verringerung des Gewichtes
der Wäsche beim Ausschleudern der Feuchtigkeit oder durch deren weitere Verlagerung
innerhalb der Schleudertrommel bedingt sein.
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Bei der Montage der Zentrifuge, wie sie in F i g. 1 bis 6 dargestellt
ist, muß lediglich die richtige Bemessung und Einstellung der elastisch nachgiebigen
Stützglieder 7 bzw. der Wickelfedern 34 beachtet werden, damit die Rückführkräfte
bei der Auslenkung der Schleudertrommel stärker zunehmen als die durch diese Auslenkbewegung
vergrößerten Fliehkräfte der Schleudertrommel und der Ausgleichgewichte.
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In den Ausführungsbeispielen sind die Ausgleichgewichte als ringförmige
Scheiben jeweils an den beiden Stirnseiten der umlaufenden Schleudertrommel angeordnet
und die doppelarmigen Hebel für die gegensinnige Kupplung der Auslenkbewegungen
von Schleudertrommel und Ausgleichgewichten am Umfang der Schleudertrommel vorgesehen.
Die gleiche Wirkung läßt sich aber erzielen, wenn auf jeder Stirnseite der Schleudertrommel
nur je ein sich in Achsrichtung erstreckender Hebel angeordnet wird, der im Mittelpunkt
der Stirnfläche der Schleudertrommel an dieser gelenkig befestigt ist und dessen
Gelenkpunkt in der Drehachse des Zwischengliedes festgelegt wird, während an den
freien Hebelarmen je ein Ausgleichgewicht befestigt ist.
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Weiterhin kann auch mit nur einem einzigen Ausgleichgewicht ausgekommen
werden, wenn es als Zylinder zwischen den Mantelflächen der Schleudertrommel und
der Zwischentrommel angeordnet wird und die doppelarmigen Hebel, deren kurze Hebelarme
mit den Enden der Schleudertrommel verbunden sind, mit ihren längeren Hebelarmen
an den Enden dieses Zylinders angreifen. Auch bei einer derartigen Anordnung wird
eine ungleichmäßige Verteilung der Schleudertrommelunwucht, die sich an beiden Enden
der Schleudertrommel durch ungleiche Auslenkung bemerkbar macht, durch entsprechend
unterschiedliche Auslenkung der beiden Enden des Ausgleichgewichtzylinders beseitigt.
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F i g. 7 zeigt eine Schleudertrommel 49, die über zwei Kränze von
doppelarmigen Hebeln 8 mit ringförmigen Ausgleichgewichten 11 gekoppelt ist, wobei
die Drehpunkte 9 der doppelarmigen Hebel 8 gegen Innenflansche der Zwischentrommel
50 abgestützt und die elastischen Stützelemente, die die Kräfte für die Rückführung
der Schleudertrommel 49 und der Ausgleichgewichte 11 liefern, als elastisch nachgiebige
Ringe 51 ausgeführt sind, die, abweichend von der Anordnung gemäß F i g. 1 bis 6,
an den längeren Hebelarmen der doppelarmigen Hebel 8 angreifen. Diese Darstellung
soll lediglich zeigen, daß die elastische Abstützung der Schleudertrommel 49 nicht
unbedingt unmittelbar zwischen der Schleudertrommel 49 und der Zwischentrommel 50
eingeschaltet zu sein braucht, sondern auch an den Ausgleichgewichten 11 bzw. den
doppelarmigen Hebeln 8 angreifen kann.