DE19813436A1 - Zentrifuge mit Kupplungsstück zwischen Antriebsmotor und Rotor - Google Patents

Abstract

Eine Labor-Zentrifuge weist einen elastisch und gedämpft gelagerten Rotor auf, der über eine ihn tragende, sich drehende Hohlwelle mittels einer Spindel über einen Wellenstumpf eines Antriebsmotors in Drehung versetzt wird; sowohl der Antriebsmotor als auch die Rotor-Einheit bilden jeweils ein eigenständiges schwingungsfähiges System, die jeweils unabhängig voneinander gelagert sind; hierzu ist die Spindel als Gelenkwelle ausgebildet, die an ihrem unteren Ende zur Drehmoment-Übertragung ein Kupplungsstück mit zum Teil kugelförmiger Oberfläche aufweist, das Kupplungsstück weist wenigstens eine radial zur Drehachse verlaufende spaltförmige Ausnehmung auf, in die eine Erhebung auf der Innenfläche eines Hohltreibelements des Wellenstumpfs eingreift. Auf diese Weise ist ein Schwenkbereich der Gelenkwelle der Rotor-Einheit gegenüber der vertikalen Drehachse des Antriebsmotors um 10 DEG möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere Labor-Zentrifuge, mit einem elastisch und gedämpft gelagerten Rotor, der über eine ihn tragende, sich drehende Hohlwelle mittels einer Spindel von einem abgefederten Antriebsmotor in Drehung versetzt wird, wobei die Spindel als Gelenkwelle ausgebildet ist, die an ihrem unteren Ende zur Drehmoment-Übertragung ein Kupplungsstück mit zum Teil kugelförmiger Oberfläche aufweist, wobei das Kupplungsstück in einen hohlen Wellenstumpf des Antriebsmotors eingreift.

Aus der DE 23 27 099 C3 ist eine Zentrifuge mit einem stehend gelagerten Rotor bekannt, der über eine ihn tragende senkrechte Welle von einem Antriebsmotor hochtourig angetrieben wird; der Rotor ist mit einem oberen nachgiebig auf einem Lagerbock abgestützten Radial- und Axiallager für die Welle versehen, wobei der Antriebsmotor starr am Lagerbock befestigt ist. Die Welle ist mit dem Motor über ein Kupplungsstück begrenzt räumlich schwenkbar verbunden, dessen Form durch den Schnitt einer Kugelzone (mit waagerechten Begrenzungsflächen) mit einer Zylinderfläche (mit waagerechter durch den Kugelmittelpunkt verlaufenden Achse) gebil­ det ist, wobei in einer koaxialen Bohrung des Wellenstumpfs des Motors mit dem Durchmesser der Kugelfläche ein Gegenstück mit einem mittigen nach oben offenen Querschlitz von der Breite des Zylinderdurchmessers befestigt ist; der Kugelmittelpunkt liegt auf Höhe des Lagers, über das der Wellenstumpf im Motorlagerschild gelagert ist.

Als problematisch erweist sich bei dieser Anordnung, daß die Antriebsspindel zwar eine winkel­ mäßige Verstellung gegenüber dem Wellenstumpf des Motors ermöglicht, jedoch eine Entkopp­ lung zwischen Antriebs- und Spindelschwingungen nicht ohne weiteres möglich ist, da das Stützlager für den Rotor auf dem Lagerbock des Motors mittels Dämpfungsgliedern befestigt ist; trotz der Dämpfungsglieder zwischen Lagerbock und Spindel bzw. Rotorspindeleinheit muß hier mit Überlagerung von Schwingungen des Antriebsmotors und des Rotors gerechnet werden.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine vollständige Entkopplung von Schwingungen der Ro­ torspindeleinheit und der Antriebseinheit zu erzielen, wobei eine möglichst einfache technische Konstruktion zugrundegelegt werden soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl der Antriebsmotor als auch die Rotor-Einheit eigenständig schwingungsfähige Systeme sind, die beide unabhängig voneinan­ der gelagert sind.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß Rotorspindeleinheit und Antriebseinheit - geräte­ mäßig gesehen - zwei völlig unabhängig voneinander gelagerte Systeme sind, zwischen denen keine Übertragungen von Schwingungen mehr möglich sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Drehmomentübertragung vom Antrieb auf die Spindel- bzw. den Rotor antriebsseitig mittels eines Hohltreibelementes mit TORX-Innenprofil und spindelseitig mittels einer torsionssteifen, biegeweichen Gelenkwelle mit TORX-Kugelkopf ("TORX" ist eine eingetragene Marke der Textron Inc., Providence, USA). Diese Ankopplung besitzt praktisch keine innere Dämpfung (Elastomerkupplungen, Balgkupplungen - wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind - besitzen z. T. erhebliche innere Dämpfung). Hieraus re­ sultiert ein sehr stabiler Lauf, speziell Instabilitäten des Systems werden hierdurch wirkungsvoll vermieden.

Mit Hilfe des TORX-Kugelkopfes in Verbindung mit dem TORX-Innenprofil kann eine axialver­ schiebliche Kupplung konzipiert werden, die frei winkelverstellbar ist, und - was sich für den Re­ sonanzdurchgang des Systems besonders vorteilhaft auswirkt - als Gleichlaufgelenk funktio­ niert. Hierdurch werden Drehschwingungen durch ungleichförmige Drehübertragung ausgeschlossen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung weist der Wellenstumpf des Antriebsmotors ein Hohltreibelement mit Innenprofil auf; weiterhin ist die Spindel als torsi­ onssteife, biegeweiche Gelenkwelle ausgebildet, die an ihrem Ende als Kupplungsstück einen Kugelkopf zur axial verschieblichen Kopplung gegenüber dem Innenprofil des Hohltreibele­ ments aufweist; die Drehmoment-Übertragung erfolgt zwischen Hohltreibelement und Kugelkopf durch Formschluß; dabei ist zur Drehmoment-Übertragung wenigstens eine radial zur Drehachse verlaufende spaltförmige Ausnehmung des Kugelkopfes vorgesehen, in die eine Erhebung auf der Innenfläche des Hohltreibelements eingreift; weiterhin ist die Spindel mittels zweier im Abstand angeordneter Lager in einer Spindelnabe drehbar gelagert, die über wenig­ stens zwei axial im Abstand zueinander angeordnete Dämpfungselemente mit einem sie umge­ benden Spindelgehäuse verbunden ist, wobei das Spindelgehäuse ungefedert mit dem Chassis der Zentrifuge verbunden ist; dabei sind im axialen Abstand jeweils wenigstens drei Dämpfung­ selemente pro Ebene zwischen Spindelnabe und Spindelgehäuse angeordnet. Der Antriebsmo­ tor ist über wenigstens ein Dämpfungselement mit einem Motorträger verbunden, der mittels ei­ nes Zentrier-Ringes senkrecht zur Drehachse des Antriebsmotors angeordnet ist.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß der Antriebsmotor über ein bzw. mehrere Dämp­ fungselemente mit einem Motorträger verbunden ist, der seinerseits mittels eines Zentrier-Rin­ ges senkrecht zur Drehachse des Antriebsmotors verschiebbar angeordnet ist; es ist somit möglich mittels einer Justiervorrichtung, bzw. mittels Justierschrauben eine koaxiale Ankopp­ lung des Antriebsmotors an die Rotor/Spindeleinheit zu ermöglichen.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 und 1a näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine teilweise dargestellte Zentrifuge entlang der Rotorachse;

Fig. 1a zeigt im Ausschnitt das Hohltreibelement 10 mit dem eingesetzten Kugelkopf am Ende der Gelenkwelle gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 1a weist die Zentrifuge 1 ein hier nur schematisch ausschnittsweise dargestelltes Zentrifugengehäuse 2 auf, in dem sich ein Chassis 3 zur Halterung von An­ triebseinheit 4 und Rotoreinheit 5 mit Achse 6 befindet. Die Antriebseinheit 4 weist einen An­ triebsmotor mit vertikaler Achse 7 auf, wobei ein zur Rotoreinheit 5 gerichteter Wellenstumpf 9 der Antriebseinheit 4 mit einem Hohltreibelement 10 mit Innenprofil versehen ist; in das Hohltreibelement ragt in eine, in einer Spindelnabe 12 gelagerte Gelenkwelle 8 mit ihrem am Ende als Kopplungsstück ausgebildeten Kugelkopf 11 hinein, so daß ein formschlüssiger Ein­ griff des Kugelkopfs 11 in dem Hohltreibelement 10 vorliegt. Die Drehmoment-Übertragung er­ folgt gemäß Fig. 1a dadurch, daß der Kugelkopf 11 wenigstens eine radial zur Drehachse 7 verlaufende spaltförmige Ausnehmung aufweist, in die eine Erhebung auf der Innenfläche des Hohltreibelements 10 eingreift. Auf diese Weise ist ein Schwenkbereich der Gelenkwelle gegenüber der vertikalen Achse bis 10° möglich. Die Spindel 13 ist mittels zweier entlang der vertikalen Achse 7 im Abstand angeordneter Wälzlager 14, 15 gelagert, wobei die Spindelnabe 12 ihrerseits wieder durch entlang der Achse 7 im Abstand angeordneter Dämpfungselemente 16,17 mit dem Spindelgehäuse 18 verbunden sind. Das Spindelgehäuse 18 ist ohne Dämp­ fungs- oder Federungselemente direkt mit dem Chassis 3 verbunden.

Die Antriebseinheit 4 ist über wenigstens ein Dämpfungselement 20 mit einem Motorträger 21 verbunden, der seinerseits über einen Zentrier-Ring 22 mit dem Chassis 3 so verbunden ist, daß die vertikale Achse 7 von Antriebseinheit 4 und die Achse 6 der Rotoreinheit 5 zueinander koaxial sind. Aufgrund des für eine Tischzentrifuge einzigartigen Spindelantriebs ist die Gelenk­ welle 8 elastisch und gedämpft gelagert. Die Antriebseinheit 4 ist von der Rotoreinheit 5 voll­ ständig entkoppelt, so daß eventuelle Motorschwingungen nicht auf die Rotoreinheit übertragen werden. Somit ergibt sich für die in der Rotoreinheit befindlichen Proben eine erhöhte Laufruhe.

Claims (8)

1. Zentrifuge, insbesondere Labor-Zentrifuge, mit einem elastisch und gedämpft gelagerten Rotor, der über eine ihn tragende, sich drehende Hohlwelle mittels einer Spindel von ei­ nem abgefederten Antriebsmotor in Drehung versetzt wird, wobei die Spindel als Gelenk­ welle ausgebildet ist, die an ihrem unteren Ende zur Drehmoment-Übertragung ein Kupp­ lungsstück mit zum Teil kugelförmiger Oberfläche aufweist, wobei das Kupplungsstück in einen hohlen Wellenstumpf des Antriebsmotors eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Antriebsmotor (4) als auch die Rotor-Einheit (5) eigenständig schwingungsfä­ hige Systeme sind, die beide unabhängig voneinander gelagert sind.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenstumpf (9) der An­ triebseinheit (4) ein Hohltreibelement mit Innenprofil aufweist.

3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel als torsionssteife, biegeweiche Gelenkwelle (8) ausgebildet ist, die an ihrem Ende als Kupplungsstück einen Kugelkopf (11) zur axial verschieblichen Kopplung gegenüber dem Innenprofil des Hohltreibelements (10) aufweist.

4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmoment-Übertragung zwischen Hohltreibelement (10) und Kugelkopf (11) durch Formschluß erfolgt.

5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehmoment-Übertragung wenigstens eine radial zur Drehachse (6) verlaufende spaltförmige Ausnehmung des Kugelkopfes (11) vorgesehen ist, in die eine Erhebung auf der Innenfläche des Hohltrei­ belements (10) eingreift.

6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel mittels zweier im Abstand angeordneter Lager (14, 15) in einer Spindelnabe (12) drehbar gelagert ist, die über wenigstens zwei axial im Abstand zueinander angeordnete Dämp­ fungselemente (16, 17) mit einem sie umgebenden Spindelgehäuse (18) verbunden ist, wobei das Spindelgehäuse (18) ungefedert mit dem Chassis (3) der Zentrifuge (1) ver­ bunden ist.

7. Zentrifuge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im axialen Abstand jeweils wenigstens drei Dämpfungselemente (16, 17) pro Ebene zwischen Spindelnabe (12) und Spindelgehäuse (18) angeordnet sind.

8. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ triebseinheit (4) über wenigstens ein Dämpfungselement (20) mit einem Motorträger (21) verbunden ist, der mittels eines Zentrier-Ringes (22) senkrecht zur Drehachse des An­ triebsmotors angeordnet ist.