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Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge mit einer besonderen Verbindungsstruktur für deren Rotor mit einer Antriebswelle.
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Eine gattungsgemäße Zentrifuge mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Anspruchs 1 ist aus der
US 330 345 A bekannt, wobei eine elastische Lagerung der Antriebswelle gezeigt ist. In der
US 1 495 993 A wird weiterhin ein Rotor mit nach außen verlaufenden Armen beschrieben. Die
DE 266 699 A zeigt eine Aufnahme einer Antriebswelle mittels einer Kalottenanordnung, die
US 996 776 A mittels einer Kegelanordnung.
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In einer herkömmlichen Zentrifuge ist ein als unabhängiges Bauteil ausgebildeter Rotor 1 mit der Antriebswelle 3 eines Motors 2 verbunden, wie in 4 schematisch dargestellt. In einer derartigen Zentrifuge gemäss dem Stand der Technik wird eine Verbindungsstruktur verwendet, bei der in der Antriebswelle 3 radiale Zapfen 4 eingesetzt sind und in den Innenumfangswänden einer in der Bodenfläche des Rotors 1 ausgebildeten Lagerung 5 mehrere Nuten 6 ausgebildet sind, wodurch der Rotor 1 mit der Antriebswelle 3 verbunden wird.
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In dieser herkömmlichen Zentrifuge ist der Rotor 1 im wesentlichen vollständig auf dem Motor bzw. der Antriebswelle 3 des Motors 2 gelagert, weshalb in Fällen, wo das Schwerpunktzentrum des Rotors 1 nicht mit dem Achszentrum der Antriebswelle 3 zusammenfällt, die Gefahr besteht, dass der Rotor 1 exzentrisch gedreht wird. In solchen Fällen zeigt der Rotor 1 einen Kreiseleffekt, wodurch dieser die horizontale Ausrichtung beizubehalten versucht und dabei die Gefahr besteht, dass der Rotor 1 stark vibriert, so dass die Antriebswelle 3 verbogen wird und die Lebensdauer der Antriebswelle 3 verkürzt wird. Wenn die Vibration im Rotor 1 stark wird, besteht die Gefahr, dass auch der Rotor 1 ernstlich beschädigt wird.
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Angesichts dessen wird versucht, die Verbiegung der Antriebswelle 3 dadurch zu reduzieren, dass die oben beschriebene Last der Antriebswelle 3 durch eine federnde Lagerung des Motors 2 auf dem Anlagenrahmen absorbiert wird, so dass der Motor 2 verlagert wird. Wenn eine derartige Konfiguration gewählt wird, wird jedoch in Fällen, wo das Schwerpunktzentrum des Rotors 1 nicht mit dem Achszentrum der Antriebswelle 3 zusammenfällt, wie oben angemerkt, die sich beim Drehen des Rotors 1 entwickelnde Dezentrierung erheblich.
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Zur Lösung von Problemen wie diesem ist in der
japanischen Gebrauchsmusterschrift Nr. S48-57774/1973 eine Technik offenbart, wobei neben der federnden Lagerung des Motors auf dem Anlagenrahmen auch der Rotor federnd auf der Antriebswelle gelagert ist. In den letzten Jahren sind jedoch Zentrifugen immer gebräuchlicher geworden, bei denen Behälter
7 so auf dem Rotor
1 gelagert sind, dass sie frei schwingen oder pendeln können, wie in
4 schematisch dargestellt. Bei Zentrifugen wie dieser ist es sehr schwierig, das Schwerpunktzentrum des Rotors
1 mit der Antriebswelle
3 in Übereinstimmung zu bringen, insbesondere wenn die Masse des Rotors
1 groß ist. Aus diesem Grund ist es kaum möglich, ein exzentrisches Drehen des Rotors
1 oder ein Verbiegen der Antriebswelle
3 sicher zu verhindern.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zentrifuge bereitzustellen, mit der eine stabile Rotor-Drehung verwirklicht und die Haltbarkeit der Lagerung bzw. Verbindungsstruktur verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Zentrifuge gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Zentrifuge sind Gegenstand des Unteranspruches.
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Da der Rotor frei verschwenkbar auf der Kugelfläche der Antriebswelle befestigt ist, dreht der Rotor rund und erschütterungsfrei, ungeachtet der eventuellen Abweichung zwischen der Position des Schwerpunktzentrums des Rotors und des Achszentrums der Antriebswelle. Hierbei erstrecken sich vom Mittelpunkt des Rotors aus Arme radial nach außen, an deren Enden Behälter derart angebracht sind, dass sie frei schwingen können. Das Zentrum des Rotors ist dabei in einer Ebene angeordnet, die das Schwenkzentrum der Arme beinhaltet. Auf Basis dieser Zentrifuge wird der Rundlauf des Rotors noch weiter verbessert.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zentrifuge anhand der Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Perspektivansicht einer Zentrifuge gemäss der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Querschnittansicht zur Darstellung der Einbauweise eines Motors und dessen Verbindung mit einem Rotor in der Zentrifuge nach 1;
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3 eine vergrößerte Querschnittansicht einer Verbindungseinheit zwischen einem Rotor und einer Antriebswelle in der Zentrifuge nach Anspruch 1; und
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4 eine Querschnittansicht einer Verbindungsstruktur zwischen einem Rotor und einer Antriebswelle in einer herkömmlichen Zentrifuge.
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1, 2 und 3 sind schematische Darstellungen einer Zentrifuge gemäss der vorliegenden Erfindung. In dieser Zentrifuge ist ein Rotor 10 separat ausgebildet. Dieser Rotor 10 ist auf einer Antriebswelle 31 eines Motors 30 befestigt, wie in 2 und 3 dargestellt. Wie in 1 dargestellt, weist der Rotor 10 vier Arme 11 auf, die sich radial nach außen erstrecken. An den Enden dieser Arme 11 sind Halterungen 11a und 11a ausgebildet, die gabelartig geteilt sind und als Schwenkzentren dienen. In den Halterungen 11a und 11a sind nach oben offene Nuten 12 und 12 ausgebildet. Der Rotor 10 weist auch Behälter 13 auf. Diese Behälter 13 sind rechteckig ausgebildet, wobei zwischen deren beiden Seitenteilen jeweils eine Achse 14 befestigt ist. Jede dieser Achsen 14 reicht jeweils bis zur Außenseite der beiden Seitenteile. Die Enden dieser überstehenden Achsenteile sind passgenau in die Nuten 12 und 12 in den Halterungen 11a und 11a eingesetzt, so dass die Behälter 13 freischwingend bzw. pendelnd durch die Arme 11 gehalten sind.
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Wie in der vergrößerten Ansicht in 3 schematisch dargestellt, ist ferner eine Lagerhülse 15 aus Metall, z. B. aus Messing, durch Schraubenbolzen 16 mittig in der Bodenfläche 10a des Rotors 10 fest angebracht. In dieser Lagerhülse 15 ist eine an der Unterseite offene Lagerbohrung 17 ausgebildet. Die Lagerbohrung 17 weist von unten nach oben ein Teil 18 mit großem Durchmesser, ein Teil 19 mit mittlerem Durchmesser und ein Teil 20 mit kleinem Durchmesser auf. An dem durch das Teil 18 mit großem Durchmesser und das Teil 19 mit mittlerem Durchmesser gebildeten Begrenzungsteil ist eine Schrägfläche 21 ausgebildet, die von dem Teil 18 mit großem Durchmesser über das Teil 19 mit mittlerem Durchmesser zur Innenseite der Lagerbohrung 17 hin geneigt ist. Zudem ist an dem Begrenzungsteil zwischen dem Teil 19 mit mittlerem Durchmesser und dem Teil 20 mit kleinem Durchmesser eine konkave Kugelfläche 22 ausgebildet. In dem Teil 19 mit mittlerem Durchmesser sind Nuten 23 in Richtung des Achszentrums ausgebildet, und an der Oberseite der Lagerhülse 15 ist eine konvexe Kugelfläche 15a ausgebildet, deren Radius vom gleichen Zentrum S ausgeht wie der Radius der Kugelfläche 22.
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Wie in 2 schematisch dargestellt, ist der Motor 30 über elastische Elemente 32 aus Gummi o. dgl. an einem Zentrifugen- bzw. Anlagenrahmen 50 befestigt. Die Antriebswelle 31 dieses Motors 30 besteht aus Metall, wie z. B. rostfreiem Stahl, der hinsichtlich seines Verschleißwiderstands zu dem Werkstoff passt, aus dem die Lagerhülse 15 des Rotors 10 besteht. An ihrem Ende weist die Antriebswelle 31 ein vorstehendes Zapfen-Teil 33 mit kleinem Durchmesser auf, das ein Außengewinde 34 aufweist. An der Unterseite des vorstehendes Teils 33 der Antriebswelle 31, d. h. in dem Übergangsbereich zu dem Begrenzungsteil mit dem großen Durchmesser, ist eine konvexe Kugelfläche 35 ausgebildet, die komplementär passend zur konkaven Kugelfläche 22 ist.
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Die Antriebswelle 31 ist auch mit einer Überwurfmutter 36 versehen. An der Unterseite dieser Überwurfmutter 36 ist eine zweite konkave Kugelfläche 36a mit etwa demselben Krümmungsradius ausgebildet wie die Oberseite bzw. Kugelfläche 15a der Lagerhülse 15, wobei in der Mitte dieser Unterseite ein Innengewinde 37 ausgebildet ist. In das Oberteil dieser Überwurfmutter 36 ist ein Querloch 38 zum Einsetzen eines Stabs oder dergleichen gebohrt, um die Überwurfmutter 36 rechtwinklig senkrecht zum Achszentrum des Innengewindes 37 drehen zu können. Unterhalb der konvexen Kugelfläche 35 ist im großem Durchmesser der Antriebswelle 31 zudem ein Mitnehmer- oder Sperrstift 39 eingesetzt.
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Wenn in einer so aufgebauten Zentrifuge die Lagerhülse 15 mit der Lagerbohrung 17 des Rotors 10 nach unten auf die Antriebswelle 31 geschoben wird, gelangt die Schrägfläche 21 an der Stufe nach oben gegen den Sperrstift 39 in der Antriebswelle 31, und durch diese Führung wird das Achszentrum der Lagerbohrung 17 mit dem Achszentrum der Antriebswelle 31 aneinandergepasst. Als nächstes wird die Antriebswelle 31 etwas gedreht, so dass der Sperrstift 39 in die Nuten 23 der Lagerbohrung 17 eingeführt wird, wodurch die Nuten 23 und der Sperrstift 39 ineinandergreifen, wie in 3 schematisch dargestellt.
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In diesem Zustand ist der Aufbau des Rotors 10 so, dass die konkave Kugelfläche 22 in der Lagerhülse 15 auf der konvexen Kugelfläche 35 der Antriebswelle 31 in Pendelbewegung entlanggleiten kann. Dann wird das Innengewinde 37 der Überwurfmutter 36 auf das Außengewinde 34 im Ende der Antriebswelle 31 geschraubt. Daraufhin wird die Überwurfmutter 36 gerade so fest angezogen, dass das Ende des Außengewindes 34 bis an die Überwurfmutter 36 heranreicht und die Unterseite mit der Kugelfläche 36a der Überwurfmutter 36 die Oberseite mit der Kugelfläche 15a der Lagerhülse 15 leicht berührt. In diesem Zustand wird der Rotor 10 auf der Antriebswelle 31 montiert, wobei dessen Zentrum S (das Krümmungszentrum der konvexen Kugelfläche 35 der Antriebswelle 31) in einer Ebene positioniert ist, die die Achszentren der Achsen 14 bzw. Halterungen 11a der Behälter 13 als Schwenkzentren im Zentrifugenbetrieb beinhaltet.
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In den Behältern 13 des auf diese Weise zusammengesetzten Rotors 10 werden Gestelle 40 befestigt, wie in 2 schematisch dargestellt, in die Teströhrchen 41 eingesetzt werden.
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Wenn sich nun die Antriebswelle 31 des Motors 30 dreht, wird der Rotor 10 über den Sperrstift 39 und die Nuten 23 mitgedreht. Beim Betrieb werden in Fällen, wo das Achszentrum der Antriebswelle 31 leicht verschoben wird und/oder in Fällen, wo das Schwerpunktzentrum des Rotors 10 leicht vom Achszentrum der Antriebswelle 31 weg verschoben wird, die Kugelflächen des Rotors 10 aufgrund des Kreiseleffekts des Rotors 10 auf den Kugelflächen der Antriebswelle 31 gleiten, so dass der Rotor 10 auf diese Weise seine horizontale Ausrichtung beibehält. Gleichzeitig entwickelt sich eine Rückstellkraft, die die Antriebswelle 31 in die vertikale Richtung zurückverlagert. Auf diese Weise wird die stabile Lagerung der Antriebswelle 31 zusammen mit der des Motors 30 gewährleistet. Dementsprechend werden Vibrationen im Rotor 10 und damit in der Zentrifuge unterdrückt.
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Wie vorstehend beschrieben, ist der Rotor 10 der Zentrifuge so an der Antriebswelle 31 gehalten, dass er frei schwingen bzw. pendeln kann. Der Motor ist dabei über elastische Elemente am Anlagenrahmen befestigt, wodurch die Drehbewegung des Rotors 10 automatisch so eingestellt wird, dass Schwingungen des Rotors selbst dann wirksam gedämpft werden, wenn die Achsausrichtung der Antriebswelle etwas von der Vertikalen abweicht oder sich das Schwerpunktzentrum des Rotors vom Achszentrum der Antriebswelle weg verschiebt. Bei der erfindungsgemäßen Zentrifuge kann die Verbindungseinheit für den Rotor und die Antriebswelle zudem aus Metall oder einem anderen hochfesten Werkstoff hergestellt sein, wodurch die Erfindung auch auf Rotoren von großer Masse angewendet und deren Haltbarkeit verbessert werden kann.
