-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine Zentrifuge, wobei der
Rotor um eine Drehachse drehantreibbar ist, wobei der Rotor zweiteilig
ausgeführt
ist mit einerseits einem zentralen Lagerteil und andererseits einem
einen Schmutzsammelbereich aufweisenden Schmutzfangteil, wobei der
Schmutzfangteil zur Entsorgung oder Reinigung vom Lagerteil trennbar
ist, wobei der Lagerteil und der Schmutzfangteil mit form- und/oder
kraftschlüssig
miteinander zusammenwirkenden Drehmomentübertragungsmitteln ausgeführt sind, die
durch axiales Aufstecken des Schmutzfangteils auf den Lagerteil
in Eingriff und durch axiales Abziehen des Schmutzfangteils vom
Lagerteil außer
Eingriff bringbar sind, und wobei Mittel zur Zentrierung des Schmutzfangteils
relativ zum Lagerteil in auf den Lagerteil aufgestecktem Zustand
des Schmutzfangteils vorgesehen sind.
-
Problematisch
ist die Zentrierung des Schmutzfangteils relativ zum Lagerteil in
auf den Lagerteil aufgestecktem Zustand des Schmutzfangteils insbesondere
dann, wenn der Schmutzfangteil aus Kunststoff besteht, was aus Gründen einer
Veraschbarkeit des Schmutzfangteils nach seinem Einsatz wünschenswert
ist.
-
Aus
DE 20 2005 007 162
U1 ist ein Rotor der eingangs genannten Art bekannt. Bei
dem bekannten Rotor ist weiter vorgesehen, daß der Lagerteil und der Schmutzfangteil
mit formschlüssigen
Konturen versehen sind, die so angeordnet sind, daß sich die
Konturen des Schmutzfangteils schon in dessen Grundzustand oder
bei dessen radialer Aufweitung durch Fliehkräfte und/oder Erwärmung an
die entsprechend gestalteten Konturen des Lagerteils anlehnen oder
anlegen. Hiermit kann bei einfacher Konstruktion schon in sehr vielen Fällen eine
gute Zentrierung des Schmutzfangteils relativ zum Lagerteil erzielt
werden. Allerdings hat sich herausgestellt, daß für bestimmte Anwendungen eine
weitere Verbesserung der Güte
der Zentrierung wünschenswert
und vorteilhaft ist. Als ungünstig
hat sich bei dem bekannten Rotor gezeigt, daß in dessen Ausführung, bei
der sich die Konturen des Schmutzfangteils schon in dessen Grundzustand
an die Konturen des Lagerteils anlehnen oder anlegen, eine erhöhte Reibung
beim Aufstecken und Abziehen des Schmutzfangteils auf den Lagerteil
bzw. vom Lagerteil auftritt. Diese erhöhte Reibung erschwert die Handhabung
des Rotors bei der Wartung der Zentrifuge. Bei Ausführungen
des Rotors, bei denen sich die Konturen des Schmutzfangteils bei
dessen radialer Aufweitung durch Fliehkräfte und/oder Erwärmung an
die Konturen des Lagerteils anlehnen oder anlegen, ist nachteilig
zu beobachten, daß Betriebszustände der
Zentrifuge auftreten, bei denen die gewünschte Zentrierung nicht erreicht
wird, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und bei niedrigen Temperaturen
des Rotors. Dies führt
zu einer zeitweise erhöhten
Belastung der Drehlager des Rotors und verstärkten Geräuschentwicklung.
-
Für die vorliegende
Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, einen Rotor der eingangs
genannten Art zu schaffen, der die dargelegten Nachteile vermeidet
und bei dem eine verbesserte Zentrierung des Schmutzfangteils relativ
zum Lagerteil des Rotors unter allen Betriebsbedingungen erzielt
wird, ohne daß die
Handhabung des Rotors bei der Wartung der Zentrifuge nachteilig
beeinflußt
wird.
-
Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Rotor der eingangs
genannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist,
- – daß die Mittel
zur Zentrierung durch mindestens einen Zentrierring mit einer oder
zwei konischen Umfangsflächen
gebildet sind,
- – daß der Zentrierring
relativ zum Lagerteil und Schmutzfangteil axial verschieblich geführt ist,
- – daß die konische
Umfangsfläche
des Zentrierrings mit einer konischen Gegenfläche an dem Schmutzfangteil
oder an dem Lagerteil zusammenwirkt oder die konischen Umfangsflächen des
Zentrierrings mit je einer konischen Gegenfläche an dem Schmutzfangteil
und an dem Lagerteil zusammenwirken und
- – daß der Zentrierring
durch eine Vorbelastungskraft in Richtung einer Anlage an der konischen
Gegenfläche
oder den konischen Gegenflächen
beaufschlagt oder beaufschlagbar ist.
-
Mit
der Erfindung wird erreicht, daß der
Schmutzfangteil relativ zum Lagerteil durch den Zentrierring in jedem
Betriebszustand des Rotors und der zugehörigen Zentrifuge exakt und
zuverlässig
zentriert wird. Da der Zentrierring mit einer Kraft vorbelastet
ist, stellt sich der Zentrierring während des Betriebes des Rotors
in der Zentrifuge selbsttätig
nach. Hierdurch werden alle Einflüsse ausgeglichen, die zu Maßveränderungen,
insbesondere des Schmutzfangteils, und, sofern sie auftreten, auch
des Lagerteils, führen,
sodaß immer
eine exakte Zentrierung des Schmutzfangteils relativ zum Lagerteil
beibehalten wird.
-
Dadurch
erhält
der Rotor eine besonders gute Auswuchtung, die hohe Drehzahlen des
Rotors im Betrieb der Zentrifuge ohne die Gefahr von Lagerschäden ermöglicht,
was wiederum für
eine gute Schmutzabscheidung im Rotor aus dem diesen durchströmenden Fluid,
beispielsweise Schmieröl
einer Brennkraftmaschine, sorgt. Gleichzeitig wird ein leiser Lauf
des Rotors gewährleistet,
was ebenfalls insbesondere unter Umweltschutzgründen ein Vorteil ist.
-
Eine
erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors sieht vor, daß an dem
Zentrierring die konische Umfangsfläche dessen innere Umfangsfläche ist,
daß der
Zentrierring eine zylindrische Außenumfangsfläche aufweist,
daß der
Lagerteil eine den Zentrierring axial führende, an ihrem Innenumfang
zylindrische Führungsfläche aufweist
und daß die
Führungsfläche des
Lagerteils die konische Gegenfläche
des Schmutzfangteils radial außen
umgibt. In dieser Ausführung
des Rotors liegt der axial verschiebliche Zentrierring im Inneren der
zylindrischen Führungsfläche des
Lagerteils, wodurch der Zentrierring vor schädlichen äußeren Einflüssen gut geschützt ist.
Auch die zusammenwirkenden konischen Umfangsflächen von Zentrierring und Schmutzfangteil
liegen damit innerhalb der zylindrischen Führungsfläche und sind ebenso gegen schädliche äußere Einwirkungen
oder Beschädigungsgefahren
gut geschützt.
-
Eine
alternative Ausgestaltung des Rotors schlägt vor, daß an dem Zentrierring die konische
Umfangsfläche
dessen Außenumfangsfläche ist,
daß der
Zentrierring eine zylindrische Innenumfangsfläche aufweist, daß der Lagerteil
eine den Zentrierring axial führende,
an ihrem Außenumfang
zylindrische Führungsfläche aufweist
und daß die
konische Gegenfläche
des Schmutzfangteils die Führungsfläche des
Lagerteils radial außen
umgibt. In dieser Ausfüh rung
kann der Lagerteil besonders einfach gestaltet sein, weil er hier
mit seiner ohnehin vorhandenen äußeren Umfangsfläche die
Führungsfläche für den Zentrierring
bilden kann.
-
Damit
der Zentrierring im Rotor alle fertigungsbedingten sowie durch wechselnde
Temperatur und Drehzahl hervorgerufenen Maßtoleranzen zwischen Lagerteil
und Schmutzfangteil besonders zuverlässig ausgleichen kann, ist
in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Zentrierring
in Umfangsrichtung elastisch und/oder flexibel und in seinem Durchmesser
variabel ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Zentrierring unter dem
Einfluß der
ihn beaufschlagenden Vorbelastungskraft und unter der Wirkung der
zusammenwirkenden konischen Flächen
immer einen passenden Durchmesser einnimmt, um eine exakte Zentrierung
ohne Umwucht und ohne Spiel zwischen Schmutzfangteil und Lagerteil
zu gewährleisten.
-
Zur
Erzielung der Durchmesservariabilität ist der Zentrierring bevorzugt
in seiner Umfangsrichtung gesehen gewellt oder zickzackförmig ausgeführt.
-
Alternativ
oder zusätzlich
kann der Zentrierring mit in seiner Umfangsrichtung gesehen voneinander beabstandeten,
in Axialrichtung des Zentrierrings über einen Teil von dessen axialer
Länge verlaufenden Schlitzen
ausgebildet sein. Auch mit derartigen Schlitzen läßt sich
die erforderliche Variabilität
des Durchmessers des Zentrierrings erreichen. Bevorzugt sind dabei
zwei Arten von Schlitzen vorgesehen, nämlich erste Schlitze, die sich
von der einen axialen Stirnseite her in den Zentrierring erstrecken,
und zweite Schlitze, die sich von der entgegengesetzten axialen
Stirnseite des Zentrierrings in diesen hinein erstrecken, wobei
diese zwei Arten von Schlitzen abwechselnd vorgesehen sind und sich
in Axialrichtung gesehen über
einen Teil ihrer Länge überlappen.
Auf diese Weise wird ein in Umfangsrichtung gesehen zusammenhängender
Zentrierring geschaffen, der dennoch in seinem Durchmesser variabel
ist.
-
In
einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann der Zentrierring
kolbenringartig mit einer Trennstelle ausgeführt sein.
-
Alternativ
zu den Ausführungen
mit variablem Durchmesser kann der Zentrierring einen festen Durchmesser
aufweisen, wobei dann die axiale Führung des Zentrierrings relativ
zum Lagerteil und Schmutzfangteil in Radialrichtung spielfrei oder
weitgehend spielfrei ist. In dieser Ausführung kann der Zentrierring
ein einfaches Drehteil sein, das kostengünstig herstellbar ist. Dabei
wird auch in dieser einfachen Ausführung die gewünschte Zentrierung
erzielt.
-
Die
den Zentrierring beaufschlagende Kraft kann in einer ersten Weiterbildung
durch wenigstens ein Federelement erzeugt sein.
-
Bevorzugt
ist dabei das Federelement eine Druckfeder, die sich einerseits
axial an dem Lagerteil und andererseits entgegengesetzt axial an
dem Zentrierring abstützt.
Damit wird auf technisch einfache und zugleich zuverlässige Art
und Weise die benötigte
Vorbelastungskraft erzeugt.
-
Weiterhin
ist vorgesehen, daß gemäß einer
ersten Weiterbildung im Hinblick auf das Federelement dieses ein
separates Teil ist. Damit besteht die Möglichkeit, standardmäßig am Markt
verfügbare
Federelemente zu verwenden, was für niedrige Kosten sorgt.
-
Bevorzugt
ist dabei das Federelement wenigstens eine Wellringfeder, Schraubenfeder,
Tellerfeder oder Blattfeder. Derartige Federn sind relativ einfache
und preiswerte und dabei zuverlässige
Bauteile, die in vielen Ausführungen
verfügbar
sind und die wenig Einbauraum benötigen.
-
Alternativ
kann das Federelement ein in den Zentrierring integriertes, mit
diesem verbundenes oder einstückiges
Teil sein. Diese Ausführung
sorgt insbesondere für
eine vereinfachte Montage des Rotors, da dann nur ein einziges Teil,
nämlich
der Zentrierring mit dem integrierten Federelement, eingebaut werden
muß.
-
In
weiterer Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, daß das Federelement
durch mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete elastisch-flexible
Lippen oder Zähne
oder Zungen des Zentrierrings gebildet ist. Mit diesen Ausgestaltungen
wird die gewünschte
Federwirkung des Zentrierrings auf einfache und damit kostengünstige Weise
erreicht.
-
Bei
Bedarf ist zwischen dem Federelement und dem Zentrierring oder im
oder am Zentrierring ein Versteifungselement gegen eine axiale Verformung
des Zentrierrings vorgesehen. Das Versteifungselement kann z.B.
ein metallischer Ring, wie eine Unterlegscheibe, sein, der die von
dem Federelement erzeugte Kraft gleichmäßig über den Umfang des Zentrierrings
verteilt. Unerwünschte
Verformungen, z.B. eine durch eine Wellfeder bewirkte axiale Wellung,
des Zentrierrings werden so vermieden, die ansonsten insbesondere
bei einem aus Kunststoff bestehenden Zentrierring auftreten könnten.
-
Alternativ
besteht noch die Möglichkeit,
daß die
den Zentrierring beaufschlagende Kraft durch ein unter Druck stehendes
Fluid erzeugbar ist.
-
Für die vorstehende
Ausführung
ist gemäß eine Weiterbildung
bevorzugt vorgesehen, daß das
die Kraft erzeugende Fluid mit dem den Rotor durchströmende Fluid
identisch ist. Damit kann das ohnehin vorhandene, zur Durchströmung des
Rotors unter Druck stehende Fluid in einem Nebeneffekt für die Erzeugung der
Vorbelastungskraft des Zentrierrings genutzt werden. Das Fluid kann
beispielsweise Schmieröl
einer Brennkraftmaschine sein, das im Betrieb der Brennkraftmaschine
unter Druck steht und so für
die Erzeugung der Vorbelastungskraft des Zentrierrings nutzbar ist.
-
In
weiterer Ausgestaltung schlägt
die Erfindung dazu vor, daß der
Zentrierring unmittelbar oder über einen
als Kolben wirkenden Zwischenring von dem die Kraft erzeugenden
Fluid beaufschlagbar ist. Wenn der Zentrierring unmittelbar beaufschlagt
wird, ist dieser zweckmäßig in einem
nicht unmittelbar der Zentrierung dienenden Bereich als Ringkolben
ausgeführt;
alternativ kann der erwähnte
separate Zwischenring vorgesehen sein. Die Zuführung des Fluids erfolgt zweckmäßig über geeignet
geführte
Kanäle,
beispielsweise kleine Bohrungen, da hier große Querschnitte nicht erforderlich
sind und weil eine Durchströmung
mit großen
Fluidmengen nicht auftritt.
-
Um
ein unbeabsichtigtes Entnehmen und Verlieren des Zentrierrings aus
dem Rotor bei einer Wartung der Zentrifuge mit Austausch des Schmutzfangteils
sicher zu vermeiden, schlägt
die Erfindung weiter vor, daß der
Zentrierring mittels einer Verliersicherung unverlierbar an dem
Lagerteil oder an dem Schmutzfangteil gehalten ist. Wenn der Zentrierring
am Lagerteil gehalten ist, stellt der Zentrierring ein Lebensdauerbauteil
des Rotors dar. Bei Halterung am Schmutzfangteil wird der Zentrierring
bei jeder Wartung der Zentrifuge mit Austausch des Schmutzfangteils
erneuert, so daß ein
eventuell auftretender Verschleiß des Zentrierrings bei jeder Zentrifugenwartung
ausgeglichen wird.
-
Hinsichtlich
der Verliersicherung schlägt
eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Verliersicherung durch
zusammenwirkende, einerseits am Zentrierring und andererseits am
Lagerteil oder am Schmutzfangteil vorgesehene Rastelemente gebildet
ist, die bei einer Erstmontage des Zentrierrings durch axiales Aufsetzen
den Zentrierrings auf den Lagerteil oder auf den Schmutzfangteil
in Eingriff miteinander bringbar sind. Die so ausgeführte Verliersicherung
ist konstruktiv einfach und bietet eine besonders einfache Handhabung bei
der Montage des Rotors, weil die Verliersicherung durch einfach
axiales Aufsetzen des Zentrierrings in Funktion tritt.
-
Wie
oben schon beschrieben, ist es für
die Funktion des Rotors wichtig, daß der Zentrierring axial beweglich
ist und durch die ihn beaufschlagende Vorbelastungskraft stets für eine spielfreie
Zentrierung von Schmutzfangteil und Lagerteil relativ zueinander
sorgt. Dabei bewegt sich der Zentrierring sowohl bei Montage und
Demontage des Schmutzfangteils auf dem bzw. vom Lagerteil als auch
im Betrieb der zugehörigen
Zentrifuge je nach Betriebszustand in Axialrichtung nach oben oder
unten. Damit diese Bewegung, insbesondere bei der Montage des Schmutzfangteils
auf dem Lagerteil, nicht in unerwünschter Weise gehemmt oder
verhindert wird, ist vorgesehen, daß die konische Umfangsfläche oder
die konischen Umfangsflächen
des Zentrierrings und die konische Gegenfläche des Schmutz fangteils und/oder
des Lagerteils jeweils einen eine Selbsthemmung oder -klemmung ausschließenden Konuswinkel
aufweisen.
-
In
der Praxis ist es bei Zentrifugenrotoren mit abnehmbaren Schmutzfangteil
im unteren Bereich von Schmutzfangteil und Lagerteil am schwierigsten,
eine exakte Zentrierung mit konventionellen Maßnahmen zu schaffen. Deshalb
ist erfindungsgemäß bevorzugt
ein Zentrierring an einem im Einsatz des Rotors unteren, radial
inneren Bereich des Schmutzfangteils vorgesehen. In vielen Anwendungsfällen läßt sich
mit einem einzigen Zentrierring schon die erforderliche gute Zentrierung
und Auswuchtung des Rotors gewährleisten,
da im oberen Bereich des Rotors eine ausreichend gute Zentrierung
des Schmutzfangteils relativ zum Lagerteil auch mit konventionellen
Mitteln erreichbar ist.
-
Für Fälle, in
denen mit konventionellen Mitteln im oberen Bereich des Rotors die
erforderliche gute Zentrierung noch nicht erreicht werden kann,
schlägt
die Erfindung vor, daß jeweils
ein Zentrierring an einem im Einsatz des Rotors unteren, radial
inneren Bereich und einem oberen, radial inneren Bereich des Schmutzfangteils
vorgesehen ist. Auf diese Weise wird eine besonders exakte Zentrierung
des Schmutzfangteils auf dem Lagerteil erzielt, die auch höchsten Ansprüchen dauerhaft
genügt.
-
Zwecks
einer kostengünstigen
Massenfertigung ist schließlich
für den
Zentrierring bevorzugt vorgesehen, daß dieser ein Spritzgußteil aus
Kunststoff oder ein Drehteil oder Blechformteil aus Metall ist.
-
Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung
zeigen:
-
1 einen
Rotor einer Zentrifuge, mit Lagerteil und Schmutzfangteil, in teilweise
auseinandergezogenem Zustand mit teils aufgeschnittenem Schmutzfangteil
in perspektivischer Ansicht schräg
von unten,
-
2 den
Rotor aus 1 nun in zusammengesteckten
Zustand von Lagerteil und Schmutzfangteil, im Längsschnitt,
-
3 das
in 2 eingekreiste Detail III in vergrößerter Darstellung,
-
4 einen
Zentrierring als Teil des Rotors gemäß den 1 bis 3,
in perspektivischer Ansicht schräg
von oben,
-
5 den
Zentrierring aus 4 in einer Unteransicht,
-
6 den
Zentrierring in einer geänderten
Ausführung,
in perspektivischer Ansicht schräg
von oben, und
-
7 einen
Ausschnitt aus dem Zentrierring gemäß 6, in Ansicht
auf seine radial innere Umfangsfläche.
-
1 zeigt
in perspektivischer Ansicht schräg
von unten einen Rotor 1 für eine Zentrifuge, beispielsweise
eine Schmierölzentrifuge
einer Brennkraftmaschine, wobei der Rotor 1 aus zwei wesentlichen
Teilen, nämlich
einem Lagerteil 2 und einem Schmutzfangteil 3 besteht.
Der Lagerteil 2 ist hier ein Lebensdauerbauteil der Zentrifuge
und verbleibt dauerhaft in einem hier nicht dargestellten Gehäuse der
Zentrifuge. Der Schmutzfangteil 3 ist austauschbar, um
nach einer gewissen Betriebszeit den mit Schmutz beladenen Schmutzfangteil 3 entnehmen
und durch einen frischen Schmutzfangteil ersetzen zu können. Dazu
ist der Schmutzfangteil 3 in Axialrichtung von dem Lagerteil 2 abziehbar,
wie in der 1 angedeutet ist, wo der Schmutzfangteil 3 teilweise
von dem Lagerteil 2 nach oben hin abgezogen ist.
-
Da
der Schmutzfangteil 3 ein zu entsorgender Teil des Rotors 1 ist,
besteht der Schmutzfangteil 3 vorzugsweise aus einem veraschbaren
Kunststoff, damit eine thermische Verwertung des Schmutzfangteils 3 nach
seinem Einsatz problemlos möglich
ist. Aufgrund des Materials Kunststoff hat allerdings der Schmutzfangteil 3 relativ
hohe Maßtoleranzen
bei seiner Fertigung. Außerdem
hat der Schmutzfangteil 3 aufgrund des dafür verwendeten
Materials Kunststoff die Eigenschaft, durch Aufnahme von Feuchtigkeit
und/oder durch Veränderung
der Temperatur oder durch Einwirkung von Fliehkräften bei Drehung des Rotors 1 seine
Form und seine Abmessungen zu verändern.
-
Im
Gegensatz dazu besteht der Lagerteil 2 vorzugsweise aus
Metall, da dieser als Lebensdauerbauteil eine entsprechend lange
Lebensdauer aufweisen soll und bei einer Wartung nicht ausgetauscht
wird.
-
Da
für eine
gute Schmutzabscheidung im Schmutzfangteil 3 des Rotors 1 eine
möglichst
hohe Rotordrehzahl im Betrieb der zugehörigen Zentrifuge erwünscht ist,
wird eine exakte Zentrierung des Schmutzfangteils 3 relativ
zum Lagerteil 2 und damit eine exakte Auswuchtung angestrebt.
Nur bei exakter Zentrierung und Auswuchtung werden hohe Drehzahlen
erzielt und schädliche
Lagerbeanspruchungen sowie störende
Betriebsgeräusche
vermieden.
-
Zur
exakten Zentrierung des Schmutzfangteils relativ zum Lagerteil 2 dient
hier ein Zentrierring 4. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Zentrierring 4 auf einem zentralen Rohrkörper 20 des
Lagerteils 2 angeordnet. Unter dem Zentrierring 4 liegt
ein Federelement 40, hier in Form einer Wellringfeder,
die dazu dient, den Zentrierring 4 im zusammengesteckten
Zustand von Schmutzfangteil 3 und Lagerteil 2 in
Axialrichtung nach oben mit einer Kraft vorzubelasten. Im fertig
zusammengebauten Zustand von Schmutzfangteil 3 und Lagerteil 2 liegen
der Zentrierring 4 und das Federelement 40 innerhalb
eines unteren Ringbereichs 23 des Lagerteils 2.
Eine Innenumfangsfläche
dieses unteren Ringbereichs 23 bildet eine zylindrische
Führungsfläche 24 für den Zentrierring 4.
Mit der zylindrischen Führungsfläche 24 im
Inneren des unteren Ringbereichs 23 des Lagerteils 2 wirkt
eine zylindrische Außenumfangsfläche 44 des
Zentrierrings 4 zusammen. Damit ist der Zentrierring 4 in
Axialrichtung verschieblich geführt.
-
Ein
in 1 nicht sichtbarer radial innerer Umfangsbereich
des Zentrierrings 4 weist eine konische Umfangsfläche 45 auf,
die mit einer konischen Gegenfläche 35 an
einem unteren Ringbereich 33 des Schmutzfangteils 3 im
zusammengesteckten Zustand von Schmutzfangteil 3 und Lagerteil 2 zusammenwirkt.
-
Der
Lagerteil 2 umfaßt
im dargestellten Ausführungsbeispiel
auch einen Antriebsteil, der hier aus zwei radial schräg nach außen und
unten weisenden Düsenarmen 21 mit
je einer Rückstoßdüse 22 am äußeren Ende
besteht.
-
Ganz
oben am Schmutzfangteil 3 sind in 1 noch Rastverbindungsmittel 32 sichtbar,
die dazu dienen, den Schmutzfangteil 3 in seinem vollständig auf
den Lagerteil 2 aufgesteckten Zustand zu arretieren und gegen
eine selbsttätige
Bewegung nach oben, das heißt
in Löserichtung,
zu sperren. Außerdem
dienen die nach oben über
die Oberseite des Schmutzfangteils 3 vorragenden Bereiche
der Rastverbindungsmittel 32 zur manuellen Handhabung des
Schmutzfangteils 3 bei seinem Aufstecken auf dem Lagerteil 2 und
bei seinem Abziehen vom Lagerteil 2.
-
Im
vollständig
zusammengesteckten Zustand von Schmutzfangteil 3 und Lagerteil 2 liegen
die konische Innenumfangsfläche 45 des
Zentrierrings 4 und die konische Gegenfläche 35 im
unteren Ringbereich 33 des Schmutzfangteils 3 aneinander
an, wobei eine auf den Zentrierring 4 von unten nach oben
wirkende Vorbelastungskraft durch das Federelement 40 erzeugt
wird. Ein Ausweichen des Schmutzfangteils 3 relativ zum Lagerteil 2 nach
oben hin ist durch die oben am Schmutzfangteil 3 angeordneten
Rastverbindungsmittel 32 unterbunden.
-
In
diesem Zustand sorgt der Zentrierring 4 dafür, daß der Schmutzfangteil 3 exakt
konzentrisch zu dem ihn tragenden Lagerteil 2 ausgerichtet
wird, wodurch sich eine exakte Auswuchtung des Rotors 1 insgesamt ergibt.
Da der Zentrierring 4 ständig unter der durch das Federelement 40 erzeugten
Vorbelastungskraft steht, verstellt sich der Zentrierring 4 bei
Bedarf selbsttätig
relativ zum Lagerteil 2 und Schmutzfangteil 3,
wenn sich im Betrieb des Rotors 1 Maßänderungen des aus Kunststoff
bestehenden Schmutzfangteils 3 ergeben, beispielsweise
durch Aufnahme von Feuchtigkeit, durch Temperaturänderungen
oder durch bei der Drehung erzeugte Fliehkräfte. Damit bleibt die exakte
Zentrierung mit Hilfe des Zentrierrings 4 unter allen Betriebsumständen und
-zuständen
des Rotors 1 zuverlässig
erhalten.
-
2 zeigt
im Längsschnitt
den Rotor 1 in einem Zustand, in dem der Schmutzfangteil 3 vollständig auf
den Lagerteil 2 aufgesteckt ist und in dieser Lage durch
die nun in Eingriff stehenden Rastverbindungsmittel 32 in
Axialrichtung gesichert ist. Im Zentrum des Rotors 1 verläuft der
zentrale Rohrkörper 20 des
Lagerteils 2, zu dem konzentrisch die Drehachse 10 verläuft, um
die der Rotor 1 in seinem Betrieb innerhalb einer Zentrifuge
drehbar ist. Nach unten hin schließen sich an den zentralen Rohrkörper 20 der
untere Ringbereich 23 sowie die beiden Düsenarme 21 mit
ihren Rückstoßdüsen 22 an.
Die radial innere Umfangsfläche
des unteren Ringbereichs 23 bildet die zylindrische Führungsfläche 24 für den Zentrierring 4.
Die konische innere Umfangsfläche 45 des
Zentrierrings 4 steht nun in Anlage an der konischen Gegenfläche 35 im
unteren Ringbereich 33 des Schmutzfangteils 3.
Durch das Federelement 40 in Form der Wellringfeder wird
der Zentrierring 4 mit der nach oben weisenden Vorbelastungskraft
beaufschlagt. Mittels dieser Vorbelastungskraft und der zusammenwirkenden
konischen Flächen 35 und 45 wird
der Schmutzfangteil 3 exakt konzentrisch zum Lagerteil 2 und damit
auch exakt konzentrisch zur Drehachse 10 zentriert.
-
Zur
Erleichterung der Montage des Federelements 40 und des
Zentrierrings 4 besitzt der untere Ringbereich 23 des
Lagerteils 2 an seinem oberen, nach innen weisenden Randbereich
eine Einlaufschräge 26. Das
Federelement 40 ist hier unterseitig auf einer nach innen
springenden Stufe 25 des Innenumfangs des unteren Ringbereichs 23 abgestützt.
-
Zum
Aufsetzen des Schmutzfangteils 3 auf den Lagerteil 2 besitzt
der Schmutzfangteil 3 eine in Axialrichtung durchgehende
zentrale Öffnung 30,
deren Innendurchmesser etwas größer ist
als der Außendurchmesser
des zentralen Rohrkörpers 20 des
Lagerteils 2. Ganz oben in 2 sind die
Rastverbindungsmittel 32 sichtbar, die Teil des Schmutzfangteils 3 sind
und die im in 2 dargestellten Zustand des
Rotors 1 mit dem zentralen Rohrkörper 20 des Lagerteils 2 so
verrastet sind, daß der
Schmutzfangteil 3 an einer Bewegung in Axialrichtung relativ
zum Lagerteil 2 gehindert ist. Durch manuelle Betätigung können die
Rastverbindungsmittel 32 gelöst werden, um den Schmutzfangteil 3 in
Axialrichtung nach oben vom Lagerteil 2 abzuziehen.
-
3 zeigt
in einer vergrößerten Darstellung
das in 2 eingekreiste Detail III.
-
Ganz
rechts in 3 ist ein kleiner Teil des zentralen
Rohrkörpers 20 des
Lagerteils 2 erkennbar. Oben und links in 3 ist
der Schmutzfangteil 3 in einem kleinen Ausschnitt erkennbar.
Unten und mittig in 3 liegt der untere Ringbereich 23 des
Lagerteils 2 mit der zylindrischen Führungsfläche 24 für den Zentrierring 4,
der im Zentrum von 3 erkennbar ist. Der Zentrierring 4 hat
eine zylindrische Außenumfangsfläche 44,
die mit der zylindrischen Führungsfläche 24 zur
Bildung einer Axialführung
zusammenwirkt. Unterhalb der Unterseite 43 des Zentrierrings 4 ist
ein kleiner Teil des Federelements 40, hier wieder als
Wellringfeder dargestellt, erkennbar. Die Wellringfeder 40 ist
axial unten an der Stufe 25 des unteren Ringbereichs 23 abgestützt und
steht oberseitig in Anlage an der Unterseite 43 des Zentrierrings 4.
Damit übt
das Federelement 40 eine in Axialrichtung nach oben wirkende
Vorbelastungskraft auf den Zentrierring 4 aus. Durch diese
Vorbelastungskraft wird der Zentrierring 4 mit seiner schräg nach innen
und oben weisenden konischen Innenumfangsfläche 45 an die gegengleich
konische Gegenfläche 35 im
unteren Ringbereich 33 des Schmutzfangteils 3 gedrückt.
-
Durch
den mit der Federkraft vorbelasteten Zentrierring 4 werden
der Schmutzfangteil 3 und der Lagerteil 2 exakt
konzentrisch aneinander ausgerichtet, wobei durch die ständige Vorbelastung
des Zentrierrings 4 durch das Federelement 40 auch
ein selbsttätiges
Nachstellen des Zentrierrings 4 bei Bedarf erfolgt. Dabei kann
sich der Zentrierring 4 bei einer Verringerung des Außendurchmessers
des unteren Ringbereichs 33 des Schmutzfangteils 3 nach
oben bewegen; alternativ kann sich der Zentrierring 4 auch
bei einer im Betrieb des Rotors auftretenden Vergrößerung des
Durchmessers des unteren Ringbereichs 33 entgegen der Kraft
des Federelements 40 axial nach unter verstellen. Die Zentrierung
des Schmutzfangteils 3 relativ zum Lagerteil 2 bleibt
dabei in jeder axialen Position des Zentrierrings 4 erhalten,
solange der Zentrierring 4 mit einer ausweichenden axialen
Vorbelastungskraft an den Schmutzfangteil 3 angedrückt wird.
In der Praxis genügt
meist ein axiales Bewegungsspiel des Zentrierrings 4 von
etwa 1 mm oder weniger.
-
4 zeigt
den Zentrierring 4 aus den 1 bis 3 als
Einzelteil in einer perspektivischen Ansicht schräg von oben.
Vom Betrachter abgewandt liegt die Unterseite 43 des Zentrierrings 4,
die mit dem Federelement 40 (vgl. 2 und 3)
zusammenwirkt. Radial außen
liegt die zylindrische Außenumfangsfläche 44 des
Zentrierrings 4; radial nach innen und oben weist die schräg verlaufende
konische Umfangsfläche 45,
die mit der Gegenfläche 35 des Schmutzfangteils 3 zusammenwirkt.
Weiterhin verdeutlicht die 4, daß der Zentrierring 4 in
Umfangsrichtung gesehen wellenförmig
ausgebildet ist. Diese Wellenform sorgt dafür, daß der Zentrierring 4 in
seinem Durchmesser variabel ist. Damit kann sich der Zentrierring 4 unter
der Wirkung der ihn beaufschlagenden Vorbelastungskraft nicht nur
axial verschieben, sondern auch in seinem Durchmesser jeweils so
verändern,
daß er
einerseits spielfrei an der zylindrischen Führungsfläche 24 und andererseits
spielfrei an der konischen Gegenfläche 35 (vgl. 2 und 3)
anliegt.
-
5 zeigt
den Zentrierring 4 aus 4 in einer
Unteransicht, die den in Umfangsrichtung betrachtet wellenförmigen Verlauf
des Zentrierrings 4 besonders deutlich macht. Dabei ist
in 5 nun die flache Unterseite 43 des Zentrierrings 4 dem
Betrachter zugewandt; die zylindrische Außenumfangsfläche 44 weist
nach außen.
-
Der
in den 4 und 5 dargestellte Zentrierring 4 ist
besonders dafür
geeignet, aus einem Kunststoff gefertigt zu werden, da dieses Material
die nötige
Elastizität
und Flexibilität
aufweist, um die gewünschte Durchmesservariabilität des Zentrierrings 4 mit
seiner Wellenform zu erreichen.
-
Die 6 und 7 zeigen
eine geänderte
Ausführung
des Zentrierrings 4.
-
In 6 ist
der geänderte
Zentrierring 4 vollständig
in einer perspektivischen Ansicht schräg von oben dargestellt. In
dieser Ausführung
ist der Zentrierring 4 ein Blechformteil, das durch Stanzen
und Biegen hergestellt werden kann. Radial innen besitzt dieser
Zentrierring 4 eine zylindrische Innenumfangsfläche 44,
die mit einer entsprechend angeordneten und bemaßten zylindrischen Führungsfläche an einem
Lagerteil zusammenwirken kann. Dabei ist dann die Führungsfläche für diesen
Zentrierring 4 eine radial nach außen weisende Umfangsfläche des
Lagerteils. Die konische Umfangsfläche 44 liegt bei dem
Zentrierring 4 gemäß 6 und 7 radial
außen.
-
Weiterhin
besitzt der Zentrierring 4 zwei Gruppen von Schlitzen 41 und 42.
Eine erste Gruppe von Schlitzen 41 erstreckt sich von oben
her in Axialrichtung über
einen Teil der axialen Länge
des Zentrierrings 4 in diesen hinein. Dabei sind hier insgesamt
acht derartige Schlitze 41 in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt vorgesehen.
-
Eine
zweite Gruppe von Schlitzen 42 erstreckt sich in Axialrichtung
von unten nach oben in den Zentrierring 4 hinein, wobei
auch hier insgesamt acht Schlitze 42 vorgesehen sind, die
in Umfangsrichtung wieder gleichmäßig verteilt sind und die jeweils
in Umfangsrichtung betrachtet mittig zwischen den anderen Schlitzen 41 liegen.
-
In
einem unteren Teil des Zentrierring 4 sind zwischen den
dort vorgesehenen Schlitzen 42 in Radialrichtung schräg nach außen und
unten weisende Federzungen 40' ausgebildet, die zusammen ein
in den Zentrierring 4 integriertes Federelement bilden,
das im montierten Zustand des Rotors den Zentrierring 4 in
Axialrichtung mit einer Vorbelastungskraft beaufschlagt.
-
Die 7 verdeutlicht
die Querschnittsform des Zentrierring 4 und zeigt, daß dieser
günstig
als Stanz- und Biegeteil aus einem federnden Metallblech gefertigt
werden kann. Außerdem
verdeutlicht die 7, daß bei diesen Zentrierring 4 die
zylindrische Umfangsfläche 44 radial
nach innen weist, während
die konische Umfangsfläche 45 hier
radial außen
liegt. Außerdem
ist aus 7 die Lage und Anordnung der
beiden verschiedenen Schlitze 41 und 42 ersichtlich.
-
Da
der Zentrierring
4 gemäß den
6 und
7 durch
die einstückig
ausgebildeten Federzungen
40' selbst
auch die Eigenschaften des Federelementes hat, benötigt der
Zentrierring
4 nach den
6 und
7 für seine
Funktion kein separates Federelement mehr, was die Fertigung und
Montage des Rotors vereinfacht. Bezugszeichenliste:
| Zeichen | Bezeichnung |
| 1 | Rotor
insgesamt |
| 2 | Lagerteil |
| 20 | zentraler
Rohrkörper |
| 21 | Düsenarme |
| 22 | Düsen |
| 23 | unterer
Ringbereich |
| 24 | Führungsfläche für 4 |
| 25 | Stufe |
| 26 | Einlaufschräge |
| 3 | Schmutzfangteil |
| 30 | zentrale Öffnung |
| 31 | Eintiefungen
für 21 |
| 32 | Rastverbindungsmittel |
| 33 | unterer
Ringbereich |
| 35 | konische
Gegenfläche
zu 45 |
| 4 | Zentrierring |
| 40 | Federelement |
| 40' | Federzungen |
| 41 | Schlitze
oben |
| 42 | Schlitze
unten |
| 43 | Unterseite |
| 44 | zylindrische
Umfangsfläche |
| 45 | konische
Umfangsfläche |