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Schon bei der Zentrifugenherstellung wird deshalb besonders darauf
geachtet, daß die Zentrifugentrommel außerordentlich ruhig läuft, d. h., eine Präzessionsbewegung
nicht merkbar ist. Schon geringe Ungenauigkeiten in den Lagerstellen und den miteinander
zusammengebauten Teilen können jedoch die Präzessionsbewegung anregen und damit
Anlaß für eine langsam größer werdende Spindel-Ausschlagbewegung werden. Selbst
bei besonders gut dynamisch ausgewuchteten Einzelteilen können diese Erscheinungen
auftreten. In besonders ungünstig gelagerten Fällen können sich Abweichungen innerhalb
der vorgesehenen Toleranzbereiche beim Zusammenbau der verschiedenen Teile ergeben,
die zu Unwuchten führen, die mit den üblichen Auswuchtmaschinen
nicht
ermittelt werden können, weil diese Maschinen in der Regel eine waagrechte Wellenanordnung
voraussetzen, während im Betrieb die Zentrifugenachse senkrecht steht. Dies ist
mit sehr zeitaufwendigen und umfangreichen Maßnahmen verbunden, die besonders unangenehm
sind, wenn die Montage nicht im Herstellungsbetrieb, sondern im Verwendungsbetrieb
durchgeführt werden muß.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Anordnung zum Dämpfen und Rückstellen der infolge Präzession auftretenden Ausstellbewegung
der Spindel einer Zentrifuge der eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen und
damit eine höhere Laufruhe selbst für die Fälle zu gewährleisten, bei denen die
Herstellungsgenauigkeit der einzelnen Teile in relativ weiten Toleranzbereichen
variieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auslenkbewegungen
der Spindel in an sich bekannter Weise gefühlt und in Abhängigkeit von den gefühlten
Werten gedämpft werden und daß hierzu von den gefühlten Auslenkwerten ein Druckimpuls
abgeleitet und gegenüber dem umlaufenden Auslenkmaximum der Spindel in Umlaufrichtung
versetzt von gestellfesten Punkten aus auf die Spindel in Richtung auf ihre Ruhestellung
zur Wirkung gebracht wird.
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Vorteilhafterweise wird dabei während jedes Umlaufes des Auslenkmaximums
der Spindel eine mit der Auslenkbewegung ständig umlaufende Druckwelle oder eine
Folge von Druckimpulsen mit einem der Auslenkamplitude proportionalen Druckmaximum
erzeugt und auf die Spindel zur Wirkung gebracht. Wesentlich dabei ist, daß das
Maximum der zur Rückstellung dienenden Druckimpulse bzw. das Druckmaximum der umlaufenden
Druckwelle gegenüber dem Maximum der Auslenkbewegung in Umfangsrichtung jeweils
um einen vorbestimmten Umfangswinkel phasenverschoben ist. Hierdurch wird erreicht,
daß unter Einbeziehung der übrigen an der Zentrifuge wirkenden Kräfte, die gegenüber
der Ruhelage ausgelenkte Spindel auf einem spiralförmigen Wege zuverlässig wieder
in die zentrale Stellung zurückgeführt wird, die mit der Ruhestellung übereinstimmt.
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Da durch das neue Verfahren bereits beim Entstehen einer Auslenkbewegung
der Spindel, also schon bei sehr geringen Auslenkamplituden ein entsprechender Rückstellimpuls
erzeugt wird, wird das Entstehen größerer Auslenkungen von vornherein zuverlässig
vermieden.
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Der Druckimpuls kann auf verschiedene Weise erzeugt werden, und zwar
mit Hilfe elektromagnetischer Einrichtungen, mittels eines hydraulischen oder eines
pneumatischen Druckmittels sowie auch mit Kombinationen der genannten Einrichtungen
bzw. Mittel.
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Vorteilhafterweise wird die Auslenkbewegung der Spindel selbst zur
unmittelbaren Erzeugung der Druckimpulsfolge bzw. Druckwelle durch Pumpwirkung auf
ein Druckmittel verwendet.
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Wenn es auch in manchen Fällen ausreicht, bei jedem Umlauf des Auslenkmaximums
auf die Welle einen Rückstellimpuls an einer vorbestimmten Umfangsstelle zur Wirkung
zu bringen, wird es jedoch bevorzugt, wenn eine Mehrzahl von solchen Rückstellimpulsen
bei jedem Umlauf des Auslenkmaximums auf die Spindel einwirkt.
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Zum Ausführen des neuen Verfahrens sieht die Erfindung eine Anordnung
vor mit einer Zentrifugentrommel, deren Spindel drehbar in einem Spindelkopf gelagert
und mit diesem frei pendelnd in einer gesteilfesten Abstützung aufgehängt ist, die
gekennzeichnet ist, daß wenigstens eine ein Druckmittel enthaltende, an einer vorbestimmten
Stelle der Umlaufbahn der Spindel gestellfest angeordnete Kammer und eine durch
die Spindel bei ihrer Auslenkbewegung in an sich bekannter Weise betätigbare Steuereinrichtung
vorgesehen sind und daß mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit davon, daß
das umlaufende Auslenkmaximum einen vorbestimmten Umfangswinkelabstand gegenüber
der Druckmittelkammer erreicht, in der Druckmittelkammer ein auf die Ruhelage der
Spindel gerichteter Druckimpuls erzeugbar ist. Die Anordnung gestaltet sich besonders
einfach, wenn die oder jede gestellfeste Druckmittelkammer durch eine gegenüber
dieser in Umfangsrichtung versetzte gestellfeste Druckmittelfördereinrichtung speisbar
ist, die durch die Auslenkbewegung der Spindel betätigbar ist. Wenn bei dieser Ausführungsform
ein Kranz von gestellfesten Druckmittelkammern verwendet wird, kann jede Druckmittelkammer
zweckmäßigerweise durch eine Druckmittelfördereinrichtung gebildet werden, welche
zur Schaffung eines ruhenden geschlossenen Druckwellenumlaufkanals jeweils mit den
benachbarten Druckmittelfördereinrichtungen verbunden sind.
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Die Anordnung kann dadurch bestimmt sein, daß mehrere zwischen gestellfesten
Teilen und dem pendelnd gelagerten Zentrifugenkopf angeordnete Kolbenpumpen vorgesehen
sind, deren Pumpenkammer jeweils mit der gestellfesten Pumpenkammer der in Drehrichtung
der Spindel folgenden Kolbenpumpe über eine Leitung mit einem nur in Drehrichtung
öffnenden Rückschlagventil verbunden sind.
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Hierdurch wird die Umlaufrichtung der Druckwelle, die durch die Betätigung
der Kolbenpumpe von der Spindel aus erzeugt wird, festgelegt.
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In jedem Fall muß bei dieser Anordnung dafür Sorge getragen werden,
daß sich die durch die Kolbenbewegung in den Kolbenpumpen erzeugte Druckänderung
nicht völlig ungehindert über den ganzen Umlaufkanal ausbreiten kann, sondern jeweils
dem die Pumpenbewegung erzeugenden Auslenkmaximum um einen vorbestimmten Winkel
phasenverschoben auf die Spindel zur Einwirkung gelangt.
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Mit besonderem Vorteil werden in die Verbindungsleitungen zwischen
den benachbarten Kolbenpumpen in Reihe mit den Rückschlagventilen Drosseln angeordnet.
Diese verhindern nicht nur die widerstandslose Ausbreitung der Druckwelle über den
gesamten Umlaufkanal, sondern haben zusätzlich eine erhebliche Dämpfungswirkung
auf die Auslenkbewegung der Spindel, da sich der Kolben in einer der Kolbenpumpen
unter der Auslenkbewegung der Spindel nur gegenüber dem erhöhten Widerstand der
Drossel verschieben kann.
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Die Anordnung kann aber auch so getroffen werden, daß die Steuereinrichtung
wenigstens eine jeweils in einer vorbestimmten Umfangsstellung des Auslenkmaximums
durch die Spindel betätigbare gestellfeste Ventileinrichtung in einer Verbindungsleitung
zwischen der zugehörigen Druckmittelkammer und einer Druckmittelquelle aufweist.
In diesem Falle wird die Spindel-Auslenkbewegung nicht zur Erzeugung
des
Druckes herangezogen, sondern dieser von einer fremden Druckmittelquelle zur Verfügung
gestellt. Die Auslenkbewegung der Spindel steuert dagegen die Verbindung zwischen
dieser Druckmittelquelle und der Druckkammer, von der aus der Druckimpuls als Rückstellimpuls
auf die Spindel zur Wirkung kommt.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung an mehreren
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 im senkrechten Schnitt
in der die Achse der Spindel enthaltenden Ebene eine gemäß der Erfindung bei Auslenkbewegungen
gedämpfte Pendelzentrifuge, Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch die Aufhängung
einer Pendelzentrifuge, die mit einer in anderer Weise als in F i g. 1 ausgeführten
Anordnung zur Dämpfung und Rückstellung der Auslenkbewegung der Spindel versehen
ist, F i g. 3 einen senkrechten Schnitt in der die Achse der ausgelenkten Spindel
enthaltenden Ebene einer Anordnung nach F i g. 2 und F i g. 4 in einer horizontalen
vereinfachten Schnittebene die Funktionsweise des Ausführungsbeispieles nachFig.
2und3.
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Die in F i g. 1 gezeigte Pendelzentrifuge weist eine Zentrifugentrommel
1 auf, die mit Hilfe einer Spinder 2 mit der Achse in einem Spindelkopf 4 mit Hilfe
der Lager 6 und der Kupplung 5 antreibbar gelagert ist. Der Spindelkopf weist einen
balligen Tragteil auf, der in einer kugelschalenförmigen Lagerfläche 7 einer gestellfesten
Abstützung 3 frei pendelnd aufgehängt ist. Das Spindellager ist in einem Nebenabschnitt
des Spindelkopfes 4 angeordnet, der eine Verlängerung 4 a aufweist.
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An einer vorbestimmten Umfangsstelle der Verlängerung 4 a des Spindelkopfes
ist gestellfest ein Fühler 8 angeordnet, der im dargestellten Beispiel die Ventilstange
eines hydraulischen Steuerventils 9 ist, in dessen Gehäuse ein Schieber 10 in Richtung
der Ventilstange 8 verschiebbar ist.
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In einem vorbestimmten Winkelabstandor von dem Fühler 8 ist an einer
vorbestimmten Umfangsstelle der Verlängerung 4 a des Spindelkopfes 4 ein Druckmittelzylinder
19 gestellfest angeordnet, in dem ein Kolben 20 mit Kolbenstange 21 spielt, welch
letztere an der Verlängerung 4 a angreifen kann. In der axialen Schnittdarstellung
der Fig. 1 ist die Winkelbeziehung zwischen dem Fühler 8 und dem Druckmittelzylinder
19 zur Vereinfachung der Darstellung anders als im praktischen Betrieb wiedergegeben.
Die Winkelbeziehung zwischen diesen beiden Einrichtungen ist besser aus der horizontalen
Schnittdarstellung in der Mitte der F i g. 1 erkennbar.
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Das Ventil 9 ist über eine Leitung 18 mit dem Druckmittelzylinder
19 verbunden. Im vorliegenden Falle ist angenommen, daß die Dämpfungs- und Rückstellanordnung
mit einem hydraulischen Druckmittel arbeitet. Zu diesem Zweck ist das Ventil 9 an
einen Druckmittelspeicher 12 über die Leitung 11 und an einen Sumpf 15 über die
Rücklaufleitung 17 angeschlossen. In dem Druckmittèlspeicherl2 wird über eine Pumpe
13, die von einem Motor 14 angetrieben wird, ein durch das Druckbegrenzungsventil
16 bestimmter Druck aufrechterhalten. Es ist für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich,
daß die Anordnung auch mit einem pneumatischen Druckmittel arbeiten kann, wobei
der Druck ebenfalls aus einem
pneumatischen Druckspeicher entnommen werden kann.
Sumpf und Rücklaufleitung können in diesem Falle entfallen.
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Bei Auftreten einer Auslenkung der Spindel 2 auf Grund einer Präzessionsbewegung
wird der Fühler 8 durch den Kragen 4 a immer dann zurückgedrängt, wenn das Auslenkmaximum
sich der Umfangsstelle des Fühlers 8 nähert. Kurz bevor das Maximum mit der Lage
des Fühlers 8 in Fluchtung gelangt, wird über das Ventil 9 die Leitung 18 des Druckmittelzylinders
19 mit dem Druckspeicher 12 verbunden, so daß sich in dem Zylinder 19 hinter dem
Kolben 20 der Druck des Druckspeichers 12 aufbauen kann.
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Dieser Druck überträgt sich mit Hilfe der Kolbenstange 21 als Druckimpuls
auf den Kragen 4 a, wobei die Richtung des Druckimpulses auf den Kragen 4 a gegenüber
dem Auslenkmaximum im dargestellten Beispiel um etwa 900 phasenverschoben ist. Die
Impulseinwirkung ist nur kurzzeitig, da dann, wenn das Auslenkmaximum den Fühler
8 passiert hat, das Ventil 9 wieder geschlossen und der Druckzylinder 19 entlastet
wird. In F i g. 1 ist dabei angenommen, daß die Spindel und damit die Präzessionsbewegung
im Gegenuhrzeigersinn umlaufen. Bei jedem Umlauf des Auslenkmaximums der Spindel
wird dann, wenn das Maximum den Fühler 8 erreicht, ein solcher Rückstellimpuls auf
die Spindel zur Wirkung gebracht, der allmählich dazu führt, daß die Spindel auf
einem spiralförmigen Wege wieder in ihre zentrale Lage oder Ruhelage zurückgeführt
wird.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß zwei oder mehr solcher aus
Fühler und Druckmittelimpulsgeber bestehende Anordnungen in Umfangsrichtung um die
Umlaufbahn des Kragens 4a des Spindelkopfes verteilt sein können. Diese lassen sich
alle aus dem gleichen Druckspeicher 12 speisen. Durch entsprechende Ausgestaltung
des Schiebers 10, z. B. durch Abschrägung seiner Dichtkanten, kann auch auf einfache
Weise errreicht werden, daß die Dauer des Druckimpulses oder seine Druckgröße gegen
Abhängigkeit von der Größe der maximalen Auslenkamplitude der Spindel verändert
werden. Hierdurch wird vermieden, daß bei kleinen Auslenkbewegungen die Rückstellsteuerung
zu einer Anregung der Auslenkbewegung der Spindel führen kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 2 bis 4 wird die Auslenkbewegung
der Spindel und des zugehörigen Spindelkopfes zugleich zur Erzeugung des Rückstelldruckes
herangezogen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Spindel 2 wiederum über Lager
in einem entsprechend dem Pfeil 40 in F i g. 3 pendelnd gelagerten Spindelkopf 4
abgestützt. Um die Nabe des Spindelkopfes 4 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
vier Druckmittelfördereinrichtungen in Form von einfachen Kolbenpumpen 28, 29, 30
und 31 verteilt angeordnet, die gestellfest an der Halterung 3 der Spindellagerung
befestigt sind. In den Zylindern der Kolbenpumpen spielen Kolben 41, deren Kolbenstangen
32 druckmitteldicht aus dem Zylinder herausgeführt sind und an den Armen 33 angreifen,
welche sich von der Nabe des Spindelkopfes 4 nach unten und radial nach außen erstrecken
und über eine Schlitzführung antriebsmäßig mit den Kolbenstangen verbunden sind.
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Die unterhalb der Kolben liegenden Zylinderkammern sind jeweils an
eine gemeinsame Ringleitung 34 angeschlossen, wobei jedoch in den zwischen zwei
in Umfangsrichtung benachbarten
Druckmittelpumpen liegenden Leitungsabschnitten
jeweils eine Drossel 36 und ein Rückschlagventil 35 vor(ycscllell sind.
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Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist anLcnommen, daß die Spindel
2 und damit auch die Priizessionsbewegungen in der durch den Pfeil 25 angedeuteten
Drehrichtung umlaufen. Die Rückschlagventile 35 sind jeweils so ausgebildet. daß
sie sich ebenfalls nur in der Richtung des Pfeiles 25. also in der Umlaufrichtung
öFfnen.
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In den F i g. 3 und 4 ist der Fall gezeigt. daß die Spindel 2 um
das Pendelzentrum 1/1 entlang der kugelschalenförmigen Lagerfläche gegenüber der
Ruheachse A in eine Stellung ausgelegt ist. in der sich die tatsächliche Achse der
Spindel 2 in der Stellung B befindet. Die Auslenkamplitude ist in F i g. 4 mit a
bezeichnet. Die Lage des Auslenkmaximums ist in F i g. 4 durch den Pfeil 51 wiedergegeben.
Die Umlaufrichtung der Auslenkbewegung ist durch den Pfeil 50 in F i g. 4 angedeutet.
Die Schnittdarstellung ist in F i g. 4 gegenüber der nach F i g. 2 wesentlich vereinfacht.
um die Übersicht zu verbessern. Neben jeder im Querschnitt gezeigten Kolbenpumpe
28 bis 31 ist die gleiche Pumpe in Seitenansicht wiedergegeben. um die jeweilige
Kolbenstellung bei der in F i g. 4 wiedergegebenen Momentaufnahme der Auslenkbewegung
der Spindel 2 zu verdeutlichen. Die neben den Kolbenpumpen wiedergegebenen Pfeile
deuten die Bewegungsrichtung der Kolben während der voraufgegangenen 900-Phase der
Ausstellbewegung an.
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Man erkenn+. daß der Kolben 41 in dem Zylinder 30 in der vorausgegangenen
Phase aus seiner Mittelstellung in die obere Totpunktlage gedrückt worden ist. Unter
dem Kolben 41 herrscht damit im Zylinder 30 ein niedriger Druck. Während der gleichen
Phase wurde der Kolben in dem um 900 versetzten Zylinder 29 aus der oberen Totpunktlage
in die Mittelstellung gebracht. Das unter dem Kolben im Zylinder weggedrückte Druckmittel
konnte dabei über die Drossel und das Rückschlagventil in den Zylinder raum 42 unter
dem Kolben einfließen. Im Zylinder 28 hat sich der Kolben 41 aus der Mittelstellung
in die unterste Totpunktlage bewegt. während der Kolben in dem Zylinder 31 sich
aus der untersten Totpunktlage in die wiedergegebene Mittelstellung bewegt hat.
In den Zylindern 31 und 30 entsteht damit ein Druckmittelbedarf, während in den
Zylindern 28 und 29 ein Druckmittelüberschuß entsteht. Durch
die Riiclssc0zlat ntilc
wird gewährleistet. daß ein Druckinittelausgleich nur in Ümlaufrichtung stattfinden
kann. Dieser Ausgleich kann jedoch nicht frei erfolgen. da die cfazwischcn;cschalteten
Drossel 36 dem Ausgleich einen entsprechenden Widerstand entgegensetzen Aus der
dargestellten Sachlage ergibt sich, daß der Auswanderung des Auslenkmaximums 51
in die in F i g. 4 dargestellte Stellung zunächst dadurch ein Widerstand entgegengesetzt
wird, daß das Druckmittel in dem Zylindelraum42 unter dem Kolben 41 im Zylinder
'8. der bei dieser Auslenkbewegung nach unten in seine untere Totpunktlage verschoben
wird. unter entsprechender Erhöhune des Druckes durch die nachgeschaltete Drossel
und über das Rückschlagventil in den unter dem Kolben befindlichen Zylinderraum
des Zylinders 79 verdrängt wird.
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In diesem Zylinder befindet sich der Kolben jedoch in der gleichen
Phase, jedoch ebenfalls in der Bewegung nach unten, so daß sich hier der verfügbare
Zylinderraum ebenfalls verkleinert. Da ein Druckausgleich zwischen dem Zylinder
29 und dem Zylinder 30 durch die nachgeschaltete Drossel erschwert ist. findet dabei
eine weitere Druckerhöhung unter dem Kolben im Zylinder 29 statt. Dieser Druck versucht
die Kolbenbewegung nach unten entsprechend dem Pfeil zu verhindern und statt dessen
den Kolben im Zylinder 29 nach oben zu drücken. Damit wird auf den Kragen des Spindelkopfes
4 eine Druckkomponente in Richtung des Pfeiles 52 in F i g. 4 ausgeübt.
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Die geschilderen Verhältnisse wandern mit der synchronen Drehzahl
wie die Auslenkbewegung mit dieser entsprechend dem Pfeil 50 um die Ruheachse des
Systems mit, so daß ständig ein im Sinne der Rückstellung wirkender Drehmomentvektor
47 senkrecht zu dem Kreiselmomentvektor 46 wirksam wird.
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Bei Fortsetzung des Pfeiles 50 entsprechend der Kreisbewegung würde
sich eine Spiralbahn für die Achse der Spindel 2 ergeben, welche Spiralbahn sich
immer mehr der Ruhelage der Spindelachse nähert.
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Die Diuckmittelumlaufrichtung bei dieser Bewegung ist durch den Pfeil
53 in F i g. 4 angedeutet.
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Wenn es sich um ein hydraulisches Druckmittel handelt, muß in bekannter
Weise dafür gesorgt werden. daß der Druckmittelkreis entsprechend den etwaig auftretenden
Leckverlusten stets vollständig mit Druckmittel gefüllt ist. Ein entsprechender
Auffüllkreis ist bei 60 angedeutet.