DE2122464B2

DE2122464B2 - STORAGE ARRANGEMENT FOR AN ULTRACENTRIFUGE

Info

Publication number: DE2122464B2
Application number: DE19712122464
Authority: DE
Inventors: Max Dr. 6450 Hanau; Sinn Hartmut DipL-Ing 3360 Osterode WuU
Original assignee: Zusatz in: 21 38 141 Ausscheidung in: 21 67 030 Heraeus-Christ GmbH, 3360 Osterode
Priority date: 1971-05-06
Filing date: 1971-05-06
Publication date: 1978-02-23
Also published as: DE2122464C3; GB1390956A; FR2135307A1; FR2135307B1; DE2122464A1; DE2138141A1; US3814306A

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Ultrazentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus der DE-AS 10 80 931 bekannt ist.The invention relates to a bearing arrangement for an ultracentrifuge according to the preamble of the patent claim 1, as is known from DE-AS 10 80 931.

Ultrazentrifugen mit öldrucklagern sind auch sonst bekannt (vergleiche deutsche Auslegeschrift 12 85 412).Ultracentrifuges with oil pressure bearings are also known elsewhere (see German Auslegeschrift 12 85 412).

Bei dem dort gezeigten Lager geht die Welle durch eine Kammer und diese trägt eine mit ihr fest verbundene Scheibe so, daß die Kammer unterhalb der Scheibe an eine Druckölleitung angeschlossen ist und im Bereich der Höhenlage, die die Scheibe beim Betrieb einnehmen soll, eine Auslaßöffnung an der Kammer vorgesehen ist. Die Welle ist mit einem Gewinde versehen, das entgegen der Drehrichtung ansteigend ausgebildet ist, und als Vakuumdichtung dient.In the case of the bearing shown there, the shaft goes through a chamber and this carries one firmly connected to it Disc so that the chamber below the disc is connected to a pressure oil line and in the area the height which the disc is to assume during operation, an outlet opening is provided on the chamber. The shaft is provided with a thread that is designed to rise against the direction of rotation, and serves as a vacuum seal.

In der FR-PS 7 20 512 ist eine Zentrifuge beschrieben, die über eine schraubenförmige Spindel nach Art eines Schneckentriebs angetrieben wird, wenn sie mittels Handhebels über eine Reibkupplung eingeschaltet wird. Beim Bewegen des Handhebels wird Ol über Kanäle von einer Pumpe an die Lager herangebracht. Die Pumpe wird nur dann in Aktion gesetzt, wenn die Zentrifuge außer Betrieh ist. Für mit hoher Drehzahl umlaufende Zentrifugen wie Ultrazentrifugen ist eine derartige Lageranordnung und Schmierung nicht geeignet.In FR-PS 7 20 512 a centrifuge is described, which is driven via a helical spindle in the manner of a worm drive when it is by means of Hand lever is switched on via a friction clutch. When moving the hand lever, oil is released through channels brought to the bearings by a pump. The pump is only activated when the Centrifuge is out of order. For high-speed centrifuges such as ultracentrifuges, there is one such bearing arrangement and lubrication not suitable.

Es hat sich herausgestellt, daß bei den Ultrazentrifugen, insbesondere wenn ein Mittelfrequenzmotor, d. h. ein Motor mit einer Drehzahl von 20 000 bis 100 000 U/min verwendet wird, für einen Notlaufbetrieb Vorkehrungen getroffen werden müssen, um die Schmiermittelversorgung der Lageranordnung sicherzustellen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einfache Mittel zur Entlastung des Lagers für den Notlauf zu schaffen.It has been found that in ultracentrifuges, especially when a medium frequency motor, i.e. H. a motor with a speed of 20,000 to 100,000 rpm is used for limp home operation Precautions must be taken to ensure the supply of lubricant to the bearing assembly. The object of the invention is therefore to provide simple means for relieving the bearing for emergency operation create.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the training according to claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird Schaden von der Ultrazentrifuge auch dann abgewendet, wenn keine Bedienungsperson beim »Notlauf« zugegen ist. Die erfindungsgemäße Anordnung schaltet automatisch auf den Notlaufbetrieb um. Als automatische Mittel, die bei Ausfall der Druckpumpe für den Schmiermittelkreislauf wirksam werden, haben sich besonders Mittel bewährt, die nach Art einer hydrodynamischen Bremse wirken.The solution according to the invention avoids damage to the ultracentrifuge even if no operator is present during the "emergency run". The arrangement according to the invention switches automatically to emergency operation. As an automatic means, which in the event of failure of the pressure pump for the lubricant circuit become effective, means have proven particularly useful, which are like a hydrodynamic brake works.

Bewährt hat sich auch zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Druckes im Schmiermittelkreislauf, beim Notlaufbetrieb einen hydro-pneumatischen Druckspeicher zuzuschalten. In beiden Fällen ist eine hohe Betriebssicherheit und Lebensdauer gewährleistet.It has also proven itself to maintain sufficient pressure in the lubricant circuit To switch on a hydro-pneumatic pressure accumulator in emergency operation. In both cases it is high Operational safety and service life guaranteed.

In den Zeichnungen ist ein Ausführuiigsbeispiel der Erfindung rein schematisch dargestellt.In the drawings, an exemplary embodiment of the invention is shown purely schematically.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine Ultrazentrifuge und den Schmiermittelkreislauf ihrer Lageranordnung,1 shows an ultracentrifuge and the lubricant circuit their bearing arrangement,

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung mit hydrodynamischer Bremse.2 shows an embodiment of a bearing arrangement with hydrodynamic brake.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit gleichen Ziffern bezeichnet.The same parts are denoted by the same numbers in all figures.

F i g. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung des Lagers in einer Ultrazentrifuge. Im unteren Teil des Zentrifugengehäuses 1 ist die Antriebsvorrichtung 2 — im vorliegenden Falle ein Mittelfrequenzmotor — untergebracht, dessen Läufer 3 sich auf einen feststehenden und mit dem Gehäuse verbundenen Zapfen 4 dreht. Das Schmieröl wird von einer Pumpe 5 über die Druckleitung 6 in einen Zentralkanal des feststehenden Zapfens 4 eingespeist und fließt über die Rücklaufleitung 7 und den Entgasungsbehälter 8 und/oder einen geeigneten Filter wieder der Pumpe 5 zu. An der Druckleitung 6 ist ein hydro-pneumatischer Druckspeicher 9 unter Zwischenschaltung eines Drossel-Rückschlag-Ventils 10 angeschlossen, der im Notlauf-Betrieb automatisch beiF i g. 1 shows the basic arrangement of the bearing in an ultracentrifuge. In the lower part of the centrifuge housing 1 the drive device 2 - in the present case a medium frequency motor - is housed, the rotor 3 of which rotates on a stationary pin 4 connected to the housing. That Lubricating oil is fed by a pump 5 via the pressure line 6 into a central channel of the stationary journal 4 is fed in and flows via the return line 7 and the degassing tank 8 and / or a suitable one Filter back to pump 5. A hydro-pneumatic pressure accumulator 9 is interposed on the pressure line 6 a one-way flow control valve 10 connected, which is automatically operated in emergency operation

Ausfall der Pumpe 5 die Schmierölversorgung der Lageranordnung übernimmt. Im Normalbetrieb der Zentrifuge ist es zweckmäßig, die Pumpe bereits vor dem Einschalten der Antriebsvorrichtung in Betrieb zu setzen, damit sich an dem Lager 14 ein ausreichender Schmiermitteldruck aufbaut.Failure of the pump 5 takes over the lubricating oil supply to the bearing arrangement. In normal operation of the In the centrifuge, it is advisable to put the pump into operation before the drive device is switched on set so that a sufficient lubricant pressure builds up on the bearing 14.

F i g. 2 zeigt den unteren Teil der Zentrifugendrehwelle 24, welcher identisch ist mit dem Läufer 3 dss elektrischen Mittelfrequenzmotors. Dieser Läufer besitzt eine Ausnehmung 11, in der zwei Lagerbüchsen 12 angeordnet sind. Der Läufer 3 und der Stator 2 des Motors sind nur durch einen Dichtspalt 31 getrennt. Die Lagerbüchsen sind mit achsparallelen Bohrungen oder Schlitzen 13 für den Ölriicklauf versehen. Am Boden 25 der Ausnehmung 11 befindet sich ein sphärisch vorspringendes Lagerelement 14, das sich gegenüber der tragenden, korrespondierend eingebuchteten Fläche 26 des Zapfens 4 frei einstellen kann und als Axiallager dient. Das Drucköl wird der Eohrung 11 durch den Zentralkanal 15 in dem feststehenden Zapfen 4 und den Schmierkanälen 16 durch die Außenwand 28 und dem Axiallager 14 durch die Tragfläche 26 zugeführt. Das Axiallager ist als hydrostatisches Lager ausgebildet. Zur Schmierung wird eine volumetrische Pumpe mit konstanter Fördermenge verwendet.F i g. 2 shows the lower part of the centrifuge rotary shaft 24, which is identical to the rotor 3 of the medium-frequency electric motor. This rotor has a recess 11 in which two bearing bushes 12 are arranged. The rotor 3 and the stator 2 of the motor are only separated by a sealing gap 31. The bearing bushes are provided with axially parallel bores or slots 13 for the oil return. At the bottom 25 of the recess 11 there is a spherically protruding bearing element 14 which can freely adjust with respect to the supporting, correspondingly indented surface 26 of the pin 4 and which serves as an axial bearing. The pressure oil is fed to the pipe 11 through the central channel 15 in the stationary journal 4 and to the lubrication channels 16 through the outer wall 28 and to the axial bearing 14 through the support surface 26. The axial bearing is designed as a hydrostatic bearing. A volumetric pump with a constant flow rate is used for lubrication.

Der Pumpenförderdruck ist im wesentlichen vom Gewicht des auf die flexible Drehwelle 24 aufgesetzten Rotors 17 abhängig. Bei abgenommenem Rotor geht der Druck stark zurück, das das hydrostatische Axiallager nur durch den relativ leichten Läufer 3 belastet wird. Durch eine nicht dargestellte druckabhängige Schaltvorrichtung in der Druckleitung 6 wird der Strom zum Motor unterbrochen, solange kein Rotor eingesetzt ist. Die flexible Welle 24, die sich bei einem hochtourigen Lauf ohne Rotor verbiegen würde, ist hierdurch geschützt. Wesentlich bei der Erfindung ist, daß das aus den Lagern 12 und 14 austretende öl infolge der Zentrifugalkräfte in die zylindrische Wandung 27 der Ausnehmung 11 geschleudert wird, wo es praktisch spritzfrei dem ölsammelraum 18 zufließt. Das öl fliegt von dort zur Förderpumpe durch eine Abflußöffnung im Gehäuse 1 ab in den ölkreislauf.The pump delivery pressure is essentially the weight of that placed on the flexible rotating shaft 24 Rotor 17 dependent. When the rotor is removed, the pressure drops sharply, the hydrostatic Axial bearing is only loaded by the relatively light rotor 3. By a pressure-dependent, not shown Switching device in the pressure line 6, the current to the motor is interrupted as long as there is no rotor is used. The flexible shaft 24, which would bend in a high-speed run without a rotor, is thereby protected. It is essential in the invention that the oil escaping from the bearings 12 and 14 as a result the centrifugal forces are thrown into the cylindrical wall 27 of the recess 11, where it is practical The oil collecting chamber 18 flows without splashing. The oil flies from there to the feed pump through a drain opening in the housing 1 into the oil circuit.

Aus Fig.2 ist weiterhin das Konstruktionsprinzip einer »hydrodynamischen Bremse« ersichtlich. Im Gehäuse 1 sind zwei Abflußöffnungen 20 und 21 beiderseits der Schlüsselwand 29 angebracht. Dabei liegt ein ölsammelraum 18 radial einwärts von der Wand 29 und ein Ölsammelraum 18' radial auswärts von der Wand 29. Im Normalbetrieb fließt das öl über die Bohrung 20 aus dem Gehäuse ab. Zum Bremsen wird die Bohrung 20 durch ein Ventil 22 abgesperrt. Dadurch wird das öl in den Bremskanal gedrückt und läuft über die Bohrung 21 und eine Umgehungsleitung 30 cb. Der Bremskanal ist vorzugsweise so ausgebildet, daß beim Absperren des Ventils 22 eine Gegenförderwirkung entsteht, wodurch im Notlauf-Betrieb — bei Ausfall der Pumpe — automatisch das Axiallager wirksam entlastet wird. Der Bremskanal wird dabei zwischen einer Außenwand des drehbaren Teils 3 und der Schüssel 29 durch einen engen Spalt 23 gebildet. Die Schüssel 29 ist mit dem Gehäuse 1 verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet.From Fig.2 is still the design principle a »hydrodynamic brake«. In the housing 1 there are two drainage openings 20 and 21 attached on both sides of the key wall 29. An oil collection chamber 18 is located radially inward of the Wall 29 and an oil collecting chamber 18 'radially outward from the wall 29. In normal operation, the oil flows over the Hole 20 from the housing. For braking, the bore 20 is blocked by a valve 22. Through this the oil is pressed into the brake channel and runs through the bore 21 and a bypass line 30 cb. Of the Brake channel is preferably designed so that when the valve 22 is shut off, a counter-conveying effect arises, whereby in emergency operation - if the pump fails - the thrust bearing is automatically and effectively relieved will. The brake channel is between an outer wall of the rotatable part 3 and the bowl 29 formed by a narrow gap 23. The bowl 29 is connected to the housing 1 or in one piece with it trained this.

Mindestens ein schraubenförmiger Kanal wird z. B. dadurch im Spalt 23 gebildet, daß Gewindegänge auf den Innendurchmesser der Schüssel 29 so geschnitten sind, daß sie beim Bremsen den Durchfluß von öl durch den Spalt 23 drosseln bzw. ganz sperren und einen Gegendruck aufbauen.At least one helical channel is z. B. formed in the gap 23 that threads on the inside diameter of the bowl 29 are cut so that they allow the flow of oil through when braking Throttle the gap 23 or block it completely and build up a counterpressure.

Der Zapfen 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel abgesetzt, d. h. im Durchmesser zum Rotor hin kleiner werdend, und die Radiallager 12 sind auf verschiedenen Durchmessern angeordnet.The pin 4 is stepped in this embodiment, i. H. smaller in diameter towards the rotor becoming, and the radial bearings 12 are arranged on different diameters.

Die Ausbildung gemäß F i g. 2 ermöglicht es, bevorzugt, jedoch nicht ausschließlich im Notlaufbetrieb, in der Stellung »Absperren« der ersten Schmiermittelablauföffnung den Umlauf des Schmiermittels zu drosseln und nach Art einer hydrodynamischen Bremse auf das drehbare Teil einzuwirken. Hierdurch wird im Gegensatz zu der bisher bei Zentrifugen allgemein üblichen elektrischen Abbremsung eine einfach einzubauende Bremse geschaffen, die keine Erwärmung des Rotors zur Folge hat. Die bei der hydrodynamischen Bremsung gemäß der Erfindung erzeugten Bremskräfte sind weitaus höher als bei der bekannten elektrischen Abbremsung, und es ist keine aufwendige Schaltung erforderlich.The training according to FIG. 2 makes it possible, preferably, but not exclusively in emergency operation, in the "Shut off" position of the first lubricant drain opening prevents the lubricant from circulating throttle and act like a hydrodynamic brake on the rotating part. This means that the In contrast to the electrical braking system that was generally used in centrifuges up to now, one that is easy to install Brake created that does not cause the rotor to heat up. The one in the hydrodynamic Braking according to the invention generated braking forces are much higher than the known electrical Braking, and no complex circuit is required.

Sowohl bei bekannten elektrischen, insbesondere Gegenstrombremsen, als auch bei bekannten mechanischen Bremsen, die zusätzlich dem Verschleiß durch Abrieb unterliegen, werden große Mengen an Wärme freigesetzt, die nicht schnell genug abgeführt werden können und deshalb zu Überhitzung führen.Both with known electrical, especially countercurrent brakes, as well as with known mechanical ones Brakes, which are also subject to wear from abrasion, generate large amounts of heat which cannot be discharged quickly enough and therefore lead to overheating.

Die hydrodynamische Bremse weist im Gegensatz zu den bekannten mechanischen und elektrischen Bremsen eine völlig unterschiedliche Brems-Charakteristik auf. Während die bekannten Bremsen eine lineare Bremscharakteristik aufweisen, d. h., die Verringerung der Drehgeschwindigkeit bleibt in gleichen Zeitintervallen konstant, wirkt die hydrodynamische Bremse besonders stark in der ersten Phase des Bremsvorganges.The hydrodynamic brake has in contrast to the known mechanical and electrical brakes have completely different braking characteristics. While the known brakes have a linear braking characteristic have, d. That is, the reduction in the rotational speed remains at the same time intervals constant, the hydrodynamic brake has a particularly strong effect in the first phase of the braking process.

Bei den hohen Drehzahlen einer Ultrazentrifuge ist die beschriebene hydrodynamische Bremse mit Vorteil anwendbar, um besonders schnell und verschleißfrei auf niedrige Drehzahlen zu kommen. Die Reibungswärme wird dabei vom Schmiermittel abgeführt.At the high speeds of an ultracentrifuge, the hydrodynamic brake described is advantageous can be used to get to low speeds particularly quickly and without wear. The frictional heat is carried away by the lubricant.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Ultracentrifuge with a vertically arranged one that can be driven by a drive device Shaft, at the upper end of which a rotor serving to hold material to be centrifuged is attached is, with an arrangement for mounting the shaft on a fixed pin with a central Provided lubricant supply channel and connected to a pressurized lubricant circuit is, which supplies the bearing with lubricant, and with a bell-shaped, after open at the bottom and the bearing journal encompassing part at the lower end of the shaft, thereby characterized in that the bell-shaped part (3) from below by an on the bearing pin (4) Fixed bowl (29) with a narrow radial gap (23) is included, which at its deepest point a has closable opening (20) connected to the lubricant return, and that control means are provided that in the event of failure of the pressure pump (5) to maintain a bearing relief Automatically close the said opening (20) at the lubricant pressure.

2. Ultracentrifuge according to claim 1, characterized in that the automatically effective an electromagnetically actuated valve (22) for shutting off the opening (20) contain.

3. Ultracentrifuge according to claim 1 or 2, characterized in that on the bowl (29) in the A downward conveying thread is formed in the area of the gap (23).

4. Ultracentrifuge according to one of claims 1 to 3, characterized in that the space (18 ') Outside the bowl (29) a bypass line for when the valve (20) is shut off through the gap (23) upward flowing return lubricant is connected.

5. Ultracentrifuge with a vertically arranged one that can be driven by a drive device Shaft, at the upper end of which a rotor serving to hold material to be centrifuged is attached is, with an arrangement for mounting the shaft on a fixed pin with a central Provided lubricant supply channel and connected to a pressurized lubricant circuit is, which supplies the bearing with lubricant, and with a bell-shaped, after open at the bottom and the journal encompassing part at the lower end of the shaft, in particular after one of the preceding claims, characterized in that control means are provided, the failure of the pressure pump (5) for the lubricant circuit to maintain a bearing relieving lubricant pressure a hydro-pneumatic pressure accumulator (9) automatically Switch to the pressure line (6) ^ around the central channel (15) of the pin (4). bo