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Vorrichtung zur Stabilisierung von schnell umlaufenden Rotoren Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stabilisierung von schnell umlaufenden Rotoren,
die sich um ihre freie, lotrechte Achse drehen, mit Dämpfungs mitteln im Bereich
der unteren Drehlagerung der Vorrichtung und Mitteln zur Erzeugung von Rückstellkräften.
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Bei schnell umlaufenden Rotoren treten neben der Rotationsbewegung
um die freie Rotationsachse kreiseleigene Schwingungen. wie z. B. Präzessions-und
Nutationsschwingungen auf. Durch nicht ausgeglichene Massen des Rotors in bezug
auf die Rotationsachse weicht die Rotationsahse von der angestrebten stabilen Lage
ab.
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Es sind bereits Vorrichtungen der genannten Art bekanntgeworden,
bei denen zur Dämpfung ein mit Dämpfungsflüssigkeit gefälltes Gefäß vorgesehen ist,
in das ein mit dem Rotor gekuppeltes Dämpfungsorgan eintaucht. Das Dämpfungs organ
ist dabei gegen eine Rückstellkräfte aufbringende Einrichtung beweglich.
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Diese Einrichtung besteht aus einer Membree in Verbindung mit in radialer
Richtung wirksamen Federungen. Es ist ierner dabei vorgesehen, die die DEmpfung
bzw. die RückstelLkrEfte liefernde Einrichtung als Zwischenglled zwischen dem Rotor
und dessen unterer Drehlagerung anzuordnen.
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Es ist ferner eine Einrichtung zur Stabilisierung bekannt, bei der
sich die Rotorachse in einem Kugelkalottenteil lagert. das von einem Dämpfungskörper
aufgenommen
ist und sich an diesem Körper durch eine Federung axial abstützt.
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Der Dämpfungskörper ist in einen mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten
Behälter eingesetzt und über radial wirkende Federungen mit dem Gehäuse verbunden.
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Bei der Verwendung von Membranen zur Aufbringung von Rückstellkräften
besteht eine Koppelung zwischen der axialen und radialen Federkonstanten der -Membrane.
Infolge dieser Abhängigkeiten lassen sich die Steifigkeiten in axialer und radialer
Richtung nicht frei wählen und damit nicht getrennt auf die jeweils erforderlichen
optimalen Werte bringen. Ferner bestehen Schwierigkeiten in bezug auf die Einspannungderartiger
Membranen in das feststehende Gehäuse.
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Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber dem Bekannten eine Stabilisierung
für einen schnell umlaufenden Rotor zu schaffen, bei dem das nicht mitumlautende
untere Drehlager mit geringem baulichen Aufwand zirkumpolare elastische Bewegungdn
in der Radialebene sowie translatorische Bewegungen in axialer Richtung zum Zwecke
der Stabilisierungaufzunehmen vermag. Die Rückatellkräfte in radialer und axialer
Richtung ellendabei getrennt abstimmbar sein. Ferner soll eine hohe Genauigkeit
in bezug auf die Steiftgkeitstoleranzender die Rückstellkräfte aufbringenden'Mittel
erreicht werden.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
nicht drehende Lagerteil der unteren Drehlagerung des Rotors ein biegeweiches Glied
enthält und sich über dieses Gliedim Lagergehäuse radial und über eine in Richtung
der Rotordrehachse wirkende Federung am feststehenden Drehlagergehäuse abstützt.
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Eine eolche erfindungsgemäße Stabilis'ierungsvorrichtung ist in ihrem
Autbau äußerst einfach. Die geforderten Werte der Steifigk&it lassen sich äußerst
genau
bestimmen und durch die getrennte Anordnung der radialen und axialen Federung mittels
des biegeweichen Gliedes einerseits und der davon getrennt arbeitenden Axialfederung
andererseits auf die Erfordernisse maximal abstimmen. Die geforderten Werte der
Federkonstanten lassen sich sowohl flir den Biegestab als auch für die axiale Federung
z. B. bei einer Serienfertigung in engen Toleranzen reproduzieren.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung
dargestellt. Die Ausführung zeigt eine Zentrifuge mit einem schnell umlaufenden
Rotor in Verbindung mit dessen unteren Drehlager im Längs schnitt.
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Mit 1 ist dabei der um seine vertikale Achse rotierende Rotor beselchnet
Der Rotor 1 ist von einem Rezipienten 4 umgeben, in dessen untere Öffnung das Gehäuse
5 der unteren Drehlagerung 8 eingesetzt ist, wobei der Rezipient 4 und das Gehäuse
5 durch Schrauben 10 fest miteinander verbunden sind. Das Lagergehäuse 5 ist topfförmig
ausgebildet und weist eine untere Bodenwand 11 auf. Der Rotor 1 lagert sich mittels
seiner Drehachse 12, deren Ende 13 kugelförmigausgebildet ist, in der Kugelpfanne
15 eines Lagerteiles 16. Die Drehachse 12 ragt in den Raum des Lagergehäuses 5 hinein,
in dem auch das Lagerteil 16 aufgenommen ist. In die Bohrung 17 des Lagergehäuses
5 ist eine Lagerbüchse 18 fest eingesetzt, deren Bohrung 20 zur Aufnahme eines in
Richtung der Rotordrehachse 12 bewegllchen Filhrungskoljene 22 dient. Der FWlrunekolben
22 und das Lagerteil 16 weisen in axialer Richtung einen Abstand voneinander auf
und sind über einen zur Rotationsachse des Rotors koaxialen Biegestab 24 miteinander
verbunden. Dazu ist das obere Ende des Biegestabes 24 in eine Bohrung des Lagerteiles
16 und des untere Ende des Stabes in eine Bohrung des F(ihrungs kolbens 22 fest
eingesetzt. Zwischen dem Führungskolben 22 und der Bodenwand 11
des
Lagergehäuses 5 sind in Richtung der Rotordrehachse 12 wirksame Federungen in Form
von Tellerfedern oder Wellscheibentedern 26 eingesetzt, über die sich der Rotor
1 in axialer. Richtung am feststehenden Lagergehäuse 5 und damit an der hier nicht
dargestellten Aunage filr den Rezipienten 4 federnd abstützt.
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Die Bohrung des Lagergehäuses 5 weist auf einem Teil ihrer axialen
Erstreckung eine Weite auf, die größer als der Außendurchmesser der zylindrischen
Lagerbüchse 18 ist. In den dadurch gebildeten Ringraum 30 ragt radial frei beweglich
eine zylindrische Büchse 31 hinein, die Teil eines Danptungsorganes ist. Die Büchse
weist an ihrem oberen Ende radial gerichtete Stege 35 auf, die eine Nabe 36 tragen.
Mittels der Bohrung in der Nabe 36 ist die Dãmpferbeichse 31 auf das obere, die
Kugelpfanne 15 tragende Ende des Lagerteiles 16 fest aufgesetzt. Der Innenraum des
Lagergehäuses 5 und damit auch der RIngraum 30 ist mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt,
wobei auf das obere Ende des Gehäuses 5 ein Spritzdeckel 40 auigesetzt ist, durch
dessen zentrale Öffnung 41 die Rotordrehachse 12 radial frei beweglich hindurchgeführt
ist. Zur Entlüftung des die Axialfederung 26 aufnehmenden Raumes zwischen dem Führungskolben
22 und der Bodenwand 11 des Lagergehäuses 5 weist der Führungskolben eine axiale
Entlüfungsbohrung 42 auf, die in den mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Innenraum
des Lagergehäuses 5 mündet.
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Treten bei umlaufendem Rotor Störungen auf, durch die die Rotordrehachse
aus ihrer Mittellage gedrängt wird, so werden die dabei auftretenden Schwingungen
z. B. Präzessions- und Nutatlonsschwingungen mittels der Dämpfungseinrichtung 5,
30, 35 der unteren Drehlagerung 8 in bekannter Weise gedämpft.
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Durch den sich am feststehenden Gehäuse 5 radial abstützenden biegeweichen
Stab
24 werden radiale Rüokstellkräfte zur Stabilisierung des Rotors 1 übertragen. Unabhängig
davon werden die in Richtung der Rotordrehachse 12 auftretenden Schwingungen des
Rotors durch die Axialfederung 26 abgefangen.
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über das Lagerteil lß und das biegeweiche Glied 24 sowie den im Gehäuse
5 axial beweglich geführten Kolben 22 werden die axialen Schwingungen in die sich
am Gehäuse 5 abstützende Federung 26 eingeleitet und eine axiale Rückstellung unabhängig
von der radialen Rückstellung bewirkt.