DE2333002C2 - Stützlagerung für ein Zentrifugengefäß - Google Patents

Description

— daß die elastische Dämpfungseinrichtung einen langen zylindrischen, elastischen Hohlträger (5),

der an seinem oberen Abschnitt die Vorrats-

kämme. (28) mit der Lagerpfanne (4) trägt, auf-

— daß der Dämpfungsständer (6) hohl und nach 20 Die Erfindung betrifft eine Stützlagerung für ein Zenoben leicht konisch ausgebildet ist, den elasti- trifugengefäß, mit einem Spurzapfenlager, dessen Spurschen Hohlträger (5) umgibt und an dessen un- zapfen am unteren Abschnitt des Zentrifugengefäßes terem Ende mit diesem verbunden ist; befestigt ist und dessen Lagerpfanne auf einer elasti-

— daß die zylindrische Ummantelung (8) mit dem sehen Dämpfungseinrichtung ruht mif einer Vorratsunteren Ende des Dämpfungsständers (6) durch 25 kammer für Stützöi, innerhalb deren sich die halbkugeleine Verschweißung (9) und am oberen Ende förmige Lagerpfanne des Spurzapfenlagers befindet, des Hohlträgers (5) mit diesem durch eine wei- mit einer im wesentlichen zylindrischen Ummantelung, tere Verschweißung (10) verbunden ist und bei- die mit dem Dämpfungsständer verbunden ist

de abdichtend umgibt, um zwischen dem Hohl- Eine derartige Stützlagerung bei schnellumlaufenden

träger (5) und dem Dämp/ungsständer (6) einer- 30 Zentrifugen zeigt die DE-AS 11 43 150. Dabei sollen die seits und zwischen dem Uämpfungsständer (6) etwa mit der Frequenz der Rotordrehzahl durch die

Unsymmetrie der Rotormassen erzeugten Schwingungen im wesentlichen am Fußlager des Rotors und die langsamen Schwingungen, die insbesondere als Präzessions- und Nutationsbewegungen auftreten, im wesentlichen durch Dämpfungsmittel gedämpft werden, die auf den Rotorkörper einwirken. Am un.eren Ende des Ro tors ist eine elastische Achse angeordnet, die in einem beweglichen Spurlager ruht, das mit Dämpfungsmitteln

minare Strömung eines Kühlmittels zu gewähr- 40 versehen ist Das Spurlager ist elastisch in einem Teller leisten. gehalten, der sich über Kugeln an einem Dämpfungs

ständer abstützt, der mit dem ölgefüllten Behälter fest

2. Stützlagerung nach Anspruch 1, dadurch ge- verbunden ist

kennzeichnet daß die Ummantelung (8) metallisch Bekanntlich wiegt ein derartiges Zentrifugengefäß

ist und einerseits mehrere verstärkende ringförmige 45 mehrere kp und muß sich ununterbrochen während län-Wülste (11,12,13) sowie andererseits einen Balg (14) gerer Zeitintervalle (möglicherweise mehrere Jahre) ohne Zugang zu seiner Stützlagerung bei sehr hohen Drehzahlen, die einige 100 U/s "rreichen, drehen. Dies erfolgt im allgemeinen in einem sehr hohen Vakuum, um 50 dis Ventilationsverluste und den Energieverbrauch des des Antriebsmotors für die Zentrifugengefäßdrehung klein zu halten, häufig sogar in einer korrodierenden chemischen Umgebung

Die bekannten Vorrichtungen können sperrig sein.

4. Stützlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 55 wenn sie unter kleinem Druck (einigen mm Hg) in einem gekennzeichnet, daß in dem kugelförmigen Ab- Gas geringer Viskosität arbeiten müssen und Stützkräfte zu erzeugen haben, die mit dem zu stützenden Gewicht vergleichbar sind. Es ist außerdem schwierig, die ,Steifigkeit von Magnet- oder Gaslagern einzustellen, 60 um die Drehzahländerungen des Zentrifugengefäßes von der Inbetriebnahme bis zur Aufnahme des Dauerbetriebs zu berücksichtigen. Ferner ist unter den zahlreichen technischen Schwierigkeiten, die es zu lösen gilt, um eine Stützlagerung zu entwickeln, die den oben gc-

Pumpe bildet, deren andere Hälfte durch einen 65 nannten Anforderungen genügt, besonders problemaebenfalls halbkugelförmigen Rand (34) des unteren tisch diejenige, die von den sehr gefährlichen Präzes-Abschnitts des Zentrifugengefäßes (1) gebildet ist, sions- und Nutationsbewegungen herrührt, denen das der die erste Hälfte bedeckt. Zentrifugengefäß wegen seiner außerordentlich hohen

und der Ummantelung (8) andererseits Hohlräume zu bilden, die mit einem Dämpfungsöl wenig veränderlicher Viskosität gefüllt sind, und

daß ein zylindrisches Rohr (15) innerhalb des Hohlträgers (5) vorgesehen ist das mit einem Axialumlenkglied (16) am oberen Ende des Hohlträgers (5) zusammenarbeitet, um eine Ia-

hat, der einstückiger Bestandteil der metallischen Wand der Ummantelung ist und sich im wesentlichen in Höhe des Knotenpunktes des elastischen Hohlträgers (5) befindet

3. Stützlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Dämpfungsständer (6) ein Schutzglied (21) an seinem oberen inneren Abschnitt benachbart zum elastischen Hohlträger (5) hat.

schnitt (24) des Spurzapfens (2) auf mindestens einem Teil seiner Höhe Nuten (35) in Form von Loxodromen vorgesehen sind, wobei das Stützöi eine stark temperaturabhängige Viskosität hat.

5. Stützlagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obere halbkugelförmige Wand (33) der Vorratskammer (28) für das Stützöi die eine Hälfte einer Holweck-

Drehzahl unterworfen ist Diese Bewegungen müssen gedämpft werden, wobei eine der erwogenen Lösungen darin besteht, diese Dämpfung vorzunehmen, indem das Spurzapfenlager des Traglagers durch eine elastische Aufhängung gestützt wird, die die Lagerpfanne des Spurzapfenlager trägt. Derartige Lösungen sind in der FR-PS 15 T> 754 oder in der US-PS 32 16 655 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehzahl von größenordnungsmäßig 0,5 U/s. Auf diese Weise sind die negativen Einflüsse von Trockenreibung außerordentlich schwach, und die Wahl der Werkstoffe, die den Spurzapfen und die Lagerpfanne bilden, machen die Bruchgefahr und den Antrieb der erfindungsgemgßen Stützlagerung vernachlässigbar klein.

Da die Drehung bei hoher Drehzahl des Spurzapfens des Spurzapfenlagers inmitten der ölvorrafskammer ein unerwünschtes Mitreißen des Öls durch die Drehung

Stützlagerung der eingangs geschilderten Art dahinge- io mit sich bringen kann, ist es zweckmäßig, im Inneren der

hend zu verbessern, daß eine möglichst konstante Stützkraft bei weitem Temperaturbereich mit automatischem Heben und Senken des Spurzapfens gewährleistet wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige weitere Ausbildungen.

Die besondere Anordnung des elastischen Hohlträgers, der an seinem unteren Abschnitt im hohlen, konischen Dämpfungsständer eingespannt ir.; erlaubt die Erzielung der gewünschten Dämpfung durch eine kreisrunde Doppelschicht des Dämpfungsöls, das unter Druck zwischen dem Hohlträger und dem Dämpfungsständer einerseits und zwischen dem Dämpfungsständer und der Ummantelung andererseits gehalten ist.

Dadurch erfüllt der elastische Hohlträger gleichzeitig zwei Aufgaben. Erstens dient er als Halterung der kugelförmigen Lagerpfanne des Spurzapfenlagers und zweitens als Halterung der Vorratskammer für das Stützöl an seinem oberen Abschnitt

Das Dämpfungsöl, dessen Druck einstellbar ist, ist so gewählt, daß es nur eine schwache Temperaturabhängigkeit der Viskosität zeigt Auf jeden Fall erlaubt ein Kompensationsbalg am unteren Ende des Hohlträgers, Vorratskammer eine bestimmte Anzahl von radialen Flügeln vorzusehen, damit das Öl durch die Drehung nicht mitgerissen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Stützlagerung in schematischer Gesamtansicht bei Achs-Teilschnitt,

F i g. 2 einer. Aufriß des oberer. Teils der StützlagerungvonFig. 1,

F i g. 3 einen Aufriß des Spurzapfens der Lagerpfanne der Stützlagerung von F i g. 1, und

F i g. 4 eine Draufsicht der oberen sphärischen Ringzone der Vorratskammer für das Stützöl.

In F i g. 1 ist der untere Teil eines Zentrifugengefäßes 1 zu sehen, an dem ein Spurzapfen 2 eines Spurzapfenlagers 3 befestigt ist. Eine Lagerpfaar.e 4 des Spurzapfenlagers 3 ist an ihrem Scheitel durch einen zylindrischen Hohlkörper 5 gestützt, der an seinem unteren Ende in einem Dämpfungsständer 6 eingespannt ist. Der Dämpfungsständer 6 ist ebenfalls hohl, von leicht konischer Form und umgibt den Hohlkörper 5. Der Hohlkörper 5 besteht aus Stahl hoher Elastizität, während der Dämpfungsständer 6 beispielsweise aus Chrom gefertigt ist.

15

20

25

den Solldruck für dieses Öl aufrecht zu erhalten, so daß 35 Eine Verschweißung 7 gewährleistet die Abdichtung

jede Kavitation vermieden wird, die infolge der Dämp- zwischen dem elastischen Hohlkörper 5 und dem

fungsschichtbildung eintreten könnte, die Unterdruck - zonen erzeugt. Schließlich befindet sich am oberen Abschnitt des Dämpfungsständers ein Schutzring auf der Dämpfungsständer 6.

Der Hohlkörper 5 und der Dämpfungsständer 6 sind zusammen von einer metallischen Ummantelung 8 beInnenseite des Dämpfungsständers gegenüber dem ela- ω deckt die durch eine Verschweißung 9 an ihrem unteren stischen Hohlträger eingespannt Dieser Schutzring, der Ende mit dem Dämpfungsständei 6 und an ihrem obeaus sehr hartem Werkstoff besteht, um die unvermeid- ren Ende durch eine weitere Verschweißung 10 mit dem bare Reibung mit dem oberen Abschnitt des Hohlträ- oberen Rand des Hohlkörpers 5 dicht verbunden ist Die gers während starker anomaler Präzessionsbedingun- metallische Ummantelung 8 hat mehrere ringförmige gen des Zentrifugengefäßes auszuhalten, ist einfach auf 45 Wülse 11, 12 und 13 (Fig. 1), die die Starrheit der Umden oberen Abschnitt des Dämpfungsständers aufge- mantelung gewährleisten, sowie einen Balg 14, der sich

in Höhe des Knotenpunkts befindet, um den der Hohlkörper 5 unter der Einwirkung der Präzessionsbewegungen des Zentrifugengefäßes 1 schwingt. Im Inneren des Hohlkörpers 5 befindet sich ein zylindrsches Rohr 15. das mit einem Axialumlenkglied 16, das sich am oberen Rand des Hohlkörpers 5 befindet, zwei verschiedene Räume begrenzt, die eine laminare Haarnadel-Strömung eines Kühlmittels gestatten. In der in F i g. ] gezeigten Ausführungsform wird das Kühlmittel durch Alkohol einer Temperatur von etwa 0⁰C gebildet, und seine Strömungsbann ist durch Pfeile angedeutet: Dieser Alkohol dringt in den unleren Abschnitt auf der Achse des Hohlkörpers 5 bei 17 ein, wonach er nach

Drehzahl zu, so daß eine Verringerung der Viskosität 60 Aufnahme der in der Lagerpfanne des "Spurzapfenlager und der Tragkraft eintritt und damit der Spurzapfen sich erzeugten Wärme in einer Außenzone entlang dem

preßt.

Wenn am kugelförmigen Lagerzapfenabschnitt des Spurzapfenlagers ein Svstem von Nuten von Loxodromen-Form vorhanden ist, erhält man eine starke Druckbeaufschlagung des Stützölfilms (z. B. durch Turbopumpen-Effekt infolge Drehung in geeigeneter Richtung des Spurzapfens gegenüber der Lagerpfanne) und dementsprechend ein Anheben des Spurzapfens gegenüber der Lagerpfanne.

Wenn zu einem gegebenen Zeitpunkt der Spurzapfen sich bei einer Erhöhung der Drehzahl des Zentrifugengefäßes und damit des am Ölfilm erzeugten Drucks anheben will, nimmt die Temperatur gleichfalls mit der

wieder absenkt Auf diese Weise erhält man in ausgedehnten Temperaturen, die z. B. von 0—40°C reichen, eine ziemlich konstante Stützkraft für den Spurzapfen. Da die Temperatur des Ölfilms und damit die Stützkraft eine Funktion der Drehzahl des Zentrifugengefäßes sind, erhält man ein Automatisches Abheben oder Ab' senken des Spurzapfons des Spurzapfenlagers für eine Hohlkörper 5 sfömt, um schließlich bei 18 unten aus diesen auszutreten. Die Kühlung wird so eingestellt, daß die Temperatur des Stützöls im Ruhezustand etwa 1-2⁰C beträgt.

Im gesamten Raum zwischen dem Hohlkörper 5 und dem Dämpfungsständer 6 einerseits und diesem sowie der Ummantelung 8 andererseits befindet sich ein

5

Dämpfungsöl, das durch ein Kanalsystem 19 eingeführt ner Breite von etwa 60°, um eine dünne Kontaktkalotte und unter einem konstanten Druck von z. B. 2 kp/cm² zwischen dem Spurzapfen und der Lagerpfanne 4 im durch einen Kompensationsbaig 20 gehalten wird. Ruhezustand sowie bei In- und Außerbetriebnahmc zu Zweckmäßigerweise hat dieses Dämpfungsöl eine Vis- gewährleisten. Der Spurzapfen 2 besteht aus Nitrierkosität, die nur wenig von der Temperatur abhängt. 5 stahl.

Zur genaueren Beschreibung des eigentlichen Spur- Aus Fig. 4 ist die Funktionsweise der Dichtung er-

zapfenlagers 3 sowie seiner unmittelbaren Umgebung kennbar, die eine Holweck-Pumpe zwischen dem Glied sei jetzt F i g. 2 erläutert, die in größerem Maßstab Ein- in Form des Randes 34 und der oberen Wand 33 der zelheiten dieser Anordnung zeigt Vorratskammer 28 bildet. Die Wand 33 bestitzt mehrere

In Fig. 2 sind zunächst erkennbar ein Schutzglied 21 10 Nuten 36, die gegen die Achse geneigt und in diese aus hartem Werkstoff, das in den oberen Abschnitt des Wand eingebracht sind, so daß während der Drehung Dämpfungsständers 6 eingebaut und dazu bestimmt ist, des Zentrifugengefäßes 1 im Inneren der Vorratskamwährend der Bewegungen des Hohlkörpers 5 unter dem mer 28 das Stützöl festgehalten wird, das sonst austre-Einfluß des Zentrifugengefäßes 1 vor möglichen Beruh- ten würde.

Ringen zwischen dem Hohlkörper 5 und dem Dämp- 15 Der Antrieb des Zentrifugengefäßes J durch einen fungsständer 6 zu schützen. Hysteresemotor gestattet eine gesteuerte synchrone In-

A-, oberen Abschnitt des Hohlkörpers 5 befinde! sich und Aüßcrbeiricbnahiüc des ZenirnügengefäßcS; in in einem aufgesetzten Glied 22 ausgespart die halbku- Fig. 1 sind abgebildet ein Motor 37 mit dessen Magnetgelförmige Lagerpfanne 4 des Spurzapfenlagers 3. Die wicklungen 38, die direkt auf ein Magnetstück 39 einwirhalbkugelförmige Lagerpfanne 4 ist durch ein gerades 20 ken, das in einem ringzylindrischen hohlen Träger zylindrisches Glied 23 mit demselben Durchmesser wie eingebaut ist, der am unteren Abschnitt des Zentrifudie Lagerpfanne 4 verlängert. Im beschriebenen Aus- gengefäßes 1 befestigt ist. In F i g. 1 ist der Motor führungsbeispie! hat die Lagerpfanne 4 einen Durch- über einen Rahmen 41 am unteren Abschnitt des Dämpmesser von 4,5 mm, während der Durchmesser des zy- fungsständers 6 befestigt, von dem er durch ein Keralindrischen Glieds 23 damit bis auf 1 μΐη übereinstimmt. 25 mik-Glied 42 getrennt ist, das eine Wärmeisolierung bil-Das zylindrische Glied 23 dient dazu, die radiale Steifig- det

keit des Spurzapfens 2 zu sichern. Der Spurzapfen 2 des

Spurzapfenlagers 3 hat an seinem unteren Ende einen Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

gedrehten halbkugelförmigen Abschnitt 24, der auf ei- *

nem konischen Abschnitt 25 aufgesetzt ist, der sich an den Abschnitt 24 gemäß einem kontinuierlichen konkaven Profil anschließt, wie es in F i g. 2 und 3 zu sehen ist. Der konische Abschnitt 25 geht seinerseits in eine zylindrische Kante 26 über, die dazu dient, zu verhindern, Haß aufgrund d?r Drehung des S⁰UrZs¹^fSnE 2 in Pfsilrichtung F vom Spurzapfenlager 3 öl aufsteigt, das bis zum Pegel 27 in einer Vorratskammer 28 enthalten ist, die sich am oberen Abschnitt des Hohlkörpers 5 befindet und daran befestigt ist. Das in der Kammer 28 enthaltene Stützöl wird in diese durch ein Leitungssystem 29 eingebracht, das außen bei 43 (F i g. 1) mündet. In der Kammer 28 ist das Stützöl keiner Zwangsumwälzung unterworfen; im Gegenteil, eine bestimmte Anzahl von radialen Flügeln 30, die untereinander durch Querstreben 31 gestützt sind, sind angebracht, um das Mitreißen des Öls während der Drehung zu verhindern.

Um die Temperatur des Spurzapfenlagers zu überwachen, sind Thermoelemente wie 32 an bestimmten Stellen des aufgesetzten Glieds 22 vorgesehen.

Der obere Abschnitt der Kammer 28 endet mittels einer Wand 33 von Kugelform, wobei ein glatter Rand 34 des unteren Abschnitts des Zentrifugengefäßes 1 mit der inneren Wand 33 angepaßter Form letztere überdeckt Der untere Abschnitt des Zentrifugengefäßes 1, der Rand 34 und der obere Abschnitt des Spurzapfens 2 sind mechanisch und damit drehfest in bezug auf den Spurzapfen 2 des Spurzapfenlagers 3 verbunden.

Fig.3 zeigt den Aufbau des unteren Abschnitts des Spurzapfens 2 des Spurzapfenlagers 3 mit seinem halbkugelförmigen gedrehten Abschnitt 24, wobei auf einem Teil der Höhe des Abschnitts 24 eine bestimmte Anzahl von Nuten 35 in der Oberfläche des Spurzapfens vorgesehen ist die die Form von Loxodromer. haben. Letztere Form entspricht einer ermittelten optimalen Wirkung bei Kompression des Stützölfilms durch Turbopumpeneffekt Auch andere »spiralförmige« Kurven können ■ I verwendet werden. Die Nuten beginnen am Äquator

des halbkugelförmigen Abschnitts 24 und enden bei ei-

Claims (1)

6. Stützlagerang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratskammer (28) für das Stüizöl mehrere radiale F.ügel (30) hat. um ein Mitreißen des Öls bei der Drehung zu verhindern. 7. Stützlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmige Lagerpfanne (4) des Spurzapfenlager (3) von einem zum Lagerzapfen gleichachsigen zylindrischen Glied (23) überragt ist 8. Stützlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spurzapfen (2) des Spurzapfenlagers (3) durch einen kugelförmigen Abschnitt (24) gebildet ist, an den sich ein konischer Abschnitt (25) anschließt, auf den eine zylindrische Kante (26) folgt, um ein Aufsteigen des Ölfilms anzuhalten. Patentansprüche:

1. Stützlagerang für ein Zentrifugengefäß, mit einem Spurzapfenlager, dessen Spurzapfen am unteren Abschnitt des Zentrifugengefäßes befestigt ist und dessen Lagerpfanne auf einer elastischen Dämpfungseinrichtung ruht, mit einer Vorratskammer für Stützöi, innerhalb deren sich die halbkugelförmige Lagerpfanne des Spurzapfenlagers befindet, mit einer im wesentlichen zylindrischen Ummantelung, die mit dem Dämpfungsständer verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,