DE2404217A1 - Vibration stabiliser for high-speed rotor - has damping ring revolving with rotor without any contact with surroundings, for use in centrifuges - Google Patents
Vibration stabiliser for high-speed rotor - has damping ring revolving with rotor without any contact with surroundings, for use in centrifugesInfo
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- B04B—CENTRIFUGES
- B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
- B04B9/12—Suspending rotary bowls ; Bearings; Packings for bearings
Abstract
Description
Beschreibung und PatentansprücheDescription and claims
Lagerungs- und Dämpfungseinrichtung zur Stabilisierung der Bewegungen on mit hoher Drehzahl rotierenden Körpern (Zusatz zur Deutschen Patentanmelduiig P 23 14 469.6) Die Erfindung betrifft eine La;rungs- und Dämpfungseinrichtung zur Stabilisierung der Bewegungen von mit hoher Drehzahl rotierenden Körpern und stellt einen Zusatz zur Deutschen HauptpatentanmeGdung P 23 14 469.6 dar.Storage and damping device to stabilize the movements on bodies rotating at high speed (addition to the German patent application P 23 14 469.6) The invention relates to a storage and damping device for Stabilization of the movements of bodies rotating at high speed and represents an addition to the German main patent application P 23 14 469.6.
Bei Körpern, welche mit hoher Drehzahl rotieren, beispielsweise Rotoren von Zentrifugen, Spindeln von Spinnereimaschinen oder Drallrädern von Satelliten, bereitet die Lagerung Schwierigkeiten, weil neben der Rotationsbewegung auch Schwingungen quer zur Rotationsachse und in deren Längsrichtung auftreten, die in der Regel umso stärker in Erscheinung treten, je höher die Drehzahl liegt. Deshalb läßt sich beispielsweise die Drehzahl der in mechanischen Lagern geführten Spindeln u. dgl.For bodies that rotate at high speed, such as rotors of centrifuges, spindles of spinning machines or twist wheels of satellites, the storage causes difficulties because in addition to the rotational movement also vibrations occur transversely to the axis of rotation and in its longitudinal direction, which are usually all the more The higher the speed, the more pronounced it is. Therefore, for example the speed of the spindles guided in mechanical bearings and the like.
in Textilmaschinen über die heute erreichten Werte hinaus nicht oder nicht mehr wesentlich steigern. Auch die Anwendung der von Zentrifugen her bekanten Lagerungs- und Dämpfungseinrichtungen mit berührungsfreier Führung, bei welchen die zur Stabilisierung erforderlichen statischen Rückführkräfte durch mindestens ein Magnetsystem erzeugt werden, kann die bei hohen Drehzahlen auftretenden Schwierigkeiten nicht beseitigen, da bei allen diesen Lagerungs- und Dämpfungseinrichtungen der rotierende Körper über das Magnetsystem mit der Dämpfungseinrichtung gekoppelt und bei hohen Frequenzen die Dämpfungsleistung solcher Anordnungen relativ gering ist.in textile machines beyond the values achieved today or no longer increase significantly. Also the use of the centrifuge edge Storage and damping devices with non-contact guidance, in which the static return forces required for stabilization by at least a magnet system can be generated, the difficulties that arise at high speeds don't eliminate that with all of these storage and damping devices the rotating body is coupled to the damping device via the magnet system and at high frequencies the damping performance of such arrangements is relatively low is.
Bekannte Zentrifugen arbeiten vorzugsweise mit extrem leichten, dünmfandigen Rotoren und Drehzahlen in der Größenordnung von 1000 1/sek. Die Umfangs geschwindigkeit der Rotorwände liegt in der Größenordnung von 500 m/sek und darüber. Die Lagerung der Rotoren erfolgt zweckmäßigerweise elastisch in einer Weise, daß die Rotoren sich nicht um ihre Konstruktionsachse drehen müssen, sondern unter Ausnutzung der Lagerelastizität um ihre Trägheitsachse rotieren können. Auf dieser Basis sind verschiedene Zentrifugentypen entwickelt worden. Eine besonders interessante Version wurde von M. Steenbeck und G. Zippe beschrieben (vgl. die Druckschriften a bis h). Bei dieser Zentrifuge wird ein dünnwandiger etallzylinder an seiner Unterseite auf einer flexiblen Nadel gelagert und an seiner Oberseite durch zwei Ringe berührungsfrei magnetisch geführt. Dabei wird der obere, nicht rotierende Ring zweckmäßigerweise so positioniert, daß er sich in Richtungen senkrecht zur Zentrifugenachse unter Aufbau einer geringen Rückstellkraft auslenken läßt.Dazu kann er beispielsweise an Stahldrähtcn (4) aufgehängt sein (vgl. hierzu die Drecksehriften e und f). Der untere, rotierende Magnet bzw. ein entsprechender Polschuhring ist mit dem oberen Ende des Rotorkörpers erbunden. Die Pfanne (5) des unten angeordneten Spurlagers wird n"ieckmässigerwei se ebenfalls elastisch positioniert, und zwar so.vohl in der Richtung der Zentrifugenachse als auch in Richtungen senkrecht hierzu. Dies ist in Abb. 1 durch Federn (o) deutlich gemacht (vgl. hierzu insbesondere die Druckschrift b).Known centrifuges prefer to work with extremely light, thin-handed ones Rotors and speeds in the order of 1000 1 / sec. The peripheral speed the rotor walls is in the order of magnitude of 500 m / sec and above. Warehousing the rotors is expediently carried out elastically in such a way that the rotors do not have to rotate around their construction axis, but by taking advantage of the Bearing elasticity can rotate around their axis of inertia. On this basis there are several Centrifuge types have been developed. A particularly interesting version was made by M. Steenbeck and G. Zippe described (see. The publications a to h). At this Centrifuge is a thin-walled metal cylinder at its bottom on a flexible one Needle mounted and magnetically contact-free on its upper side by two rings guided. The upper, non-rotating ring is expediently positioned so that that it extends in directions perpendicular to the centrifuge axis while building a slight For this purpose, it can be suspended from steel wires (4), for example be (cf. the Drecksehriften e and f). The lower, rotating magnet or a corresponding pole shoe ring is tied to the upper end of the rotor body. The pan (5) of the thrust bearing located below is n "vertically se also positioned elastically, namely so.vohl in the direction of the centrifuge axis as well as in directions perpendicular to it. This is clear in Fig. 1 by springs (o) made (cf. in particular document b).
so ist gewährleistet, daß der Zylinder sich nicht um seine Konstruktionsachse drehen muß, sondern unter elastischer Verblegung der Nadel unten und geringer Auslenkung der Magnetführung eben so weit auswandern kann, daß er sich um seine Trägheitsachse dreht.this ensures that the cylinder does not revolve around its construction axis must turn, but with elastic laying of the needle at the bottom and slight deflection the magnet guide can just migrate so far that it turns around its axis of inertia turns.
Neben der Rotationsbewegung, welche bei technisch bedeutsamen, schnell umlaufenden Zentrifugen im wesentlichen um die Träg-@@@tsachse erfolgt, treten infolge der unvermeidbaren Unsymmetrien der Rotormassen Schwingungen etwa in der Frequenz der Rotcrdrehzahl auf Ferner werden Präzessions- und STutationsbe-@@gungen des Rotorkörpers sowie Querschwingungen angeregt, welche sich sowohl beim Durchlaufen der kritischen Drehzahlen des als Schwingungssystem wirkenden Rotorkörpers inclusive seiner Lager als auch im Dauerbetrieb mit konstanter Drehzahl bemerkbar machen. Diese Schwingungen können sowohl zu einer Zerstörung des Rotors selbst als auch seiner Lager führen.In addition to the rotational movement, which is fast rotating centrifuges essentially around the carrier axis, occur as a result the unavoidable asymmetries of the rotor masses, oscillations in frequency, for example The rotor speed on. Furthermore, precession and stutationsbe - @@ movements of the rotor body as well as transverse vibrations are excited, which are both when passing through the critical Rotational speeds of the rotor body acting as a vibration system including its bearings as well as in continuous operation at constant speed. These vibrations can lead to the destruction of both the rotor itself and its bearings.
Es ist daher erforderlich, dem rotierenden System Schwingungsenergie derart zu entziehen, daß alle möglichen Schwingungs-Formen des Rotorkörpers inclusive seiner Lager ausreichend gedämpft sind.It is therefore necessary to give the rotating system vibrational energy to be withdrawn in such a way that all possible forms of vibration of the rotor body inclusive its bearings are sufficiently damped.
Die Bewegungen des in Abb. 1 unten skizzierten Spurlagers und damit auch die hiermit gekoppelten Schwingungsformen des Rotorkörpers inklusive seiner Lager können z.B. dadurch gedämpft werden, daß die Pfanne (5) des Spurlagers von einem Ölbad umschlossen wird. Eine mögliche Ausfühningsform für eine derartige Anordnung ist-in der Druckschrift b beschrieben. Ihr Prinzip ist in Abb. 2 dargestellt.The movements of the track bearing sketched in Fig. 1 below and thus also the oscillation forms of the rotor body coupled with it, including its For example, bearings can be dampened by removing the socket (5) of the thrust bearing from enclosed in an oil bath will. One possible embodiment for Such an arrangement is described in document b. Your principle is shown in Fig. 2.
Die schwingungstechnische Ersatzdarstellung für ein Lager dieses Prinzips ist in Abb. 3 gezeichnet. Sowohl in Richtung der Zentrifugenlängsachse als auch in Richtungen senkrecht hierzu ist die Nadel (7) des Spurlagers mit der Umwelt über die Masse (8) der Pfanne des Spurlagers sowie eine nachgeschaltete Feder (g) verbunden. Parallel zur Feder ist ein Dämpfcrtopf (10) wirksam.The vibrational substitute representation for a bearing based on this principle is drawn in Fig. 3. Both in the direction of the centrifuge longitudinal axis and in directions perpendicular to this, the needle (7) of the thrust bearing is above the environment the mass (8) of the socket of the thrust bearing and a downstream spring (g) are connected. A damping cup (10) acts parallel to the spring.
In Richtungen senkrecht zur Zentrifugenachse ist gegenüber den Angriffspunkt der Nadel am Zentrifugenrotor ele Anordnung wirksam, deren schlfingungsLechnische Ersatzdarstellung it Abb. 4 wiedergegeben ist. Die Feder (11) repräsentiert dort die Biegesteifigkeit der Nadel (7) des unteren Spurlagers.The point of application is opposite in directions perpendicular to the centrifuge axis the needle on the centrifuge rotor ele arrangement effective, its looping Substitute representation is shown in Fig. 4. The spring (11) represents there the bending stiffness of the needle (7) of the lower thrust bearing.
Völlig analog können die Bewegungen des in Abb. 1 oben skizzierten, berührungsfreien Magnetlagers und damit auch die hiernit gekoppelten Schwingungsformen des Rotorkörpers inclusive seiner Lager z.B. dadurch gedämpft erden, daß der obere, nicht rotierende Führungsmagnet von einem Ölbad (12) umschlossen wird.Completely analogously, the movements of the sketched in Fig. 1 above, contact-free magnetic bearing and thus also the vibration forms coupled with it of the rotor body including its bearings e.g. dampened by the fact that the upper, The non-rotating guide magnet is surrounded by an oil bath (12).
Eine mögliche Ausführungsform für eine derartige Anordnung ist in den Druckschriften i und in beschrieben. Ihr Prinzip ist in Abb. 5 dargestellt.A possible embodiment for such an arrangement is shown in FIG the documents i and in described. Its principle is shown in Fig. 5.
Die schwingungstechnische Ersatzdarstellung für ein Lager dieses Prinzips ist in Abb. 6 gezeichnet. Der mitrotierende, mit dem Zentrifugenrotor verbundene Magnetring (13) bzw.The vibrational substitute representation for a bearing based on this principle is drawn in Fig. 6. The rotating one connected to the centrifuge rotor Magnetic ring (13) or
der entsprechende Polschuhring ist mit der Masse (15) des nichtrotierenden Dlagnetrings.(14) über die magnetischen Kotpelkräfte verbunden, welche durch die Feder (16) repräsentiert werden. Der Masse (15) des nicht-rotierenden Magnetrings ist die Feder (17) nachgeschaltet, welche die eingangs genannte Rückstellkraft des oberen Magneten gegenüber der Umwelt repräsentiert. Parallel zur Feder (17) ist ebenfalls ein Dän,pfertopf £18) wirksam.the corresponding pole shoe ring is with the mass (15) of the non-rotating one Dlagnetrings. (14) Connected via the magnetic kotpel forces, which are represented by the spring (16) will. The mass (15) of the non-rotating magnetic ring is followed by the spring (17), which is the aforementioned restoring force of the upper magnet against the environment represents. In parallel to the spring (17) there is also a danish pot £ 18).
Ein Vergleich mit Abb. 4 zeigt, daß das beschriebene Lagerprinzip gegenüber der Zentrifugenlängsachse (19) sowohl an oberen als auch am unteren Rotorende kräfte angreifen läßt, welche einer schwingungstechnischen Ers atzdarstellung entsprechen, wie sie in Abb. 7 wiedergegeben wird.A comparison with Fig. 4 shows that the bearing principle described in relation to the centrifuge longitudinal axis (19) both at the upper and lower end of the rotor allows forces to attack, which correspond to a vibration-related substitute representation, as shown in Fig. 7.
Diese Ersatzdarstellung läßt sofort die Nachteile des beschriebenen Lagerprinzips erkennen, welche insbesondere am oberen, berührungsfreien Lager deutlich werden. Dort sind die magnetischen Führungskräfte, welche durch die Feder (16) in Abb. 6 repräsentiert werden, verhältnismässig gering. Die Masse (15) des nichtrotierenden Magneten ist dagegen unerwünscht hoch. Dies hat zur Folge, daß insbesondere Rotorbewegungen, welche durch hohe Eigenfrequenzen gekennzeichnet sind, nicht mehr ausreichend gedämpft werden können, da über die schwache Feder (16) und die große Masse (15) die entsprechenden Bewegungen nicht mehr in ausreichendem Maße zum Dämpfertopf (18) weitergeleitet werten.This substitute representation immediately eliminates the disadvantages of the one described Recognize the bearing principle, which is particularly evident on the upper, non-contact bearing will. There are the magnetic executives, which by the spring (16) in Fig. 6 are represented relatively low. The mass (15) of the non-rotating Magnets, on the other hand, is undesirably high. This has the consequence that in particular rotor movements, which are characterized by high natural frequencies are no longer sufficiently damped can be, because about the weak spring (16) and the large mass (15) the corresponding Movements are no longer passed on to the damper pot (18) to a sufficient extent evaluate.
Nur durch Bewegungen dieses Dämpfertopfs kann dem schwingenden System aber Energie entzogen werden. Wird bein beschriebenen Prinzip des berührungsfreien Lagers die magnetische Federsteifigheit erhöht, so erfordert dies letztlicn eine Vergrößerung der Masse des nichtrotierenden Magnetrings. Dies hat zur Folge, daß auch dann insbesondere solche Sch1 ingungs£orren, welche durch hohe Eigenfrequenzen gekennzeichnet sind, nicht mehr ausreichend gedämpft werden.Only by moving this damper pot can the oscillating system but energy will be withdrawn. Is used in the principle of non-contact as described Bearing increases the magnetic spring stiffness, this ultimately requires a Increase in the mass of the non-rotating magnetic ring. As a consequence, that even then, in particular, such loops which are caused by high natural frequencies are no longer sufficiently attenuated.
Ein Lagerprinzip mit dem schwingungstechnischen Ersatzschaltbild nach Abb. 7 hat also bei einer berührungsfreien magnetischen Aus führung folgende (bekannte) Nachteile: - Die Querführungskräfte (Lagerkräfte senkrecht zur Rotorachse) sind gering. Dies hat seine Ursache mit darin, daß der in Abb. 5 ersichtliche magnetisch wirksame Spalt (20) aus konstruktiven Gründen stets nennenswert größer ist als der erforderliche mechanische Spalt (21).A bearing principle with the vibration equivalent circuit diagram according to Fig. 7 shows the following (known) for a non-contact magnetic design Disadvantages: - The lateral guidance forces (bearing forces perpendicular to the rotor axis) are small amount. This is due to the fact that the one shown in Fig. 5 is magnetic effective gap (20) is always significantly larger than that for structural reasons required mechanical gap (21).
- Infolge der geringen Querführungskräfte und der hohen Masse des nichtrotierenden Magnetrings ist die Dämpfungswirkung solcher Lager in vielen Anwendungsfällen zu gering. - As a result of the low lateral forces and the high mass of the non-rotating magnetic rings is the damping effect of such bearings in many applications too low.
- Sowohl die Querführungskräfte als auch die Dämpfungswirkung solcher berührungsfreier, passiver magnetischer Lager nehmen erheblich ab, wenn der Lzech2nische Spalt (21) und damit auch der magnetisch wirksame Spalt (20) größer wird. - Both the lateral guidance forces and the damping effect of such non-contact, passive magnetic bearings decrease significantly when the Lzech2nic Gap (21) and thus also the magnetically effective gap (20) becomes larger.
Diese Vergrößerung der Spalte tritt auf, wenn der Zentrifugenrotor sich während des Hochlaufens in radialer - Richtung elastisch dehnt und daher in achsialer Richtung konträhiert. This enlargement of the gap occurs when the centrifuge rotor elastically expands in the radial direction during run-up and therefore in contracted in the axial direction.
Die genannten Nachteile sind bei sogenannten tTüber};ritischen" Zentrifugen besonders gravierend. Diese überkritischen Zentrifugen besitzen jedoch eine wesentlich hönere Leistungsfähigkeit als vergleichbare 1runterkritische1T Versionen (vgl. hierzu die Druckschriften k und l). The disadvantages mentioned are in so-called "ritic" centrifuges particularly serious. However, these supercritical centrifuges have an essential one higher performance than comparable 1 down-critical 1T versions (cf. the documents k and l).
Bei starren Schleudertrommeln (Rotoren) wird entweder die Drehzahl oder die zulässige Baulänge der Trommel durch die kritischen Drehzahlen der SchleudertroJ el begrenzt. U.With rigid centrifugal drums (rotors) either the speed or the permissible overall length of the drum due to the critical speeds of the centrifugal drum el limited. U.
auch bei langgatreckten Schleudertrommeln zumindest die erste biegekritische Drehzahl gefahrlos überschreiten zu können, kann entsprechend der Deutschen Patentschrift 1120986 eine langgestreckte Trommel schnell laufender Zentrifugen in achsialer Richtung flexibel ausgebildet werden. Entsprechend Anspruch 2 dieser Patentscl-lrift kann dies dadurch erreicht werden, daß die Trommel in achsialer Richtung Ringzonen verschiedener Elastizität aufweist. Ein solcher ringförmig nach innen gewölbter Blecmfulst (22) entsprechend Fig. 2 von DBP 1120986 ist in Abb. 1 beispielhaft eingefügt.even with elongated centrifugal drums, at least the first critical bending point To be able to safely exceed the speed, according to the German patent specification 1120986 an elongated drum of high-speed centrifuges in the axial direction be trained flexibly. According to claim 2 of this patent text can this can be achieved in that the drum in the axial direction ring zones of different Has elasticity. Such a ring-shaped, inwardly curved sheet metal cage (22) corresponding to Fig. 2 of DBP 1120986 is inserted in Fig. 1 by way of example.
Bei solchen ein-, zrsei-, drei- und mehrfach überkritischen Zentrifugen ist die vorgenannte Spaltänderung naturgemäß besonders groß. Dem steht gegenüber, daß die Zahl der möglichen Schwingungsformen wesentlich größer und deren Dämpfung naturgemäß schwieriger wird.With such single, double, triple and multiple supercritical centrifuges the aforementioned gap change is naturally particularly large. Opposed to this is that the number of possible waveforms is much greater and their damping naturally becomes more difficult.
Infolge der daraus resultierenden hohen Anforderungen an berührungsfreie, magnetische Lagerungs- und Dämpfungssysteme und der oben beschriebenen Nachteile der bekannten Versionen wurden bereits zahlreiche Verbesserungsvorschläge bekannt, welche teilweise geeignet sind, die genannten Mängel zu mildern.Due to the resulting high demands on non-contact, magnetic storage and damping systems and the disadvantages described above of the known versions, numerous suggestions for improvement have already been made known, some of which are suitable for alleviating the shortcomings mentioned.
Alle diese Vorschiäge weisen Dämpfungseinrichtungen auf, welche nicht mit der Zentrifugentrommel rotieren. Infolge dessen ist bei berührungsfreier Ausführüng der Lagereinheit die Zentrifugentrommel mit der betreffenden Dämpfungseinrichtung nur über magnetische Kräfte gekoppelt. Damit mluß entsprechend der schwingungstechnischen Ersatzdarstellung nach Abb. 7 über die vernältnismässig schwache Koppelfeder (23) mit dem Dämpfer (24) auch die unerwünscht große Masse (25) bewegt werden, was eine ausreichende Beseitigung cer genarnten Mängel verhindert. Dies gilt auch für solche Lager- und Dämpfersysteme, welche auf abs toßenden permanentm&gnetis chen Kräften basieren. Außerdem ist bei nichtrotierenden Dämpfungseinrichtungen der mechanische Spalt (in achsialer oder ggf.All of these proposals have damping devices, which are not rotate with the centrifuge drum. As a result, in the case of non-contact execution the storage unit the centrifuge drum with the relevant damping device only coupled via magnetic forces. This must correspond to the vibration-related Substitute representation according to Fig. 7 about the comparatively weak coupling spring (23) with the damper (24) and the undesirably large mass (25) are moved, what a sufficient elimination of the mentioned deficiencies is prevented. This also applies to such Bearing and damper systems, which react to repulsive permanent magnetic forces based. In addition, in the case of non-rotating damping devices, the mechanical Gap (in axial or possibly
radialer Richtung) praktisch stets größer als der magnetisch wirksame.radial direction) is practically always greater than the magnetically effective.
Diese Nachteile werden durch die Erfindung gemäß Deutscher Hauptpatentanmeldung P 23 14 469.6 beseitigt. Deren Schlüsselgedanke besteht darin die Dämpfungseinrichtungen nicht allein über Magnetkräfte, sondern auch oder nur über mechanische und hydraulische bzw. hydropneumatische Kräfte an den rotierenden Körper anzukoppeln. Dazu muß zumindest ein Teil des Dämpfungssystems mit dem rotierenden Körper mitrotieren. In anderen Worten besteht der Schlüsselgedanke der Hauptpatentanmeldung also darin, eine mitrotierende Dämpfungseinrichtung vorzusehen. Auf diese Weise lassen sich Lager-und Dämpfersysteme für mit hoher Drehzahl umlaufende Körper, beispielsweise für Rotoren von Zentrifugen, Spindeln von Spinnereimaschinen oder Drallräder in Satelliten realisieren, welche auch bei hohen Frequenzen starke Dämpfungswirkung besitzen und daher sehr hehe Drehzahlen, und zwar auch ein- oder mehrfach überkritische erreichen lassen. Des weiteren ist es möglich, den magnetisch wirksamen Spalt auf das 54aus des mechanischen Spalts zu senken. Schließlich kann damit auch eine Anderung des magnetisch wirksamen Spalts bei einer lwotorverkürzung vermieden werden. Außerdem können die rotierenden Körper, also beispielsweise die Schleudertrommeln (Rotoren) von Zentrifugen damit nicht nur an ihrem oberen und/oder unteren Ende mit Dämpfungseinrichtungen versehen werden, sondern auch an dazwischen liegenden Stellen der Trommel. Dies ist insbesondere für überkritisch arbeitende rotierende Systeme bedeutsam, bei welchen solche zusätzlichen Dämpfungseinrich tungen vorzugsweise an jenen Stellen des Rotors anzubringen sind, wo besonders große Schwillgungsbewegungen auftreten.These disadvantages are alleviated by the invention according to the main German patent application P 23 14 469.6 eliminated. Their key idea is the damping devices not only through magnetic forces, but also or only through mechanical and hydraulic forces or to couple hydropneumatic forces to the rotating body. To do this, at least part of the damping system rotates with the rotating body. In other Words, the key idea of the main patent application is to have a co-rotating one Provide damping device. In this way, bearing and damper systems for bodies rotating at high speed, e.g. for rotors of centrifuges, Realize spindles of spinning machines or twist wheels in satellites, which Strong damping effect even at high frequencies own and therefore very high speeds, even one or more supercritical ones permit. It is also possible to adjust the magnetically effective gap to the 54aus of the mechanical gap. Finally, it can also change the magnetically effective gap can be avoided when shortening the motor. aside from that the rotating bodies, e.g. the centrifugal drums (rotors) of centrifuges with damping devices not only at their upper and / or lower end but also at points in between on the drum. this is particularly important for supercritical rotating systems in which such additional damping devices preferably at those points on the rotor are to be attached where particularly large oscillating movements occur.
Im folgenden seien einige Konslruktionsbeispiele beschrieben, welche vom Schlüsselgedanken der Erfindung Gebrauch machen.In the following some construction examples are described which make use of the key idea of the invention.
Abb. 8 zeigt eine Konstruktion, bei welcher ein bekanntes Lagersystem nach Abb. 5 welche selbstve.rständlich auch mit einem Polschuhring anstelle des rotierenden Magneten ausgeführt werden kann - mit einer zusätzlichen Därr.pfungseinrichtung (26) versehen wurde, die ausreichende Dämpfungswirkung sicherstellt. -Die Dämpfungseinrichtung (26) besteht aus einem rorzugsweise als Ring (27) ausgebildeten Körper, welcher mit Federn oder Drähten (28) am Zentrifugendeckel (29) oder Zentrifugenmantel (30) im wesentlichen konzentrisch zur Rotordrehachse federnd positioniert und von einen Flüssigkeitsbad (31) umgeben ist, welches vom Kannenring (32) umschlossen wird.Fig. 8 shows a construction in which a known storage system according to Fig. 5, which of course also comes with a pole shoe ring instead of the rotating magnets - with an additional dampening device (26), which ensures sufficient damping effect. -The damping device (26) consists of a body, preferably designed as a ring (27), which with springs or wires (28) on the centrifuge lid (29) or centrifuge casing (30) substantially concentric to the rotor axis of rotation and resiliently positioned by one Liquid bath (31) is surrounded, which is enclosed by the can ring (32).
Durch die beschriebene Positionierung wird erreicht, daß der vorzugsweise als Ring (27) ausgebildete Dä,m.-pfungskörper senkrecht zur Richtung der Rotcrdrehachse und auch in Richtung der Rotordrehachse selbst verschiebbar ist sowie um Achsen senkrecht zur Rotordrehachse begrenzte Kippbewegungen ausführen kann.The positioning described ensures that the preferably Dä, m.-pfungskörper designed as a ring (27) perpendicular to the direction of the axis of rotation and is also displaceable in the direction of the rotor axis of rotation itself and around axes can perform limited tilting movements perpendicular to the rotor axis.
Die gesamte Dämpfungseinrichtung (2&) kann auch auf dem den trifugendeckel oder am Zentrifugenmantel (30) angebracht bzw befestigt werden. Der Dämpferring (27) kann sowohl aus magnetisch leitendem als auch aus magnetisch nicht leitendem Material gefertigt werden. Seine Form (ggf. mit Rippen und/oder Bohrungen) sowie seine Größe richten sich nach dem gewünschten Dämpfungsverhalten.The entire damping device (2 &) can also be placed on the trifuge lid or attached or fastened to the centrifuge casing (30). The damper ring (27) can consist of magnetically conductive as well as magnetically non-conductive Material to be made. Its shape (possibly with ribs and / or holes) as well its size depends on the desired damping behavior.
Im oberen Teil von Abb. 8 ist ein bekanntes Lagersystem nach Abb 5 dargestellt. Ein nicht rotier-ender Fünrungsmagnet (14) ist hier an Drähten oder Federn (66) aufgehängt und wird von einem Ölbad (12) umschlossen, Der mitrotierendey nit dem Zentrifugenrotor verbundene Magnetring'(13) kann selbstverständlich auch durch einen entsprechenden Polschuhring ersetzt werden. Die beiden Magnetringe (13) und (14) sind im Ausführungsbeispiel radial polarisiert. Der mitrotierende Magnetring (13) bzw. ein entsprechender Polschuhring kann gegenüber dem Rotor natürlich auch erfindungsgemäß elastisch und hydraulisch gedämpft positioniert werden, wie es beispielhaft für einen reinen Dämpferring (41) in Abb. 12 beschrieben ist.In the upper part of Fig. 8 is a known storage system according to Fig. 5 shown. A non-rotating guide magnet (14) is on wires or here Springs (66) is suspended and enclosed in an oil bath (12), which rotates with it The magnetic ring (13) connected to the centrifuge rotor can of course also be used be replaced by a corresponding pole shoe ring. The two magnetic rings (13) and (14) are radially polarized in the exemplary embodiment. The rotating magnetic ring (13) or a corresponding pole shoe ring can of course also be used in relation to the rotor according to the invention are positioned elastically and hydraulically damped, as exemplified for a pure damper ring (41) is described in Fig. 12.
Abb. 9 zeigt eine -Konstruktion, welche ebenfalls vom Schlüsselgedanken der Erfindung gemäß Hauptpatentanmeldung Gebrauch macht, ebenfalls eine ausreichende Dämpfungswirkung aufweist und mit zunehmender Rotorverkürzung infolge der Querdehnung beim'Hochlaufen mit steigender Drehzahl der Zentrifugentrommel eine immer stärkere magnetische Ankopplung gewährleistet.Fig. 9 shows a construction, which is also based on the key idea makes use of the invention according to the main patent application, also a sufficient one Has damping effect and with increasing rotor shortening due to the transverse expansion when the centrifuge drum runs up, it becomes stronger and stronger magnetic coupling guaranteed.
Auf einem mit der Umwelt fest verbundenen, nichtrotierenden Führungsrohr (67) ist der ebenfalls nichtrotierende Führungsmagnetring (68) fest positioniert. Am Rotor (Schleudertrommel) ist der mit dem Rotor umlaufende Magnetring (69) über Drähte (70),Haken und Ösen oder Federn elastisch positioniert und kann daher in der Dämpferwanne (34) Relativbewegungen gegenüber dem Rotor (o6) auP üliren. Die mit der Flüssigkeit (71) gefüllte Dämpferwanne (34) ist wie in Abb. 8 ebenfalls fest mit dem Rotor verbunden.On a non-rotating guide tube that is firmly connected to the environment (67) the likewise non-rotating guide magnet ring (68) is firmly positioned. The magnetic ring (69) rotating with the rotor is over the rotor (centrifugal drum) Wires (70), hooks and eyes or springs are elastically positioned and can therefore be inserted into of the damper pan (34) relative movements with respect to the rotor (o6). the The damper pan (34) filled with the liquid (71) is also as in Fig. 8 firmly connected to the rotor.
Abb. 10 zeigt eine äquivalente Version, bei welcher der rotierende Magnetring durch einen Polschuhring (33) ersetzt wurde.Fig. 10 shows an equivalent version in which the rotating Magnet ring was replaced by a pole shoe ring (33).
Auch hier ist eine stets ausreichende Dä..ipferwirkung gegeben und mit zunehmender Rotorverkürzung (infolge der Querdehnung beim Hochlaufen des Rotors) bei steigender Drehzahl eine stärker werdende magnetische Ankopplung des als Führungs- und Dämpferring wirkenden, rotierenden Polschuhrings (33) an den nichtrotierenden Führungsnagnetring (72) gewährleistet. Dieser Führungsmagnetring ist wieder auf einem mit der Umwelt fest verbundenen Führungsrohr (73) fest positioniert. Der mit dem Rotor (36) umlaufende Polschuhring (33) ist mit de Rotor über Drähte (74), I-Iaken und Ösen oder Federn elastisch verbunden und kann daher in der Dämpferwanne (34) Relativbewegungen gegenüber dem Rotor (36) ausführen. Die mit der Flüssigkeit (75) gefüllte Dämpferwanne (34) ist wieder fest mit dem Rotor verbunden.Here, too, there is always sufficient dampening effect with increasing rotor shortening (due to the transverse expansion when the rotor is running up) with increasing speed, a magnetic one that becomes stronger Coupling acting as a guide and damper ring, rotating pole shoe ring (33) to the non-rotating guide ring (72) guaranteed. This guide magnet ring is again firmly positioned on a guide tube (73) that is firmly connected to the environment. The pole shoe ring (33) rotating with the rotor (36) is connected to the rotor via wires (74), I-hooks and eyelets or springs are elastically connected and can therefore be used in the damper pan (34) Perform relative movements with respect to the rotor (36). The one with the liquid (75) filled damper tray (34) is firmly connected to the rotor again.
Bei beiden Konstruktionsbeispielen (Abb. 9 und Abb. 10) kann-wie auch in anderen Fällen-die Dämpferwanne (34) selbstverständlich auch wieder oben auf dem Zentrifugendeckel (35) angeordnet oder an der Wand der Schleudertrommel (Rotor) (36) befes-;igt werden.With both construction examples (Fig. 9 and Fig. 10) can-how in other cases - the damper pan (34) of course also back on top placed on the centrifuge lid (35) or on the wall of the centrifugal drum (rotor) (36) to be attached.
Abb. 11 zeigt eine Konstruktion, welche ebenfalls vom Schlüsselgedanken der Erfindung gemäß Hauptpatentanmeldung Gebrauch macht.Fig. 11 shows a construction which also shares the key idea makes use of the invention according to the main patent application.
Gegenüber den Konstruktionen nach Abb. 9 und Abb. 10 wurde die Führungskraft im unteren Drehzahlbereich der Schleudertrommel durch den Einbau eines zweiten Magneten (37) erhöht.Compared to the constructions according to Fig. 9 and Fig. 10, the manager in the lower speed range of the centrifugal drum by installing a second magnet (37) increased.
Die beiden im Ausführungsbeispiel radial magnetisierten Füllrt gsringe (37) und (76) sind fest mit dem Führungsrohr (77) verbunden, welches seinerseits fest mit der Umwelt verbunden ist. Die beiden Polschuhringe (3S) rotieren mit der Schleudertrommel.The two radial magnetized filling rings in the exemplary embodiment (37) and (76) are firmly connected to the guide tube (77), which in turn is firmly connected to the environment. The two pole shoe rings (3S) rotate with the Centrifugal drum.
Dabei ist im Ausführungsbelspiel Abb. 11 der obere dieser beiden Polschuhringe (38 a) fest mit dem Deckel (78) der Schleudertrommel (79) verbunden, während der im Ausführungsbeispiel unten gezeichnete Polschuhring (38 b) über Drähte (80) , Haken und Ösen oder Federn so mit dem Rotor (79) oder dessen Deckel (78) verbunden ist, daß zwischen dem Rotor (79) und dem Polschuhring (38 b) Relativbewegungen senkrecht zur Rotordrehachse und auch in Richtung der Rotordrehachse selbst sowie Kippbewegungen um Achsen senkrecht zur Rotordrehachse möglich sind.The upper of these two pole shoe rings is shown in the exemplary embodiment in Fig. 11 (38 a) firmly connected to the cover (78) of the centrifugal drum (79), during the in the embodiment shown below pole shoe ring (38 b) over wires (80), Hooks and eyes or springs are connected to the rotor (79) or its cover (78) is that between the rotor (79) and the pole shoe ring (38 b) relative movements perpendicular to the rotor axis of rotation and also in the direction of the rotor axis of rotation itself as well as tilting movements about axes perpendicular to the rotor axis of rotation are possible.
Die mit der Flüssigkeit (81)- gefüllte Dämpferwanne (82) umschließt den Polschuhring (38 b) und ist wieder über den Rotordeckel (78) mit dem Rotor (79) fest verbunde. Diese Verbindung kann selbstverständlich auch direkt ausgeführt werden.The damper pan (82) filled with the liquid (81) surrounds it the pole shoe ring (38 b) and is again over the rotor lid (78) with the rotor (79) firmly connected. This connection can of course also be carried out directly.
gilt steigender Drehzahl des Rotors verkürzt sich -dieser. Damit wird mit steigender Rotordrehzahl der obere magnetische Spalt (33) größer, wodurch div obere magnetische Führungskraft geschwächt wird.applies to increasing speed of the rotor - this is shortened. So that will with increasing rotor speed, the upper magnetic gap (33) becomes larger, which means that various upper magnetic leadership is weakened.
Gleichzeitig verringert sich jedoch der untere magnetische Spalt (84), wodurch die untere magnetisclie Führungskraft steigt. Diese Kompensation der Führungskräfte hat einen günstigen Einfluß auf das dynamische Verhalten der hochlaufenden Schleudertrommel.At the same time, however, the lower magnetic gap (84) is reduced, whereby the lower magnetic leadership rises. This compensation of the executives has a favorable influence on the dynamic behavior of the centrifugal drum when it is running up.
Selbstverständlich können in Abb. 11 die mitrotierenden Polschuhringe (3S a) und (38 b) auch wieder durch Magnetringe ersetzt werden. Des weiteren können die feststehenden und rotierenden Magnetringe nicht nur radial sondern auch achsial magnetisiert werden. Schließlich können die feststellende.Of course, in Fig. 11 the rotating pole shoe rings (3S a) and (38 b) can also be replaced again by magnetic rings. Furthermore you can the fixed and rotating magnetic rings not only radially but also axially be magnetized. Finally, the noting can.
Magnete stets nicht nur als Peflanentragnete sondern auch als elektromagnete ausgeführt werden.Magnets always not only as Peflanar magnets but also as electromagnets are executed.
Abb. 12 zeigt eine Konstruktion, welche gleichfalls vom Schlüsselgedanken der Erfindung gemäß Haustpatentanmeldung Gebrauch macht. Gegenüber den zuvor skizzierten Konstruktionsbeisielen besteht der Unterschied, daß hier von abstossenden magnetischen Kräften Gebrauch gemacht wird. Die skizzierte Ausführung hat den Vorteil, daß die Steifigkeit der, direkten Ankopplung der Schleudertrommel über Magnetkräfte an die Umwelt unabhängig von einer Rotorverkürzung konstant bleibt. Der rotierende Magnetring (39) ist über einen Kragen (85) und den Deckel (43) fest mit dem Rotor verbunden und wurde aus Gelfichtsgründen klein gehalten. Um dennoch starke Magnetkräfte zu erzielen, sollte er aus qualitativ möglichst hochwertigem Permanentmagnetmaterial bestehen (z.B.Fig. 12 shows a construction which also shares the key idea makes use of the invention according to the in-house patent application. Compared to those previously outlined The difference in construction is that here from repulsive magnetic Use is made of forces. The outlined version has the advantage that the Rigidity of the direct coupling of the centrifugal drum via magnetic forces to the Environment remains constant regardless of rotor shortening. The rotating magnetic ring (39) is firmly connected to the rotor via a collar (85) and the cover (43) and was kept small for gel safety reasons. In order to still have strong magnetic forces achieve, it should be made of the highest quality permanent magnet material possible exist (e.g.
Samarium-Kobalt oder Mischlegierungen unter Verwendung von Samarlum-Kobalt). Der feststehende Magnetring (40) ist mit der Umwelt über den Stutzen (86) fest verbunden und kann schwerer und damit auch aus sehr billigem Material gefertigt werden. Daneben kann er natürlich auch wieder als Elektromagnet ausgeführt werden.Samarium-Cobalt or mixed alloys using Samarlum-Cobalt). The fixed magnetic ring (40) is firmly connected to the environment via the connector (86) and can be heavier and therefore also very cheap Material made will. In addition, it can of course also be designed as an electromagnet.
Der mit der Trommel rotierende' 5agnetring (39) umgibt den fest mit der Umwelt verbundenen Magnetring (40) im wesentlichen koachsial.The magnet ring (39) rotating with the drum surrounds it firmly the magnetic ring (40) connected to the environment is essentially coaxial.
Der feststehende EIagiletring (40) wurde wesentlich länger gewählt als der rotierende Magnetring (39), um die Steifigkeit der direkten Ankopplung der Schleudertrommel (44) über Magnetkräfte an die UT.'elt unabhängig von einer Rotorverkürzung praktisch 1.nstant zu halten.The fixed egg agile ring (40) was chosen to be much longer than the rotating magnetic ring (39) to increase the rigidity of the direct coupling of the Centrifugal drum (44) via magnetic forces to the bottom, regardless of the shortening of the rotor practical to keep 1.nstant.
An den Kcnstruktionsbeispielen Abb. 11 und itsbesondere Abb. 12 wird ein wesentlicher Vorteil des Schlüsselgedankens der Erfindung gemäß Hauptpatentanmeldung deutlich, nämlich die Tatsache, daß hier der magnetisch wirksame Spalt auf den mechanischen reduziert werden kann.The construction examples in Fig. 11 and in particular Fig. 12 are used an essential advantage of the key concept of the invention according to the main patent application clear, namely the fact that here the magnetically effective gap on the mechanical can be reduced.
Lediglich beispielhaft wurde in Abb. 12 der mit dem Rotor umlaufende Dämpferring (41) mit der ihn umgebenden ölwanne (42) einmal auf dem Deckel (43) der Schleudertrommel (44) angeordnet und die elastische Verbindung des Dänpferrings mit dem Deckel der Schleudertromr.1el (44) durch Federn (45) hergestellt. The rotating with the rotor is shown in Fig. 12 only as an example Damper ring (41) with the surrounding oil pan (42) once on the cover (43) the centrifugal drum (44) and the elastic connection of the Dänpferring with the cover of the centrifugal drum (44) made by springs (45).
Dadurch kann der Dämpferring nicht nur senkrecht zur Rotorachse sondern auch in Richtung der Rotorachse gegenüber dem Rotor Relativbewegungen aus- £ühren, was eine Dämpfung von möglichen Längsschwingungen der Schleudertrommel besçirkt. As a result, the damper ring can not only be perpendicular to the rotor axis but relative movements also in the direction of the rotor axis with respect to the rotor £ ou, which dampens possible longitudinal vibrations of the centrifugal drum.
Des weiteren sind Kippbewegungen des Dämpferrings um Achsen senkrecht zur Rotordrehachse möglich.Furthermore, tilting movements of the damper ring about axes are perpendicular to the rotor axis possible.
Abb. 13 zeigt ein weiteres Konstruktionsbeispiel, welches ebenfalls vom Schlüsselgedanken der Erfindung gemäß Hauptpatentanmeldung Gebrauch macht.Fig. 13 shows another construction example, which is also makes use of the key concept of the invention according to the main patent application.
Gegenüber Abb. 12 ist hier der feststehende Magnetring (46) kürzer ausgeführt als der mit der Trommel rotierende blagnetring (48). Diese Konstruktion kommt mit einer besonders kleinen Menge von sehr hochwrtigem Dauermagnetmaterial (für den Innenring) aus. Dieses Dauermagnetmaterial ist auf einem feststehenden Aufnahme zylinder (47) als dünner Ring (46) fest aufgebracht. Um diesen dünnen Ring rotiert Im wesentlichen koachsial ein deutlich höherer Ring (48) aus perranentmagnetischer Material. Die Magnetanordnungen der Konstruktionsbeispiele 12 und 13 bzw. die entsprechenden Magnetisierungsrichtungen sind so zu wählen, daß zwischen den im wesentlichen koachsialen Ringen eine abstossende Wirkung besteht.Compared to Fig. 12, the fixed magnetic ring (46) is shorter here designed as the blagnetring (48) rotating with the drum. This construction comes with a particularly small amount of very high quality permanent magnet material (for the inner ring). This permanent magnet material is on a stationary Receiving cylinder (47) firmly attached as a thin ring (46). To that thin ring A significantly higher ring (48) made of permanent magnet rotates essentially coaxially Material. The magnet arrangements of construction examples 12 and 13 or the corresponding Magnetization directions are to be chosen so that between the essentially coaxial Wrestling has a repulsive effect.
Abb. 14 zeigt ein Konstruktionsbeispiel, bei welchem auch der nichtrotierende Führungsmagnetring (49) wieder gedämpft ist. Zusätzlich ist das rotierende Dämpfersystem (50) entsprechend dem Schlüsselgedanken der Erfindung gemäß Hauptpatentanmeldung vorgesehen, wodurch sichergestellt wird; daß im gesamten interessierenden Frequenzbereich eine ausreichende Dämpfungswirkung vorhanden ist.Fig. 14 shows a construction example in which the non-rotating Guide magnet ring (49) is dampened again. In addition, there is the rotating damper system (50) according to the key idea of the invention according to the main patent application provided, thereby ensuring; that in the entire frequency range of interest there is sufficient damping effect.
Der nichtrotierende Führungsi:0agnetring (49) ist über Drähte (87), Haken und Ösen oder Federn elastisch gegenüber der Umwelt positioniert und kann in einer, Flüssigkeitsbad (88) Bewegungen in Richtungen senkrecht zur Drehachse des Rotors und auch in Richtung der Rotordrehachse selbst ausführen. Dicses nichtrotierende Flüssigkeitsbad (88) ist von der mit der Umwelt fest verbundenen Wanne (89) umgeben. Um diese Wanne (89) läuft im wesentlichen konzentrisch zum nichtrotierenden Führungsring (49) ein deutlich höherer Magnetring (90) um, welcher mit dem Rotor (91) über den Deckel (92) und den Kragen (93) fest verbunden ist. Die Übertragung der Kräfte zwischen den beiden Magnetringen (49) und (90) erfolgt durch abstossende magnetische Wirkungen.The non-rotating guide ring (49) is connected to wires (87), Hooks and eyes or springs are positioned and can be resilient to the environment in a liquid bath (88) movements in directions perpendicular to the axis of rotation of the rotor and also in the direction of the rotor axis of rotation itself. Dicses non-rotating The liquid bath (88) is surrounded by the tub (89) which is firmly connected to the environment. This trough (89) runs essentially concentrically to the non-rotating guide ring (49) a significantly higher magnetic ring (90), which with the rotor (91) over the Lid (92) and the collar (93) is firmly connected. The transfer of forces between the two magnetic rings (49) and (90) takes place through repulsive magnetic effects.
Das Dämpfersstem (50) läuft erfindungsgemäß mit der Trommel um. Es besteht wieder aus einem Dän..pfungskörper (94), einer Flüsigkeitswanne (95) und der Dämpferflüssigkeit (96). Der Dämpfungskörper (94) ist über Drähte (97), Haken und Ösen oder Federn elastisch gegenüber der Trommel positioniert und läuft mit dieser um. Er kann gegenüber der Trommel Bewegungen in Richtungen senkrecht zur Drehachse des Rotors und auch in Richtung der Rotordrehachse selbst ausführen, des weiteren begrenzte Kippbewegungen um Achsen senkrecht zur Rotordrehachse.According to the invention, the damper stem (50) rotates with the drum. It consists again of a Dän..pfungskörper (94), a liquid pan (95) and the damper fluid (96). The damping body (94) is via wires (97), hooks and eyelets or springs positioned elastically opposite the drum and runs with it this around. It can move in directions perpendicular to the drum Axis of rotation of the Rotor and also in the direction of the rotor axis of rotation itself execute, further limited tilting movements about axes perpendicular to the rotor axis of rotation.
Abb. 15 zeigt einen Ausschnitt aus einer überkritisch zu betreibenden Schleudertrommel mit biegeweichen Blechwülsten (51). Dabei wurde der obere Teilabschnltt entrsprechend dem Schltisselgedankell der Erfindung mit einem mitrotierenden 9 pfel-sarstem (52) versehen. Der Dämpferring (53) ist auf Federn auf einer mit dem Rotor fest verbundenen Trägerplatte gelagert, so daß er sich senkrecht zur Drehachse der Schleudertrommel federnd bewegen kann. Außerdem erlaubt diese Positionierung des Dämpferrings eine Relativ bewegung dieses Dämpferrings gegenüber der Schleudertronmel in deren Längsrichtung und Kippbewegungen um Achsen senkrecht zur Rotordrehachse. Damit können sowohl Schwingungsbewegungen der Schleudertrommel relativ zu ihrer Drehachse als auch solche in Drehachsenrichtung gedämpft werden.Fig. 15 shows a section from a supercritically operated Centrifugal drum with flexible sheet metal beads (51). The upper section was corresponding to the key concept of the invention with a co-rotating 9 apple sarstem (52) provided. The damper ring (53) is fixed on springs on one with the rotor connected carrier plate stored so that it is perpendicular to the axis of rotation of the centrifugal drum can move resiliently. In addition, this positioning of the damper ring allows a Relative movement of this damper ring in relation to the centrifugal drum in its longitudinal direction and tilting movements about axes perpendicular to the rotor axis of rotation. This allows both oscillatory movements the centrifugal drum relative to its axis of rotation as well as those in the direction of the axis of rotation be dampened.
Selbstverständlich kann der Dämpferring in Abb. 15 auch über Drahtstäbchen abgestützt oder hängend an der Trägerplatte (55) des Dämpferrings befestigt werden.Of course, the damper ring in Fig. 15 can also be fitted with wire rods supported or suspended from the support plate (55) of the damper ring.
Die Aussparungen (56) in dieser Trägerplatte dienen dazu, einem in der Schleudertrommel strömenden Verfahrensgasgemisch (isotopengemisch) sowohl in der Mitte der Schleudertrommel als auch an ihrem Rand den Durchfluß in Längsrichtung zu ermöglichen.The recesses (56) in this carrier plate serve to hold an in the centrifugal drum flowing process gas mixture (isotope mixture) both in the center of the centrifugal drum as well as at its edge the flow in the longitudinal direction to enable.
Die beschriebene Dämpfungseinrichtung entsprechend der Schlüsselidee der Erfindung gemäß Hauptanmeldung funktioniert weitgehend problemlos, da es sich bei dem an Federn oder Drähten aufgehängten Ring um einen Kreisel handelt, welcher sich um die Achse seines größten Trägheitsmomentes dreht. Dieser Ring läuft also selbst völlig stabil.The described damping device according to the key idea the invention according to the main application works largely without problems, since it is the ring suspended from springs or wires is a gyroscope, which rotates around the axis of its greatest moment of inertia. So this ring is running itself completely stable.
Eine gewisse Erschwerung kann dadurch auftreten, daß der umlaufende, mit dem Rotor elastisch wrerbundene Dämpfungskörper vorzugsweise im Bereich seiner Resonanzfrequenz (hinsichtlich einer Bewegung relativ zum Rotor) bzw. im Bereich der Eigenfrequenzen des Rotors selbst verhältnismässig hohe Auslenkungen aus seiner Ruhe lage erfährt und dadurch beispielsweise eine Unwucht hinsichtlich der Drehung des Rotors um dessen Achse hervorruft.A certain degree of difficulty can arise from the fact that the circumferential, with the rotor elastically wrapped damping body preferably in the area of its Resonance frequency (with regard to a movement relative to the rotor) or in the range the natural frequencies of the rotor itself have relatively high deflections from its Rest position experiences and thereby, for example, an imbalance in terms of rotation of the rotor around its axis.
Derartige Bewegungen des Dämpfungskörpers mit Frequenzen im Bereich seiner Resonanzfrequenz treten bevorzugt dann auf, wenn die Drehfrequenz des Rotors gerade im Bereich der genannten Resonanzfrequenz liegt. Es liegt daher nahe, die Dämpfung der aus Rotor und Dämpfungskörpern gebildeten Systeme so stark zu wählen, daß auch bei Rotorfrequenzen im Bereich der Resonanzfrequenzen dieser schwingungsfähigen Systeme keine unerwünschten Nebeneffekte auftreten. Wird der entsprechend.e Dämpfungsbeiwert aber so hoch gewählt, daß dies gewährleistet ist, dann ist die Dämpfungswirkung, welche vom umlaufenden Dämpfersystem bei hohen Drehfrequenzen des Rotors auf dessen Bewegungen ausgeübt wird, gegebenenfalls zu gering. Dies gilt insbesondere für überkritisch betriebene Rotoren.Such movements of the damping body with frequencies in the range its resonance frequency occur preferentially when the rotational frequency of the rotor is just in the range of the mentioned resonance frequency. It therefore stands to reason that the To choose the damping of the systems formed from the rotor and damping bodies so strong that that even at rotor frequencies in the range of the resonance frequencies of these oscillatable Systems do not experience any undesirable side effects. The corresponding damping coefficient but so high chosen that this is guaranteed, then the Damping effect caused by the rotating damper system at high rotational frequencies of the rotor on whose movements is exerted, possibly too small. this applies especially for supercritically operated rotors.
Es stellt sich daher die Aufgabe, zur die beschriebenen rotierenden Dämpfersysteme eine Vorrichtung zu finden, welche gewährleistet, daß bei niedrigen Rotordrehfrequenzen die aus Rotor und Dämpfungskörpern gebildeten schwingungsfähigen Systeme sehr stark gedämpft sind und bei höheren Rotordrehfrequenzen die entsprechenden Dämpfungsbeiwerte zurückgehen.It is therefore the task of rotating the described Damper systems to find a device that ensures that at low Rotor rotation frequencies are the vibratory formed from rotor and damping bodies Systems are very strongly damped and at higher rotor speeds the corresponding Damping coefficients decrease.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mitrotierenden Dämpfungskörper bei variabler Rotordrehfrequenz von unterschiedlichen Mengen der Dämpferflüssigkeit bzw. von unterschiedlichen Mengen verschiedener, sich nicht vermischender Dämpferflüssigkeiten benetzt werden oder daß die mitrotierende Dämpferflüssigkeit sich bei variabler Rotordrehfrequenz ent-bzw. vermischt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Dämpfungsbeiwert nicht konstant sondern von der Rotordrehfrequenz abhängig ist.This object is achieved according to the invention in that the co-rotating Damping body with variable rotor rotation frequency of different amounts of Damping fluid or different amounts of different, non-mixing Damper fluids are wetted or that the co-rotating damper fluid with a variable rotor rotation frequency or. mixed. In this way it is achieved that the damping coefficient is not constant but depends on the rotor speed is.
Abb. 56 zeigt beispielhaft eine au£ Abb. 8 aufbauende Konstruktion, bei welcher der rotierende Wannenring (98) einer rotierenden Dämpfungseinrichtung (99) mit zwei verschiedenen Flüssigkeiten gefüllt ist. Die durch Strichlierung gekennzeichnete Flüssigkeit (102) besitze ein geringeres spezifisches Gewicht und eine geringere Viskosität als die durch Punktierung gekennzeichnete Flüssigkeit (103).Fig. 56 shows an example of a construction based on Fig. 8, in which the rotating tub ring (98) of a rotating damping device (99) is filled with two different liquids. The one marked by dashed lines Liquid (102) has a lower specific weight and a lower one Viscosity as the liquid indicated by dots (103).
Mit steigender Drehgeschwindigkeit des Rotors (100) und damit des Wannenrings und der darin enthaltenen Flüssigkeiten wird die untere, schwerere Flüssigkeit aufgrund der Zentrifugalkraft nach außen gedrängt und benetzt dadurch den unteren Teil des Dämpferrings (101) immer weniger. Dadurch wird mit steigender Drehgeschwindigkeit des Rotors der Dämpfungsbeiwert des Dämpferrings hinsichtlich dessen Bewegungen relativ zum Rotor zunehmend verringert.With increasing speed of rotation of the rotor (100) and thus of the The tub ring and the liquids it contains becomes the lower, heavier liquid pushed outwards due to centrifugal force, thereby wetting the lower one Part of the damper ring (101) less and less. As a result, the speed of rotation increases of the rotor is the damping coefficient of the damper ring with regard to its movements increasingly decreased relative to the rotor.
Der selbe Effekt kann auch dadurch erzielt werden, daß der Wannenring (98) nur teilweise mit .Dämpferflüssigkeit gefüllt oder eine sich bei hoher Zentrifugalbeschleunigung entmischende Flüssigkeit verwendet wird.The same effect can also be achieved in that the tub ring (98) is only partially filled with damper fluid or if there is a high centrifugal acceleration separating liquid is used.
Von den außerordentlich zahlreichen Ausbildungsformen der Erfindung sei nur noch ein weiteres Beispiel beschrieben, welches auf Abb. 10 aufbaut und in Abb. 17 dargestellt ist.Of the extraordinarily numerous forms of embodiment of the invention only one further example is described, which is based on Fig. 10 and shown in Fig. 17.
Auf einem mit der Umwelt fest verbundenen, nichtrotierenden Führungsrohr (104) ist der ebenfalls nichtrotierende Führungsmagnetring (105) fest positioniert. Am Rotor (106) ist der mit dem Rotor umlaufende Polschuhring (107) über Drähte (108), Haken und Ösen oder Federn elastisch positioniert und kann daher in der Dämpferwanne (109) als um seine Achse größten Trägheitsmoments stabil umlaufender Kreisel Relativbewegungen gegenüber dem Rotor ausführen.On a non-rotating guide tube that is firmly connected to the environment (104) the likewise non-rotating guide magnet ring (105) is firmly positioned. The pole shoe ring (107) rotating with the rotor is attached to the rotor (106) via wires (108), Hooks and eyes or springs are elastically positioned and can therefore be in the damper pan (109) as gyro relative movements stably revolving around its axis with the greatest moment of inertia run opposite the rotor.
Die Dämpferwanne (109) ist beispielhaft nur teilweise mit Dämpferflüssigkeit (110) gefüllt; das verbleibende Volumen der Wanne ist evakuiert oder mit einem Gas gefüllt.The damper pan (109) is only partially filled with damper fluid, for example (110) filled; the remaining volume of the tub is evacuated or with a gas filled.
Mit steigender Rotordrehzahl wandert die Dämpferflüssigkeit infolge der Zentrifugalkraft nach außen und gibt einen immer größer werdenden Teil des rotierenden Polschuhrings (107) frei, wodurch sich der Dämpfungsbeiwert verringert.As the rotor speed increases, the damper fluid migrates as a result the centrifugal force outwards and gives an ever-increasing part of the rotating Pole shoe rings (107) free, which reduces the damping coefficient.
In ähnlicher Form lassen sich Anordnungen angeben, bei welchen sich der Dämpfungsbeiwert mit steigender Rotorfrequenz erhöht,und schliesslich auch solche, bei welchen er sich zunächst erhöht und dann verringert bzw. umgekehrt. Wichtig ist die Tatsache, daß gemäß der Erfindung der Dämpfungsbeiwert der mitrotierenden Dämpfungseinrichtung sich in Abhängigkeit von der Rotorfrequenz verändert und dies so geschieht, daß störende Einflüsse der mitrotierenden Dämpfungseinrichtung (wie Unwuchten, welche durch Dämpferringe, Federkörper oder Dämpferflüssigkeiten hervorgerufen werden können) auf ein erträgliches Maß reduziert werden.In a similar form, arrangements can be specified in which the damping coefficient increases with increasing rotor frequency, and finally also those, in which it first increases and then decreases or vice versa. Important is the fact that according to the invention the damping coefficient of the co-rotating Damping device changes depending on the rotor frequency and this so happens that disruptive Influences of the co-rotating damping device (such as imbalances caused by damper rings, spring bodies or damper fluids can be caused) can be reduced to a tolerable level.
So kann der Schlüsselgedanke der Erfindung gemäß Hauptpatentanmeldung P 23 14 469.6 voll genutzt werden. Dieser besteht darin, daß der Rotor einerseits und die mitrotierende Dämpfungseinrichtung andererseits zwei verschiedene Kreiselsysteme darstellen, die Relativbewegungen gegeneinander ausführen können, welchen Feder- und Dämpfungskräfte entgegenwirken.So the key idea of the invention according to the main patent application P 23 14 469.6 can be fully used. This consists in the fact that the rotor on the one hand and the co-rotating damping device, on the other hand, two different gyro systems represent, which can execute relative movements against each other, which spring and counteract damping forces.
Wird im besonderen der mitrotierende Dämpferkörper (Dämpferring) so ausgeführt, daß er - im Gegensatz zum Rotor - um seine Achse größten -Trägheitsmoments rotiert, so haben alle Bewegungen des Rotors, welche nicht in Richtung seiner Drehachse oder exakt parallel hierzu erfolgen, Relativbewegungen zum Dämpferkörper-Kreisel zur Folge, welche wiederum Dämpfungskräfte hervorrufen, die dem schwingenden System Energie entziehen und damit die gewünschte Dämpfung bewirken.If in particular the co-rotating damper body (damper ring) is like this executed that it - in contrast to the rotor - about its axis greatest moment of inertia rotates, all movements of the rotor which are not in the direction of its axis of rotation or take place exactly parallel to this, relative movements to the damper body gyroscope result, which in turn cause damping forces that affect the vibrating system Withdraw energy and thus bring about the desired damping.
Claims (33)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2404217A DE2404217A1 (en) | 1974-01-30 | 1974-01-30 | Vibration stabiliser for high-speed rotor - has damping ring revolving with rotor without any contact with surroundings, for use in centrifuges |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2404217A DE2404217A1 (en) | 1974-01-30 | 1974-01-30 | Vibration stabiliser for high-speed rotor - has damping ring revolving with rotor without any contact with surroundings, for use in centrifuges |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2404217A1 true DE2404217A1 (en) | 1978-06-01 |
Family
ID=5905976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2404217A Ceased DE2404217A1 (en) | 1974-01-30 | 1974-01-30 | Vibration stabiliser for high-speed rotor - has damping ring revolving with rotor without any contact with surroundings, for use in centrifuges |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2404217A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998036845A1 (en) * | 1997-02-21 | 1998-08-27 | Federal-Mogul Engineering Limited | Centrifugal separator |
| EP2196265A3 (en) * | 2008-12-13 | 2015-12-02 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Decanter centrifuge |
-
1974
- 1974-01-30 DE DE2404217A patent/DE2404217A1/en not_active Ceased
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998036845A1 (en) * | 1997-02-21 | 1998-08-27 | Federal-Mogul Engineering Limited | Centrifugal separator |
| US6424067B1 (en) | 1997-02-21 | 2002-07-23 | Federal-Mogul Engineering Limited | Centrifugal separator |
| EP2196265A3 (en) * | 2008-12-13 | 2015-12-02 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Decanter centrifuge |
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