DE2503631C3 - Schüttelmaschine mit mindestens zwei Schüttelgutträgern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schüttelmaschine mit mindestens zwei Schüttelgutträgern in Form von ^₀ Tablaren, die horizontal auf an mindestens zwei vertikalen umlaufenden Säulen drehfest angeordneten, exzentrischen Wälzlagern gelagert sind, wobei gegenüber den Schüttelgutträgern phasenverschoben umlaufende Ausgleichsmassen vorgesehen sind.

Derartige Schüttelmaschinen werden beispielsweise zum Züchten von Mikroorganismen verwendet. Der Stoff- und insbesondere der Gasaustausch zwischen den Mikroorganismen und dem Nährsubstrat ist dabei wesentlich von der Bahngeschwindigkeit des Schüttelgutträgers abhängig. Falls nun beim Schüttelvorgang eine hohe Bahngeschwindigkeit erforderlich ist, so treten dabei entsprechend große Trägheitskräfte, nämlich Zentrifugalkräfte auf. Diese verursachen eine hohe Lagerbelastung. Zudem erzeugen sie am Gestell der Schüttelmaschine angreifende Kippmomente und können unkontrollierbare Schlingerbewegungen verursachen.

Eine Schüttelmaschine der eingangs genannten Art ist z.B. aus der deutschen Auslegeschrift 23 12 347 bekannt. Hierbei sind mehrere Schüttelgutträger in Form von Tablaren übereinander angeordnet, die von mehreren Säulen gelragen werden. Die Auswuchtung erfolgt dadurch, daß die verschiedenen Tablaren Kreisbewegungen ausführen, die gegeneinander phasenverschoben sind. Bei jener Vorrichtung wird es als nachteilig empfunden, daß die senkrechten Abstände der Schüttelgutträger voneinander unveränderlich sind.

Die Folge davon ist, daß entweder große Schüttelgefäße nur auf dem obersten Tisch angeordnet werden können, oder bei kleineren Gefäßen unverhältnismäßig viel Raum vergeudet wird. An sich wäre es kein Problem, die »inzelnen Tische (Tablaren) in der Höhe verstellbar zu machen, dabei ergibt es sich jedoch, daß der im ursprünglichen Zustand vorhandene vollkommene Unwuchtausgleich der Tische untereinander nicht mehr gegeben sein kann, vielmehr Kippmomente um eine waagerechte Achse auftreten werden.

Von jener bekannten Einrichtung ausgehend, liegt demnach hier die Aufgabe vor, die Schüttelgutträger (Tablaren) je nach den Erfordernissen d.h. je nach Größe der das zu schüttelnde Gut aufnehmenden Gefäße in der Höhe verstellbar zu machen und dabei das Gerät so auszubilden, daß in jedem Fall die Unwuchten der einzeinen Tablare wie auch der ganzen Vorrichtung völlig ausgeglichen bleiben und auch keine Kippmomente entstehen. Die Aufgabe wird mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs ! genannten konstruktiven Mitteln gelöst. Dabei besteht der Kerngedanke der Erfindung darin, daß jeder einzelne Tisch (Tablar) für sich allein völlig ausgewuchtet ist, so daß eine Änderung der Höheneinstellung der Schüttelgutträger ohne jeden Einfluß auf den vollkommenen Ausgleich der Unwuchten ist. Das Gerät bleibt also stets in absolu!.?r Ruhe, ganz gleich in welcher Höhe die Schüttelgutträger angeordnet sind, oder in welchen Frequenzen diese Träger ihre kreisförmigen Bewegungen ausfühien. Bei einer anderen bekannten Schüttelmaschine (DT-AS 18 16 7)0) ist zwar nicht nur eine Unwuchtbeseitigung erreicht, sondern durch die Anordnung einer zweiten umlaufenden Schwungmasse auch ein umlaufendes Kippmoment kompensiert. Die starre Ausbildung des mit mehreren Tischen versehenen Stückgutträgers ist aber auch dort nachteilig. Wurden die Tische höhenversiellbar eingerichtet, würde, da die Gegenschwungmassei, unveränderlich sind, ein unerwünschtes Kippmoment auftreten.

Bei einer weiteren bekannten Schüttelmaschine (CH-PS 4 92 484) wird der einzige horizontal gelagerte Schüttelgutträger durch eine zentrale, vertikale Welle angetrieben, die mit einer am Schwerpunkt des Schüttelgutträgers angreifenden Kurbel versehen ist. Die Antriebswelle ist ferner mit einem gegenüber der Kurbel angeordneten Gegengewicht versehen. Das letztere ist derart bemessen, daß der Gesamischwerpunkt des Schüttelgutträgers und des Gegengewichtes auf der Drehachse der Welle liegt, so daß sich die beim Betrieb auftretenden Zentrifugalkräfte kompensieren. Diese Ausbildung ist zwar zweckmäßig für Schüttelmaschinen, die nur einen einziger Schüttelgutträger aufweisen. Bei Schüttelmaschinen mit mehreren übereinander angeordneten Schüttelgutträgern (Tablaren) würden sich jedoch konstruktive Schwierigkeiten ergeben.

Zunächst einmal müßte die Antriebswelle ungefähr in der Mitte der Maschine angeordnet sein und also zumindest die Auflageebenen der sich unterhalb des Gegengewichts befindenden Schüttelgutträger durchdringen. Dies erfordert, daß in der Mitte der Schüttelgutträger ein relativ großer Platz freigelassen werden müßte. Da die zu schüttelnden Gefäße normalerweise nicht einzeln sondern gruppenweise mit Tablaren auf die Schüttelgutträger gebracht werden, würde dies einen großen Platzverlust zur Folge haben.

Der Erfindungsgegenstand soll im folgenden nun an Hand verschiedener, in der Zeichnung dargestellter

Ausführungsbeispiele erläutert weiden. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Ansicht einer Schüttelmaschine mit zwei Tragsäulen und drei Schüttelgutträgern.

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Teil eines Schundgutträgers mit einer einzigen Ausgleichsmasse, in größerem Maßstab,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den in der Fig. 2 dargestellten Schüttelgutträger und

Fig.4 eine Draufsicht auf einen Schüttelgutträger mit zwei Ausgleichsmassen.

Die in der f ig. 1 dargestellte Schütielmaschine weist ein Gestell auf, das im wesentlichen durch den Sockel 1 gebildet wird. Im Sockel I sind zwei vertikale Wellen 2 drehbar gelagert, die drei übereinander angeordnete, horizontale Schüttelgutträger 3 abstützen. Im Sockel 1 ist ferner ein als Antriebsvorrichtung dienender Motor 4 angeordnet, der mit den beiden Wellen 2 über Kettenoder Zahnradgetriebe derart verbunden ist. daß diese beim Betrieb gleichsinnige, synchrone Drdibewegungen ausführen. Auf den Schüttelgutträgern 3 sind Tablette mit verschiedenen Gefäßen 5. 6, 7 angeordnet, die das zu schüttelnde Gut, etwa Kulturen von Mikroorganismen, enthalten.

Jeder Schüttelgutträger 3 weist einen horizontalen Tisch 8 (Tablar) auf, der auf beiden Längsseiten mit einer vertikal nach unten vorstehenden Verstärkungsleiste 8.7 versehen ist. Jeder Schüttelgutträger 3 weist des weiteren zwei symmetrisch bei den beiden Tischenden angeordnete Lagerkörper 9 auf. deren Ausbildung in den F i g. 2 und 3 ersichtlich ist. Die Lagerkörper 9 weisen eine Buchse 9a mit einer durchgehenden, vertikalen Bohrung 9b und einen starr mit dem Tisch 8 verbundenen Träger 9cauf. Inder Bohrung 9b ist mittels schematisch dargestellter Wälzlager 10 ein Zahnrad 11 drehbar und axial unverschiebbar gelagert, das eine exzentrische, von der Welle 2 durchdrungene Bohrung 11./ aufweist. Die Welle 2 und das Zahnrad 11 sind durch einen Keil 12 drehfest miteinander verbunden. Der letztere, die Keilnut 2n der WeIIu 2 sind derart ausgebildet, daß die Welle 2 und der Keil 12 das Zahnrad Il und damit den ganzen Lagerkörper ist im wesentlichen gleich ausgebildet, enthalt jedoch anstelle des Zahnrades 11 einen exzentrischen Zapfen.

In der Mitte des Tisches 8 ist ein vertikaler Zapfen 13 befestigt, dessen geometrische Achse mit 14 bezeichnet ist. Auf dem Zapfen 13 ist minds eines Wälzlagers 35 ein Zahnrad 16 gelagert, das die gleiche Zähnezahl aufweist wie das Zahnrad 11. Die beiden Zahnräder 11 und 16 sind durch ein Übertragungselement, nämlich einen Zahnriemen 17 derart miteinander verbunden, daß sie beim Betrieb synchrone, gleichsinnige Drehbewegungen ausführen.

Mit dem Schüttelgutträger 3 ist eine kreissektorförmige Ausgleichsmasse 18 verbunden, und /war. genauer gesagt, drehfest am Zahnrad 16 befestigt. Der Schwerpunkt der Ausgleichsmasse 18 ist mit 19 bezeichnet. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, liegt der Schwerpunkt 19 etwas unterhalb der Oberfläche des Tisches 8 in de; gleichen horizontalen Ebene wie der Schwerpunkt 15 des Schüttelgutträgers 5 und der darauf angeordneten Gefäße.

Im folgenden sollen nun die beim Betrieb der Schütielmaschine stattfindenden Bewegungen und die dabei auftretenden Trägheitski äfte beschrieben werden. 6s

Wenn die Wellen 2 etwa in der mit dem Pfeil 20 bezeichneten Richtung mit konstanter Drehzahl gedreht werden, führt die Achse 21 des Zahnrades 11 und der Buchse 9a eine entsprechende Bewegung um die geometrische Achse 22 der Welie 2 aus. Da sich beide Wellen 2 synchron miteinander bewegen, führt dabei jeder Punkt des Schüttelgutträgers eine gleichförmige, horizontale Kreisbewegung um eine ortsfeste, das heißt bezüglich des Gestells 1 feste Achse aus. Die Bahnradien sind dabei für alle Punkte gleich der Exzentrität der Bohrung 11,-j, das heißt gleich dem Abstand 23 der beiden Achsen 21 und 22. Insbesondere führt der auf der Achse 14 liegende Schwerpunkt 15 eine durch den Pfeil 24 bezeichnete Bewegung entlang der Kreisbahn 25 um die ortsfeste Achse 26 aus. Die Ausgleichsmasse 18 ist nun über die beiden Zahnräder 11 und 16, den Zahnriemen 17 und die Welle 2 derart mit der Antriebsvorrichtung 4 verbunden, daß ihr Schwerpunkt 19 eine gegen die Bewegung des Schüttelgutträgers 3 um einen Phasenwinkel von 180° verschobene Kreisbewegung um die Achse 14 ausführt. Im ortsfesten System bewegt sich der Ausgleichsmassen-Schwerpunkt 19 in der durch den Pfeif 27 be/.eichne'cn Richtung mit konstanter Bahngeschwindigkeit entlang der Kreisbahn

28 um die Achse 26. um die sich auch der Schweipunkt 15 der restlichen Teile bewegt. Die Ausgleichsmasse 18 ist nun derart ausgebildet, daß der Gesamtschwerpuiikt

29 des beladenen Schüitelgutträgers und der mit diesem verbundenen Ausgleichsmasse ungefähr auf der bezüglich des Gestells 2 festen Achse 26 zu liegen kommt. Die beiden Teil-Schwerpunkte 15 und 19 sowie der Gesamtschwerpunkt 29 liegen dabei auf einer im Idealfall horizontal verlaufenden Geraden. I alls die Masse und Verteilung der auf dem Sehüiidguiträger angeordneten Gd'äße nicht genau der vorgesehenen Soll-Behidung entspricht, kann sich der Schwerpunkt 15 und damit auch der Gesamtschwerpunkt 29 etwas verschieben. Damit solche Abweichungen \on der Soll-Beladung nur geringe Schwerpunkts-Verschiebungen ergeben, weist der Schüttelgutlräger 1 eine relatix große Masse auf. Die Masse des Schüttelgutträgers kann beispielsweise etwa das fünffache der vorgesehenen Soll-Beladung betragen. Line Abweichung der Beladung vom Sollwert um etwa 50 % ergibt dann nur eine kleine Verschiebung des Gesamtschwerpunktes 29.

Beim Betrieb bewirkt die Bewegung des Schüitelgutträgers 3 eine am Schwerpunkt 15 angreifende, radial um der oiisfesten Achse 26 nach außen gerichtete, durch den Pfeil 30 bezeichnete Zentrifugalkraft. Die Kreisbewegung des Ausgleichsmassen-Schwcrpunktes i9 um die ortsfeste Achse 26 bewirkt, daß am Schwerpunkt 19 ebenfalls eine radial von der Achse 26 weggerichtete, durch den Pfeil 31 bezeichnete Zentrifugalkraft angreift. Da sich die beiden Teil-Schwerpunkte 15 und 19 mit einer Phasenverschiebung von 180 um die ortsfeste Achse 26 bewegen und da die Ausgleichsmasse derart ausgebildet ist, daIi der Gesamtschwerpunki 29 auf der Achse 26 hegt, weisen die beiden Zentrifugalkräfte die gleiche Größe und entgegengesetzte Richtungen auf, so daß sie sich kompensieren. Da sie entlang der gleichen Geraden wirken, kompensieren sich auch die von ihnen erzeugten Kippmomente.

Wie aus djr vorstehenden Beschreibung folgt, ist die von der Ausgleichsmasse 18 erzeugte Zentrifugalkralt proportional zur Masse des Schwungkörpers und des Abstandes 32 des Ausglc'chsmassenschwcrpunktrs 19 von der ortsfesten Achse 26. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dieser Abstand 32 etwa gleich dem dreifachen Abstand der beiden Achsen 14 und 26. das heißt gleich der Exzenirität 23. Dementsprechend muß die Masse der Ausgleichsmasse 18 etwa ein Drittel

der Masse des bcladencn Schüitelgutiragers betragen.

Die übereinander angeordneten Schüttelginträger 3 werden vorteilhafterweise derail mit den Wellen 2 verbunden, dal3 sie gegeneinander phasenverschobene Bewegungen ausführen. Die noch an den verschiedenen Schüttelgutträgcrn angreifenden Trägheitskräfte. die durch die Abweichung der Beladung vom vorgesehenen Sollwert verursacht werden, können sich dann noch teilweise kompensieren, so daß praktisch keine Kippmomenteauf das Gestell 1 einwirken.

Für die Versuche wurde eine Schüttclmaschine gebaut, bei der die Bahnradien der Schüueigutträger 25 mm betragen, und jeder Schüueigutträger eine Masse von etwa 50 kg aufweist. Die Ausgleichsmassen wurden derart ausgebildet, daß sich bei einer Belastung der Schüueigutträger mit 10 kg eine vollständige Auswuchtung ergab. Die Versuche haben dann erwiesen, daß die Maschine bei Schüttelgutträger-Belastungen zwischen 5 und 15 kg mit einer Drehzahl bis zu mindestens 500 U/min betrieben werden kann, ohne daß irgendwelche Schlingerbewegungen auftreten.

Da sich bei der vorstehend beschriebenen Schüttelmaschine die Trägheitskräfte und die von diesen erzeugten Kippmomente in jedem einzelnen Schüttelgutlräger 3 ungefähr kompensieren, ist es ohne weiteres möglich, die Schüttclgutträger 3 höhenverstellbar mit dem Gestell 1 zu verbinden, so daß ihre Abstände an die Höhen der zu schüttelnden Gefäße 5, 6, 7 angepaßt werden kann.

Die Wellen 2 können etwa mit einer Reihe äquidistanter Keilnuten 2a versehen sein, die ermöglichen, die Schüttelgutträgcr in der gewünschten Höhe zu fixieren.

Ein weiterer Vorteil der vorstehend beschriebenen Ausführung besteht darin, daß es ohne weiteres möglich ist. die Anzahl der Schüttclguiträgcr nadi Bedarf zu erhöhen und dadurch die Leistungsfähigkeit der Maschine mit geringen Kosten zu steigern.

In der Γ i g. 4 ist weiteres Alisführungsbeispiel einer Sciiüitelmaschine dargestellt. Diese weist ein Gestell mit einem Sockel 41 auf, in welchem zwei Antriebswellen 42 drehbar gelagert sind. Auf diese sind mittels Lagerkörpern 49 die S.hütielguiträ'gcr 43 exzentrisch gelagert. Anstelle des Zahnrades 11 sind in den beiden Lagerkörpern 9 zwei Ausgleichsmassen 58 mit einer exzentrischen, sektorförmigcn Scheibe gelagert. Beim Betrieb der Maschine führen die Schwerpunkte 59 der

ίο beiden Ausgleichsmasse!! 58 Drehbewegungen in der mit den Pfeilen 67 bezeichneten Richtung um die ortsfesten geometrischen Achsen 62 der Wellen 42 aus Der Schwerpunkt 55 des Schüttelgulträgers 43 führt dabei eine um einen Phasenwinkel von 180 versehobcnc Kreisbewegung in der durch den Pfeil 64 bezeichneten Richtung entlang der Kreisbahn 65 um den Gesamtschwerpunkt 69 aus. Die mit dem Schütte!- gutträger 43 verbundenen Ausgleichsmassen 58 sine derart ausgebildet, daß die von ihnen erzeugten, durch die Pfeile 71 bezeichneten Zentrifugalkräfte, die air Schwerpunkt 55 des Schüttelgutträgers 43 angreifende durch den Pleil 70 bezeichnete Zentrifugalkraft ungefähr kompensieren.

Die beiden Ausgleichsmassen 58 sind im übriger identisch ausgebildet, so daß die von ihnen erzeugter Zentrifugalkräfte gleich groß sind und daß sich auch di< von den Zentrifugalkräften erzeugten Kippmomenu unabhängig vom momentanen Drehwinkel ungefäh: kompensieren.

Selbstverständlich kann die Maschine in manche Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise ist es ohn< weiteres möglich, die Schüttelgutträger etwa mit dre oder vier Wellen abzustützen, wobei dann nur ein< dieser Wellen oder alle angetrieben werden. Es kam dann ohne weiteres sowohl beim Schwerpunkt de Schüttelgutträgcr als auch bei den Wellen je eini Ausgleichsmasse gelagert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schüttelmaschine mit mindestens zwei Schüttelgutträgern in Form von Tablaren, die horizontal auf an mindestens zwei vertikalen, umlaufenden Säulen drehfest angeordneten, exzentrischen Wälzlagern gelagert sind, wobei gegenüber den Schüttelgutträgern phasenverschoben umlaufende Ausgleichsmassen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schüttelgutträger (3) mindestens eine, diesem gegenüber phasenverschoben umlaufend angetriebene Ausgleichsmasse (18,58) aufweist, deren Schwerpunkt sich in der Höhe des Massenschwerpunktes (29) des zugehörigen Schüttelgutträgers befindet, und daß die Schüttelgutträger an den vertikalen Säulen (2) höheneinstellbar angeordnet sind.

2. Schüttelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schütteigutträger (3) zwei über einen Zahnriemen (17) miteinander verbundene, die gleiche Zähnezahl aufweisende Zahnräder (U, 16) drehgelagert sind, von denen eines drehfest und exzentrisch auf einer der im Gestell (1) gelagerten umlaufenden Säulen (2) sitzt und das andere drehfest mit der im Schwerpunkt (15) des Schüttelgutträgers (3) angreifenden Ausgleichsmasse (18) verbunden ist.

3. Schüttelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schüttelgutträger (43) mit mindestens zwei Ausgleichsmassen (58) verbunden ist, die beim Betrieb Kreisbewegungen um zwei bezüglich des Gestells (41) ruhende, den Schwerpunkt (55) des Schüttelgutträgers (43) nicht schneidende Drehachsen (62) ausführen.