DE2612140C2 - Zentrifuge - Google Patents

Description

8. Zentrifuge nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federvorspannung einstellbar ist.

9. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung des Stabilisier- und Bremsglieds (78; 81) in seiner Ruhestellung ein schaltbarer Elektromagnet (76) vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge mit Luftantrieb, mit einer Rotorkammer, in deren Boden ein Sitz zur Lagerung und Halterung des Rotors im Ruhezustand vorgesehen ist, mit einem Rotor, welcher eine nach unten konisch verjüngte Unterseite aufweist, mit in dem Rotorsitz vorgesehenen Düsen, mittels welcher Druckluftstrahlen gegen die Konusfläche der Rotorunterseite unter Lagerung des Rotors auf einem Luftkissen gerichtet werden können, sowie mit an dieser Konusfläche angeformten Turbinenschaufeln oder -flügeln zum Drehantrieb des Rotors durch die Luftstrahlen, Eowie mit Mitteln zum Stabilisieren und zumindest teilweisen Abbremsen des Rotors unter konzentrischem Reibschluß mit der Rotorunterseite. Zur Trennung bestimmter Flüssigkeitsgemische sind häufig sehr hohe Drehzahlen erforderlich. Beispielsweise sind für die Trennung von Proteinen, Viren und verschiedenen klinischen Proben außerordentlich hohe Zentrifugationsdrehzahlen erforderlich, um die verschiedenen Fraktionen derartiger Proben innerhalb vernüftiger Zeitdauer voneinander zu trennen. Es hat sich ergeben, daß außerordentlich hohe Drehzahlen (beispielsweise 150 000 UpM bis 200 000 UpM) erreichbar sind, indem man einen Zentrifugenrotor auf einem Luftkissen mit Druckluftströmen zur Drehung antreibt Derartige Zentrifugen mit Luftantrieb sind beispielsweise in den US-Patentschriften 34 56 875 oder 22 13 107 beschrieben.

Da derartige luftbetriebene Zentrifugalrotoren auf einem im wesentlichen reibungsfreien Luftkissen gelagert sind, bereitet die Schaffung eines Luftzufuhrsystems, mit welchem der Rotor allmählich bis zum vollständigen Stillstand abgebremst werden kann, Schwierigkeiten. Zwar kann man konstruktiv große Anstrengungen unternehmen, um jegliche durch den Stopp-Luftstrom verursachten Rotationseffekte so klein wie möglich zu halten; jedoch ist es unmöglich, derartige Rotationseffekte vollständig auszuschließen. Es verbleibt stets eine gewisse restliche «Windradwirkung« (windmilling) der Lagerungs- oder Halteluftstroms an den Turbinen-»Schaufeln« bzw. -»Flügeln« eines derartigen Rotors.

Außerdem werden durch die Rotorkonstruktion oder

die Beladung des Rotors mit der Probe stets gewisse

Parameter eingeführt, welche kritische Drehzahlen zur Folge haben, bei welchen der Rotor im Verlauf des Verzögerungs- oder Abbremsvorgangs Präcessions-, Taumel- oder Vibrationserscheinungen zeigt. Diese

kritischen Drehzahlen liegen gewöhnlich im verhältnis-

mäßig niedrigen Drehzahlbereich und die Präcessions-

und/oder Taumelerscheinungen des Rotors können so

stark werden, daß es zu einer Wiedervermischung der

Probe kommt oder der Rotor zur Berührung mit den Seitenwandungen seines Sitzes gelangt, wodurch er aus

seiner normalen Drehachse fortspringt und in der

Zentrifugenkammer herumschlägt.

Bei den Zentrifugen gemäß den weiter obengenannten US-Patentschriften 34 56 375 oder 22 13 107 ist entlang dem oberen Umfang des mit dem Rotor und den Antriebsluftdüsen konzentrischen Rotorsitzes ein Ring bzw. ein ringförmiges Kissen vorgesehen, auf welchem der Rotor im abgesenkten Zustand aufsitzt und das während des Start- und des Bremsvorgangs durch Reibungseingriff mit der Rotorunterseite eine Stabilisierungs- und damit einhergehend auch eine Bremswir kung ausübt. Zu dieser Bremswirkung kann es jedoch, wie gesagt, nur im abgesenkten Zustand des Rotors kommen, d.h. in der Anfangs-Startphase oder in der

letzten Phase des Abbremsvorgangs. Eine wahlweise, willkürliche Bremsung im voll abgehobenen, luftkissengelagerten Zustand des Rotors, also etwa zu Beginn des Abbremsvorgangs und gerade während des kritischen Teils des Abbremsvorgangs beim Durchgang durch die kritischen Drehzahlbereiche, solange der Rotor noch abgehoben ist, ist mit dieser bekannten Anordnung grundsätzlich nicht möglich.

Aus den US-Patentschriften 33 22 338 und 34 30 852 sind bei stehend gelagerten Zentrifugen, d. h. Zentrifugen, deren Rotor auf einer von unten kommenden mechanischen Antriebswelle in Antriebsverbindung mit dieser sitzt, Stabilisiervorrichtungen bekannt, welche von oben her mit der Oberseite des Rotors in Berührung gebracht werden können. Derartige von oben her wirkende Stabilisiervorrichtungen sind für auf einem Luftkissen gelagerte luftgetriebene Zentrifugen grundsätzlich unbrauchbar. Jeder Versuch, einen luftgetriebenen Rotor durch Reibungseingriff von oben her zu stabilisieren, hätte zur Folge, daß der Rotor aus der Soll-Lage seiner Rotationsachse herausspringt und in der Rotorkammer herumschlägt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, im voll luftkissengestützten, d. h. vom Rotorsitz abgehobenen und im wesentlichen reibungsfrei auf dem Luftkissen rotierenden Zustand des Rotors wahlweise Brenismomente aufzubringen und den Rotor von relativ hohen Drehzahlen bis zum praktischen Stillstand abzubremsen, unter zuverlässiger Stabilisierung während des gesamten Bremsvorgangs insbesondere beim Durchgang durch die kritischen Drehzahlbereiche mit Vibrationsneigung des Rotors.

Zu diesem Zweck ist bei einer Zentrifuge der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung im Rotorsitz ein in axialer Richtung zwischen einer Ruhestellung und einer Reibeingriffsstellung mit der Rotorunterseite verstellbares Stabilisier- und Bremsglied vorgesehen.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung besteht jomit die Möglichkeit, bei einer derartigen Zentrifuge mit Luftantrieb im abgehobenen, d. h. auf einem Luftkissen schwebegelagerten Zustand des Rotors zur Stabilisierung des Rotors bei niedrigeren Drehzahlen, insbesondere während des Abbreimsvorgangs beim Durchgang durch die kritischen Drehzahlbereiche, willkürlich, d. h. bedarfsweise, eine zusätzliche geringfügige mechanische Lagerabstützung durch Reibungseingriff an der Rotor-Unterseite zur Wirkung zu bringen. Diese zusätzliche mechanische Lagerabstützung bewirkt gleichzeitig eins Bremsung des Rotors; die geringfügige mechanische Abstützung wird in Form einer kleinen Reibungslast aufgebracht, welche eine allmähliche Verzögerung des Rotors und gleichzeitige Schwebelagerung des Rotors bei dessen Durchgang durch kritische Drehzahlen während der Abbremsung bewirkt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Rotorsitz zur Schwebelagerung des Rotors nach Abschaltung der Antriebsdruckluft, außerdem weitere Düsen vorgesehen sind, mittels welcher Druckiuftstrahlen gegen den von Turbinenschaufel freien Bereich der Rotorunterseite gerichtet werden. Mittels eines derartigen zusätzlichen, unabhängig vom Antriebsdruckluftsystem wirksamen Schwebelagerungs-Druckluftsystem kann somit die Schwebelagerung das Rotors in seinem vom Rotorsitz abgehobenen Zustand auch nach Abschaltung des Antriebsluftsystems aufrechterhalten werden, derart daß der gesamte Abbremsvorgang bis zum Stillstand im schwebegelagerten, abgehobenen Rotorzustand unter entsprechender bewußter, dosierter Betätigung des erfindungsgemäßen Stabilisierungs- und Bremsglieds mit behutsamem Reibungseingriff mit der Rotorunterseite durchgeführt werden kann. Auf diese Weise ist eine optimale Gestaltung des gesamten Abbremsvorgangs unter weitgehender Vermeidung jeglicher größerer Vibrationen und Erschütterungen und dadurch

ίο bedingter Rückvermischungsgefahr für die zentrifugierten Proben gewährleistet

Vorzugsweise sind diese Düsen unter einem kleinen Winkel entgegen der Drehrichtung des Rotors geneigt angeordnet; auf diese Weise kann einem eventuell, durch die längs der angeformten Turbinenschaufeln bzw. -flügel an der Rotorunterseite abfließenden Schwebelagerungsluftströme erzeugten restlichen Antriebsmoment entgegengewirkt werden.
Nach bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Buchse aus Polytetrafluoräthylen besteht und daß dr. Stabiliser- und Bremsglied in seiner Reiburigseingiiff-steüung unter nach oben gerichteter Federvorspannung steht Die Federvorspannung kann einstellbar sein. Zur Halterung des Stabilisier- und Bremsglieds kann ein schallbarer Elektromagnet vorgesehen sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in geschnittener Seitenansich; eine Zentrifuge mit Luftantrieb, wobei die Strömungswege und -richtung der Luftströme für den Antrieb und die Lagerung des Rotors durch Pfeile angedeutet sind,

F i g. 2 eine Teilschnittansicht längs der Linie 2-2 in F i g. 1 zur Veranschaulichung des Brems- und Stabilisierungsbetätigungsgliedes in seiner nicht-aktiven Stellung,

F i g. 3 eine der F i g. 2 entsprechende Teilansicht zur Veranschaulichung der Lage der Brems- und Stabilisierte vorrichtung in ihrer Betätigungsstellung,

F i g. 4 in perspektivischer Teilansicht die Brems- und Stüinlisier-Betätigungsvorrichtung, zur Veranschaulichung einer Federvorspannung für den Bremszapfen in Richtung nach oben auf den Rotor zu,

■»5 Fig.5 in teilweise geschnittener Teilseitenansicht (mit Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. ί) eine Antriebsstrahldüse, mittels welcher ein Luftstrom auf die als Schaufel wirkenden Einkerbungen am Rotor gelenkt werden kann,

Fig.6 eine teilweise geschnittene Teilseitenansicht im Schnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 1 zur Veranschaulichung des Zusammenwirkens zwischen dem Rotor und den diesen tragenden und lagernden L-uffVchldusen,

F i g. 7 in Teilseitenansicht eine andere Ausführungsform einer erfindu'igsgemäßen Brems- und Stabilisiervorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Zentrifugenapparatur gemäß einer bevorzugten Ansführungsform der Erfindung dargestellt. Die Apparatur weist ein Außengehäuse ti auf, welches ein Rotorgehäuse 12 trägt, in welchem eine im wesentlichen zylindrische Rotorkammer 13 vorgesehen ist. An dem Gehäuse ist zum Verschluß dir Rotorkammer 13 an ihrer offenen Oberseite ein Deckel 14 befestigt: der Deckel 14 ist bei 16 an dem Gehäuse ti angelenkt, derart, dall er nach oben vom offenen Ende der Rotorkammer 13 weg umgeschwenkt werden kann. Im unteren Teil der Rotorkammer 13 ist ein als Ganzes

mit 17 bezeichneter Rotorsitz angeordnet. Dieser Rotorsitz 17 weist einen am Boden des Gehäuses 12 befestigten Stator 18 auf, welcher mit einem abwärts gerichteten zylindrischen Fortsatz 18a versehen ist, der mit einer durch das Unterteil des Gehäuses 12 führenden öffnung oder Ausnehmung 26 ausgerichtet ist Auf der Oberseite 21 des Stators 18 ist ein Statorlager 19 »freischwimmend« zwischen Ringflanschen 22 und 23 angeordnet Unterhalb des Stators 18 ist ein O-Ring 24 zur Abdichtung an der Unterseite des Stators 18 vorgesehen. Der abwärts gerichtete Fortsatz 18a ist ebenfalls mit einer Nut und einem O-Ring 28 versehen, die eine Abdichtung zwischen dem abwärts gerichteten zylindrischen Fortsatz und dem Gehäuse 12 bilden.

Innerhalb der Rotorkammer 13 ist auf dem Rotorsitz 17 ein Rotor 31 angeordnet, der an seiner Unterseite sich konisch verjüngend ausgebildet ist. Mit anderen Worten: Die Rotorunterseite 32 des Rotors 31 hat im wesentlichen konische Form und ist mit mehreren Turbinen-»schaufeln« bzw. -»flügeln« 33 versehen (die am besten in den F i g. 5 und 6 ersichtlich sind). Die Turbinenschaufeln 33 sind in Abständen um die gesamte Unterseite 32 des Rotors herum vorgesehen und dienen zum Antrieb des Rotors 31 mittels Druckluft.

Die konische Rotorunterseite 32 ist so ausgebildet, daß sie in der in F i g. 1 angedeuteten Weise auf dem Statorlager 19 aufsitzt Der Konuswinkel der Rotorunterseite ist etwas kleiner als der des Statorlagers 19 und des Stators 18. Im Ruhezustand ruht der Rotor 31 auf dem Statorlager 19 auf.

Über eine Rohrleitung 36 und ein Ventil 37 wird ein Antriebs-Druckluftstrom dem Gehäuse zugeführt. Die Druckluft wird über eine Zufuhrleitung und ein geeignetes Verbindungsstück 38 dem Gehäuse 12 zugeführt von wo sie über einen Kanal 39 in eine ringförmige Verteilerleitung 41 strömt. Aus der ringförmigen Verteilerleitung 41 wird die Druckluft durch mehrere in Abständen entlang dem Stator 18 angeordnete Antriebsluftstrahldüsen 42 nach oben gerichtet. Die ringförmige Verteilerleitung 41 ist. wie aus F i g. 1 ersichtlich, mittels O-Ringen 24 und 28 abgedichtet Die Zufuhr des Antriebsluftstroms durch die Düse 42 ist am besten aus F i g. 5 ersichtlich, in welcher die Düse 42 unter einem Winkel von annähernd 60° bezüglich der Schaufeln 33 geneigt dargestellt ist. Die Düsen 42 richten Druckluftströme gegen die Schaufeln bzw. Flügel 33 zum Drehantrieb und zur gleichzeitigen Lagerung des Rotors. In F i g. 1 ist der Winkel mit etwa 60° dargestellt; jedoch sei ausdrücklich betont daß je nach der Form der Schaufeln bzw. Flügel 33 auch Anordnungen mit anderweitigen geeigneten Winkeln vorgesehen werden können. Bei einer praktisch getesteten Ausführungsform waren die Düsen 42 unter 90° bezüglich der mittleren ebenen Fläche der Rotorschaufeln angeordnet was außerordentlich hohe Drehzahlen ergab.

Sobald die Druckluftströme gegen den Rotor und die an diesem vorgesehenen Turbinenschaufeln oder -flügel 33 gelenkt werden, beginnt sich der Rotor 31 zu drehen. Er wird sodann bei hohen Drehzahlen auf einem zwischen dem Rotor 31 und der Rotorsitz 17 sich ausbildenden Luftkissen getragen. Wie ir. Fig. 1 durch den Luftspalt 43 veranschaulicht berührt der Rotor den Stator 18 oder das Statoriager i9 nicht Der Luftspalt 43 wirkt auch als Austrittsauslaß für die Druckluft nachdem sie den Rotor getragen, zur Drehung angetrieben und berührt hat Die Luft tritt sodann in die Rotorkammer 13 ein und aus dieser durch mehrere Öffnungen 44 in dem Gehäuse 12 und dem Außengehäuse 11 aus.

Zum Anhalten des Rotors und zu seiner Lagerung während des Abbrems- oder Verzögerungsvorgangs ist ein zweiter oder Schwebungslagerungs- Druckluftstrom vorgesehen, der über eine Leitung 51 und ein Ventil 52 in die Apparatur eingeführt und mittels eines Fittings 53 mit dem Rotorgehäuse 12 verbunden ist. Durch einen Kanal 54 in dem Gehäuse 12 wird der Schwebelagerungs-Luftstrom einer ringförmigen Sanimcl- bzw. Verteilerleitung 5f> zugeführt; aus dieser wird er mehreren Düsen 57 zugeführt, welche auf die Unterseite des Rotors 31 ausgerichtet sind. Der Schwebelagerungs-Luftstrom kann entweder auch während der Beaufschlagung mit dem Antriebsluftstrom kontinuierlich durch die Düsen 57 zugeführt werden. Falls jedoch der Schwebelagerungs-Luftstrom nicht in dieser Weise kontinuierlich zugeführt wird, soll er jedenfalls uniniiielbar vor der Abschaltung oder gleichzeitig mit der Abschaltung des Antriebs-Luftstroms eingeschaltet werden, um sicherzustellen, daß der Rotor 31 nicht auf seine Sitzfläche herabfällt. Auf diese Weise wird der Rotor kontinuierlich durch ein Luftkissen zwischen dem Rotor und dem Rotorsitz 17 getragen. Wie am besten aus F i g. 6 ersichtlich, sind die Düsen 57 nahezu parallel einer durch die Achse des Rotorsitzes gehenden Ebene angeordnet. In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Düsen 57 so auszubilden und anzuordnen. daß ihr Luftstrom unter einem Winkel von 5° oder weniger entgegen der Drehrichtung des Rotors gerichtet verläuft. Dies kann im Sinne einer Verzögerung der Drehbewegung des Rotors 31 und damit einer Bremsung des Rotors, wirken.

Die Ventile 37 und 52 dienen zur Steuerung bzw. Regelung des Luftdrucks und können entweder von Hand oder elektromechanisch, beispielsweise mittels Elektromagneten 37a und 52a betätigbar sein. Die Elektromagneten 37a und 52a können elektrisch so miteinander verriegelt sein, daß bei Schließung des Ventils 37 sogleich das Ventil 52 geöffnet wird oder vorzugsweise das Ventil 52 unmittelbar vor der Schließung des Ventils 37 geöffnet wird. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Schwebelagerungs- +5 Luftstrom durch die Strahldüsen 57 zugeführt Zwar können große Anstrengungen vorgenommen werden, um einen Rotationseffekt des Schwebelagerungs-Luftstroms so klein als möglich zu halten, jedoch ist es unmöglich, die Wirkung des durch die Turbinenschaufein 33 strömenden Schwebelagerungs-Luftstroms vollständig zu eliminieren. Der Schwebelagerungi-Luftstrom neigt so zu einer weiteren Rotation des Rotors, was üblicherweise als »Windrad-Effekt« (»windmilling«) bezeichnet wird. Um zu gewährleisten, daß der Rotor zur Ruhe kommt und nicht etwa als Folge der Schwebelagerungs-Luftströme weiter rotiert oder seine Drehrichtung umkehrt, ist eine Brems- und Stabilisiervorrichtung vorgesehen, welche den Rotor allmählich zu einem vollständigen Stillstand bringt
so Diese Vorrichtung ist in F i g. 1 gezeigt und weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Buch: i 61 als Friktionslagervorrichtung auf. die in einer Öffnung oder Ausnehmung 62 im Unterteil des Rotors 31 angeordnet ist

" Die Buchse 61 besteht vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen oder einem anderweitigen verhältnismäßig weichen und glatten Kunststoffmaterial. Ein einen Zapfen 65 und ein Bremsteil umfassendes Stabilisier-

und Bremsglied 78 ist so angeordnet, daß es axial nach oben zur Berührung mit der Friktionslagerung an dem Rotor verschiebbar ist. Der Zapfen 65 ist in einer Führungsbuchse 66 gehaltert, die zentrisch innerhalb der durch das Unterteil des Rotorgehäuses 12 führenden Ausnehmung 26 angeordnet ist. Die Buchse 66 bildet mit der Ausnehmung 26 die Verteilerleitung 56 für die Schwebelagerungs-Luft. Die Buchse 66 ruht auf einem O-Riiij» 67, der seinerseits auf einer unteren Schulter 69 der Ausnehmung 26 angeordnet ist. Dies bildet eine Abdichtung gegen Austritt von Luft durch den unteren Teil der Ausnehmung 26.

Wie am besten aus F i g. I ersichtlich, weist die Brems- und Stabilisiervorrichtung auch eine Vorspannung auf, die bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform in is Form einer Feder 71 ausgebildet ist, welche gegen das Unterteil des Zapfens 65 anliegt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform hat die Vorspannfeder die Form eines langen Federteils, welches durch eine Nut 65a am unteren Ende des Zapfens 65 verläuft. Das Federteii ist λι um einen Federhalterungshebel 72 gewickelt, der seinerseits auf einem im Außengehäuse unterhalb des Gehäuses 12 angeordneten Lagerwinkel 73 gelagert ist. Der Hebel 72 ist an seinem einen durch das Außengehäuse 11 herausstehenden Ende mit einer Kerbe versehen, derart, daß der Hebel zur Einstellung der Vorspannkraft des Federteils verdrehbar ist.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Brems- und Stabilisierungsvorrichtung an Hand der F i g. 2,3 und 4 beschrieben. Wie aus F i g. 4 ersichtlich, ist die Buchse 66 in ihrem unteren Teil rohrförmig ausgebildet und erstreckt sich nach unten bis zu einer Stelle, wo sie auf der Oberfläche 76a eines Elektromagneten 76 aufruht. Die Stromzufuhr zu dem Elektromagneten 76 erfolgt über Leitungen 79, die mit (nicht dargestellten) Schaltvorrichtungen verbunden sind. Die Buchse 66 ist an ihrem unteren Ende mit gegenüberliegenden V-förmigen Kerben 66a versehen, in welche das längliche Federteil einsetzbar ist.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, zieht der Elektromagnet 76 *o bei Strombeaufschlagung den aus einem magnetisch anziehbaren Material, wie beispielsweise Stahl, gebildeten Zapfen 65 in Richtung auf die Oberfläche 76a des Magneten an. Das untere Ende des Zapfens 65 wird jedoch an einer Berührung der Oberfläche 76a des *5 Magneten dadurch gehindert, daß die Unterseite 78a des konischen Bremsteils 78 gegen die Oberseite 666 der Buchse 66 zur Anlage kommt. In der in F i g. 2 gezeigten Stellung ist der Elektromagnet mit Strom beaufschlagt und der Zapfen 65 und das zugeordnete Stabilisier- und Bremsglied 78 ist aus seiner Eingriffsstellung mit der im Unterteil des Rotors 31 vorgesehenen Buchse 61 zurückgezogen. Falls die Rotordrehung angehalten oder verlangsamt werden soll, wird der Schwebelagerungs-Luftstrom ein- und der Antriebsluftstrom ausgeschaltet Sobald der Rotor auf eine vorgegebene Drehzahl oberhalb der kritischen Rotordrehzahl abgebremst ist, wird der Elektromagnet 76 ausgeschaltet Das Federteil drückt sodann den Zapfen 65 in Richtung nach oben, bis das konische Stabilisier- «> und Bremsglied 78 in Anlage gegen die untere Innenkante 61a der Buchse 61 gelangt, wie in Fig.3 dargestellt Hierdurch wird auf den rotierenden Rotor eine geringfügige nach oben genchtete Kraft ausgeübt, die ihrerseits eine Hemm- oder Reibungslast hervorruft, welche ausreicht, um den Rotor bis zum Stillstand abzubremsen. Während so die Rotordrehzahl infolge der Reibungshemmung des konischen Stabilisier- und Bremsglied 78 sich verringert, stabilisiert das Bremsglied gleichzeitig auch den Rotor bei dessen Durchgang durch kritische Drehzahlen, die andernfalls eine Präcession oder Vibration des Rotors in einem Ausmaß hervorrufen könnten, daß der Rotor die Seitenflächen des Sitzes berührt oder daß die zentrifugierten Substanzen wieder vermischt werden.

Die Betätigungskraft der Feder 71 wird außerordentlich klein gehalten, ebenso wie die Reibung zwischen der Buchse 61 und dem Stabilisier- und Bremsglied 78. Der Rotor ist daher weiterhin weitgehend luft-gelagert; jedoch ist nunmehr eine wesentlich erhöhte seitliche Begrenzungskraft vorhanden, welche die erwähnte Tendenz des Rotors zu Präcessionsbewegungen oder Vibrationen beseitigt. Außerdem reicht die kleine Reibungskomponente zur Überwindung des erwähnten »Windrad-Effekts« aus und gewährleistet einen glatten Auslauf des Rotors bis zum vollständigen Stillstand. Sobald der Rotor vollständig zur Ruhe gekommen ist, wird sodann der Schwebeiagerungs-Luftstrom abgeschaltet, so daß der Rotor 31 auf dem Statorlager 19 aufruhen kann. Es sei betont, daß nach der Abschaltung der Schwebelagerungs-Luftströme die (aufwärts gerichtete) Kraft der Brems- und Stabilisierungsvorrichtung nur eine sehr geringe Auswirkung auf die Stützung des Rotors besitzt, der sich vielmehr sogleich bis auf seinen Sitz 17 abwärts bewegt. Praktisch wird dadurch eine sehr gering belastete mechanische Lagerung geschaffen, die bei einer bestimmten Drehzahl oberhalb der kritischen Drehzahl einschaltbar ist, bei welcher bisher eine Stabilisierung eines derartigen Systems nach anderen Verfahren sich als unmöglich erwiesen hatte.

Wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich, ist der Zapfen 65 nach oben bis zum Anschlag der Feder 71 gegen das obere Ende der am unteren Ende der Führungsbuchse 66 vorgesehenen Kerbe 66a verstellbar. Normalerweise ist dieser Verstellweg des Betätigungszapfens sehr klein, da der Rotor sich im Zustand seiner Lagerung auf dem Luftkissen in dem Spalt 43 nicht all zu weit nach oben verschiebt. Die Betätigungsstange und das an ihr befestigte Bremsglied werden nur gerade so weit verstellt, daß das Bremsglied in Eingriff mit der Buchse 61 in dem frei schwimmend gelagerten Rotor 31 gelagert. Da des Rotor wie gesagt auf dem Luftkissen freischwimmend gelagert ist, ist es andererseits jedoch auch erforderlich, einen ausreichenden »Verstellweg« für die Bremsvorrichtung vorzusehen. Durch die konusförmige Ausbildung des Stabilisier- und Bremsgliedes 78 ist es ferner möglich, den Eingriff mit der unteren Innenkante 61a der Buchse 61 zu gewährleisten, selbst wenn der Rotor gerade um eine Achse rotiert, die nicht ganz mit der Achse des Zapfens 65 zusammenfällt Auf diese Weise ist ein vernünftiger Spielraum zur Kompensation von Fehlern in das System eingebaut

Für die Ausübung einer aufwärts genchteten Vorspannungskraft für die Brems- und Stabilisiervorrichtung können auch andere Mittel Anwendung finden. Beispielsweise könnte der Elektromagnet 76 zur Abstoßung eines aus einem geeigneten magnetisierbaren Material hergestellten Zapfens 65 verwendet werden. Oder es könnte ein Niederdruckluftstrom vorgesehen werden, der einen kleinen aufwärts gerichteten Schub auf den Zapfen 65 ausübt, sobald der Antriebsluftstrahl abgeschaltet wird oder die Rotordrehzahl auf einen vorgegebenen Drehzahlwert oberhalb der kritischen Rotordrehzah! absinkt

In F i g. 7 ist eine zweite Ausführungsform der Brems- und Stabilisiervorrichtung gemäß der Erfindung veran-

schaulicht, bei welcher der Rotor auch in seinem untersten Teil konisch ausgebildet ist und der Zapfen 65 mit einem zylindrischen Flansch 81 versehen ist, in welchem eine zylindrische Buchse 82 aus Polytetrafluoräthylen oder dergleichen angeordnet ist. Sobald der (in dieser Zeichnung nicht dargestellte) Elektroma-

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gnet abgeschaltet wird, bewegt sich der Zapfen 65 nach oben und die Buchse 82 gelangt in Anlage mit der unteren Schrägfläche an der Unterseite des Rotors 31 und stabilisiert den Rotor bei seinem Durchgang durch die kritischen Präzessionsdrehzahlen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Zentrifuge mit Luftantrieb, mit einer Rotorkammer, in deren Boden ein Sitz zur Lagerung und Halterung des Rotors im Ruhezustand vorgesehen ist, mit einem Rotor, welcher eine nach unten konisch verjüngte Unterseite aufweist, mit in dem Rotorsitz vorgesehenen Düsen, mittels welcher Druckluftstrahlen gegen die Konusfläche der Rotorunterseite unter Lagerung des Rotors auf einem Luftkissen gerichtet werden können, sowie mit an dieser Konusfläche angeformten Turbinenschaufeln oder -flügeln zum Drehantrieb des Rotors durch die Luftstrahlen, sowie mit Mitteln zum Stabilisieren unter konzentrischem Reibschluß mit der Rotorunterseite, dadurchgekennzeichnet, daß runterseite, dadurch gekennzeichnet, daß im Rotorita (17) ein in axialer Richtung zwischen einer Ruhestellung und einer Reibeingriffsstellung mit der Rotorunterseite (32) verstellbare Stabilisier- und Bremsglied (78,81) vorgesehen ist

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rotorsitz (17) zur Schwebelagerung des Rotors nach Abschaltung der Antriebsdruckluft, außerdem weitere Düsen (57) vorgesehen sind, mittels welcher Druckluftstrahlen gegen den von Turbinenschaufeln freien Bereich der Rotorunterseite (32) gerichtet werden können.

3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dau die Düsen (57) unter einem kleinen Winkel entgegen der Dre/.ichtung des Rotors geneigt angeordnet sind

4. Zentrifuge nach einem de- Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer konzentrischen Bohrung (62) in der Rotorunterseite (32) eine Buchse (61) angeordnet ist, und daß das Stabiüsier- und Bremsglied (78) an seiner Oberseite kegelstumpfförmig zum Reibungseingriff mit der unteren Innenkante (61a,Jder Buchse (61) ausgebildet ist

5. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorunterseili (32) kegelig ausgebildet ist, und daß das Stabilisier- und Bremsglied (81,Fi g. 7) an seiner Oberseite eine zylindrische Buchse (82, F i g. 7) zum Reibungseingriff mit der Rotorunterseite aufweist

6. Zentrifuge nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (61; 82) aus Polytetrafluoräthylen besteht und daß das Stabilisier- und Bremsglied (78; 81) in seiner Reibungseingriffsstellung unter nach oben gerichteter Federvorspannung (71) steht.

7. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisier- und Bremsglied (78; 81) mittels eines zum Rotor koaxialen Zapfens (65) im Rotorsitz (17) axial verschieblich ist