DE2719261A1

DE2719261A1 - Zentrifuge

Info

Publication number: DE2719261A1
Application number: DE19772719261
Authority: DE
Inventors: Jun George Norton Hein
Original assignee: HEIN JUN
Current assignee: HEIN JUN
Priority date: 1976-04-29
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1977-11-10
Also published as: CA1063990A; JPS52145680U; GB1579370A; SE7704865L; JPS5710777Y2; CH610531A5; US4046317A

Description

Patentanwälte

Dip!.-!r.g. C.Wallach Di^r!.-li-.r. G. Koch

D-. 1. ü -ach Dip!.-Ir^. R. i-'elükamp

R f.U'inri-.en 2 KiefiMj'.rUr. 8. T.i. (C 85) 240275 9 ftPR¹⁹⁷⁷

Beseiehxnmg: Anmelder:

Zentrifuge

George V· Hein. Jr., Ben Carlo«, 0·!., UBA

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach Dipl.-Ing. G. Kooh Str. T. Haibaoh Dipl.-Ing. R. reldkaap 8000 tünchen

Erfinder:

George V· Hein, Jr., Ban Garloa, CaI., UBJL

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Zentrifuge

Die Erfindung betrifft allgemein eine Zentrifuge, insbesondere eine Zentrifuge mit Luft antrieb, und näherhin eine Vorrichtung but Halterung und Stabilisierung des Rotors einer derartigen Zentrifuge während seiner Verzögerung bsw· Abbremsung·

Zur Trennung bestimmter Flüssigkeitsgemisohe in ihre Bestandteile bsw· Fraktionen werden sehr hohe Rotatlonsdrehsahlen benötigt. Beispielsweise sind sur Trennung von Protein, Viren und anderweitigen verschiedenen klinischen Proben extrem hohe Zentrifugationsdrehzahlen erforderlich, um bestimmte Bestandteile oder Fraktionen aus den genannten Proben innerhalb vernünftiger Zeitspannen abtrennen zu können. Es hat sich geseigt, daß extrem hohe Drehzahlen, wie etwa 150.000 bis 200.000 U/min durch Rotation eines Zentrifugenrotors auf einem Luftkissen mittels Druckluftströmen erreicht werden können· Eine derartige Zentrifuge mit Luftantrieb ist beispielsweise In der UB-Patentschrift 3 4-56 875 beschrieben.

Im Falle derartiger Zentrifugen mit Luftantrieb mu£ nach der Abschaltung des Antriebeluftstroms nach der Zentrifugation des Flüssigkeitsgemischs ein sekundärer Trag- bzw. Halterungsluftstrom in den Raum zwischen Rotor und Rotorsits eingeführt werden, um den Rotor während seiner Abbremsung sum vollständigen Stillstand vom Rotorsitz freizuhalten. Bei bestimmten bekannten Anordnungen verhindert jedoch die Einführung dieses Trag- bzw. Halterungsluftstroms wegen der Anbringung der Antriebeturbinenschaufeln

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am Bot or, daß der Rotor zum vollständigen Stillstand kommt, da die Strömung des Trag- bzw· Halterungsluftstroms über diese Botorturbinenschaufeln eine gewisse leichte Antriebswirkung auf den Bot or auf r echt erhält. Sie Trag- bzw. Halterungeluft wird allgemein längs den äußeren kegelstumpfförmigen Bereich des Botorsitses benachbart der Anbringung der Antriebsluftstromdüsen eingeführt.

In manchen Fällen wird die Bichtung der Antriebeluft st romdüeen umgekehrt, derart, daß diese nicht nur Trag- bzw. Halterungeluft zuführen, sondern gleichseitig auch die Abbremsung des Botors bis zum vollständigen Stilletand unterstützen. In aanchen fällen kann jedoch die Anwendung derartiger umkehrbarer Antriebsluftstromdüsen einen Drehstart des Botors in entgegengesetzter Drehrichtung nach der Erreichung des Stillstandes zur folge haben. Aus diesen Gründen findet bei vielen heute gebräuchlichen Anordnungen kein reibungsfreies Luftkissen Anwendung, das eine Abbremsung des Botors unabhängig von eventuellen •Antriebewirkungen des Trage- bzw. Halterungsluftstroms ermöglicht.

Ein bedeutsames Problem besteht auch hinsichtlich der Konstruktionsparameter jedes Botors, neben den Eigenschaften der Probengemisohe im Bot or, wodurch bestimmte Parameter eingeführt werden, welche kritische Drehzahlen zur folge haben, bei welchen der Botor Präsessionsbewegungen, Taumelbewegungen oder übermäßige Vibrationen im Verlauf der Abbremsung ausführt. Biese kritischen Drehzahlen sind gewöhnlich verhältnismäßig niedrige Drehzahlen, und die PxI-zeesions- und/oder Taumelbewegung kann so stark werden, daß sie eine Bückvermischung der Probe oder eine Berührung des Botors mit den Seitenwandungen des Botorsitzes bewirkt,

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wodurch der Rotor die Auerichtung mit eelner Rotationsachse verliert und in dem Zentrifugengehäuse herumschlägt.

In beatimmten bekannten Zentrifugenanordnungen sind daher Stabilislerungevorrichtungen vorgesehen, welche eine körperliche Berührung bsw. fuhrung des Botora beim Durchlaufen dieser niedrigen kritischen Drehsahlen vorsehen, um die vorstehend erwähnten unerwünschten Effekte su vermeiden. Dabei ergibt die Trag- bsw. Halterungeluft In diesen Anordnungen eine ausreichende Stabilisierung zur Vermeidung der während der kritischen Botordrehsahlen auftretenden Probleme, jedoch müssen derartige Stabllisierungsvorrichtungen häufig einen sehr empfindlichen Aufbau besitsen, um die erforderliche Stabilisierung su ergeben, und außerdem unterliegen sie ständiger Abnutzung und ständigem Verschleiß.

Bei anderen bekannten Vorrichtungen mit Trag- bsw. Halterungeluftstrom besteht eine Tendens sur Bildung eines Luftkissens, wodurch der Rotor etwas hoch liegend in dem Rotorsits läuft. Hit anderen Worten: Der Rotor ist hierbei mehr als erwünscht von der Oberfläche des Rotorsitees entfernt, wodurch der Rotor empfindlicher gegenüber verschiedenen DestabilisierungSEUständen und einem möglichen Austritt aus dem Rotorsits wird.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung einer Luftschwebelagerung für einen Zentrifugenrotor, insbesondere für eine Zentrifuge mit Luft antrieb, zugrunde, durch welche die vorstehend genannten Schwierigkeiten und Hachteile vermieden und Probleme gelöst werden.

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Gemäß der Erfindung let au diesem Zweck eine besondere Ausbildung des Rotors und des Rotorsitzes vorgesehen, derart, daß diese im Zusammenwirken miteinander einen Strömungeweg für einen Trag- bzw. Halterunge- oder SchwebβIagerungsluftstrom ausreichender Geschwindigkeit vom Zentrum des Rotoreitsee aus bilden, daß der Luftdruck in dem Strb*- mungsweg zwischen dem Rotor und dem Rotoreitz einen unter dem atmosphärischen Umgebungsdruck liegenden Wert annimmt, wodurch eine Halterunge- und Zentrierwirkung auf den Rotor in dem Hotorsitz ausgeübt wird. Der Hittelbereich des Rotors ist erfindungsgemäß in besonderer Weise konisch (oder teilkugelflächenförmig) ausgebildet, während der Rotor einen entsprechend angepaßten konischen (oder teilkugelflächenförmlgen) Ausnehmungebereich an seiner Unterseite aufweist· Diese konische (oder beispielsweise teilkugelflächenförmlge) Konfiguration des Rotors und des Rotoreitsee gewährleistet die Aufrechterhaltung der gewünschten richtigen Ausrichtung des Rotors mit seiner Rotorachse sowie auch die Zentrierung des Rotors in dem Rotoreitz.

Eine im Zentrum des Rotoreitzee bsw. -auflagere angeordnete Schwebelagerungs-Luftstromdüse erzeugt einen Luftstrom, der nicht im Sinne einer Drehung des Rotors in der einen oder der anderen Richtung wirkt und daher einen freilauf des Rotors auf einem praktisch reibungsfreien Schwebelagerunge-Luftkissen gewährleistet und entweder eine Schnellbremsung des Rotors oder das allmähliche Auslaufen des Rotors bis sum Stillstand ermöglicht·

Bei der Konfiguration des Rotors und des Rotorsitzes in Verbindung mit der Anbringungsetelle der Schwebelagerungs-Luftstromdüs· wird von dem Bemouilli-Prinzip Gebrauch

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gemacht, wonach der Luftdruck zwischen dem Rotor und dem Rotorsitz auf einen unter de« atmosphärischen umgebungsdruck liegenden Wert rerringert werden kann, indem die Luft mit ausreichender Geschwindigkeit von der Schwebelagerungs-Luftstromdüse aus über den konischen Strömungsweg im Mittelbereich des Botorsitses und des Rotors und einen anschließenden kegelstumpfförmigen Strömungeweg zwischen den Außenbereichen des Rotors und des Rotorsitzes strömt. Infolge dieses Unterdrücke zwischen dem Rotor und dem Rotor sitz wird der Rotor enger an dem Rotorsitz gehalten als bei den bekannten Anordnungen, wodurch die Empfindlichkeit des Rotors zur Fehlauerichtung gegenüber seiner Drehachse oder zum vollständigen Herausspringen aus dem Rotorsitz verringert wird.

Durch die Erfindung wird somit nicht nur eine reibungsfreie Luftlagerung geschaffen, bei welcher die Tendenz zur Ausübung eines Drehantriebeeffekts auf den Rotor während der Abbremsung verringert ist» sondern auch eine stabile und sichere Halterung des Rotors in dem Rotorsitz gewährleistet.

Im folgenden werden Aueführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 in Schnittansicht die Luftsohwebelagerungevorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in Detailschnittansicht den Rotor und den Rotorsitz,

Fig. 3 in perspektivischer Ansicht die Unterseite des

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Rotors mit der konischen Ausnehmung,

Flg. 4· in perspektivischer Aneicht den Hotoreitz mit dem konischen Mittelvorsprung und den äußeren kegelstumpffSrmigen Bereich·

71g· 1 zeigt eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Zentrifugenapparatur mit Luft antrieb. Über einem Botorgehäuse 14-iat ein abnehmbarer Deckel 12 angebracht· Das Gesamt gehäuse 14· ist In einen äußeren Gehäuse 16 untergebracht. Das Gehäuse 14· umschließt zusammen mit dem Deckel 12 eine Rotorkammer 18, in welcher benachbart dem Boden 22 der Kammer 18 ein Hotoreitz bzw. -auflager 20 zur Aufnahme eines Rotors 24· angeordnet ist·

Im gezeigten Aueführungebeispiel weist der Deckel 12 eine Bremsvorrichtung 26 auf, bei welcher ein oder mehrere Magneten 30 mittels eines nicht-magnetischen Trägers 28 zur schnellen Abbremsung der Drehbewegung des Rotors 24- im Gehäuse 14· auf den Rotor 24· zu bzw. von ihm weg verschieblich sind. Eine Vor spannfeder 32 spannt den Träger 28 in Richtung auf den Rotor 24- zu in eine Stellung zur Schnellbremsung des Rotors vor, während durch eine Druckluftbeaufschlagung über einen Luftkanal 34- der Träger 28 vom Rotor weg verstellbar ist, üb eine freie Rotation des Rotors zu ermöglichen· Aufbau und Wirkungsweise der Bremsvorrichtung 26 sind Gegenstand einer gleichzeitig eingereichten

Anmeldung P ·· . (Anwaltsakte 15 844) der Firma

Beckman Instruments, Inc., Full ertön, IXBA, mit Prioritätsbeanspruchung vom 29. ipril 1976 aus der UB-Anmeldung Si H. 681,302<^elch5 elnB³iirbelstrombremevorrichtung für eine Zentrifuge mit Luft antrieb betrifft.

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Der in Pig. 2 mit näheren Einzelheiten gezeigte Rot or β its 20 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Statorkörper 36 mit einem sich abwärts erstreckenden Hittelteil 38 und einem ringförmigen Flanschten 40. In dem Ringflanschten 40 des Statorkörpers 36 ist eine Statorausnehmung 42 vorgesehen, in welcher ein Statorblock bzw. eine Statorkonsole 44 angeordnet ist· An der Unterseite des Statorblocks 44 sind mehrere Ansätze oder Füße 46 vorgesehen, welche auf dem Boden 48 der Statorausnehmung 42 aufruhen. Der Durchmesser des Statorblocks an der Innenseite 50 bzw. an der Außenseite 52 ist entsprechend größer bzw. kleiner als der Durchmesser an der Innenseite 54 bzw. an der Außenseite 56 der Btatorausnehmung 42. Der Statorblock 44 vermag daher eine Präzessionebewegung zur Aufnahme einer geringfügigen Verschiebung des Rotors 24 in einer seitlichen Richtung bezüglich der Drehachse auszuführen. Der Statorblock 44 gewährleistet die Stabilität der Rotation des Rotors 24 in dem Rotorsitz 20.

Angrenzend an den abwärts gerichteten Hittelteil 38 des Statorkörpers 36 ist eine ringförmige Verteilungeleitung 60 vorgesehen, die in Strömungeverbindung mit einem Antriebsluftsufuhrkanal 58 steht. Der Statorkörper 36 weist eine Reihe von Antriebsluftstromdüsen 64 auf, die in Strömungsverbindung mit der ringförmigen Verteilungsleitung stehen. Der Ringflansohteil 40 des Statorkörpers schließt mit dem Gehäuse 14 mittels eines O-Diohtungsrlnges 66 dicht ab; der abwärts gerichtete Hittelteil 38 des Statorkörpers ist gegen das Gehäuse durch einen zweiten O-Dichtungsring 68 abgedichtet.

Durch das abwärts gerichtete Hittelteil 38 des Stator-709B4B/1070

körpers erstreckt sich eine sentrische leitung 62 für einen Schwebelagerunge-Luftstrom; dieser Leitungskanal 62 ist mit einer in dem Botorsits b»w. -auflager 20 »entriech angeordneten Schwebelagerungs- bsw· Halterungsluftstromdüse 74 ausgerichtet und steht mit dieser in Btrömungsverbindung·

Der Rotor 24- kann gemäß einer bevorzugten Aueführungeform einen Durchmesser von etwa 1 1/2 Zoll besiteen und ist in der Rotorkammer 18 so angeordnet, daß sein Unterteil 80 sich innerhalb des Botorsitses bsw. -auflagere 20 befindet. Vie im einseinen aus Tig. 3 ersichtlich, weist das Unterteil 80 des Rotors 24 einen schräg einwärts verlaufenden kegelstumpffurmigen Bereich 82 auf, der an seiner Oberfläche eine Reihe von turbinenschaufelartigen Ausnehmungen 84- aufweist, denen die Antriebedruckluft aus den Antriebeluft st romdusen 64 (vergleiche Tig. 2) sum Drehantrieb des Rotors 24 auf hohe Drehsahlen sugeftihrt wird, um die in dem Rotor enthaltenen Probengemische den hohen Zentrifugationekräften but Aussonderung der verschiedenen Bestandteile bsw. Traktionen su unterwerfen. Vie ebenfalls aus Tig· 3 ersichtlich, erstreckt sich im Unterteil 80 des Rotors von dem kleinsten Vmfangsrand 81 des kegelstumpf fSrmigen Bereichs 82 einwärts ein Mittelbereich 86 in Torrn einer konischen Ausnehmung· Vie aus Tig. 4 ersichtlich, weist entsprechend der Rotorsits 20 einen Mittelbereich 88 auf, der von einer durch den Umfangsrand 89 gebildeten Basisfläohe aus leicht konisch nach außen vorspringt. Im Scheitel 90 dieses konisch nach außen vorspringenden Mittelbereiohe 88 in dem Ho tore it β befindet sich die Sohwebeluftstromdüse 74»· Der äußere Teil 92 des Rotorsitses ist umgekehrt kegelstumpfförmig ausgebildet.

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Ein Teil dee Außenbereiche 92 dee Botoreitzes 20 wird von der Schxttgfläche 94 en den Btatorblock 44 gebildet. Der eigentliche Lagerunge- und Halterungebereich des Hotoreitsee 20, der den Unterteil 80 de· Bot or« aufnimmt, wird somit aus dem konischen Mittelbereich 88, dem Teil 96 der umgekehrt kegelstumpfförmigen Fläche des Statorkörpere 36 und der Schrägfläche 94 an dem Statorblock 44 gebildet.

Vie aus Fig. 2 ersichtlich, steht der Hittelbereich 86 am Rotorunterteil 80 in einem gewiesen Eingriff mit dem Hittelbereich 88 am Rotoraltz, während der kegelstumpfförmige Bereich 82 am Rotorunterteil 80 in einem gewissen Eingriff mit den kegelstumpfförmlgen Bereichen 94 und 96 am Rotorsite 20 steht. Die konische Hlttelauenehmung 86 im Rotor bildet zusammen mit dem konischen Hittelvorsprung 88 des Rotorsitzee einen konischen Strömungeweg 98 für die von der Sohwebelagerungsluftstromdüse 74 austretende Druckluft. Des weiteren bildet die kegelstumpf förmige Außenfläche 82 dee Rotorunterteils 80 zusammen mit den kegelstumpfförmigen Aufientellen 94 bsw. 96 des Rotorsitzes einen kegelstumpfförmigen Strömungsweg 100, der in Strömungsverbindung mit dem konischen Strömungsweg 98 steht und durch welchen die aus der Sehwebelagerunge-Luftstromdüse 74 kommende Druckluft In die Rotorkammer 18 austritt.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der beschriebenen Torrichtung erläutert. Der Rotor 24 wird nach Beschickung mit einem zur Separierung in seine verschiedenen Bestandteile bzw. Fraktionen zu zentrifugierenden Gemisch in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise in die Rotorkammer 18 eingesetzt. Das Rotorunterteil 80 liegt dabei in dem Halterunge- bzw. Lagerungeberelch des Rotorsitzes 20. Es sei

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jedoch derauf hingewiesen, daß die Schrägfläche 94 dee Statorblocke 44 etwa· steiler eis der entsprechende kegelstumpf förmige Bereich 96 im Statorkörper 36 ist. Daher ruht der Botor 24 in seinem Ruhesustend im Eingriff mit dem Rot or sit s 20 in erster Linie auf dem Statorblock 44 auf, kann sich jedoch auch in Berührung mit dem konischen Mittelbereich 88 des Rotoreitsee oder eng benachbart su diesem befinden.

Aus einer Druckluftspeiseleitung 102 gelangt Druckluft über ein Regel- bsw. Steuerventil 10? durch die Speiseleitung 104 und ein Kupplungsteil bsw· fitting 106 in die Zufuhrleitung 38· Die in der Leitung 104 weiter strömende Luft gelangt über eine Leitung 34 in den Deckel 12 und ▼erstellt dort die Bremsvorrichtung in ihre von dem Rotor entfernte Stellung, um einen freien Rotationslauf des Rotors su gewährleisten, wie im einseinen in der oben erwähnten gleichseitig eingereichten Anmeldung, betreffend eine wlrbelstrombremsvorrichtung, erläutert ist· Die durch die Leitung 38 strömende Luft gelangt in die ringförmige Verteilerleitung 60, von wo sie über mehrere Luft düsen 64 unter Druck auf die Rotorturblnenschaufein 84 auftrifft, wodurch der Rotor 24 su einer sehr hoohtourigen Rotation veranlaßt wird· Die von den Antriebsluftstromdüsen 64 auf die Rotorturbinensohaufein 84 geriohtete Luft tritt »wischen dem Rotor und dem Statorblook 44 in die Rotorkammer 18 aus, von wo sie die Zentrifuge über Austrittsöffnungen 17 und 19 verläßt. Dieser Antrfebsluftstrom hält ferner auch den Rotor 24 auf einem Luftkissen über dem Rotorsits 20, als Lagerung für den hochtourigen Rotationslauf.

Ee sei betont, daß auch anderweitige Antriebevorrichtungen,

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beispielsweise ein elektromagnetischer Antrieb, sum Antrieb des Rotors in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Schwebeluftlagerung Anwendung finden können.

Hach Beendigung der Zentrifugationsbehandlung wird das Ventil 103 but Abschaltung der Luftzufuhr durch die Leitungen 104 und 58 umgelegt· Gleichseitig gewährleistet das Ventil 103 eine Druckluftzufuhr aus der Speiseleitung 102 über eine Kupplung bsw« ein Fitting 72 in die Bchwebeluftzuführleitung 62 zur Schwebeluftstromdüse 74-· Sie Kapazität der Luftzufuhrleitung 62 von der Speiseleitung 102 su der Sohwebeluftetromdüse 74 soll vorzugsweise ausreichend größer als die Kapazität der Luftsufuhrleitung von der Speiseleitung 102 su den Antriebsluftstromdüsen 64 sein, derart, daß eine kleine Verweilzeit zwischen dem Ende der Luftbeaufschlagung der Antriebsluft stromdüsen 64 und dem Beginn der Luftbeaufschlagung der Schwebelagerungsluft düse 74 besteht. Es ist vorzuziehen, daß nicht beide Süsenarten, nämlich die Schwebelagerungsluftstromdüse 74 und die Antriebsluftstromdüeen 64 gleichseitig mit Luft beaufschlagt werden, da hierdurch eine gewisse Instabilität des Botors 24 herbeigeführt werden könnte. Die größere Länge bzw. das größere fassungsvermögen der Luftleitung zwischen der Speiseleitung 102 und der Bchwebeluftstromdüse 74 gewährleistet daher die erwünschte Verzögerung der Luftbeaufschlagung der Schwebeluftstromdüse 74, bis die Luftbeaufsohlagung der Antriebsluftstromdüsen 64 vollständig aufgehört hat· Wenngleich somit nach einer bevorzugten Betriebsart der Antriebsluftstrom und der Schvebelmgexungsluftstrom möglichst nicht gleichzeitig mit dem Rotor in Berührung gelangen soll, wäre gleichwohl eine Anordnung, bei welcher der Antriebeluft strom und der Schwebe-

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lagerungsluftetrom den Rotor in bestimmten verschiedenen Betrlebsstadien gleichzeitig berühren, ohne Beeinträchtigung der Stabilität dee Rotor· zulässig.

Die au· der Schwebelagerungeluftdüse 74 «!«tretende Druckluft strSmt entlang dem konischen Strömungsweg 98 und den kegelstumpffttrmigen Strömungeweg 100, von wo sie in die Rotorkaamer 18 auetritt· Da die I/uft entlang einem glatten, im wesentlichen zu dem kegelstumpfförmigen Strb'itmgeweg 100 parallelen BtrBmungspfad fließt, trifft im wesentlichen keine Antriebskräfte ausübende luft auf die Rotorsohaufeln 84- auf, derart, daß ein freilauf des Rotors 24 während der Yerzugerung und Abbremsung des Rotors durch die Bremsvorrichtung 26 gewährleistet ist.

Da die Druckluft aus der echwebelagerungsluftstromdüee 74- und durch den konischen Strömungsweg 98 und den kegelstumpf förmigen StrSmungsweg 100 mit einer erheblichen Geschwindigkeit fließt, Terringert sich nach dem Bernouillischen Oesets, wonach mit entnehmender Luftgesohwindigkeit der Luftdruck absinkt, der Luftdruck in dem Raum zwischen dem Rotor 24· und dem Rotorsits 20 auf einen unter dem Umgebungeluftdruck liegenden Wert· Der den Hauptteil des Rotors 24 umgebende Umgebungsluftdruek hält daher den Rotor in dem Rotorsitz 20 stabil fest· Der Rotor 24 gleitet daher in dem Rotorsits nach unten, derart, daB der Abstand zwischen dem Rotor und dem Rotorsits nur etwa 5/1000 Zoll betragen kann· Die HBgliohkeit, den Rotor derart engsitzend in dem Rotoreits su halten, ist besonders bedeutsam während der Verzögerungs- bsw· Bremsphaeen des Rotors, wenn er kritische Drehsahlen durchläuft, die su Vibrationen und Taumelbewegungen fahren konnten.

Dee weiteren wird durch den leicht konischen Hittelteil 88 des Rotoreitsee 20 und die leicht konische Mittelausnehrnung 86 im Rotor gewährleistet, daß die luft In Verbindung mit dem Statorblock 44 die Rotationsstabilität dee Rotore aufrechterhält, derart, daß eine Rotationsachse mit der Mittelachse des Rotoreitsee ausgerichtet bleibt. Im geseigten Auaführungsbeispiel sind die leicht konischen Flächen im Mittelteil 88 dee Rotoreitsee und im Mittelbereich 86 dee Rotors mit einer optimalen Schräge von etwa 5° ausgebildet; es darf Jedoch angenommen werden, daß die Schräge einen Wert im bevorzugten Bereich von 3 bis 10° besitzen kann, wobei die gewttneohte Luftsohwebelagerung des Rotore für eine stabile Verzögerung bsw. Abbremsung dee Rotore gewährleistet bleibt. Ee wurden selbst Schrägen von bis su 45° erfolgreich erprobt, jedoch wird dann das seitliche Spiel swischen den entsprechenden Oberflächen 86 und 88 in Tig· 2 sehr klein, verglichen mit dem seitlichen Spiel swischen den Flächen 86 und 88 bei einer geringeren Schräge. Die Steilheit der Abschrägung hat somit eine verringerte eeitliche Toleranz dee Mittelbereiche 86 des Rotore 24 auf den Mittelbereich 88 des Rotorsitses 20 zur Folge. Oder nochmals anders ausgedruckt: Der Abetand zwischen dem Mittelbereich 86 des Rotors und dem Mittelbereich 88 des Rotorsitses zur Aufnehme seitlicher Bewegungen dee Rotore nimmt mit zunehmender Steilheit der konischen Abschrägung ab. Die Abnahme dieses Abetsndes .wird damit su einem bedeutsamen Faktor während kritischer Drehzahlbereiohe des Rotors, wenn er su Taumelbewegungen neigen und eine gewisse eeitliche Bewegung ausfahren kenn, was su einer unerwünschten Berührung swischen dem Mittelbereich des Rotors und dem Mittelbereioh 88 des Rotor-Bitsee bei noch rotierendem Rotor führen kenn.

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Der Rotor 24 und der Statorblock 44 können sich seitlich "bewegen, falls dies zur Kompensation kritischer Drehcahien erforderlich ist, jedoch werden sie keine derartige Bewegung in einem Ausmaß aueführen, das zu eine? Berührung der konischen Flächen führen könnte, und sich auch nicht so weit voneinander trennen, daß die Erzeugung der oben erwähnten Bernouilli-Kräfte beeinträchtigt würde.

Es sei noch betont, daß der konisch vorspringende Bereich 88 des Rotorsitzes auch die Konfiguration einer Teilkugelfläche statt einer im strengen Sinn· konischen Fläche haben könnte und entsprechend die Hittelausnehmung 86 an der Unterseite 80 des Rotors die Konfiguration einer entsprechend angepaßten Teilkugelfläche erhalten könnte. Des weiteren könnte der Ausnehmungebereich 86 am Rotor als vorspringender Bereich und entsprechend der vorspringende Bereich 88 im Rot or sit ζ als damit in Kingriff stehende Ausnehmung ausgebildet werden· Hit anderen Worten t Ein vorspringender Bereich von konischer oder (teil)kugelförmiger Gestalt könnte entweder am Rotor oder am Rotorsitz vorgesehen sein und entsprechend ein Ausnehmungsbereich von entsprechender konischer bzw. (teil)kugelförmiger Gestalt am Rotor bzw. am Rotorsitz·

Die Erfindung wurde vorstehend an Hand bevorzugter Aueführungsbeispiele beschrieben, die jedoch selbstverständlich in Einzelheiten abgewandelt werden können, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird·

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Claims

Patentansprüche

Zentrifuge, insbesondere Zentrifuge mit Luftantrieb, mit einem Rotor, einem den unteren Teil de· Rotors aufnehmenden Rotorsitz bzw· -auflager, sowie mit einer im Rotorsitz angeordneten Antriebsvorrichtung, insbesondere Antriebsluftstromdüeenvorrichtungen, sum Drehantrieb des Rotors auf einem Luftkissen, dadurch gekennzeichnet. daß im Boden des Rotors (24) ein zentrischer Ausnehmungsbereich (86) und im Boden des Rotorsitses bzw. -auflagere (20) ein entsprechender sentrischer vorspringender Bereich (88) vorgesehen sind, wobei der Ausnehmungsbereich (86) und der vorspringende Bereich (88) ähnliche Formen und Abmessungen besitzen, derart, daß sie miteinander einen bestimmten StrSmungsweg (98) zwischen dem Rotor (24) und dem Rotorsitz (20) bilden und im Zusammenwirken mit einer im vorspringenden zentrischen Bereich (88) des Rotorsitzes angeordneten Schwebelagerungsluftzufuhrvorrichtung (74) einen Schwebelagerungaluftstrom ausreichender Geschwindigkeit gewährleisten, daß der Luftdruck innerhalb des Strömungeweges (98) unter dem atmosphärischen Umgebungsdruck liegt und so der Rotor (24) in dem Rotoreitz (20) gehalten und in stabiler Weise bis zum Stillstand abgebremst werden kann, nachdem die Antriebevorrichtungen, insbesondere Antriebsluftstromdüsen (64) abgeechaltet sind.
2. Zentrifuge nach Anspruch 1, in Ausbildung als Zentrifuge mit Luftantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebeluftstromdüsen (64) mit einer Druckluftspeiseleitung (102) über eine erste Luftzufuhrleitung (58) und

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ORIGINAL INSPECTED

die Bohwebelagerungsluftvorrichtung mit der Luftspeiseleitung (102) über «ine «weite Luftsufuhrleitung (62) verbunden sind, und daß die «ret· LuftBUfuhrleitung (38) •In· geringer· Luftaufnahmekapasität ale die »weite Luftsufuhrleitung (62) besitst.
3· Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennseichnet, daß die sentrisohe Ausnehmung (86) im Boden dee Rotors (24) und der sentrieche Voreprungbereich (88) im Boden de· Rotoreitsee (20) konusförmig auegebildet sind.
4. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2_t dadurch gekennzeichnet, daB der sentrisohe Ausnehmungsbereioh (86) im Boden des Rotors (24) und der sentrieche Voreprungbereich (88) im Boden des Rotoreitsee (20) jeweils (teil)kugelflachenfSrmig ausgebildet sind.

5· Zentrifuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprache, dadurch gekennzeichnet, daB der radial innere, vorspringende Bereich (88) des Rotorsitses im Zusammenwirken mit dem Ausnehmungsbereioh (86) im Boden des Rotors (24) einen insgesamt abwärts gerichteten konischen Luftströmungsweg (98) und der radial ftuBere Bereich (92) des Rotorsitses in Verbindung mit einem abgeschrägten ftufieren Bereich (82) am Rotorunterteil (80) einen insgesamt aufwärts gerichteten kegelstumpfförmigen Luftetrumungsweg (100) definieren, wobei der konische Btremungsweg (98) in Strömungsverbindung mit dem kegelstumpfförmigen Strömungsweg (100) steht und die Luft von der Sohwebelagerungeluftsufuhrvorrichtung (74) aufeinanderfolgend durch den konischen Strömungeweg

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(98) in den kegelstumpfförmigen BtrSBOngsweg (100) fließt und den Rotor (24) über dea Rotoreits (20) auf eine« Luftkissen surerlässig zentriert hftlt, nachdem die Antriebsvorrichtung, insbesondere die Antriebeluft· stroBdttsenvorriohtung (6<l·) abgesohaltet ist.

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