DE2725002A1 - Vorrichtung mit einem in einem gehaeuse installierten rotierenden rotor - Google Patents

Vorrichtung mit einem in einem gehaeuse installierten rotierenden rotor

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DE2725002A1
DE2725002A1 DE19772725002 DE2725002A DE2725002A1 DE 2725002 A1 DE2725002 A1 DE 2725002A1 DE 19772725002 DE19772725002 DE 19772725002 DE 2725002 A DE2725002 A DE 2725002A DE 2725002 A1 DE2725002 A1 DE 2725002A1
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damping
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Max Eduard Kuyp
Johannes Los
Willem Hendrik Tazelaar
Jaap Wind
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Ultra Centrifuge Nederland NV
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. F. Aspr-iaoti - Dr. Γ?. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.
PA Or. Zumstein et al, Brauhausstraße 4, 8OOO München 2
8 MÜNCHEN 2,
BRÄUHAUSSTRASSE A
TELEFON: SAMMEL NR. 225341 TELEGRAMME: ZUMPAT TELEX 529979
6/Li
RCN 210 Dui.
Ultra Centrifuge Nederland N.V., Den Haag Niederlande
Vorrichtung mit einem in einem Gehäuse installierten rotierenden Rotor
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Rotor, der um eine Achse drehbar ist, deren beide Enden über Einrichtungen abgestützt sind, die gegen die zentrierenden Rückstellkräfte gerichtete radiale Verschiebungen dieser Enden gestattet und die zur Ausrichtung am oberen Ende ein einwirkendes Magnetfeld aufweist, das sich zwischen einem ersten Bauteil aus magnetischem Material, das an dem Rotor befestigt ist, und einem zweiten Bauteil aus magnetischem Material bildet, das an einem ortsfesten Teil des Gehäuses befestigt ist. Eine solche Vorrichtung ist in der. NL-Patentanmeldung No. 75-08 143 beschrieben.
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Eine derartige Vorrichtung gestattet eine umfassende Anwendungsmöglichkeit auf Rotoren ganz allgemein. Diese Rotoren können sich langsam drehen, wie z.B. bei Meßinstrumenten, oder sie können sich auch mit hohen Geschwindigkeiten drehen, wie z.3. reflektorartige Rotoren oder Choppers. Diese Rotoren können auch für Laborinstrumente zur Bestimmung von Molekulargewichten von Substanzen bestimmt sein, die ein sehr großes Molekulargewicht aufweisen, oder dergl.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine solche Vorrichtung so weiterzubilden, daß eine in Querrichtung gerichtete Verschiebung des Rotors ohne Behinderungen und Schwierigkeiten erhalten bleibt, während der Rotor trotzdem entsprechend ausreichend abgestützt ist.
Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Vorrichtung der eingangsgenannten Art dadurch aus, daß der Rotor auf einem Lager ruht, wobei ein Drehzapfen am unteren Ende vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Rotor um seine Achse drehbar ist, daß der Rotor nach allen Seiten und Richtungen mit der Achse bzw. Welle um das untere Ende des Drehzapfens in Form eines Kreiselpendels schwingen kann, daß das untere Ende des Drehzapfens bezüglich radialer Verschiebungen zu dem Lager festgelegt ist, und daß das Lager und das zweite Bauteil aus magnetischem Material mit den ortsfesten Teilen des Gehäuses über eine elastische und dämpfend wirkende Einrichtung verbunden ist, die gedämpfte elastische Verschiebungen des Lagers und des Bauteils aus magnetischem Material gestattet.
Um die Schwingungsbewegung des Rotors um den Drehzapfen so frei und unbehindert wie möglich zu machen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das untere Ende des Drehzapfens ungefähr als Kugel ausgebildet, wobei wenigstens die Hälfte der Kugel in einem kugelförmig ausgebildeten Sockel bzw. Lager ruht.
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Das Lager sollte aus Gründen einer vorteilhaften Dämpfungswirkung derart abgestützt sein, daß Verschiebungen aus der Mittellage aufgrund der Schwingungsbewegungen möglich sind, daß jedoch eine Rückstellkraft vorhanden ist, die ständig in Ri ;htung der Mittellage wirkt.
Als Rückstellkraft kann eine elastische Kraft aufgebracht werden, die noch zusätzlich durch die Schwerkraft unterstützt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist somit das Lager wenigstens über drei Trag- bzw. Hängedrähte abgestützt, deren Anhängepunkte gleichmäßig um einen Kreisumfang verteilt liegen,und die unteren Enden der Drähte sind in dem Lager oder in einer damit verbundenen Dämpfungseinrichtung fest eingespannt, während die oberen Enden in einem Teil abgestützt sind, das an dem Gehäuse angebracht ist. Die oberen Enden der Tragdrähte können einzeln in einem kleinen Rohrstück eingepaßt sein, durch welche dieser Draht zu dem oberen Ende des kleinen Rohrstückes verläuft, wobei ein Draht in dem kleinen Rohrstück durch Zusammenquetschen des Rohrendes oder durch Anlöten des Drahtes in dem kleinen Rohrstück festgelegt werden kann.
Gemäß einer anderen Anbringungsart ist das obere Ende eines Drahtes an einem verformbaren Vorsprung eines Teiles angebracht, das starr am Gehäuse befestigt ist. Hierdurch läßt sich insbesondere auf einfache Art und Weise die genaue Lage und Position des Lagers einstellen, da nur ein so vorgesehener Vorsprung mit Zangen oder Klemmen derart verformt zu werden braucht, daß das Lager die erforderliche Lage einnimmt.
Um eine selbsteinstellende Zentrierung zu erzielen, können die Drähte derart angeordnet sein, daß ihre Verlängerungen in einer geraden Linie liegen, die die Rotationsfläche enthält. Dies bedeutet, daß ihre Verlängerungen auf einer konischen Fläche oder einem Rotationshyperboloid mit einer Rotationsebene
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liegen können.
Die oberen Enden der Drähte können in einem Ring befestigt sein, dessen Unterseite konvex ausgebildet und so ausgestaltet ist, daß er sich einem festen, schalenförmigen Lager anpassen kann.
Gemäß einer weiteren Art der Aufhängung ist das Lager durch ein elastisch flexibles Rohrteil unterstützt, das das Lager an einem Ende des Teils umgibt, während das andere Ende starr mit dem Gehäuse verbunden ist. Um die Elastizität bzw. das Federungsvermögen zu verbessern, weist dieses Rohrteil wenigstens eine balgförmig ausgebildete Faltung bzw. Biegewulst an der Urafangsfläche auf. Diese Faltung bzw. Biegewulst kann sich sowohl nach innen als auch nach außen verjüngen. Zumindest an der Außenseite des elastischen Teiles ist eine Dämpfungsfläche vorgesehen, die vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist, die durch einen Dämpfungsspalt von einer Wandung des Gehäuses, das außen angeordnet und in ortsfester Lage installiert ist, abgeteilt ist, wobei der Dämpfungsspalt mit einem Dämpfungsmedium aufgefüllt ist. Diese Fläche kann die Außenseite des rohrförmigen elastischen Teiles selbst oder die Außenseite eines separaten Dämpfungselementes sein, das hierzu an dem rohrförmigen Teil angebracht ist.
Für eine optimale Abstützungs- und Dämpfungswirkung ist es von Bedeutung, daß das Lager am Unterteil des elastischen Teiles hermetisch bzw. luftdicht abgeschlossen ist und einen Vorratsraum für Schmiermittel bildet, der von dem Dämpfungsmedium abgeteilt ist, das außerhalb des elastischen Teiles vorhanden ist, da man nämlich hierdurch zur Dämpfung ein anderes Medium als zur Schmierung verwenden kann.
Eine Umlaufleitung kann in dem Lager vorgesehen sein, welche als Verbindung mit dem Sammelraum und dem Boden des Drehzapfen-
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lagers dient. Somit Kann das Schmiermittel zirkulieren, so daß das Lager seine Funktion ohne Überwachung und Inspektion über lange Zeit hinweg erfüllen kann.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Ausführungsbeispiele befassen sich mit einem sogenannten Chopper, jedoch läßt sich die Erfindung auch ohne weiteres auf andere Anwendungsfälle übertragen, wie dies zu Beginn unter Nennung von Beispielen der verschiedensten Maschinen und Instrumentenarten angegeben ist.
Ein Chopper ist beispielsweise in der US-PS 3 427 455 beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht eines Choppers;
Fig. 2 eine Vertikalschnittansicht durch ein Bodenlager gemäß der Erfindung; und
Fig. 3 eine Vertikalschnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform entsprechend Fig. 2.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Rotor 1 innerhalb eines Gehäuses 2 installiert, das durch zwei Deckelteile 3 und 4 verschlossen ist. Der Rotor 2 weist am dem Boden zugewandten Ende ein Lagerschaftende 5 auf, welches in einem Lager 6 abgestützt ist. Der Rotor 1 weist am Oberteil einen Magnetring 7 auf. Die Bezugsζiffern 8 und 9 beziehen sich auf Öffnungen in dem Rotor 1, durch welche beispielsweise ein Neutronenstrahl durchgehen kann, der durch Fenster in der vertikalen Wandung des Gehäuses 2 übertragen wird. Diese Fenster sind bei der Ausführungsform nicht gezeigt, da diese in der US-PS 3 427 455 beschrieben sind.
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Oberhalb des Rotors 1 ist ein Magnetring 10 vorgesehen, der innerhalb eines kastenförmigen Gehäuses 11 derart angeordnet ist, daß der Magnetring 10 mit Hilfe von Metalldrähten 12 und 13 an Stellen 14 und 15 angehängt ist. Diese Stellen werden von den gequetschten Enden eines Paares von kleinen Rohrstücken 16 und 17 gebildet. Diese kleinen Rohrstücke sind an der Oberseite des kastenförmigen Magnetgehäuses 11 angebracht. Das kastenförmige Magnetgehäuse 11 ist innerhalb einer Öffnung in dem Deckelteil 3 fest eingespannt, in welche ein wellenförmig ausgebildeter Klemmring 23 eingepaßt ist, der dicht sowohl gegen die Außenseite des Hohlraumes 22 als auch gegen die Außenwandung
24 des kastenförmigen Magnetgehäuses anliegt. Die untere Kante
25 der zylindrischen Öffnung in dem Deckelteil 3 kann auch umbördelt sein, so daß das kastenförmige Magnetgehäuse 11 gegen axiale, nach unten gerichtete Verschiebungen festgelegt ist. Die Wandung des kastenförmigen Magnetgehäuses besteht aus einem dünnen Material, welches vorzugsweise wenigstens an einer Stel- Ie 26 angelötet oder angeschweißt ist. In der Mitte des kastenförmigen Magnetgehäuses 11 bleibt ein Durchlaß 27 frei, der für mehrere Zwecke bestimmt sein kann. In Verbindung mit einem oberhalb in dem Deckelteil 4 vorgesehenen Kanal 28 kann man beispielsweise den Innenraum des Rotors 1 über die Öffnung 27 inspizieren. Es kann auch mit dem Rotor 1 eine Welle verbunden sein, die durch den Kanal 28 geht, so daß man den Rotor von außen antreiben kann.
Zum Antrieb des Rotors kann auch die Welle bzw. der Schaft 5 an der Unterseite des Rotors verwendet werden , oder es braucht auch nur ein Stator eines Elektromotors innerhalb des Gehäuseabschnittes 29 derart vorgesehen zu sein, daß der Stator auf den Teil 30 des Rotors 1 in Wirkverbindung tritt. Die Bezugsziffer 31 bezieht sich auf eine Verschlußkappe für den Kanal 28, und die Bezugsziffern 32 und 33 beziehen sich auf Dichtungsringe, die bezüglich des Gehäuses und der Deckelteile 3 und 4 festgelegt sind.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist in einer Vertikalschnittansicht eine bevorzugte Ausbildungsform und eine bevorzugte Konstruktion des unteren Lagers gezeigt. Die Wandung 2 des Gehäusen ist einem Elektromotor 34 angepaßt, deren Teil 30 als StaJ jr dient, während der Rotor dieses Motors von dem Bodenabschnitt 35 des Rotors 1 gebildet wird. Am Unterteil des Rotors 1 ist ein Drehzapfen 5 vorgesehen, dessen unteres Ende in eine Drehkugel 36 übergeht. Dieses kugelförmig ausgebildete Unterteil ruht in einem Lager 37, das eine kugelförmig ausgebildete Gegenlagerung und eine Leitung 38 aufweist, in welcher das Schmieröl 39 zirkulieren kann.
Diese Lagerung ist innerhalb eines elastischen, ungefähr zylinderförmig ausgebildeten hohlzylindrischen Bauteils 40 angeordnet, das an seiner Oberseite einen nach außen weisenden Flansch 41 besitzt, während an der Unterseite ein nach innen gerichteter Flansch 42 vorgesehen ist. Das zylindrische Bauteil 40 ist ungefähr in der Mitte durch eine balgförmige Faltung bzw. Biegewulst 43 unterbrochen, die zur Erhöhung der Elastizität des Bauteils 40 dient, so daß sich dieses leichter verformen bzw. verbiegen kann. An der Unterseite des Bauteils 40 und an der Außenseite ist eine Dämpfungseinrichtung 44 derart angeordnet, daß sich darum ein enger Dämpfungsspalt 45 bildet, der vollständig mit einem Dämpfungsmedium aufgefüllt ist.
Fig. 3 zeigt in ähnlicher Weise eine Vertikalschnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform gemäß der Erfindung. Das Lager 37 ist hier durch ein Dämpfungselement 46 abgestützt, welches von Hängedrähten getragen wird. Eine Art der Anordnung und Anbringung dieser Hängedrähte ist in der linken Hälfte der Figur dargestellt, während eine abgewandelte Ausführungsform in der rechten Hälfte der Figur gezeigt ist.
Die Hängedrähte 47 sind an ihrer Unterseite bei 48 in dem
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Dämpfungselement fest eingespannt, während sie am oberen Ende in einem kleinen Rohrstück 49 festgelegt sind, dessen obere Kante 50 uinbördelt ist, während das untere Ende bei 51 zusammengequetscht ist. Das kleine Rohrstück kann an seinem Oberteil mit Lötiiiaterial 52 aufgefüllt sein.
Wenigstens drei derartige Hängedrähte 47 sind vorgesehen, die am Oberteil in einem Ring 53 festgelegt sind, während ihre Unterseite eine kugelförmige Abstützfläche 54 aufweist, die auf einer entsprechend ausgebildeten konkaven Widerlagerfläche 55 aufliegt. Diese ist am Deckelteil 56 der Dämpfungskammer 57 vorgesehen. Vorzugsweise sollten wenigstens drei Hängedrähte 47 gleichmäßig längs des Umfanges verteilt angeordnet sein.
In der rechten Hälfte der Figur ist eine abgewandelte Ausführungsform zum Befestigen der Hängedrähte 58 gezeigt. Die Hängedrähte sind an ihrer Unterseite wiederum in dem Dämpfungselement 46 fest eingespannt, erforderlichenfalls beispielsweise mit Hilfe einer Klemmschraube 59. Die Drähte sind an ihrem oberen Ende an einem verformbaren Element 60 angebracht, das unterhalb des Deckelteils 56 eingeschraubt ist. Das Ende 61 des verformbaren Elementes ist nach oben und hinten umgebogen, so daß das Drahtende dazwischen erfaßt werden kann, wobei ebenfalls möglicherweise Lötmaterialien aufgebracht werden können. Die Hängedrähte 58 gehen durch eine Öffnung 62, die in dem Deckelteil 56 ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform können auf einfache Art und Weise alle erforderlichen Korrekturen bezüglich der Lage des Dämpfungselementes 46 vorgenommen werden, indem mit Hilfe von Kneifzangen das blattförmige Ende des Elementes 60 geringfügig verbogen wird.
Das Dämpfungselement 46 weist an seiner Unterseite einen Hohlraum 63 auf, in welchem ein Kernteil 64 angeordnet ist, das wenigstens an drei Stellen längs der Umfangsfläche eine Flachbzw. Blattfeder 65 trägt, die an dem Kernteil 64 festgelegt
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ist und in gleitendem BerUhrungskontakt mit der Innenwandung 66 des Hohlraumes 63 ist. Die Blattfedern 65 liefern die elastische Rückstellkraft, die bewirkt, daß das Dämpfungselement 46 in die Mittellage nach Verschiebungen zurückkehrt.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform zur Veränderung der Wirkung des DämpfungsSpaltes 67 ist der Kernteil Sh mit Hilfe einer Schraubverbindung 68 in dem Boden 69 des Gehäuses 2 beweglich angebracht. Das Deckelteil 70 bildet eine sichere Abdichtung.
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Claims (20)

  1. 2 7 2 b O Π 2 - yb -
    Patentansprüche
    ' 1. Vorrichtung mit einem Rotor, der um eine Achse drehbar
    ' ist, die an beiden Enden über Einrichtungen abgestützt ist, die gegen zur Zentrierung dienenden Rückstellkräfte radial gerichtete Verschiebungen dieser Enden gestatten und zur Ausrichtung des oberen Endes ein Magnetfeld erzeugen, das zwischen einem ersten Bauteil aus magnetischem Material, das an dem Rotor befestigt ist, und einem zweiten Bauteil aus magnetischem Material verläuft, das an einem ortsfesten Teil des Gehäuses befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) auf einem Lager (37) ruht, wobei ein Drehzapfen (5) am unteren Ende vorgesehen ist, um welchen der Rotor um seine Achse drehbar ist, daß der Rotor (1) nach allen Seiten und Richtungen mit der Achse bzw. dem Schaft um das untere Ende des Drehzapfens (5) schwingend in Form eines Kreiselpendels bewegbar ist, daß das untere Ende des Drehzapfens (5) gegen eine radiale Verschiebung bezüglich des Lagers (37) festgehalten ist, und daß das Lager (37) und das zweite Bauteil aus magnetischem Material mit ortsfesten Teilen des Gehäuses über eine elastische und dämpfend wirkende Einrichtung (40,46) verbunden ist, die gedämpfte elastische Verschiebungen des Lagers (7) und des zweiten Bauteils aus magnetischem Material zuläßt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Drehzapfens (5) ungefähr als eine Kugel ausgebildet ist, deren Hälfte wenigstens in einem kugelförmig ausgebildeten Zapfenlager ruht.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (37) an einem elastisch flexiblen, rohrförmigen
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    Teil (40) abgestützt ist, das das Lager (37) an einem Ende des Teils (40) umgibt, während das andere Ende starr mit dem Gehäuse (2) verbunden ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3$ dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Teil (40) wenigstens eine balgförmig ausgebildete Faltung bzw. Biegewulst (43) längs der Umfangsflache aufweist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine Dämpfungsfläche (44) wenigstens an der Außenseite
    des elastischen Teiles (40) vorgesehen ist, die von einer Wand des außen liegenden Gehäuses durch einen Dämpfungsspalt (45»67) abgeteilt ist, der mit einem Dämpfungsmedium aufgefüllt ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (37) luftdicht in dem unteren Abschnitt des
    elastischen Teiles (40) abgeschlossen ist und einen Vorratsraum für ein Schmiermittel bildet, das von dem
    Dämpfungsmedium außerhalb des elastischen Teiles (40) abgeteilt ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeiclinet, daß eine Umlaufleitung (38) in dem Lager (37) vorgesehen ist, die als Verbindung des Vorratsraumes mit dem Boden des
    Zapfenlagers dient.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (37) wenigstens über drei Hängedrähte (47,58) abgestützt ist, deren untere Enden in dem Lager (37) oder in einem damit verbundenen Dämpfungselement (44,46) fest eingespannt ist, während die oberen Enden an dem Gehäuse (2) abgestützt sind.
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  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberes Ende eines Hängedrahtes(47)in einem kleinen Rohrstück(49) eingelegt ist, durch welches der Hängedraht (47) zu dem oberen Ende (50) des kleinen Rohrstückes {l j) verläuft.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hängedraht (47) in dem kleinen Rohrstüok (49) durch Zusammenquetschen des entsprechenden Endes (51) festgelegt ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hängedraht (47) in dem kleinen Rohstück (49) durch Löten befestigt ist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Enden der Hängedrähte (47,58) in einem Ring (53) festgelegt sind.
  13. 13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hängedrähte (47,58) derart angeordnet sind, daß ihre Verlängerungen auf einer Rotationsfläche liegen, die gerade Linien umfaßt.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Ringes (53) konvex entsprechend einer schalenförmig ausgebildeten ortsfesten Auflagerfläche (55) ausgebildet ist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende eines Hängedrahtes (58) in einem verformbaren Vorsprung (6o) eines Teiles festgelegt ist, das starr mit dem Gehäuse (2) verbunden ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (46) an seiner Unterseite einen offe-
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    nen Hohlraum (63) aufweist, in welchem ein Kernteil (64) angeordnet ist, das starr mit dem Gehäuse (2) verbunden und von einem Dämpfungsspalt (67) umgeben ist.
  17. 17« Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Federelemente (65) wenigstens an drei Stellen innerhalb des Dämpfungsspaltes (67) vorgesehen sind, die eine Rückstellkraft nach einer radialen Verschiebung erzeugen.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine Blattfeder (65) ist.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernteil (64) in seiner Längsrichtung verstellbar ist.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende eines Hängedrahtes (58) in einem verformbaren Element (60) angebracht ist, das zur Ausrichtung des Dämpfungselementes (46) verform- bzw. verbiegbar ist.
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DE19772725002 1976-06-02 1977-06-02 Vorrichtung mit einem in einem gehaeuse installierten rotierenden rotor Ceased DE2725002A1 (de)

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