DE3834222C2

DE3834222C2 - centrifuge

Info

Publication number: DE3834222C2
Application number: DE19883834222
Authority: DE
Inventors: Goetz Dipl Phys Heidelberg; Andreas Dr Gruendl; Peter Dr Ehrhart
Original assignee: MAGNET-MOTOR GESELLSCHAFT fur MAGNETMOTORISCHE TECHNIK MBH 82319 STARNBERG DE; MAGNET MOTOR GmbH
Current assignee: MAGNET-MOTOR GESELLSCHAFT fur MAGNETMOTORISCHE TECHNIK MBH 82319 STARNBERG DE; MAGNET MOTOR GmbH
Priority date: 1988-10-07
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1994-01-20
Also published as: DE3834222A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge. The invention relates to a centrifuge.

Aus der US 15 85 566 ist eine Zentrifuge mit integriertem, elektrischen Rotationsantrieb bekannt, bei der der Zentrifugenrotor unterhalb seines Gutaufnahmeraums gelagert ist, der Rotationsantrieb einen ringförmigen, mit Stromleitern versehenen Stator aufweist, und durch die nachgiebige Lagerung des Zentrifugenrotors sowie die Ausbildung des Rotationsantriebs Schrägstellungen der Achse des Zentrifugenrotors relativ zu der Achse des Stators möglich sind. From US 15 85 566 centrifuge with integrated, electric rotary drive is known in which the centrifuge rotor is mounted below its Gutaufnahmeraums, the rotary drive has an annular, provided with current conductors stator, and through the resilient mounting of the centrifugal rotor as well as the formation of the rotary drive inclinations the axis of the centrifuge rotor are possible relative to the axis of the stator. Der Rotationsantrieb ist als Käfigläufer-Wechselstrommotor ausgebildet. The rotary drive is constructed as a squirrel cage AC motor.

Es ist ferner bekannt, bei einer Zentrifuge einen integrierten, elektrischen Rotationsantrieb mittels unmittelbar an dem Zentrifugenrotor vorhandener Dauermagnete auszubilden, wobei die Dauermagnetpolflächen entweder nach oben weisen (DE 74 26 623 U1) oder nach unten weisen (JP-OS 55-86552). It is also known to form in a centrifuge an integrated rotary electric drive means directly to the centrifuge rotor of existing permanent magnets, wherein the Dauermagnetpolflächen point (DE 74 26 623 U1) either up or down point (JP-OS 55-86552).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unkomplizierte, robuste, nicht auf gleichmäßige Verteilung des zu zentrifugierenden Guts in dem Zentrifugenrotor angewiesene Zentrifuge verfügbar zu machen. The invention has for its object to make a simple, robust, not in need of even distribution of Guts to be centrifuged in the centrifuge rotor centrifuge available.

Diese Aufgabe wird durch eine Zentrifuge mit folgenden Merkmalen gelöst. This object is achieved by a centrifuge having the following features.

(A) the centrifuge rotor is rotatably mounted below the receiving space for the zentrifugierendes Good;
(B) the centrifuge rotor is provided at the top with an annular supporting portion, circumferentially distributed to the permanent magnets with upwardly or downwardly facing pole surfaces are secured and which has a magnetic return path for the permanent magnets;
(C) to the centrifuge housing is provided a ring-shaped stator provided with current conductors with the Dauermagnetpolflächen facing stator pole, wherein there is an air gap between the stator pole and Dauermagnetpolflächen;
(D) it is an electronic controller for electronically commutating the formed by the stator and the permanent magnets, the electric rotary drive of the centrifuge rotor is provided;
(E) resiliently formed bearing and the rotational driving of the centrifugal rotor are designed such that inclinations of the axis of the centrifuge rotor are possible relative to the axis of the stator.

Dabei können die Stromleiter des Stators in Form von Spulen vorgesehen sein. The conductors of the stator may be provided in the form of coils. Mit der elektronischen Steuerung zum Kommutieren des Rotationsantriebs ist es möglich, den Zentrifugenrotor mit unterschiedlicher Drehzahl anzutreiben. With the electronic control for the commutation of the rotary drive, it is possible to drive the centrifugal rotor at different speeds.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments are disclosed in the dependent claims.

Die Wirkfläche kann ihrer Gestalt nach eben, kegelig oder kugelig sein. The effective area can their shape after even, conical or spherical. Bei kugeliger Gestalt der Wirk fläche wird deren Dicke bei Schrägstellungen der Rotor teilachse relativ zur Statorzentralachse nicht geändert. In spherical shape of the active surface whose thickness is at inclinations of the rotor part relative to the axis Statorzentralachse not changed. Bei ebener Gestalt gibt es kleine, aber durch die Kon struktion bequem beherrschbare Dickenänderungen der Wirkfläche. In planar in shape, there are small but constructive tion by the Kon easily manageable changes in thickness of the active surface.

Der angegebene Rotationsantrieb zeichnet sich dadurch aus, daß er aufgrund seiner Konstruktion mit ver gleichsweise dickem Luftspalt gebaut werden kann, beispielsweise einem Luftspalt, der mehrere Millimeter dick ist. The specified rotation drive characterized by the fact that it can be built, due to its construction be similarly thick air gap, for example an air gap which is several millimeters thick. Dies macht die vorstehend angesprochenen Änderungen in der Dicke der Wirkfläche bzw. des Luftspalts bequem beherrschbar. This makes the above-mentioned changes in the thickness of the effective area and the air gap easily manageable.

Wenn die Dauermagnete unterhalb oder schräg unterhalb der Wirkfläche angeordnet sind, wirken die magnetischen Anziehungskräfte zwischen dem Stator und den Dauermagneten ganz oder mit einer Komponente in Auf wärtsrichtung auf das Rotorteil. If the permanent magnets are arranged underneath or obliquely underneath the active surface, the magnetic attraction forces between the stator and the permanent magnet act entirely or with a component in upward direction on the rotor part. Hierdurch wird die Lage rung des Rotorteils mindestens von einem Teil des Gewichts des Rotorteils entlastet. In this way, the situation tion of the rotor part is relieved from at least a portion of the weight of the rotor part. Die Auslegung kann so weit gehen, daß die geschilderten, magnetischen Anzie hungskräfte in Vertikalrichtung größer sind als das Ge wicht des Rotorteils, so daß dessen Lagerung in Vertikalrichtung nicht nach oben gerichtete Abstützkräfte sondern nach unten gerichtete Abstützkräfte aufbringt. The interpretation can go so far that the described magnetic forces Anzie hung in a vertical direction are larger than the Ge weight of the rotor portion so that the mounting thereof in the vertical direction is not upward but downward supporting forces supporting forces applied.

Die Dauermagnete und/oder der Stator mit den Stromleitern bzw. Spulen können gegen äußere Einflüsse geschützt bzw. abgedichtet werden. The permanent magnets and / or the stator to the current conductors or coils can be protected against external influences and sealed. Dies kann durch Abdeckungen oder Vergußmassen, beispielsweise aus resistentem Kunststoff, bewerkstelligt werden. This can be accomplished by covers or casting compositions, for example, made of resistant plastic. Derartige Maßnahmen sind insbesondere dann angebracht, wenn in der Zentrifuge aggressive oder klebrige Substan zen verarbeitet werden, weil dann der Antrieb vor allem in Verbindung mit dem großen Luftspalt auch gut gereinigt werden kann, beispielsweise durch Behandlung mit an sich aggressiven Reinigungsmitteln. Such measures may be particularly appropriate when the centrifuge aggressive or sticky Substan zen be processed because the drive especially in conjunction with the large air gap can then be thoroughly cleaned, for example by treatment with aggressive per se detergents.

Die Zentrifuge ist ganz besonders geeignet zum Zentri fugieren von Füllmasse, also Zucker und Melasse bei der Zuckerherstellung. The centrifuge is particularly suitable for Zentri fugieren of filling material, ie sugar and molasses in the sugar production.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung teilweise schematisiert dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. An embodiment of the invention is shown partially in schematic form in the drawing and is explained in more detail below. Die Zeichnungsfigur zeigt eine Melassezentri fuge in einem halbierten, axialen Längsschnitt. The drawing figure shows a Melassezentri fuge in a halved axial longitudinal section.

Bei der dargestellten Zentrifuge 2 ist der Zentrifugenrotor 4 als aufrechter Zylinder mit einem unteren Abschluß 6 und einem oberen Abschluß 8 ausgebildet. In the illustrated centrifuge 2, the centrifuge rotor 4 as an upright cylinder having a lower end 6 and an upper end 8 is formed. Das umgebende Zentrifugengehäuse 10 ist ebenfalls im wesentlichen aufrecht-zylindrisch. The surrounding centrifuge housing 10 is also substantially straight-cylindrical. In dem oberen Gehäuseabschnitt 12 ist zentral ein vertikales Rohr 14 angeordnet. In the upper housing portion 12, a vertical pipe 14 is arranged centrally. Im oberen Abschluß 8 des Rotors 4 ist unter dem Rohr 14 eine zentrale Öffnung 16 vorgesehen. In the upper end 8 of the rotor 4 a central opening 16 is provided under the pipe fourteenth Die Mantelfläche des Rotors 4 ist innen mit einer Filterschicht 18 ausge kleidet und weist nicht dargestellte, radiale Öffnungen auf, durch die ein durch Zentrifugieren abzutrennender Bestandteil, beispielsweise Wasser aus Melasse, aus dem Rotorteil hinausgedrückt wird. The circumferential surface of the rotor 4 is provided internally with a filter layer 18 are dressed and has not shown, radial openings, is pressed out through the separated is a component by centrifugation, for example, water from molasses, from the rotor part. Der untere Abschluß 6 des Rotors 4 weist nicht dargestellte Öffnungen auf, durch die der Zentrifugierrückstand nach unten aus dem Rotor 4 herausgebracht werden kann. The lower end 6 of the rotor 4 does not have openings shown, through which the Zentrifugierrückstand can be brought out downwards from the rotor. 4

Der Rotor 4 weist unten einen vertikalen, wellenar tigen Fortsatz 20 auf und ist dort mittels zwei axial beabstandeter Wälzlager 22 , 24 gelagert. The rotor 4 has a vertical bottom, wellenar term extension 20 and is there by means of two axially spaced bearings 22, mounted 24th Mindestens eins der Lager 22 , 24 ist beispielsweise durch Puffer 26 aus gummielastischem Material nachgiebig im Gehäuse 10 auf genommen. At least one of the bearings 22, 24 is, for example, by buffer 26 made of rubber elastic material resiliently in the housing 10 removed.

In der Zeichnung erkennt man ferner, daß an der Untersei te des oberen Gehäuseabschlusses 12 ein insgesamt kreis ringförmiger Stator 28 befestigt ist. In the drawing, can also be seen that on the Untersei te of the upper casing termination 12 is a generally circular ring-shaped stator attached 28th Der Stator 28 be steht aus Blechpaketen und weist nicht dargestellte Stromleiter oder Spulen auf. The stator 28 is be made of sheet metal packages, comprises current conductors shown or coils. Oben auf dem oberen Abschluß 8 des Rotors 4 ist ein ringförmiges Tragteil 20 befestigt, auf das oben Dauermagnete 32 mit in Umfangsrichtung wechselnder Polung in Form einer Umfangsreihe aufgeklebt sind. On top of the upper end 8 of the rotor 4, an annular support member 20 is attached are adhered to the above permanent magnets 32 of alternating polarity in the circumferential direction in the form of a circumferential row. Unterhalb der Dauermagnete 32 ist das Tragteil 30 für einen geeigneten magnetischen Rückschlußweg ausge bildet. Below the permanent magnets 32, the supporting part is formed 30 is of a suitable magnetic return path. Zwischen den oberen Polflächen der Dauermagnete 32 und den unteren Polflächen des Stators 28 ist ein Luftspalt 34 mit einer in Vertikalrichtung gemessenen Dicke von mehreren Millimetern. Between the upper pole faces of the permanent magnets 32 and the lower pole faces of the stator 28 is an air gap 34 with a measured in the vertical direction thickness of several millimeters. Diejenige Fläche, die man zwischen die beschriebenen Polflächen legen kann, bezeichnet man als Wirkfläche 36 . That surface which can be laid between the described pole faces are called active surface 36th Im gezeichneten Fall ist die Wirkfläche 36 waagerecht und somit rechtwinklig zur Achse 38 des Stators 28 . In the illustrated case, the active surface 36 is horizontal and thus perpendicular to the axis 38 of the stator 28th Mit 40 ist die Achse des Rotors 4 bezeichnet. 40 with the axis of the rotor 4 is designated. Im gezeichneten Zustand fallen die Achsen 38 und 40 zusammen. In the illustrated state, the axes coincide 38 and 40th Bei Schräg stellungen der Achse 40 des Rotors 4 auf grund der beschriebenen nachgiebigen Lagerung ergibt sich ein Winkel zwischen den Achsen 38 und 40 . By sloping the axis 40 of the rotor 4 positions on the basis of the described flexible storage results in an angle between the axes 38 and 40th Der Stator 28 und die Ringreihe der Dauermagnete 32 umgeben die zuge ordneten Achsen 38 bzw. 40 konzentrisch außerhalb des Rohrs 14 bzw. der Öffnung 16 . The stator 28 and the ring number of the permanent magnets 32 surround the associated axes 38 and 40 concentrically outside the pipe 14 and the opening sixteenth Durch den Stator 28 und die Dauermagnete 32 wird ein Rotationsantrieb 42 für den Ro tor 4 gebildet. Through the stator 28 and the permanent magnets 32, a rotation drive 42 is formed for ro tor. 4 Das Tragteil 30 ist, nach Vormontage durch Ankleben der Dauermagnete 32 , von oben an dem Ro tor 4 befestigt und weist ebenfalls eine Öffnung auf, damit die Öffnung 16 dort nicht verschlossen wird. The support member 30 is fixed by pre-assembly by bonding of the permanent magnets 32 from the top of the ro tor 4 and also has an opening so that the opening 16 is not closed there.

Mit 44 ist eine schematisch dargestellte, elektronische Steuerungseinheit bezeichnet, wie sie an sich bekannt ist. 44 is a schematically illustrated electronic control unit is indicated, as is known per se. Mittels der Steuerungseinheit 44 lassen sich die Stromleiter bzw. Spulen des Stators 28 elektronisch kommutieren. By means of the control unit 44, the current conductors or coils of the stator 28 can be commutated electronically. Beispielsweise arbeitet die Steuerungseinheit 44 mit einem Vierquadranten-Wechselrichter. For example, the control unit 44 operates with a four-quadrant inverter. Die Steuerungseinheit 44 kann die Funktion, zum Abbremsen des Rotors 4 den Antrieb 42 auf Generator funktion mit Stromrückspeisung ins Netz umzuschalten, beinhalten. The control unit 44 may function, for braking the rotor 4 to drive 42 to the generator function with current feedback switch in the network, include. Der ringförmige Stator 28 kann in mehrere, in Umfangsrichtung aneinander anschließende Statorele mente unterteilt sein und auch die Steuerungseinheit 44 kann funktionell so unterteilt sein, daß jedes Statorelement für sich oder auch geeignete Gruppen von Statorelementen gemeinsam elektrisch versorgt und kommutiert werden. The annular stator 28 can then be divided Statorele elements and also the control unit 44 may be functionally divided so that each stator are electrically energized by themselves or also suitable groups of stator elements in common and is commutated into a plurality of, in the circumferential direction to each other. Auf diese Weise hat man eine Unterteilung des Antriebs 42 in mehrere, selbständig funktionstüchtige Teil-Antriebe, so daß Störungen bei einzelnen Statorelementen oder einzelnen Teil-Steuerungen die Gesamtfunktion der Zentri fuge nicht in Frage stellen. In this way, one has so that disturbances on individual stator elements or individual sub-controllers fuge the overall function of Zentri not provide a subdivision of the drive 42 into a plurality of independently functional part drives, in question. Eine Stromeinspeisung in den Rotor 4 ist nicht vorhanden. A current fed to the rotor 4 does not exist. Die Steuerungs einheit 44 ist so ausgelegt, daß gewünschte Fahrzyklen automatisch durchfahren werden können, beispielsweise allmähliche Steigerung der Rotationsdrehzahl, dann eine konstante erste Drehzahl für eine erste Zeitspanne, dann eine konstante zweite Drehzahl für eine zweite Zeitspanne und dann Abbremsen. The control unit 44 is designed so that desired driving cycles can be automatically passed through, for example gradually increasing the rotational speed, then a constant first speed for a first period of time, then a constant second speed for a second period of time and then braked.

Statt der gezeichneten Wirkfläche 36 , die rechtwinklig zur Statorzentralachse 38 ist, kann eine Wirkfläche, die auf einem Kegelmantel oder auf einem Kugelmantel liegt, vorgesehen werden. Instead of the illustrated active surface 36 which is perpendicular to the Statorzentralachse 38, an active surface which lies on a cone or on a spherical shell may be provided.

Man erkennt in der Zeichnung, daß die Dauermagnete 32 durch einen hochstehenden, äußeren Rand des Tragteils 30 formschlüssig radial gehalten werden, um die auf die Dauermagnete 32 wirkende Zentrifugalkraft sicher aufzu fangen. It can be seen in the drawing, that the permanent magnets 32 are held by an upstanding outer edge of the support member 30 radially form-locking, catch aufzu acting on the permanent magnets 32 centrifugal force safely. Analoge, formschlüssige Festlegungen sieht man sinnvollerweise auch bei kegeliger oder kugeliger Wirk fläche 36 vor. Analog, positive definitions we see makes sense even with tapered or spherical active surface 36 before. Bei kegeliger Wirkfläche 36 kann die Kegelspitze unterhalb oder oberhalb des Antriebs 42 liegen. In tapered active surface 36, the conical tip may be below or above the drive 42nd Im zweitgenannten Fall ist eine formschlüssige Dauermagnetfestlegung besonders wichtig. In the second case a positive permanent magnet setting is particularly important. Analoge Überle gungen gelten für eine kugelige Wirkfläche. Analogous considerations must apply to a spherical effective surface.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Antrieb 42 aufgrund seiner Konstruktion nicht nur Schrägstellungen der Rotationsachse 40 des Rotorteils 4 geometrisch zuläßt, sondern daß auch bei derartigen Schrägstellungen die Antriebsfunktion höchstens geringfügig beeinträchtigt wird, weil der Stator 28 so gebaut ist, daß der Antrieb 42 auch bei einem gewissen "Auswandern" des Tragteils 30 mit den Dauermagneten 32 noch ordnungsgemäß funktioniert. It should be noted that the drive 42 allows, due to its construction, not only inclinations of the axis of rotation 40 of the rotor part 4 geometrically, but that the drive feature is at most only slightly affected even when such inclined positions, because the stator is built 28 so that the drive 42 also still works with a certain "emigration" of the support member 30 with the permanent magnet 32 properly. Darüber hinaus sorgen die magnetischen Anziehungskräfte zwischen Stator 28 und Dauermagneten 32 für eine Rück stellwirkung des Rotorteils. In addition, the magnetic attraction forces between the stator 28 and permanent magnets 32 provide a return action of the rotor part. Überhaupt zeichnet sich die gesamte Konstruktion dadurch aus, daß relativ grobe Toleranzen zulässig sind, insbesondere weil der Antrieb 42 mit einer relativ großen Luftspaltdicke arbeitet. In general, the entire construction is characterized in that relatively coarse tolerances are allowed, in particular because the drive 42 operates with a relatively large air gap thickness.

Die Dauermagnete 32 können an dem Tragteil 30 angeklebt sein, beispielsweise mit einem elastischen Kleber mit einer derartigen Schichtdicke, daß Dehnungen des Tragteils 30 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft durch den Kleber ausgeglichen werden. The permanent magnets 32 may be adhered to the support member 30, for example with an elastic adhesive having a layer thickness such that expansion of the support member 30 be balanced under the effect of centrifugal force caused by the adhesive.

Die Oberseite der Dauermagnete 32 kann mit einer Kunststoffabdeckung hermetisch verschlossen werden und der Stator 28 in vollvergossener Bauweise, ein schließlich der Polflächen ausgeführt sein. The top of the permanent magnets 32 can be hermetically sealed with a plastic cover and the stator 28 are fully encapsulated, finally, the pole faces be made a. Selbst wenn durch klebrigen Dunst Ablagerungen am Antrieb 42 gebildet werden, lassen sich diese durch aggressive Reinigungs mittel, scharfen Wasserstrahl oder dgl. entfernen, ohne daß der Antrieb 42 dabei Schaden nimmt. Even if formed by sticky deposits on the extractor drive 42, they can be aggressive medium by cleaning to remove sharp water jet or the like. Without the drive 42 gets hurt. Der obere Abschnitt 12 des Gehäuses 10 ist einschließlich des Stators 28 nach oben abnehmbar. The upper portion 12 of the housing 10 is removably including the stator 28 upwards. Die Steuerungseinheit 44 befindet sich ein Stück entfernt von der Zentrifuge 2 und ist so von nachteiligen Einflüssen durch in der Zentrifuge 2 verarbeitete Substanzen isoliert. The control unit 44 is located a distance away from the centrifuge 2 and is isolated from adverse influences by processed in the centrifuge 2 substances. Der Stator 28 bzw. dessen Spulen können wassergekühlt ausgeführt sein. The stator 28 and the coils can be carried out water-cooled. Die Lagerung des Rotorteils 4 kann auch in Vertikalrich tung nachgiebig sein, weil der Antrieb 42 auch daraus herrührende Luftspaltänderungen verträgt. The bearing of the rotor part 4 can be resilient in vertical Rich tung, because the drive can withstand 42 also from arising air gap changes. Anstelle des Lagers 24 , 26 kann auch ein Kugelkalottenlager verwen det werden. Instead of the bearing 24, 26, a Kugelkalottenlager can be det USAGE.

Claims

1. A centrifuge (2) having the following features:

(a) of the centrifuge rotor (4) is rotatably mounted below the receiving space for the zentrifugierendes Good;

(b) the centrifuge rotor (4) is provided at the top with an annular support member (30) distributed circumferentially on the permanent magnets (32) with upwardly or downwardly facing pole faces are fixed and a magnetic return path for the permanent magnets (32);

(c) to the centrifuge housing (10) is a ring-shaped stator provided with current conductors (28) with the stator pole Dauermagnetpolflächen facing provided, wherein an air gap (34) between the Dauermagnetpolflächen and the stator pole;

(d) it is an electronic controller (control unit 44) for electronically commutating the stator through the (28) and the permanent magnets (32) formed, the electric rotary drive (42) of the centrifuge rotor (4) is provided;

(e) resiliently formed bearing (rolling bearing 22, bearing 24, buffer 26) and the rotary drive (42) of the centrifuge rotor (4) are designed so that inclinations of the axis (40) of the centrifuge rotor (4) (relative to the axis 38 ) of the stator (28) are possible.
2. Centrifuge (2) according to claim 1, characterized in that the air gap (34) extends in accordance with a total of one to the axis (38) of the stator (28) perpendicular plane or according to a part of a cone surface or according to a part of a ball shell.
3. centrifuge (2) according to claim 1 or 2, characterized in that the air gap (34) is several millimeters thick.
4. A centrifuge (2) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the angle between the axis (38) of the stator (28) and the normal smaller on the stator pole than 20 °.
5. Centrifuge (2) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the permanent magnets (32) to the support member (30) are stuck.
6. centrifuge (2) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the permanent magnets (32) are held positively against the applied centrifugal force.
7 centrifuge (2) according to claim 5 or 6, characterized in that the permanent magnets (32) with an elastic adhesive to the support member (30) are adhered with such an adhesive layer thickness so that expansions of the supporting part (30) are taken up due to the applied centrifugal force ,
8. centrifuge (2) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the permanent magnets (32) and / or the stator (28) to the current conductors by a cover or a sealing compound are protected against external influences.
9. A centrifuge (2) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the stator (28) is electrically divided into a plurality of stator elements, each with associated electronic control so that the rotational drive (42) comprises a plurality of independently functional part drives consists.
10. centrifuge (2) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electronic controller (control unit 44) is formed so that the rotary drive (42) during braking of the centrifuge rotor (4) operates as a generator.