DE69712569T2 - Auslaufvorrichtung und zentrifugalabscheider mit einer solchen auslaufvorrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Auslaßvorrichtung zur Verwendung in einem Zentrifugenrotor, der um eine Drehachse drehbar ist und eine Kammer begrenzt, die so geformt ist, daß eine darin befindliche Flüssigkeit bei einer Drehung des Zentrifugenrotors einen Flüssigkeitskörper mit einer freien Flüssigkeitsfläche bildet, die zur Drehachse zeigt und diese umgibt. Die Auslaßvorrichtung umfaßt erstens ein Auslaßelement, das einen Auslaßkanal bildet, und eine Einlaßöffnung, die damit verbunden ist und so angepaßt ist, daß sie während des Betriebs des Zentrifugenrotors um eine Drehachse drehbar ist, die sich im wesentlichen parallel zur Drehachse in einem Abstand davon erstreckt, so daß das Auslaßelement in einer Richtung zur Drehachse des Zentrifugenrotors hin oder von ihr weg beweglich ist, wobei das Auslaßelement weiterhin so geformt ist, daß es sich in unterschiedlichen Drehpositionen um die Drehachse herum von einem flüssigkeitsfreien Teil der Kammer durch die freie Flüssigkeitsfläche in den darin befindlichen Flüssigkeitskörper hinein erstreckt, und zweitens eine Antriebseinrichtung, die so angeordnet ist, um das Auslaßelement in Gang zu setzen, indem eine gesteuerte Kraft das Auslaßelement um die Drehachse in eine Richtung von der Drehachse des Zentrifugenrotors weg treibt, so daß das Auslaßelement entgegen der Wirkung der Kräfte, die durch den sich mit dem Zentrifugenrotor drehenden Flüssigkeitskörper auf es ausgeübt werden, mit seiner Einlaßöffnung wenigstens teilweise im Flüssigkeitskörper an variierenden radialen Orten der freien Flüssigkeitsfläche gehalten wird.
• Eine Auslaßvorrichtung dieser Art ist deshalb von Vorteil, da das radial bewegliche Auslaßelement radiale Bewegungen der freien Flüssigkeitsfläche im Zentrifugenrotor automatisch begleiten kann. Falls gewünscht, kann das dazu verwendet werden, um den radialen Ort der Flüssigkeitsfläche zu erfassen, oder es kann auch nur dazu verwendet werden, um den vom Auslaßelement durch seinen Kontakt mit dem rotierenden Flüssigkeitskörper erzeugten Energieverbrauch zu minimieren. Die Eintauchtiefe des Auslaßelementes in den rotierenden Flüssigkeitskörper kann daher unverändert aufrecht erhalten werden, unabhängig von dem radialen Ort der Flüssigkeitsfläche.
• Ein anderer Vorzug des radial beweglichen Auslaßelementes besteht darin, daß das Auslaßelement bei Bedarf zu einer gewünschten Anpassung des radialen Ortes der Flüssigkeitsfläche verwendet werden kann.
• Vorbekannte Auslaßvorrichtungen dieser hier definierten Art, die z. B. in den DE 65 61 25 und 3450 053-A1 beschrieben sind, sind jedoch nicht so ausgestattet, daß eine maximale Nutzbarmachung der Vorteile eines radialen beweglichen Auslaßelementes erfolgen kann. Beide in den deutschen Patentschriften gezeigten und beschriebenen Auslaßelemente haben daher eine Form, die zu einem relativ hohen Energieverbrauch führt, selbst wenn die Auslaßelemente eine relativ kleine Eintauchtiefe in den rotierenden Flüssigkeitskörper haben. Weiterhin sind die beiden bekannten Auslaßelemente in einer solchen Weise angeordnet, daß sie als Pegelerfassungseinrichtung zu instabil sind. Sie arbeiten daher bei plötzlichen Störungen in der Rotation des Flüssigkeitskörpers, z. B. Schwing- oder Pendelbewegungen des Zentrifugenrotors, nur unbefriedigend. In Verbindung mit Bewegungen dieser Art ändern sich die vom rotierenden Flüssigkeitskörper auf das Auslaßelement ausgeübten Kräfte sehr schnell, was bei Ausgestaltung der vorbekannten Auslaßelemente dazu führen kann, daß die rotierende Flüssigkeit das Auslaßelement sehr viel tiefer in den Flüssigkeitskörper hineindrücken würde als gewünscht. Das kann außerdem zu übergroßen Schwingungen in den Radialbewegungen des Auslaßelementes führen, die nicht den Radialbewegungen der Flüssigkeitsfläche selbst entsprechen und die daher kein korrektes Signal über den tatsächlichen radialen Ort der Flüssigkeitsoberfläche abgeben können.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Auslaßvorrichtung der allgemeinen eingangs definierten Art bereit zu stellen, das nicht die von den vorbekannten gerade beschriebenen Auslaßvorrichtungen aufweist.
• Dieses Ziel kann durch die Erfindung erreicht werden, wenn das Auslaßelement in einer Auslaßvorrichtung der eingangs definierten Art eine solche Form hat, daß es sich während des Betriebs des Zentrifugenrotors vom flüssigkeitsfreien Teil der Kammer durch einen Bereich der freien Flüssigkeitsfläche in den darin befindlichen Flüssigkeitskörper hinein erstreckt, wobei sich der Bereich stromabwärts von einem Punkt (P) auf der freien Flüssigkeitsfläche befindet, an dem sie eine radiale Linie schneidet, die von der Drehachse des Zentrifugenrotors gezogen wird und durch die Drehachse zwischen der Drehachse des Zentrifugenrotors und dem Schnittpunkt (P) mit der freien Flüssigkeitsfläche verläuft. Dieser Bereich, in dem sich das Auslaßelement durch die freie Flüssigkeitsfläche erstreckt, liegt somit zwischen dem Schnittpunkt und - in Drehrichtung des Zentrifugenrotors gesehen - einem Ort auf der freien Flüssigkeitsfläche, der sich diametral gegenüber dem Punkt befindet.
• Vorzugsweise ist die Einlaßöffnug im Auslaßelement während des Betriebs des Zentrifugenrotors so angeordnet, daß ein Radius, der sich von der Drehachse des Zentrifugenrotors durch die Einlaßöffnung erstreckt, einen Winkel zwischen 80 und 100º, vorzugsweise um 90º, mit der radialen Linie bildet, die sich von der Drehachse erstreckt und durch die andere Drehachse verläuft. Dadurch wird erreicht, daß der Winkel, der sich zwischen dem Auslaßelement und der Flüssigkeitsoberfläche des sich drehenden Flüssigkeitskörpers im Bereich der Einlaßöffnung bildet, so wenig wie möglich bei radialen Bewegungen der Flüssigkeitsfläche des Auslaßelementes ändert.
• Der Auslaßkanal im Auslaßelement hat vorzugsweise eine solche Ausdehnung, daß die während des Betriebs des Zentrifugenrotors durch die Einlaßöffnung hereinströmende Flüssigkeit gezwungen wird, ihre Strömungsrichtung in den Auslaßkanal auf eine solche Weise zu ändern, daß dadurch eine Reaktionskraft auf das Auslaßelement wirkt, die dazu führt, daß das Auslaßelement um eine Drehachse in einer Richtung zur Drehachse des Zentrifugenrotors gedreht wird.
• Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens ein Teil der Außenseite des Auslaßelementes, der mit dem Flüssigkeitskörper in Kontakt steht, in Bezug auf die Drehrichtung des Flüssigkeitskörpers in einer solchen Weise geneigt, daß das Auslaßelement durch den rotierenden Flüssigkeitskörper von einer Auftriebskraft erfaßt wird, die der gesteuerten Kraft entgegen wirkt. Vorzugsweise bildet die Außenseite des Auslaßelementes einen Winkel mit der freien Flüssigkeitsfläche in der Kammer im Bereich der Außenseite, die mit dem rotierenden Flüssigkeitskörper in der Kammer in Kontakt steht, der kleiner ist als 10º.
• Die gesteuerte Kraft sollte unabhängig von Kräften sein, die von der Drehung des Flüssigkeitskörpers herrühren. Im einfachsten Fall kann die gesteuerte Kraft durch eine Feder der einen oder anderen Art erreicht werden. Alternativ kann z. B. ein Körper (eventuell das Auslaßelement selbst) durch sein Gewicht und mittels geneigter Flächen dahingehend angepaßt sein, daß das Auslaßelement bei einer konstanten vorbestimmten Kraft nach außen zum rotierenden Flüssigkeitskörper und in ihn hinein gepreßt wird. Entsprechend einer weiteren Alternative kann die gesteuerte Kraft durch eine Pneumatikvorrichtung erreicht werden.
• In einer Auslaßvorrichtung nach der Erfindung kann das radial bewegliche Auslaßelement automatisch beeinflußt werden, daß es den radialen Bewegungen der freien Flüssigkeitsfläche des rotierenden Flüssigkeitskörpers folgt und die ganze Zeit über mit großer Genauigkeit minimal in den Flüssigkeitskörper eingetaucht ist, unabhängig davon, ob Flüssigkeit durch die Auslaßvorrichtung ausgegeben wird oder nicht.
• In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung ist das Auslaßelement nicht um die Drehachse des Rotors drehbar. Nichts steht jedoch der Verwendung der Erfindung in Verbindung mit Auslaßelementen entgegen, die um die Drehachse des Rotors bei einer Geschwindigkeit drehbar sind, die sich von derjenigen des Rotors unterscheidet.
• Im Rahmen der Erfindung kann das Auslaßelement als ein Schälelement geformt sein, d. h. so, daß es eine Drehbewegung der Flüssigkeit in der Kammer in Druckenergie umwandelt, wenn die Flüssigkeit aus der Kammer ausgegeben wird. Es muß jedoch nicht auf diese Weise geformt sein. Das Ausgeben der Flüssigkeit aus der Kammer durch das Auslaßelement kann alternativ lediglich durch den in der Flüssigkeit in der Kammer herrschenden Druck, der von der Rotation der Flüssigkeit erzeugt wird, bewirkt werden.
• Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Zentrifuge, die einen Zentrifugenrotor und eine Auslaßvorrichtung der oben beschriebenen Art umfaßt, die zum Ausgeben der Flüssigkeit aus dem Zentrifugenrotor angeordnet sind.
• Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.
• Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines Zentrifugenrotors in einem Längsquerschnitt und eine Auslaßvorrichtung nach der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt einen Auslaßteil des Zentrifugenrotors in Fig. 1 und die Auslaßvorrichtung nach der Erfindung.
• Fig. 3 zeigt einen Teil der Auslaßvorrichtung nach der Erfindung.
• Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines drehsymmetrischen Zentrifugenrotors in einem Längsquerschnitt gesehen. Der Zentrifugenrotor hat einen Rotorkörper 1, der in sich einen Verteiler 2 und eine Trenneinheit 3 trägt.
• Der Verteiler 2 hat einen ebenen ringförmigen Teil 4, einen oberen konischen Teil 5 und einen unteren konischen Teil 6. Die Trenneinheit hat eine zylindrische Unterteilung 7, zwei ebene ringförmige Unterteilungen 8 und 9 und eine konische Unterteilung 10. Zwischen der konischen Unterteilung 10 und dem unteren konischen Teil 6 des Verteilers ist ein Stapel von kegelstumpfförmigen Trennscheiben 11 angeordnet, die durch Abstandselemente (nicht gezeigt) in einem gewissen axialen Abstand voneinander gehalten werden.
• Der Rotorkörper 1, der Verteiler 2, die Trenneinheit 3 und die Trennscheiben 11 sind zusammen um eine mittlere Drehachse 12 drehbar.
• In der Mitte des Rotors wird durch den Verteiler 2 eine Einlaßkammer 13 gebildet. Um den Verteiler ist zwischen ihm und dem Rotorkörper 1 eine Trennkammer 14 gebildet. Radial innerhalb der zylindrischen Unterteilung 7 ist axial zwischen den ringförmigen Unterteilungen 8 und 9 eine untere Auslaßkammer 15 gebildet. Oberhalb der ringförmigen Unterteilung 8 ist zwischen dieser und dem Rotorkörper 1 eine obere Auslaßkammer 16 gebildet.
• Die Einlaßkammer 13 steht mit der Trennkammer 14 durch mehrere sich radial oder sich auf andere Weise erstreckende Kanäle 17 in Verbindung. Die Trennkammer 14 steht mit der unteren Auslaßkammer 15 durch einen Überlaufauslaß 18 in Verbindung, der durch die radiale Innenkannte der ringförmigen Unterteilung 9 gebildet wird, und mit der oberen Auslaßkammer 16 über mehrere Kanäle 19.
• Ein stationäres Einlaßrohr 20 erstreckt sich von oben in den Rotorkörper 1 und öffnet sich an seinem unteren Ende in die Einlaßkammer 13. Der obere Teil des Einlaßrohres 20 ist konzentrisch von einem Auslaßrohr 21 umgeben. Die beiden Rohre 20 und 21 bilden zwischen sich einen ringförmigen Auslaßkanal 22. An seinem unteren Ende steht der Auslaßkanal 22 mit dem Inneren eines Schälelementes 23 in Verbindung, das in der unteren Auslaßkammer 15 angeordnet ist.
• Ein weiteres Auslaßrohr 24 wird von einem Träger 25 durch das Auslaßrohr 21 auf eine solche Weise getragen, daß es um eine Drehachse 26 drehbar ist, die sich parallel und in einem gewissen Abstand zur Drehachse 12 des Rotors erstreckt. Das Auslaßrohr 24 ist mit einer Auslaßleitung 27 verbunden, in der ein Schließventil 28 angeordnet ist.
• Die Form des Auslaßrohres 24 ist am besten in Fig. 2 zu sehen. Wie gezeigt, bildet der untere Teil des Auslaßrohres 24, der sich in der Auslaßkammer 16 befindet, ein bogenförmiges Auslaßelement, daß sich um einen Teil des Auslaßrohres 21 herum erstreckt und an seiner der Drehachse 12 des Rotors abgewandten Seite eine Einlaßöffnung 30 aufweist.
• Der Teil des Auslaßrohres 24, der sich parallel zur Drehachse 12 des Rotors erstreckt, trägt eine Feder 31. Die Feder 31 besteht aus einem Federgewinde, das sich in einer Anzahl von Windungen um das Auslaßrohr 24 herum erstreckt, wobei der eine Endabschnitt an diesem Auslaßrohr befestigt ist, und stößt mit ihrem anderen Endabschnitt 33 federnd an das Auslaßrohr 21 an. Die Feder 31 ist auf diese Weise angepaßt, um das Auslaßrohr 24 durch eine bekannte gesteuerte Federkraft in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn um die Drehachse 26 - unter Bezugnahme auf Fig. 1 von oben gesehen - in Bewegung zu setzen. Die Feder 31 drückt somit das Auslaßelement 29 von der Drehachse 12 des Rotors weg in die Auslaßkammer 16.
• Ein Stoppelement (nicht gezeigt) ist so angeordnet, daß es die dem Uhrzeigersinn entgegen gerichtete Drehung des Auslaßelementes 24 so begrenzt, daß das Auslaßelement 29 nicht in Kontakt mit dem Rotorkörper 1 in der Auslaßkammer 16 kommt. Falls gewünscht, können Einrichtungen vorgesehen sein, um die Drehung des Auslaßrohres 24 gegen den Uhrzeigersinn an irgendeiner gewünschten Position des Auslaßelementes 29 zu begrenzen, wobei dann jedoch die Möglichkeit besteht, daß das Auslaßelement 29 von jeder solchen Position gegen die Federkraft 31 näher zur Drehachse 12 des Rotors bewegt wird.
• Fig. 3 zeigt das Auslaßelement 29 in einem Querschnitt über die Drehachse 12 des Rotors. Das Auslaßelement 29 hat einen Kanal 34, der sich von der vorher erwähnten Einlaßöffnung 30 zum Inneren des Auslaßrohres 24 erstreckt.
• Fig. 3 zeigt auch die Position einer zylindrischen Flüssigkeitsfläche 35, die in der Auslaßkammer 16 gebildet ist. Der Flüssigkeitskörper in der Auslaßammer 16, der die Flüssigkeitsfläche 35 bildet, dreht sich während des Betriebs des Zentrifugenrotors um die Drehachse 12 in einer Richtung, wie sie durch den Pfeil 36 dargestellt ist.
• Das Auslaßelement 29, das um die Drehachse 26 drehbar ist, hat eine Innenseite 37, die zur Drehachse 12 des Rotors zeigt, und eine Außenseite 38, die von derselben Drehachse weg zeigt. Die Einlaßöffnung 30 des Auslaßelementes befindet sich an der Außenseite 38.
• Wie Fig. 3 weiterhin zu entnehmen ist, hat das Auslaßelement 29 an seiner Außenseite 38 einen Vorsprung 39, der sich in den sich drehenden Flüssigkeitskörper erstreckt. Auch der Teil der Außenseite 38, in dem die Einlaßöffnung 30 gebildet ist, befindet sich radial außerhalb der Flüssigkeitsfläche 35. Das ereignet sich in einem Bereich, der stromabwärts von einem Punkt P (Fig. 3) auf der Flüssigkeitsfläche 35 am Schnittpunkt mit einer geraden radialen Linie liegt, die von der Drehachse 12 durch die Drehachse 26 des Auslaßelementes 29 gezogen wird. Stromaufwärts von der Auslaßöffnung 30 steht ein Teil der Außenseite 38 des Auslaßelementes in Berührung mit dem rotierenden Flüssigkeitskörper, während der Rest der Außenseite 38 im flüssigkeitsfreien Teil des Auslaßelementes 16 liegt. Wie Fig. 3 zu entnehmen, hat die Außenseite 38 im Bereich ihres Kontaktes mit dem rotierenden Flüssigkeitskörper einen Krümmungsradius, der sich nur unwesentlich von demjenigen der Flüssigkeitsfläche 35 unterscheidet. Das bedeutet, daß der eben erwähnte Teil der Außenseite 38, der in Kontakt mit dem Flüssigkeitskörper steht, einen Winkel mit der Flüssigkeitsfläche 35 im relevanten Kontaktbereich bildet, der sehr klein ist, vorzugsweise kleiner als 10º. Der Kontakt der Außenseite 38 mit dem rotierenden Flüssigkeitskörper erzeugt dadurch eine sehr kleine Reibungskraft. Das Auslaßelement 29 treibt oder "surft" auf der Flüssigkeitsoberfläche 35, wenn es von der Feder 31 gegen den sich drehenden Flüssigkeitskörper gedrückt wird.
• Der Vorsprung 39, der teilweise die Einlaßöffnung 30 definiert, führt dazu, daß das Auslaßelement 29 als ein Schälelement arbeitet, d. h. Flüssigkeit, die durch die Öffnung 30 einströmt, kann durch den Kanal 34 und weiter durch das Auslaßrohr 24 teilweise durch die Bewegungsenergie, die von der Flüssigkeit durch ihre Drehung in der Auslaßkammer 16 erzeugt wird, transportiert werden.
• Es ist jedoch anzumerken, daß die vorliegende Erfindung nicht davon abhängt, daß das Auslaßelement 29 als ein Schälelement arbeitet. Auch ohne einen Vorsprung 39 wäre es möglich, daß durch das Auslaßelement eine Flüssigkeit aus der Auslaßkammer 16 durch eine Einlaßöffnung an der Außenseite des Auslaßelementes ausgegeben werden kann. Das würde in einem solchen Fall nur aufgrund des Flüssigkeitsdruckes eintreten, der im sich in der Auslaßkammer 16 drehenden Flüssigkeitskörper bei einer Tiefe herrscht, wo die Auslaßöffnung 30 als Konsequenz des Druckes der Feder 31 auf das Auslaßelement 39 zum Flüssigkeitskörper und teilweise dorthinein zum Liegen käme.
• Im folgenden soll detaillierter beschrieben werden, wie die Auslaßvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Zentrifugenrotor der in Fig. 1 genannten Art verwendet werden kann.
• Es wird angenommen, daß der Zentrifugenrotor nach Fig. 1 zur Trennung von zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Dichten verwendet wird, die eine Suspension bilden. Es wird weiterhin angenommen, daß in dieser Suspension ein sehr kleiner Anteil der relativ schweren Flüssigkeit, z. B. Wasser, in einer großen Menge relativ leichter Flüssigkeit, z. B. Öl, verteilt ist.
• Bevor die Trennoperation begonnen wird, wird der Zentrifugenrotor - nachdem er in Drehung versetzt worden ist - vorzugsweise mit einer vorbestimmten Menge der vorher abgetrennten relativ schweren Flüssigkeit befüllt. Es wird so viel schwere Flüssigkeit in den Rotor eingefüllt, bis die Flüssigkeit den radial äußersten Teil der Trennkammer 14 bis zur Außenkante der konischen Unterteilung 10 füllt.
• Danach wird die Zufuhr der Suspension durch das Einlaßrohr 20 begonnen. Die Suspension wird vom Einlaßrohr 20 durch die Einlaßkammer 13 und die Kanäle 17 in die Kammer 14 geleitet, wo sie durch die Zentrifugalkraft in eine leichte Flüssigkeit und eine schwere Flüssigkeit getrennt wird. Eine im wesentlichen zylindrische Zwischenschicht L (Fig. 1) wird in der Trennkammer 14 zwischen der abgetrennten leichten Flüssigkeit und der abgetrennten schweren Flüssigkeit gebildet. Während sich die abgetrennte schwere Flüssigkeit im radial äußersten Teil der Trennkammer zusammen mit dem Anteil der vorher zugeführten darin befindlichen Flüssigkeit ansammelt, befindet sich die abgetrennte leichte Flüssigkeit radial innen in der Trennkammer 14.
• Schließlich reicht die abgetrennte leichte Flüssigkeit radial in den Überlaufauslauf 18 hinein und strömt in die Auslaßkammer 15 über. Die abgetrennte schwere Flüssigkeit reicht schließlich durch die Kanäle 19 in die Auslaßkammer 16, wo sie eine freie zylindrische Fläche bildet, die sich radial nach innen bewegt.
• Das Auslaßelement 29, das sich in der Auslaßkammer 16 befindet, wird von der Feder 31 in seiner radial äußersten Position gehalten und durch das vorher erwähnte Stoppelement, das mit dem Auslaßrohr 24 zusammenarbeitet, daran gehindert, sich weiter nach außen zu bewegen. In diesem Stadium des Trennbetriebs ist das Ventil 28 in der Auslaßleitung 27 geschlossen.
• Wenn die Flüssigkeitsfläche in der Auslaßkammer 16 das Auslaßelement 29 erreicht hat und ihre Bewegung radial nach innen fortsetzt, da das Ventil 28 geschlossen ist, fängt das Auslaßelement an, auf der Flüssigkeitsfläche zu schwimmen oder zu "surfen" und wird somit im Uhrzeigersinn um die Drehachse 26 während der fortgesetzten Bewegung der Flüssigkeitsfläche radial nach innen gedreht. Das Auslaßelement 29 wird daher einer Auftriebskraft durch die Flüssigkeit unterworfen, die sich in der Auslaßkammer 16 dreht, wo die Flüssigkeit auf die geneigte Außenseite 38 des Auslaßelementes 29 auftritt. Dieser Auftriebskraft wird durch die kontrollierte Kraft, die von der Feder 31 ausgeübt wird, entgegen gewirkt, so daß das Auslaßelement die ganze Zeit über im gewünschten Kontakt mit dem sich drehenden Flüssigkeitskörper gehalten wird.
• Fig. 1 zeigt anhand von kleinen Dreiecken Positionen der freien Flüssigkeitsflächen, die in den verschiedenen Kammern des Zentrifugenrotors während des Trennbetriebs gebildet werden. Wie zu sehen, befindet sich die Flüssigkeitsfläche der abgetrennten schweren Flüssigkeit in der Auslaßkammer 1C etwas entfernter von der Drehachse des Rotors als die Flüssigkeitsfläche der leichten abgetrennten Flüssigkeit in der Trennkammer 14.
• Die Position der Flüssigkeitsfläche in der Trennkammer 14 ist fest und wird vorbestimmt durch die Position des Überlaufauslaßes 18. Das Schälelement 23 ist so dimensioniert, daß es schnell die gesamte getrennte Flüssigkeit, die in diese Kammer aus der Trennkammer 14 eintritt, aus der Auslaßkammer 15 ausgibt. Wie oben beschrieben, kann sich die Flüssigkeitsfläche in der Auslaßkammer 16 jedoch immer noch frei radial nach innen bewegen.
• Da die abgetrennte schwere Flüssigkeit den Zentrifugenrotor nicht durch das Auslaßrohr 24 verlassen kann, wächst die Menge der derart getrennten Flüssigkeit in der Trennkammer 14 an. Das führt dazu, daß die vorher erwähnte Zwischenschicht L zwischen der abgetrennten leichten Flüssigkeit und der abgetrennten schweren Flüssigkeit radial nach innen in der Trennkammer 14 verschoben wird. Gleichzeitig wird aus dem gleichen Grund die freie Flüssigkeitsfläche in der Auslaßkammer 16 weiter radial nach innen verschoben.
• Hat die Zwischenfläche L einen bestimmten Ort in der Trennkammer 14 erreicht, verschlechtert sich die Trennung in der Trennkammer und Teile der schweren Flüssigkeit fangen an, mit der leichten Flüssigkeit aus dem Rotor durch die Auslaßkammer 15 und den Auslaßkanal 22 zu strömen. Dies kann z. B. mit einem Dielektrizitätskonstanten-Messer erfaßt werden, der in der Flüssigkeitsströmung durch den Auslaßkanal 22 angeordnet ist.
• Nach dem Erfassen von schwerer Flüssigkeit im Auslaßkanal 22 wird automatisch ein Signal von der Steuereinheit der Zentrifuge (nicht gezeigt) an das Ventil 28 abgegeben, das dann geöffnet und während einer vorbestimmten Zeitdauer offen gehalten wird. Wenn das Ventil 28 geöffnet wird, beginnt das Auslaßelement 29, die abgetrennte schwere Flüssigkeit aus der Auslaßkammer 16 durch den Kanal 34 und weiter durch das Auslaßrohr 24 zur Auslaßleitung 27 und zu einer Auffangvorrichtung für diese Flüssigkeit zu leiten. Das Herausfließen der schweren Flüssigkeit aus der Auslaßkammer 16 führt dazu, daß neue Flüssigkeit in diese Kammer aus der Trennkammer 14 durch die Kanäle 19 einströmt, wodurch sich die Zwischenschicht L radial nach außen bewegt.
• Ist die Zeitdauer abgelaufen und damit das Ventil 28 wieder geschlossen, befindet sich die Zwischenschicht L wieder in der Nähe, aber immer noch radial innerhalb, der Außenkante der konischen Unterteilung 10. Der Trennbetrieb, der während des gesamten beschriebenen Vorgangs weiter lief, setzt sich wie zuvor fort, wobei sich die Zwischenschicht L nun langsam radial nach innen bewegt, bis das Ventil 28 wieder geöffnet wird.
• Während des beschriebenen Vorgangs hat sich das Auslaßelement 29, nachdem es in Berührung mit der Flüssigkeitsfläche in der Auslaßkammer 16 kam, zunächst radial nach innen bewegt, bis das Ventil 28 geöffnet wurde, und dann radial nach außen, während die abgetrennte schwere Flüssigkeit dort hindurch ausgegeben wurde. Die Bewegung des Auslaßelementes 29 radial nach außen endete, als das Ventil 28 geschlossen wurde, d. h. das vorher beschriebene Stoppelement mußte nicht in Aktion treten, wonach das Auslaßelement weiterhin auf der Flüssigkeitsfläche in der Auslaßkammer 16 schwamm oder "surfte". Während des gesamten Vorgangs stand ein im wesentlichen gleich großer Teil der Oberfläche des Auslaßelementes 29 mit dem sich in der Auslaßkammer 16 drehenden Flüssigkeitskörper in Berührung, unabhängig davon, welche Position die Flüssigkeitsfläche in der Auslaßkammer 16 hatte. Anders ausgedrückt, ist das Problem vermieden worden, daß in Verbindung mit radialen Bewegungen der Flüssigkeitsfläche in einer Auslaßkammer, in der sich ein radial unbewegliches Auslaßelement befindet, entsteht.
• In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, daß die Erfindung eine Lösung zu diesem besonderen Problem im Zusammenhang mit einem Trennbetrieb anbietet, wie er in der US 4,525,155 beschrieben wird und in dem - wie oben beschrieben - eine abgetrennte schwere Flüssigkeit zwischenzeitlich aus einer Auslaßkammer ausgegeben werden soll. Es sollte auch erwähnt werden, daß dieses Problem früher auf eine andere Art gelöst worden ist, wie es in der US-PS 4,622,029 beschrieben ist und wo eine Flüssigkeit im Bereich der Auslaßkammer 16 in einen Umlauf gepumpt wird. Ein Umlaufpumpen dieser Art führt zu bestimmten Nachteilen, die nicht auftreten, wenn die vorliegende Erfindung verwendet wird. Der oben beschriebene Trennbetrieb ist nur einer von verschiedenen, in denen die Vorzüge einer Auslaßvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Im folgenden soll ein weitere kurz beschreiben werden.
• Ein Zentrifugenrotor der Art, wie er schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, hat normalerweise einen weiteren Auslaß. Ein solcher Auslaß befindet sich am radial äußersten Teil des Rotors und ist zur zwischenzeitlichen Ausgabe von schweren festen Teilchen vorgesehen, die in der Trennkammer abgetrennt worden sind. Ein Rotor mit einem Auslaß dieser Art ist z. B. in den beiden US-PS 4,525,155 und 4,622,029 gezeigt.
• In einem herkömmlichen Zentrifugenrotor dieser Art wird die abgetrennte schwere Flüssigkeit gewöhnlich - wie die abgetrennte leichte Flüssigkeit - kontinuierlich aus dem Rotor geleitet, d. h. nicht diskontinuierlich, wie es oben in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Werden beide abgetrennten Flüssigkeiten kontinuierlich aus dem Rotor geführt, führen radial unbewegliche Auslaßelemente während des Trennbetriebs nicht zu Problemen desselben Ausmaßes, als wenn eine der Flüssigkeiten zwischenzeitlich ausgegeben wird, da Radialbewegungen der Flüssigkeitsflächen in den Rotorauslaßkammern dann relativ klein sind.
• Es tritt jedoch in diesem Zusammenhang jedes Mal ein Problem ein, wenn der Randauslaß des Zentrifugenrotors für die abgetrennten schweren Teilchen geöffnet wird. Um nämlich zu verhindern, daß jedes Mal beim Öffnen zu viel abgetrennte leichte Flüssigkeit durch den Randauslaß verloren geht, wird die Trennkammer vollständig oder teilweise mit abgetrennter schwerer Flüssigkeit angefüllt, bevor der Randauslaß geöffnet wird. Das wird in einer solchen Weise ausgeführt, daß der Auslaß für die abgetrennte schwere Flüssigkeit geschlossen wird, danach wird die abgetrennte leichte Flüssigkeit radial nach innen und durch den herkömmlichen Mittelauslaß für die leichte Flüssigkeit verschoben, indem die gewöhnliche Zufuhr der Suspension an den Rotor unterbrochen wird und durch die Zufuhr von vorher abgetrennter schwerer Flüssigkeit ersetzt wird.
• Während einer solchen Verschiebung der abgetrennten leichten Flüssigkeit wird nicht nur die Zwischenschicht zwischen leichter Flüssigkeit und schwerer Flüssigkeit in der Trennkammer radial nach innen bewegt. Auch die Fläche der abgetrennten schweren Flüssigkeit in der Auslaßkammer für die schwere Flüssigkeit bewegt sich radial nach innen.
• Durch die Verwendung einer Auslaßvorrichtung nach der Erfindung an Stelle einer herkömmlichen radial unbeweglichen Auslaßvorrichtung in der Auslaßkammer für die abgetrennte schwere Flüssigkeit kann vermieden werden, daß Bewegungen der Flüssigkeitsfläche in der Auslaßkammer unnötig große Energieverluste für die Drehung des Zentrifugenrotors und einen unnötig hohen Flüssigkeitsdruck in der Auslaßleitung für die abgetrennte schwere Flüssigkeit verursachen.
• Fig. 3 zeigt zusätzlich zur durchgehenden Kreislinie 35 zwei durchbrochene Kreislinien, die dazu konzentrisch verlaufen. Diese deuten nur alternative Positionen für die Flüssigkeitsfläche in der Auslaßkammer 16 an.
• Wird eine Auslaßvorrichtung nach der Erfindung in einem Zentrifugenrotor verwendet, d. h. derart, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, um kontinuierlich eine abgetrennte Flüssigkeit aus einer Auslaßkammer abzugeben, kann das Auslaßrohr 24 mit der Feder 31 gegen das oben beschriebene Stoppelement gehalten werden, so daß das Auslaßelement 29, während es Flüssigkeit aus dem Rotor ausgibt, die ganze Zeit über in einem ungeänderten Abstand von der Drehachse des Rotors liegt. Das setzt voraus, daß es kein Hindernis für ein Ausgeben der gesamten so abgetrennten Flüssigkeit gibt, die aus der Trennkammer in die Auslaßkammer eintritt. Die Position des Auslaßelementes bestimmt in diesem Fall somit die Position der freien Flüssigkeitsfläche in der Auslaßkammer. Die Auslaßvorrichtung kann mit einer Ausrüstung zum Halten des Auslaßelementes 29 mittels der Feder 31 in jeder gewünschten Position ausgestattet sein, wodurch die Flüssigkeitsfläche in der Auslaßkammer an einem gewünschten Ort unabhängig von der Größe des Flüssigkeitsflußes zur Auslaßkammer gehalten werden kann. Eine Auslaßvorrichtung dieser Art kann bei Bedarf dazu verwendet werden, während des Betriebs die Position des Rotors für die Flüssigkeitsfläche in der Auslaßkammer und die Position der Zwischenschicht L (Fig. 1) in der Trennkammer des Rotors zu verändern.
• Die Erfindung ist im obigen nur in Kombination mit einem Zentrifugenrotor mit zwei Mittelauslässen für abgetrennte Flüssigkeiten beschrieben worden. Eine Auslaßvorrichtung nach der Erfindung kann jedoch auch selbst bei einer Vorrichtung mit einem einzigen Auslaß in einem Zentrifugenrotor mit nur einem Mittelauslaß für eine abgetrennte Flüssigkeit verwendet werden. Es ist natürlich weiterhin möglich, zwei Auslaßvorrichtungen nach der Erfindung in einem und demselben Zentrifugenrotor zum Ausgeben unterschiedlicher abgetrennter Flüssigkeiten zu verwenden.

Claims (10)

1. Auslaßvorrichtung zur Verwendung in einem Zentrifugenrotor (1), der um eine Drehachse (12) drehbar ist und eine Kammer (16) begrenzt, die so geformt ist, daß eine darin befindliche Flüssigkeit bei einer Drehung des Zentrifugenrotors einen Flüssigkeitskörper mit einer freien Flüssigkeitsfläche (35) bildet, die zur Drehachse zeigt und diese umgibt, wobei die Auslaßvorrichtung

- ein Auslaßelement (29) umfaßt, das einen Auslaßkanal (34) bildet, tlnd eine Einlaßöffnung (30), die damit verbunden ist und so angepaßt ist, daß sie während des Betriebs des Zentrifugenrotors um eine Drehachse (26) drehbar ist, die sich im wesentlichen parallel zur Drehachse (12) in einem Abstand davon erstreckt, so daß das Auslaßelement (29) in einer Richtung zur Drehachse (12) des Zentrifugenrotors hin oder von ihr weg beweglich ist, wobei das Auslaßelement (29) weiterhin so geformt ist, daß es sich in unterschiedlichen Drehpositionen um die Drehachse (26) herum von einem flüssigkeitsfreien Teil der Kammer (16) durch die freie Flüssigkeitsfläche (35) in den darin befindlichen Flüssigkeitskörper hinein erstreckt, und

- eine Antriebseinrichtung (31), die so angeordnet ist, um das Auslaßelement (29) in Gang zu setzen, indem eine gesteuerte Kraft das Auslaßelement um die Drehachse (26) in eine Richtung von der Drehachse (12) des Zentrifugenrotors weg treibt, so daß das Auslaßelement entgegen der Wirkung der Kräfte, die durch den sich mit dem Zentrifugenrotor drehenden Flüssigkeitskörper auf es ausgeübt werden, mit seiner Einlaßöffnung (30) wenigstens teilweise im Flüssigkeitskörper an variierenden Orten der freien Flüssigkeitsfläche (35) gehalten wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßelement (29) eine Form hat, so daß es sich während des Betriebs des Zentrifugenrotors vom flüssigkeitsfreien Teil der Kammer (16) durch einen Bereich der freien Flüssigkeitsfläche (35) in den darin befindlichen Flüssigkeitskörper hinein ers reckt, wobei sich der Bereich stromabwärts von einem Punkt (P) auf der freien Flüssigkeitsfläche (35) befindet, an dem sie eine radiale Linie schneidet, die von der Drehachse (12) des Zentrifugenrotors gezogen wird und durch die Drehachse (26) zwischen der Drehachse (12) des Zentrifugenrotors und dem Schnittpunkt (P) mit der freien Flüssigkeitsfläche verläuft.

2. Auslaßvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einlaßöffnung (30) während des Betriebs des Zentrifugenrotors so plaziert wird, daß ein Radius, der sich von der Drehachse (12) des Zentrifugenrotors durch die Einlaßöffnung (30) erstreckt, einen Winkel zwischen 80º und 100º, vorzugsweise ungefähr 90º, mit der radialen Linie bildet, die sich von der Drehachse (12) erstreckt und durch die Drehachse (26) verläuft.

3. Auslaßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Auslaßkanal (34) eine solche Ausdehnung hat, daß eine während des Betriebs des Zentrifugenrotors durch die Einlaßöffnung (30) einströmende Flüssigkeit gezwungen wird, ihre Strömungsrichtung in den Auslaßkanal (34) auf eine solche Weise zu ändern, daß dadurch eine Reaktionskraft auf das Auslaßelement (29) wirkt, die das Auslaßelement um die Drehachse (26) in eine Richtung zur Drehachse (12) des Zentrifugenrotors treibt.

4. Auslaßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Auslaßelement (29) eine Außenseite (38) hat, die so angeordnet ist, daß sie den Flüssigkeitskörper berührt, und wobei mindestens ein Teil dieser Außenseite (38) im Bezug auf die Drehrichtung des Flüssigkeitskörpers in einer solchen Weise geneigt ist, daß das Auslaßelement (29) am geneigten Teil von dessen Außenseite einer Hubkraft ausgesetzt wird, die vom sich drehenden Flüssigkeitskörper verursacht wird und der gesteuerten Kraft entgegen gerichtet ist.

5. Auslaßvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Außenseite (38) des Auslaßelementes (29) einen Winkel mit der freien Flüssigkeitsfläche (35) in der Kammer (16) im Bereich der Außenseite (38), die den sich drehenden Flüssigkeitskörper in der Kammer berührt, bildet, der kleiner als 10º ist.

6. Auslaßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die gesteuerte Kraft unabhängig von den Kräften ist, die sich aus der Drehung des Flüssigkeitskörpers ergeben.

7. Auslaßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Antriebseinrichtung (31) eine Feder zum Betätigen des Auslaßelementes (29) durch die gesteuerte Kraft umfaßt.

8. Auslaßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das Auslaßelement (29) von einem Auslaßrohr (34) getragen wird, von dem sich mindestens ein Teil koaxial mit der Drehachse (26) parallel zur Drehachse (12) erstreckt, wobei der Auslaßkanal (34) des Auslaßelementes mit dem Inneren des Auslaßrohres (24) verbunden ist.

9. Auslaßvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Auslaßelement (29) im wesentlichen rohrförmig ist und einen Teil des Auslaßrohres (24) bildet.

10. Zentrifuge mit einem Zentrifugenrotor (1), der um eine Drehachse (12) drehbar ist und eine Kammer (16) begrenzt, die in einer solchen Weise geformt ist, daß eine darin befindliche Flüssigkeit aufgrund der Drehung des Zentrifugenrotors (1) einen Flüssigkeitskörper mit einer freien Flüssigkeitsoberfläche (35) bildet, die zur Drehachse (12) zeigt und diese umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge eine Auslaßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9 umfaßt, die zum Ausgeben von Flüssigkeit aus der Kammer (16) angepaßt ist.