JP2004504923A

JP2004504923A - 遠心分離機の不平衡補償装置

Info

Publication number: JP2004504923A
Application number: JP2001513524A
Authority: JP
Inventors: アナトリー　フェル
Original assignee: エペンドルフ　アーゲー
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2004-02-19
Also published as: EP1117485A1; DE10038060A1; WO2001008807A1; DE50001202D1; ATE232141T1; EP1117485B1; WO2001008807A8

Abstract

【課題】より高度の不平衡補償要求に向くように、低廉に構成することの可能な遠心分離機の不平衡補償装置を提供する。
【解決手段】遠心分離機の回転子（４，５）の不平衡を自動的に補償する装置であって、休止状態において弾性的支持装置を介して回転子の同心面に同心的に支持できる補償リング（８）を有する形式のものにおいて、弾性的支持装置が、少なくとも半径方向へ撓み得る弾性リング（９）として構成されていることを特徴とする
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１に記載の種類の上位概念の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置は、例えば非対称の負荷によって回転子の不平衡が生じた際に、適正質量の補償リングが、可撓性支持装置における回転子の回転中に、不平衡質量とは逆方向へ摺動して不平衡を補償することによって、不平衡補償を実現する。
【０００３】
冒頭に述べた種類の装置は、ドイツ特許公開第４２９３５０４号から公知である。この装置の場合、支持装置は、円周方向へ離隔して配置され半径方向へ作用する複数のばねを有する。しかしながら、この構造には、著しい欠点がある。
【０００４】
第１に、半径方向へ作用する支持装置のばね力が、各種の円周角について、円周角が隣接のばねから離れる程度に応じて、不平衡補償を擾乱する不均一な状態が生ずる。更に、個々に構成されたばねを同一のばね力に調整するのが困難であり、したがって、同じく、不平衡補償の擾乱が生ずる。更に、公知の構造の場合に支持装置に設けた非減衰性ばねは、望ましくない余分な共振源である振動系を形成する。更に、公知の支持装置は、支持装置の平面においてのみ有効であり、傾動に対しては無効である。更に、公知の構造の場合、製造費が高額である。
【０００５】
したがって、公知の装置は、引用の公報に記載の洗濯機の事例の如く、低回転数における低い不平衡補償要求に適するに過ぎない。この装置は、高回転数の遠心分離機には全く不適である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、より高度の不平衡補償要求に向くように上述の種類の装置を低廉に構成することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１の特徴によって解決される。
【０００８】
本発明に係る装置は、支持装置として弾性リングを備えている。最も簡単な事例では、適切な質量の補償リング、例えば鋼製リングは、ゴム層の形態の弾性リングを介して回転子の表面に固定されている。このような構造は、明らかに、極めて安価である。すべての円周角において同一の（等方性の）弾性特性を実現でき、完全に対称に構成できるリング形状の回転子が、有利である。このような弾性リングは、良好な減衰特性をもつように構成できる。この場合、共振周波数は現れず、したがって、遠心分離機の振動系に、余分な共振が形成されることはない。弾性リングは、横断面ジオメトリ（幾何学）に応じて、補償リングに対して回転子軸線の傾動方向へも極めて良好な復原力を発生し、したがって、傾動運動も極めて良好に補償できる。かくして、複数の自由度の不平衡補償が、簡単に達成される。したがって、本発明に係る装置は、低廉であり、その簡単な構造に基づき、すべての種類の遠心分離機、特に、極めて高速で回転する遠心分離機、例えば、特に、実験用遠心分離機に特に後から組み込むことができる。
【０００９】
本装置は、回転子の各種の同心面、例えば、遠心分離対象を受容するために設けた回転子容器に取り付けることができる。しかしながら、請求項２に基づき、本装置は、駆動シャフトに、例えば、回転子容器の近傍に、設けてあり、かくして、取付作業が簡単化される。
【００１０】
本装置は、回転子の同心外面に、例えば、回転子容器の周面に設けることができ、あるいは、シャフトに取り付ける場合には、シャフト外面に取り付けるのが有利である。しかしながら、請求項３に基づき、本装置は、同心内面に、特に、回転子容器の内面に設けることができ、かくして、特に、コンパクトな構造が得られる。
【００１１】
弾性リングは、請求項４に基づき、エラストマーリングとして構成するのが有利である。適切なエラストマー、例えば、天然ゴム又は合成エラストマーを使用できる。この場合、特に、全方向の均一な弾性作用及び材料の良好な固有減衰性という利点が得られる。
【００１２】
エラストマーリングは、単一に構成できるが、請求項５に基づき、多層に構成すれば有利である。上記層は、軸線に垂直な平面によって分離でき、あるいは、特に、同心層として半径方向へ重ね合わせて設置できる。層のエラストマーパラメータの異なる多層構造によって、エラストマーリングの復元性及び減衰性を最適化できる。
【００１３】
請求項６に基づき、回転子に固定するためのエラストマーリングの側に、金属からなり装置の適切な金属間固定を実現できる嵌合リングを設けるのが有利である。
【００１４】
好ましくは金属からなる補償リング、弾性リング及び場合によっては設ける嵌合リングは、着脱自在に相互に差込むことができ、追加の装置によって組立統合状態に保持できる。しかしながら、請求項７に基づき、上記リングは、１つの構造ユニットが形成されるよう相互に固定するのが有利であり、かくして、組立性及び機能確実性が改善される。
【００１５】
請求項８に基づき、エラストマーリングは、例えば、１つの層又は複数の層として、特殊な弾性特性に基づきエラストマーリングの復元挙動及び減衰挙動を最適化できるエラストマーフォーム材（Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓｈａｕｍ）から全体的又は部分的に構成するが好ましい。
【００１６】
請求項９に基づき、傾斜状態に巻いたコイルばねとして弾性リングを構成するのが有利である。この構造によって、エラストマーリングの場合と類似の半径方向弾性特性が得られるが、更に、例えば、温度及び化学品に対する安定性が改善されるという利点が得られる。この場合も、コイルの巻き部の多重の当接に基づきく摩擦減衰によって、良好な固有減衰が達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を略図に示し、説明する。
【００１８】
図１に、外側の保護ハウジングを除去した状態の通常の構造の実験用遠心分離機を示す。
【００１９】
基板１には、シャフト４及び回転子容器５からなる回転子のシャフト４を駆動する駆動電動機３が、ばね２によって弾性的に支持されている。
【００２０】
回転子容器５は、遠心分離すべき試験管７の受容に役立つ複数の受け６を有する。図１に、−不平衡の説明のため−断面において対向する双方の受け６の１つにだけ試験管７が設けてあり、他方、対向する受け６が空である状態を示した。かくして、補償すべき著しい不平衡が形成される。
【００２１】
不平衡補償のため、シャフト４には、補償リング８とエラストマーリング９の形態の弾性リングとからなる不平衡補償装置Ｉが設けてある。図１の線２−２に沿う断面図である図２に、この装置Ｉを拡大して示している。同図から明らかな如く、任意の適切な天然又は合成エラストマーからなるエラストマーリング９は、適切な質量の、例えば鋼からなる、補償リング８をシャフト４に対して半径方向へ変位させることができる。補償リング８の平面に対するシャフト４の傾動運動も、エラストマーリング９において補償される。エラストマーリング９は、通常のエラストマー特性を有することができ、即ち、特に、弾性的に作用するのみならず、減衰的にも作用する。
【００２２】
図１から明らかな如く、エラストマーリング９及び補償リング８を有する不平衡補償装置は、回転子の各種の位置に取り付け得るように構成できる。
【００２３】
補償装置ＩＩは、回転子容器５の周面に設けることができる。補償装置ＩＩＩは、回転子容器５の下部端面に設けることができる。この場合、特に、エラストマーリング９は剪断応力を受ける。図示の如く、円筒形内面１０を有する下部凹みを回転子容器５に構成した場合、補償装置ＩＶを上記凹みに設けるのが有利である。この場合、回転子容器５の内面１０に関して、補償リング８は内側にあり、エラストマーリング９は外側にある。補償装置Ｖは、図１に示した如く、電動機３から下方へ突出するシャフト４の端部に設けることもできる。
【００２４】
補償装置ＶＩは、更に、回転子容器５内において、円筒形内面１０′に設けることもできる。図示の実施の形態の場合、図１に示した如く、補償リング８′を中実な円盤として構成することもできる。
【００２５】
図１に示した遠心分離機の振動特性に応じて、取付箇所Ｉ−ＩＶのうち最適の箇所を選択できる。不平衡補償の改善のため、有利には、例えば、位置Ｉ，ＩＶに、複数の補償装置を設置することもできる。
【００２６】
図１の位置Ｉに設けた補償装置に対して、以下に説明するバリエーションが可能である。他の位置に示した補償装置についても、対応するバリエーションを使用できる。
【００２７】
図３に、補償リング８及びエラストマーリング９に関して−但し、寸法の差異は除いて−図２の構造に対応する構造を示した。しかしながら、エラストマーリング９の内部には、更に、シャフト４に良好にプレス嵌めされるように構成された、例えば、鋼からなる、嵌合リング１１が設けてある。
【００２８】
図４の実施の形態は、エラストマーリングが、異なるエラストマー材料からなり、例えば、異なる弾性特性又は減衰特性を有する２つの同心の層９′，９″からなるという点を除いて、図３の実施の形態に対応する。かくして、エラストマーリング９′，９″の補償挙動を最適化できる。
【００２９】
図５に、図３に示した構造のバリエーションを示した。この場合、補償リング８は、完全に囲まれた状態でエラストマーリング９に設けられている。かくして、補償特性、製造性及び耐久性を改善できる。
【００３０】
補償装置の図示のすべての実施の形態の場合、ずれのない且つ組立時に取扱い易い構造を創成するため、例えば、接着及び加硫によって、特に、補償装置の部材８，９，１１を相互に固定できる。
【００３１】
図示の実施の形態の場合、エラストマーリング９は、独立気孔のエラストマー材料、特に、この場合に有利に利用できる特殊な弾性特性及び減衰特性を有するエラストマーフォーム材から構成できる。図４の実施の形態の場合、例えば、層９′，９″の１つをエラストマーフォーム材から構成でき、あるいは、双方の層を異なるフォーム材から構成することもできる。
【００３２】
図示の実施の形態の場合、長方形の横断面形状を有するエラストマーリング９が示してある。この場合、その半径方向の厚さ及びシャフト４の軸線方向へ伸びる厚さは、特に、半径方向弾性と傾動弾性との比に対応させて、所望の補償パラメータに適合させることができる。
【００３３】
横断面ジオメトリは、弾性特性を所望の如く調整するため、他の形状に、例えば、補償装置ＶＩのエラストマーリング９′の場合の如く、エラストマーリングの端面を球状に隆起した形状に又は中空面の形状に構成することもできる。同様の目的のために、例えば、エラストマーリングの周面に中空スペース又は中断箇所を設けることもできる。但し、この場合、中空スペース又は中断箇所の配置によって、すべての角度において出来る限り同一に（等方性に）保持すべき弾性特性が、過度に損なわれてはならない。
【００３４】
図６，７の異なる断面図に、不平衡補償装置の他の実施の形態を示した。この実施の形態は、例えば、図１の位置Ｉにおいてシャフト４に設置できるが、対応して構造を変更することにより、図１の他の取り付け位置ＩＩ−ＩＶにも適用させることができる。
【００３５】
図６，７の実施の形態の場合、弾性リングは、エラストマーリングとして構成されてなく、リング状のコイルばねとして構成されている。このばねは、一方の側では、嵌合リング１１の外側環状溝１６に支持され、他の側では、補償リング８の内側環状溝１７に支持され、したがって、不平衡補償装置は、形状結合された取り付けユニットを形成する。溝１６，１７の横断面形状は、図６に示した如く、コイルばね１９の横断面の周面形状に適合されている。
【００３６】
通常に巻いたコイルばねの場合、図６に示した如く、各巻きは、本質的に半径方向へ向く。しかしながら、本目的に使用できる模式的に示したコイルばね１９の場合、各巻きは、図７に示した如く、鎖線で示した半径方向に対して傾斜角度αだけ傾斜している。かくして、コイルばね１９は、図１〜図５の実施の形態に使用したエラストマーリング９と同様に、半径方向へ弾性的に撓むことができる。コイルばね１９は、補償リング８に対するシャフト４の傾動も補償できる。
【００３７】
コイルばね１９は、適切な弾性材料（例えば、ばね鋼）から構成できる。図１〜図５の実施の形態に示したエラストマーリング９とは異なり、ばねリング１９、即ち、全不平衡補償装置１１，１９，８は、例えば、高温及び溶剤に対して安定に構成できる。
【００３８】
図６，７の実施の形態で、ばねリングとして使用したコイルばね１９は、他の実施の形態に使用したエラストマーとは異なり、固有減衰特性が欠如しているという欠点を有する。しかしながら、図６，７に示した実施の形態の場合、コイルばね１９の全ての巻き部は、溝１６，１７に点接触状態又は線接触状態で支持される。コイルばね１９の半径方向補償運動時には、上記接触箇所が摺動し、したがって、対応する摩擦が誘起される。かくして、弾性リングのこの実施の形態の場合、摩擦減衰による十分な減衰作用が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
弾性リングを有する複数の不平衡補償装置を備えた実験用遠心分離機の断面図である。
【図２】
図１に示した不平衡補償装置の線２−２に沿う断面図である。
【図３】
不平衡補償装置の変形例を図２と同様に示した図面である。
【図４】
不平衡補償装置の他の変形例を図２と同様に示した図面である。
【図５】
不平衡補償装置の他の変形例を図１と同様に示した図面である。
【図６】
弾性リングとしてコイルばねを有する、遠心分離機のシャフトに設けた不平衡補償装置の断面図である。
【図７】
弾性リングとしてコイルばねを有する、遠心分離機のシャフトに設けた不平衡補償装置の異なる断面図である。
【符号の説明】
１　基板
２　ばね
３　駆動電動機
４　シャフト
５　回転子容器
６　受け
７　試験管
８　補償リング
９　エラストマーリング
１０　内面
１１　嵌合リング
１６，１７　環状溝
１９　コイルばね
Ｉ−ＶＩ　不平衡補償装置

Claims

遠心分離機の回転子（４，５）の不平衡を自動的に補償する装置であって、休止状態において弾性的支持装置（９，１９）を介して回転子の同心面に同心的に支持できる補償リング（８）を有する形式のものにおいて、支持装置が、少なくとも半径方向へ撓み得る弾性リング（９，１９）として構成されていることを特徴とする装置。
駆動シャフト（４）を有する回転子（４，５）を備えた形式のものにおいて、装置（８，９）が、シャフト（４）の外面に取り付けるように構成されていることを特徴とする請求項１に係る装置。
駆動シャフト（４）を有する回転子（４，５）を備えた形式のものにおいて、装置（８，９）が、回転子（４，５）の内面（１０）に取り付けるように構成されていることを特徴とする請求項１に係る装置。
弾性リングが、エラストマーリング（９）として構成されていることを特徴とする請求項１に係る装置。
弾性リングが、弾性特性の異なる複数の層（９′，９″）から構成されていることを特徴とする請求項４に係る装置。
回転子（４，５）の表面に向く弾性リング（９，１９）の側面には、回転子の表面に取り付けるように構成された嵌合リング（１１）が設けられていることを特徴とする請求項１に係る装置。
装置の部材（８，９，１１；８，１９，１１）が、相互に固定されていることを特徴とする請求項１に係る装置。
弾性リング（９；９′，９″）が、少なくとも部分的にエラストマーフォーム材から構成されていることを特徴とする請求項４に係る装置。
弾性リングが、巻き方向を半径方向に対して傾斜させた環状コイルばね（１９）として構成されていることを特徴とする請求項１に係る装置。