JP2004526571A - 遠心分離機 - Google Patents

Abstract

本発明は、遠心機フレーム（４０）と、ドラム（１２）が装着されて垂直に配置されたスピンドル（１０）と、垂直なロータ軸（９１）を有したモータ（９０）とを備えた遠心分離機であって、スピンドル（１０）は軸受ハブ（２０）内に回転可能に支持されていると同時に揺動点（Ｇ）を中心に遠心機フレーム（４０）に対して３次元揺動可能に支持されている遠心分離機（１００）に関する。本発明により前記モータ（９０）はそのケーシングで遠心機フレーム（４０）に固定取り付けされており、モータ（９０）のロータ軸（９１）は装置の静止状態において駆動スピンドル（１０）の縦軸（１１）と一直線に整列している。モータ（９０）のロータは連結点（Ｋ）において撓み弾性継手（７０）を介してスピンドル（１０）と連結されている。スピンドル（１０）は互いに離間配置された少なくとも２箇所の軸受座（２２，２４）においてローラベアリングによって軸受ハブ（２０）内に支持され、軸受ハブ（２０）は弾性支持体（５０）を介して遠心機フレーム（４０）と結合されている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心機フレームと、上部にドラムが装着されるとともに垂直に配置された回転スピンドルと、ロータ軸が垂直に配置されたモータとを有し、前記スピンドルは軸受ハブ内に回転可能に支持されていると同時に揺動点を中心にして遠心機フレームに対して３次元揺動可能に支持されている遠心分離機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ特許公報第３１２５８３２号から冒頭に述べた類の遠心分離機が公知である。該明細書記載の遠心分離機において、揺動駆動部の重心は揺動点と一致しており、該揺動点は単一の軸受け域に位置している。スピンドルとドラムとから成る回転ユニットは軸受ハブ内でローラベアリングによって回転可能に支持されている。前記の軸受ハブは前記回転ユニットを含めて遠心機フレーム内に揺動式に懸架されている。これを実現するため、鉛直線に対する回転軸の角度変位を可能とする溝付きブシュ等が提案される。これらの構造設計によりスピンドルの質量作用は大幅に低下させられる。遥かに大きな重量を有したドラムや異なった回転数で作動させられるドラムを組み付けることが可能である。スピンドルが短いことから大きな剛性が与えられる。ただし公知のこの遠心機はベルトを介して駆動される。ベルトは摩耗部品であり、これは保守の必要性を高めることとなる。ベルト伝動におけるスリップは駆動パワーの損失をもたらす。スリップによって生ずる摩擦熱をフレームから周囲にもはや放出することができなければ、フレームはますます加熱されることとなる。したがってベルト伝動によるこの公知の分離機は爆発の危険性のある種々の環境下では好ましくない。またベルト伝動によって伝達し得る駆動パワーも制限されたものとなる。
【０００３】
ドイツ特許公開公報第３７１４６２７号にはモータがスピンドルと直接結合されている遠心分離機が開示されている。遠心機ドラム、スピンドルおよびモータは全体として一つの揺動ユニットを形成し、２箇所の軸受座を介して遠心機フレーム内に支持されて、下部軸受座域にある揺動点を中心にして揺動運動し得るように形成されている。上部軸受座は弾性要素を経てフレームと結合されており、そのため遠心機稼働中のスピンドルの傾きに対して柔軟である。これによって上部軸受座に作用する力は低減させられる。ただしこの装置の短所は下部軸受座が同時に揺動点として機能しなければならず、それに適した特殊な造りのローラベアリングが必要とされることである。モータがスピンドルおよびドラムと共に揺動することからモータの大きさと重量も制限され、したがって得られるモータ駆動パワーも制限されることとなる。
【０００４】
ドイツ特許公報第４３１４４４０号からさらに別途な遠心分離機が公知であり、該遠心分離機において、駆動スピンドル、ドラムおよびモータのロータは互いに剛的に結合されて１つの回転ユニットを形成し、該システムはベアリングブラケットに非弾性支持されている。このベアリングブラケットとモータのステータとは共に遠心機フレームに弾性結合されている。前記回転ユニットは遠心機作動中に揺動点を中心に揺動する。受けるべき慣性力と軸受け負荷とからして公知のこの構造は大きな駆動パワーを有した大型モータを採用しがたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の目的は、爆発の危険性のある環境下で使用し得ると共に大きな駆動パワーを有した標準モータで使用可能な遠心分離機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は冒頭に述べた類の遠心分離機において、
− モータをそのケーシングを以って遠心機フレームに固定取り付けし、該モータのロータ軸を遠心分離機静止状態において駆動スピンドルの縦軸と実質的に一直線状に並び、
− 前記モータのロータを連結点において撓み弾性継手を介して前記スピンドルと連結し、該スピンドルを互いに離間配置された少なくとも２箇所の軸受座においてローラベアリングによって軸受ハブ内に支持し、
− 前記軸受ハブを弾性支持体を介して前記遠心機フレームと結合する
ことによって解決される。
【０００７】
この場合、モータはスピンドルならびにドラムのこま運動から切離されているのが好適である。モータとスピンドルとの間に設けられた撓み弾性継手は軸間の角度ずれ、たとえば僅かな半径方向変位も吸収することができることから、モータシャフトならびにモータのロータ軸受けに強度な曲げ荷重が生ずることはない。これによりコスト増を招来することなく標準モータを使用することが可能である。遠心機フレームにモータが固定取り付けされることにより揺動システムの質量はモータ質量の分だけ減少させられるため、大きな駆動パワーを有した大型モータを使用することができる。
【０００８】
モータをスピンドルに直接に継手連結することにより、駆動トレインにはフレームの加熱を結果し得る強度なパワー損失はもはや生じないこととなり、その結果、本発明による遠心機は爆発の危険性のある環境下での使用に本質的に適している。
【０００９】
回転ユニットは弾性支持体を介してフレームと結合されている軸受ハブ内に支持されていることから、角度ずれは軸受ハブとフレームとの間にしか生ぜず、他方、それぞれの軸受けの内輪と外輪との間の角度ずれは大幅に低減されている。したがって標準ローラベアリングを使用することが可能である。
【００１０】
分離機作動中に生ずる鉛直線に対する回転軸の傾きにより、軸受ハブとフレームとの間に配置された弾性支持体の一方は圧縮され、他方、対向する弾性支持体は引っ張られる。軸受ハブフランジの周縁に沿って多数の前記支持体を配することにより、該支持体の圧縮ないし引張りを回転ユニットのこま運動と共に全周にわたって行わせることができる。
【００１１】
軸受ハブフランジを有した軸受ハブを少なくとも３個の弾性支持体を介して遠心機フレーム上に載着し、さらに軸受ハブフランジに縦軸と平行に配置された少なくとも３本のガイドピンを固定し、該ガイドピンをそれぞれ遠心機フレームに設けられた適合孔に嵌挿して、軸方向に変形可能または孔内で軸方向に変位可能ないしはその両方が可能なように配置するのが特に好適である。これらのガイドピンは孔内で軸方向に変位し得るかまたは少なくとも軸受ハブフランジとフレームとの間の縦軸方向の相対運動を可能とし得る程度に変形することができる。軸受ハブフランジと遠心機フレーム上側面との間に配された支持体によって軸方向力が吸収される一方で、軸受ハブはさらにガイドピンにより半径方向に対して不動に保たれる。こうした構成により、軸受ハブはドラムならびにスピンドルのこま運動と共に傾くが、再び直立し、遠心機フレームを基準にした所定の位置を常に保持することが可能である。したがって揺動点は実質的に常に縦軸上にあり、半径方向にずれることはない。
【００１２】
本発明のその他の好適な実施態様は従属請求項から読み取ることができる。以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は遠心分離機１００の全体的断面を図示したものである。ベッドプレート２にねじ締めされた遠心機フレーム４０の下側にはモータ９０が固定されている。フレーム４０の上側には軸受ハブ２０が嵌め込まれており、該ハブは弾性支持体５０とガイドピン３０とを介して保持されている。軸受ハブ２０の内部には上部にドラム1２が装着されて垂直に配置されたスピンドル1０が回転可能に支持されている。
【００１４】
スピンドル１０は撓み弾性継手７０を経てモータ９０と連結されている。トルク伝達のため、カップリングとして溝付きカップリングブシュと沈みキーとが設けられていてよい。スピンドル１０の縦軸１１とロータ軸９１とは遠心分離機１０が静止状態にある場合には互いに一直線状に並んでいる。
【００１５】
軸受ハブ２０は特に、軸受ハブフランジ２１、上部軸受座２２および下部軸受座２４を有している。スピンドル１０は双方の軸受座２２,２４においてローラベアリングによって回転可能に支持されている。
【００１６】
フレーム４０の上側面と軸受ハブフランジ２１の下側面との間には周縁全体にわたって多数の支持体５０が配置されている。さらに少なくとも２本のガイドピン３０が設けられ、該ピンは遠心機フレーム４０に設けられた適合孔に嵌挿されている。ガイドピン３０は軸方向に弾性可能および／または軸方向に変位可能に配置され、半径方向負荷に対してはきわめて非弾性的である。
【００１７】
スピンドル１０は連結点Ｋにおいて撓み弾性継手７０を介してモータ９０と連結されていることから、スピンドル１０とドラム１２とから成る回転ユニットのこま運動に帰せられるスピンドルの縦軸１１とロータ軸９１との間の角度ずれが可能とされている。この場合、前記の回転ユニットは揺動点Ｇを中心にして揺動し、スピンドル軸１１とロータ軸９１とは揺動点Ｇで交差する。連結点Ｋはスピンドル軸１１が傾くと半径方向外側に向かって僅かに変位させられ、これによりモータ９０のシャフトも傾けられることとなる。スピンドル軸１１とロータ軸９１との間に生ずる吸収さるべき角度ずれをできるだけ小さくし、それと同時にモータ９０の軸受けに負荷される荷重を僅小に抑えるため、連結点Ｋはできるかぎり揺動点Ｇに近接させられている。
【００１８】
カップリング７０はさらに、軸１１と９１との間の僅かな半径方向変位が吸収されるように形成されていてよい。またさらに、前記システム作動時のトルクピークをばね緩衝するためにカップリングを回転方向の弾性をもつように形成することも可能である。
【００１９】
前記連結点Ｋと前記揺動点Ｇとの間の間隔は、ドラム１２とスピンドル１０とから成る回転ユニットの重心Ｓと揺動点Ｇとの間の間隔の０．１〜０．２５倍であるのが特に好適であることが判明した。このジオメトリの場合、フレーム４０にねじ締め固定されたモータ９０の軸受けにかかる荷重は僅小で、モータ９０の寿命の大幅な低下がもたらされることはない。
【００２０】
図２に示したさらに別途の実施形態の遠心分離機１００’において、ガイドピン３０’の支持点はフレーム４０’内においてカップリング７０のレベルの低さに配置されていることから、揺動点Ｇは連結点Ｋ’と一致している。これによって作動中のスピンドル軸１１の傾きはカップリング７０内で完全に吸収されることとなる。連結点は遠心分離機の作動中にあってもモータ９０の縦軸９１上に依然として位置していることから、もはやモータ９０のロータ軸９１は変位せず、総じて前記回転ユニットのこま運動による負荷を受けることはほとんどない。
【００２１】
図３ａおよび３ｂは、図２に示した、揺動点Ｇ’が連結点Ｋと一致している遠心分離機の実施形態１００’において、軸受ハブ２０がフレーム４０’に対して異なった姿勢となっている状態を示したものである。
【００２２】
スピンドル１０は軸受座２２，２４においてローラベアリング、特にアンギュラ玉軸受けと、ころ軸受けとにより軸受ハブ２０内に支持されている。軸受ハブフランジ２１の下側面にはガイドピン３０’が固定されている。これらのガイドピンはテーパ部３２’と円筒部３４’とを有し、該円筒部はブシュ３５’に嵌め込まれている。ブシュ３５’はその内外を金属被覆で覆われたエラストマー層から成っているのが好適である。ガイドピン３０’はフレーム４０’に設けられた孔４４’にブシュ３５’を介して嵌挿される。ガイドピン３０’はフレーム４０’内においてブシュ３５’を介して半径方向に対して不動に支持されているが、他方、軸方向においては軸受ハブ２０が傾いた場合に孔４４’内でガイドピン３０’は軸方向に僅かに変位することが可能である。
【００２３】
さらにフレーム４０’と軸受ハブフランジ２１との間には複数の支持体５０が設けられている。これらの支持体はエラストマー材料から成っているのが好適である。前記回転ユニットの重力はスピンドル１０から該スピンドルと剛的に連結された軸受ハブ２０を経て支持体５０に伝達され、そこからさらにフレーム４０’に導かれる。
【００２４】
図３ａに示した当初ポジションにおいてスピンドル１０の縦軸１１は垂直に向いており、支持体５０は軸方向において均等に負荷されている。対称面３６’は軸受けブシュ３５’のおよそ半分の高さ位置で該ブシュの中心点を通っている。揺動点Ｇ’ないし連結点Ｋは対称面３６’と縦軸９１ないし１１との交点にある。
【００２５】
図３ｂにおいて、ドラムとスピンドル１０とから成る回転ユニットのこま運動と回転力および該システムの不平衡によって縦軸１１は角度αの傾きを生じており、軸受ハブ２０も揺動点Ｇを中心に前記角度だけ傾斜している。軸受ハブフランジ２1とフレーム４０’との間に配置された支持体５０は片側において圧縮され、反対側において引っ張られている。歪みを生じたエラストマー製支持体５０内に蓄積された弾性エネルギーによって復元モーメントがつくり出されることから、こま運動トルクと一体となって前記回転ユニットの直立起き上がりが実現される。
【００２６】
図３ｂの左側に配置されたガイドピンは軸受ハブ２０の傾きと共に軸方向において下方に変位され、他方、同図の右側に配置されたガイドピンは持ち上げられる。ガイドピンは揺動点Ｇ’から半径方向に僅かにのみ離間して配置されていることから、ガイドピン３０’の前記軸方向変位は小さく、この変位はブシュ３５’を弾性的に形成することによって可能とされるのが好適である。ガイドピン３０’により軸受ハブ２０は半径方向に不動に支持されていることから、フレーム４０’に対する揺動点Ｇ’の位置はきわめて不変であり、他方、軸受ハブ２０は前記回転ユニットから強制されるスピンドル１０の傾きに対して柔軟である。
【００２７】
図２，３ａおよび３ｂに示した遠心分離機の実施形態１００’において揺動点Ｇ’と連結点Ｋとは一致していることから、角度αの変位はカップリング７０内で完全に吸収され、その結果、ロータ軸９１の位置は不変に維持されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の遠心分離機の第一の実施形態の概略断面図
【図２】本発明の遠心分離機の第二の実施形態の同じく概略断面図
【図３ａ】図２に示した実施形態において軸受ハブが異なった角度姿勢にある場合の断面図
【図３ｂ】図２に示した実施形態において軸受ハブが異なった角度姿勢にある場合の断面図

Claims (6)

1. 遠心機フレーム（４０；４０’）と、上部にドラム（１２）が装着されるとともに垂直に配置された回転スピンドル（１０）と、ロータ軸（９１）が垂直に配置されたモータ（９０）とを有し、前記スピンドル（１０）は軸受ハブ（２０）内に回転可能に支持されていると同時に揺動点（Ｇ；Ｇ’）を中心にして遠心機フレーム（４０；４０’）に対して３次元揺動可能に支持されている遠心分離機（１００；１００’）において、
   前記モータ（９０）はそのケーシングで遠心機フレーム（４０；４０’）に固定され、その際前記モータ（９０）のロータ軸（９１）は遠心分離機（１００；１００’）の静止状態において駆動スピンドル（１０）の縦軸（１１）と一直線状に並び、
   前記モータ（９０）のロータは連結点（Ｋ）において撓み弾性継手（７０）を介してスピンドル（１０）と連結され、前記スピンドル（１０）は互いに離間配置された少なくとも２箇所の軸受座（２２，２４）においてローラベアリングによって軸受ハブ（４０；４０’）内に支持され、
   前記軸受ハブ（２０）は弾性支持体（５０）を介して遠心機フレーム（４０；４０’）と結合されていることを特徴とする遠心分離機（１００；１００’）。
2. 前記揺動点（Ｇ；Ｇ’）は前記下側の軸受座（２４）の対称面内にあることを特徴とする請求項1に記載の遠心分離機（１００，１００’）。
3. 前記連結点Ｋと前記揺動点Ｇとの間の間隔は前記ドラム（１２）と前記スピンドル（１０）とから成る回転ユニットの重心（Ｓ）と前記揺動点（Ｇ）との間の間隔の０．１〜０．２５倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心分離機（１００）。
4. 前記連結点（Ｋ）は前記揺動点（Ｇ’）と一致していることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心分離機（１００’）。
5. 前記軸受ハブ（２０）はその軸受ハブフランジ（２１）で少なくとも３個の弾性支持体（５０）を介して遠心機フレーム（４０；４０’）上に装着され、軸受ハブフランジ（２１）に縦軸（１１）と平行に配置された少なくとも３本のガイドピン（３０；３０’）が固定され、前記ガイドピンはそれぞれフレーム（４０；４０’）に設けられた適合孔（４４’）に嵌挿されて軸方向に変形可能または孔（４４’）内で軸方向に変位可能ないしはその両方が可能なように配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の遠心分離機（１００；１００’）。
6. 前記ガイドピン（３０；３０’）はそれぞれブシュ（３５’）を介して前記孔（４４’）に嵌挿されていることを特徴とする請求項５に記載の遠心分離機。