JP2017509475A - 遠心分離機 - Google Patents

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Abstract

【課題】改良された減衰性が達成されるように支持される遠心分離機、特に、実験用遠心分離機を提供する。【解決手段】本発明は、遠心分離機(10)、特に、実験用遠心分離機(10)に関する。遠心分離機(10)は、遠心分離される材料を保持する容器を受けるためのロータ(12)と、ロータ(12)が支持されるドライブシャフト(14)と、ドライブシャフト(14)を介してロータ(12)を駆動するモータ(18)と、それぞれがばね軸(36a)を有する減衰要素(36)を備える軸受ユニット(30)と、軸受ユニット(30)を介して、遠心分離機(10)内にモータ(18)を固定するための支持要素(54)と、を備える。減衰要素(36)のばね軸(36a)は、モータ(18)の回転軸Yに対して鋭角σで配置される。軸受ユニット(30)は、減衰要素(36)に接続される、複数の支柱(34)を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、請求項1の前文において特定されるタイプの遠心分離器に関する。
一般的な遠心分離機は、多種多様なの異なるデザインにおいて知られている。特に実験用遠心分離機のために、スペースが実験室においてしばしば制限されているため、目的は、常に、できるだけコンパクトなデザインの装置を提案することであった。さらに、実験用遠心分離機は、上方から装填され、取り出されるため、その蓋が開かれることができることを確保するために、各装置の上方に、十分なスペースが提供されなければならない。
同時に、遠心分離機を設計する場合、常に生じる任意の不均衡を打ち消すために、良好な減衰性を保証するように、注意が払われなければならない。例えば、ばね軸がモータの縦軸に平行に延びる減衰要素においてモータを支持することが、一般的に知られている。しかしながら、公知の配置及び減衰アプローチは、実際面において不十分であることが、頻繁に分かってきた。第一に、従前の減衰要素の配置において、発生される力は、不適切に吸収されるのみであろう。第二に、減衰要素は、それらの耐用年数を短くするような緊張状態に曝されるだろう。
上述の欠点を防ぎ、その減衰要素が適切に引っ張られるとともに、それによって、改良された減衰性が達成されるように支持される遠心分離機、特に、実験用遠心分離機を形成することが、本発明の目的である。
本目的は、請求項1の前文の特徴と併せて、請求項1の特徴によって達成される。
本発明は、不均衡の場合に、ロータが傾斜運動を行うのではなく、回転運動を行うという知見に基づいている。これまで、作動中に観察された上方及び下方のロータ運動のために、ロータは上下運動を行うと推定されてきた。しかしながら、実際には、発生する力は、回転の軸に平行に作用しない。寧ろ、そのベクトルが、回転の軸に対して傾斜されている力がある。ロータ支持及び/又はモータ支持に対して減衰要素の位置を変更することによって、本発明は、より効率的な減衰性を獲得するとともに、全体として遠心分離機を安定化させることを可能にする。
本発明に従って、遠心分離機は、遠心分離される材料を保持する容器を受けるためのロータと、ロータが支持されるドライブシャフトと、ドライブシャフトを介してロータを駆動するモータと、それぞれがばね軸を有する減衰要素を備える軸受ユニットと、軸受ユニットを介して、遠心分離機内にモータを固定するための支持要素と、を備える。減衰要素のばね軸は、モータの回転軸に対して鋭角σで配置される。特に不均衡の場合に、ロータの回転によって引き起こされる振動の結果として発生される力は、また、モータの回転軸に対して鋭角で作用するため、減衰要素のこの配置は、減衰要素上に作用する力が、主として、引張力及び圧力である点で、有利である。せん断力等の、減衰要素上のより高い歪みであるとともに、それによって、より速い摩滅を生じる力は、この配置によって最小化されるか、又は完全に除去されるだろう。その結果、減衰要素の耐用年数は、簡便な方法で、著しく増加されることができ、減衰性は、かなり改善されることができる。
好ましい実施形態において、軸受ユニットは、減衰要素に接続されるとともに、各ばね軸と同軸状に整列されるように位置決め及び配置される、複数の支柱、好ましくは、3個と21個との間の支柱を備える。軸受ユニットの下側の拡径によって、より高い安定性及びそれによってロータのための改良された減衰効果を生じる。
本発明の一局面に従って、軸受ユニットは、モータに強固に接続される上側支持板と、支持要素に強固に接続される下側支持板と、を備える。これによって、遠心分離機からの力を、より効果的に吸収及び分配することが可能な軸受ユニットが強化される。
不均衡の結果として遠心分離機で生成される吸収されるべき力は、モータの回転軸に対して、この範囲の角度で作用することが、実験によって示されたため、10度と42度との間の角度σが、有利であると考えられている。そのため、これらの力の主要部分は、引張力又は圧力として、減衰要素に向けられることができ、せん断及び曲げ力は、かなり低減されるだろう。これによって、減衰要素上の任意の有害な歪みがさらに低減され、それによって、それらの耐用年数が、増加されるだろう。
特に実験用遠心分離機を用いた、種々のシミュレーションが示したように、遠心分離機から生じる力は、通常、その値がこの範囲内にある角度で作用するため、角度は、15度と25度との間の角度であることが、特に有利である。これによって、減衰要素の耐用年数に有害となり得る任意のせん断及び曲げ力は、最小限まで低減されるだろう。
有利な実施形態において、減衰要素は、支柱と下側支持板との間に配置されている。減衰要素の増加された間隔及び拡径によって、改良された減衰効果が達成されるように、軸受ユニットにおけるレバー比が変更されるだろう。
基本的に、例えば、ばね軸受、油圧軸受又は磁気軸受等の、振動を減衰することが可能な任意の装置が、減衰要素として使用されることができる。しかしながら、特に、減衰要素としてのゴム‐金属要素の使用は、これらが省スペースかつ安価であるため、有利であることが、分かってきた。
好ましい実施形態において、上側支持板及び支柱は、第一のばね要素を介して、相互接続されている。これによって、遠心分離機からの力の部分が、第一のばね要素によって吸収されるとともに、上側支持板の周辺を越えたばね要素の均等な分配によって、ばね要素に均等に分配されるようになるだろう。これによって、軸受要素の減衰効果が、明らかに改良されるだろう。
本発明の有利な実施形態において、下側支持板及び減衰要素は、第二のばね要素を介して、相互接続されている。この場合において、また、遠心分離機から生じる力の部分は、第二のばね要素によって吸収されるとともに、下側支持板の周辺を越えたばね要素の均等な分配によって、力は、また、ばね要素に均等に分配されるだろう。これによって、軸受要素の減衰効果が、再び改良されるだろう。
さらに、質量要素が第三のばね要素を介して支柱に接続される場合、質量要素は、順に、その質量によって減衰要素を安定化し、他方で、上側及び下側支持板と同様に、水平力を吸収し、振動を増幅させ、振動を支柱から支柱に移し得る。これによって、軸受要素の剛性がさらに増加されるとともに、システムの減衰性が、さらに改善されるだろう。
質量要素は、二つの円板形状の質量板と、それらの間に設けられた固定板と、を備えることが有利であると考えられる。円板形状の設計は、最適な質量分布及び低い空間要件を保証する。支柱は、比較的薄い固定板にのみ接続される必要があるため、質量板と固定板とを、物理的に分離することによって、より簡素な設計となる。
本発明の好ましい実施形態において、第一、第二及び/又は第三のばね要素は、上側支持板、下側支持板及び/又は固定板等の、関連された板から突出するとともに、弾性的に移動されることができるタブの形態で設けられている。これによって、板及び支柱及び/又は減衰要素の接続が容易となる。特に、これによって、軸受ユニットの取り付けが容易となる。
タブ及び関連された板は、金属製であることが、有利である。それらの製造のために、多数の金属及び合金から選択されることができ、遠心分離器の各構造要件は、満足に見合われることができる。
上側支持板、下側支持板及び/又は固定板は、リングディスクの形態であることが、特に有利であると考えられる。リングディスクは、容易に製造されることができ、支柱及び/又は減衰要素は、それらの周辺に、容易に均等に分布されることができる。これによって、タブによって各板に向け直された力の良好な分配が得られる。このようにして、軸受要素は、増加された安定性及び減衰力を示すだろう。
本発明の一局面において、上側及び下側支持板並びに固定板の少なくとも一つは、その関連されたタブと一体的に形成されるとともに、特に金属で、好ましくは、薄鋼板で製造されている。これによって、軸受要素は、かなり少ない部品しか有さないため、軸受要素の製造は、容易かつ安価となる。タブは、打ち抜き及び曲げ加工において、支持板と一緒に製造されることができる。さらに、板及びタブを一体的に形成することによって、軸受要素の安定性が、改善されるだろう。
システムの安定性をさらに増加させるために、モータは、モータハウジングから突出し、モータハウジングの周囲に配置され、お互いから均等に離間され、軸受ユニットにモータを強固に接続する取付足を有してもよい。
本発明の好ましい実施形態において、取付足は、上側支持板のタブが、取付足の間に設けられた状態で、上側支持板にモータを接続する。これによって、モータが軸受ユニットに確実に接続され、上側支持板を越えて作用力が均等に分配され、コンパクトな遠心分離機の設計が保証される。
本発明のさらなる利点、特徴及び可能な適用は、以下の明細書から収集され得、参照は、図面中に例示された実施形態になされる。
そのハウジグングを有さない遠心分離器の側面図である。 そのハウジグングを有さない、支持要素を備えた遠心分離器の斜視図である。 軸受ユニットの側面図である。 軸受ユニットの上面図である。 ロータ及びハウジングを有さない、遠心分離機の垂直断面図である。
図1は、実験用遠心分離機10の側面図である。本発明にとって不可欠である構成要素をもっとよく見えるように、遠心分離器のハウジングは、本図面及び他の図面から削除された。
実験用遠心分離機10の回転軸でもある、モータ18の長手方向回転軸Yの上端及び長手方向回転軸Yに沿って、遠心分離される材料を保持する容器を受けるためのロータ12が、取り付けられている。ロータ12は、その下に配置されるモータ18によって駆動されるモータシャフト14上に支持されている。モータ18は、モータハウジング24によって取り囲まれている。モータシャフト14は、上部軸受16、及び上部軸受16に対向する側で、モータシャフト14を包む下部軸受22を介して、モータハウジング24内に、回転可能に取り付けられている(図5を参照のこと)。既知の方法で、モータシャフト14は、例えば、スプラインシャフト(ここでは図示しない)によって、ロータ12とともに回転するように接続されている。
ロータ12から離れて対向するモータ18の側で、モータハウジング24には、軸受ユニット30の上側支持板32にモータ18を強固に接続する等間隔に離間された取付足20が、設けられている。軸受ユニット30は、モータ18を支持すること及びロータ12の回転によって生じる力を減衰することを意図されている。
モータ18から離れて対向する軸受ユニット30の側に、下側支持板38が、設けられている。下側支持板38上には、減衰要素として機能するとともに、同じ角度で取り付けられた支柱34を介して、上側支持板32に順に強固に接続される傾斜されたゴム‐金属要素36が、取り付けられている。長手方向回転軸Yに対して、ゴム‐金属要素36及び関連された支柱34の迎角αのために、不均衡の結果として発生される力は、ロータ12の回転の間、この範囲の角度において作用するため、10度と42度との間の角度が、一般的に有利であると考えられている。実験用遠心分離機10の本実施形態のために、21度の仰角αが、特に適していることが分かった。
支柱34を有さない軸受ユニット30を実施すること、例えば、上側支持板32上に直接ゴム‐金属要素36を取り付けることが、さらに考えられる。しかしながら、軸受ユニット30の下側の直径が大きくなることによって、安定性が高くなり、それによって、減衰効果が改善されるだろう。そうでなければ、例えば、ばね軸受、磁気軸受又は油圧軸受が、また、使用されることができる。しかしながら、この実験用遠心分離機10のために選択されたゴム‐金属要素36の費用便益比率は、特に好ましい。
最後に、質量要素40は、上側支持板32と下側支持板38との間に設けられている。質量要素40は、支柱34及びゴム‐金属要素36に強固に接続されている。支柱34によるゴム‐金属要素36の傾斜された位置及びモータ18からのゴム‐金属要素36の離間によって、すでに、良好な減衰効果が生じ、その結果、質量要素40に対する絶対的な必要性はない。しかしながら、質量要素40を追加することによって、さらに一層、減衰効果が明確に改善されるだろう。
これまで説明した要素間の接続について、図2及び図5を参照して、以下に説明する。
図2は、ここで支持要素54上に取り付けられるように示される実験用遠心分離機10の斜視図である。上側支持板32上で、第一の弾性タブ48は、取付足20の各対の間に見られることができる。第一の弾性タブ48は、上側支持板32に面する支柱34の各端部を受けるとともに、上側支持板32に各支柱34を弾性的に接続する。第一の弾性タブ48は、また、例えば、上側支持板32上で溶接される別々の構成要素であってもよい。しかしながら、例示された実施形態におけるように、第一の弾性タブ48が、例えば、打ち抜き及び曲げ加工によって、上側支持板32と一体的に形成され、また、上側支持板32と同じ材料で製造される場合、軸受ユニット30の安定性は、増加されるだろう。
軸受ユニット30の下方境界は、第二の弾性タブ50を介してゴム‐金属要素36に接続される下側支持板38によって形成される。下側支持板38と上側支持板32との間に、質量要素40が、位置決めされている。質量要素40は、互いの上に積み重ねられている三つの板からなる。その真ん中に、第三の弾性タブ52を介して、ゴム‐金属要素36及び支柱34に弾性的に接続された固定板44が、設けられている。固定板44の上下には、円板形状の上側質量板42及び円板形状の下側質量板46が、それぞれ、取り付けられ、その両方ともに、固定板44に確実に接続されている。第一の弾性タブ48と同様に、本実施形態の第二の弾性タブ50及び第三の弾性タブ52は、また、それぞれ関連された下側支持板38及び固定板44と一体的に形成され、それぞれ関連された板と同じ材料で製造される。
軸受ユニット30は、ねじ接続56によって、下側支持板38を介して支持要素54に強固に接続されている。その四隅において、支持要素54は、実験用遠心分離機10が支持構造の表面上に立つ支持脚58を有する。
軸受ユニット30の減衰効果について、軸受ユニット30の側面図である図3を参照して説明する。明確性の理由で、質量要素40の二つの質量板42及び46を、本図面から省略した。
上述のように、例えば、不均衡から生じる、実験用遠心分離機10の回転部からの力は、回転軸Yに対して鋭角で作用する。シミュレーションによって、この角度は、本発明の実験用遠心分離機のために10度と21度との間であることが示された。これらの力をできるだけ効果的に吸収し、できるだけ減衰要素上の多くの緊張を避けるために、減衰動作のほとんどを実行するゴム‐金属要素36は、21度の適切な仰角αで位置決めされている。ゴム‐金属要素36は、第二の弾性タブ50を介して下側支持板38に強固に接続されている。この場合において、第二の弾性タブ50は、ばね要素として機能するため、軸受ユニット30の減衰効果を増加させる。
実験用遠心分離機10の他の実施形態において、例えば、ゴム‐金属要素36は、また、上側支持板32上に直接取り付けられてもよい。しかしながら、軸受ユニット30の下側のより大きな直径を得て、より高い安定性及び改良された減衰効果を達成するために、本実施形態のゴム‐金属要素36は、支柱34によって上側支持板32から離間されている。さらに、軸受ユニット30を安定化させるために、(図3において、固定板44のみによって示される)質量要素40は、ゴム‐金属要素36と支柱34との間に設けられている。上側支持板32において形成されるとともに、上側支持板32に支柱34を確実に接続する第一の弾性タブ48、及び固定板44において形成されるとともに、支柱34及びゴム‐金属要素36に固定板44を確実に接続する第三の弾性タブ52は、第二の弾性タブ50と同様に、ばね要素として作用し、それによって、軸受ユニット30の減衰効果をさらに増加させる。ここで、特に、支柱34の間の水平板内に、すなわち、質量要素40内に吸収されるべき力の部分を誘導するのは、第三の弾性タブ52である。
図4は、軸受ユニット30の上面図である。この視野から明確に見られることができない五つの支柱34が、六角ボルト60によって、第一の弾性タブ48にねじ留めされていた。しかしながら、支柱34の数は、また、それぞれの要求に応じて変更されることができる。さらに、上側支持板32は、上側支持板32上にモータ18の取付足20をねじ留めするための五つの孔62を有する。これについて、図5に示す。
図5は、垂直断面における実験用遠心分離機10の概略図である。図1とは対照的に、ロータ12及び二つの支柱34を、明確性の理由で、本図面から省略した。この断面図は、個々の接続をより明確に示す。
モータ18の取付足20は、ナット及びボルト接続64を介して、上側支持板32上にねじ留めされている。この目的のために、孔66が、取付足20に設けられるとともに、孔62が、上側支持板32に設けられ、両方の孔は、互いに割り当てられている。
上側支持板32及び支柱34の確実な接続は、第一の弾性タブ48内の孔70及び孔72に、六角ボルト60を通過させ(両方の孔は、互いに割り当てられている)、次に、上側支持板32に対向する支柱34の端部内に、六角ボルト60をねじ込むことによって、達成される。
支柱34及びゴム‐金属要素36への固定板44の確実な接続は、第三の弾性タブ52内の割り当てられた孔76に、モータ18に対向するゴム‐金属要素36の側にそれぞれ設けられたピン74を通過させ、次に、ピン74が、支柱34内の割り当てられた孔78に入ることによって、達成される。実験用遠心分離機10の重量、並びに支柱34及びゴム‐金属要素36の傾斜された位置によって、ピン74と、孔76及び78との間のフォームロッキング接続が、十分に安定したものとなる。
下側支持板38へのゴム‐金属要素36の確実な接続は、第二の弾性タブ50内の孔82及びゴム‐金属要素36内の孔84に、、ボルト80をねじ込むことによって、達成される。両方の孔は、互いに割り当てられている。
固定板44、上側質量板42及び円板形状の下側質量板46の確実な接続は、ナット及びボルト接続86によって達成され、各ボルトは、上側質量板42内に設けられた孔88、固定板44内に設けられた孔90及び下側質量板46内に設けられた孔92を通過させられ、次に、関連されたナットを用いて適所に固定される。
10 実験用遠心分離機、12 ロータ、14 モータシャフト、16 上部軸受、18 モータ、20 取付足、22 下部軸受、24 モータハウジング、30 軸受ユニット、32 上側支持板、34 支柱、36 ゴム‐金属要素、36a ばね軸、38 下側支持板、40 質量要素、42 上側質量板、44 固定板、46 下側質量板、48 第一の弾性タブ、50 第二の弾性タブ、52 第三の弾性タブ、54 支持要素、56 ねじ接続、58 支持脚、60 六角ボルト、62 孔、64 ナット及びボルト接続、66 孔、70 孔、72 孔、74 ピン、76 孔、78 孔、80 ねじ/ボルト、82 孔、84 孔、86 ナット及びボルト接続、88 孔、90 孔、92 孔。

Claims (17)

  1. 遠心分離機(10)、特に、実験用遠心分離機(10)であって、
    a)遠心分離される材料を保持する容器を受けるためのロータ(12)と、
    b)前記ロータ(12)が支持されるドライブシャフト(14)と、
    c)前記ドライブシャフト(14)を介して前記ロータ(12)を駆動するモータ(18)と、
    d)それぞれがばね軸(36a)を有する減衰要素(36)を備える軸受ユニット(30)と、
    e)前記軸受ユニット(30)を介して、前記遠心分離機(10)内に前記モータ(18)を固定するための支持要素(54)と、を備え、
    前記減衰要素(36)の前記ばね軸(36a)は、前記モータ(18)の回転軸Yに対して鋭角σで配置され、
    前記軸受ユニット(30)は、前記減衰要素(36)に接続される、複数の支柱(34)、好ましくは、3個と21個との間の支柱(34)を備え、前記支柱(34)は、それらが、各ばね軸(36a)と同軸状に整列されるように位置決め及び配置されていることを特徴とする、遠心分離機(10)。
  2. 前記軸受ユニット(30)は、ばね要素(48,50)と協働する少なくとも一つの支持板(32,38)を有することを特徴とする、請求項1に記載の遠心分離機(10)。
  3. 前記モータ(18)に強固に接続される上側支持板(32)と、前記支持要素(54)に強固に接続される下側支持板(38)と、が設けられていることを特徴とする、請求項2に記載の遠心分離機(10)。
  4. 前記鋭角αは、10度と42度との間、好ましくは、15度と25度との間の値であることを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載の遠心分離機(10)。
  5. 前記減衰要素(36)は、前記支柱(34)と前記下側支持板(38)との間に配置されていることを特徴とする、請求項3又は4に記載の遠心分離機(10)。
  6. 前記減衰要素(36)は、ばね軸受、油圧軸受、磁気軸受又は、特に、ゴム‐金属要素の形態で設けられていることを特徴とする、請求項1〜5の何れかに記載の遠心分離機(10)。
  7. 前記上側支持板(32)及び前記支柱(34)は、第一のばね要素(48)を介して互いに接続されていることを特徴とする、請求項3〜6の何れかに記載の遠心分離機(10)。
  8. 前記下側支持板(38)及び前記減衰要素(36)は、第二のばね要素(50)を介して互いに接続されていることを特徴とする、請求項3〜7の何れかに記載の遠心分離機(10)。
  9. 質量要素(40)は、前記上側支持板(32)と前記減衰要素(36)との間に配置されるとともに、前記支柱(34)に強固に接続されていることを特徴とする、請求項3〜8の何れかに記載の遠心分離機(10)。
  10. 前記質量要素(40)は、第三のばね要素(52)を介して前記支柱(34)に接続されていることを特徴とする、請求項9に記載の遠心分離機(10)。
  11. 前記質量要素(40)は、二つの円板形状の質量板(42,46)と、それらの間に設けられた固定板(44)と、を備えることを特徴とする、請求項9又は10に記載の遠心分離機(10)。
  12. 前記第一、第二及び/又は第三のばね要素(48,50及び52)は、前記上側支持板(32)、前記下側支持板(38)及び/又は前記固定板(44)等の関連された板から突出し、前記ばね軸(36a)に対して垂直に延びるとともに、弾性的に移動されるタブの形態で設けられていることを特徴とする、請求項10又は11に記載の遠心分離機(10)。
  13. 前記タブ(48,50,52)及び前記関連された板(32,38,44)は、金属製であることを特徴とする、請求項12に記載の遠心分離機(10)。
  14. 前記上側支持板(32)、前記下側支持板(38)及び/又は前記固定板(44)は、リングディスクの形態で設けられていることを特徴とする、、請求項11〜13の何れかに記載の遠心分離機(10)。
  15. 前記上側支持板(32)、前記下側支持板(38)及び前記固定板(44)の少なくとも一つの板(32,38,44)は、その関連された前記タブ(48,50,52)と一体的に形成されるとともに、特に金属で、好ましくは、薄鋼板で製造されていることを特徴とする、、請求項12〜14の何れかに記載の遠心分離機(10)。
  16. 前記モータ(18)は、モータハウジング(24)から突出する取付足(20)を含み、前記取付足(20)は、前記モータハウジング(24)の周囲に取り付けられ、お互いから均等に離間され、前記軸受ユニット(30)に前記モータ(18)を強固に接続するように作用することを特徴とする、請求項1〜15の何れかに記載の遠心分離機(10)。
  17. 前記モータ(18)は、モータハウジング(24)から突出する取付足(20)を含み、前記取付足(20)は、前記モータハウジング(24)の周囲に取り付けられ、お互いから均等に離間され、前記軸受ユニット(30)に前記モータ(18)を強固に接続するように作用し、前記モータ(18)は、前記上側支持板(32)の前記タブ(48)が前記取付足(20)の間に設けられた状態で、前記上側支持板(32)に接続されていることを特徴とする、請求項12〜15の何れかに記載の遠心分離機(10)。
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