Zentrifuge, insbesondere Wäschezentrifuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge, ins besondere eine Wäschezentrifuge, in deren Gehäuse das aus dem motorischen Antrieb mit senkrechter Welle und daran befestigter Trommel bestehende Schleuderaggre gat derart elastisch gelagert ist, dass es sowohl in axialer als auch in radialer Richtung schwingen kann.
Die beim Bau von Wäschezentrifugen herrschende Tendenz zur Senkung der Herstellungskosten führt dazu, dass die Zentrifugen zunehmend leichter werden, weil man für das Gehäuse und die Trommel immer geringere Blechstärken verwendet; ausserdem versucht man mit billigeren und dadurch meistens schwächeren Motoren auszukommen. Die Leichtbauweise führt indessen zu einer wesentlich herabgesetzten Standfestigkeit. Dazu kommt, dass man natürlich auch versucht, den Trom melinhalt so gross wie möglich zu machen, ohne die Aussenabmessungen der Zentrifuge zu vergrössern;
dies führt zu einer Verkleinerung des radialen Abstandes zwischen Trommel und Zentrifugengehäuse, so dass die Anforderungen an die Aufhängung, durch welche die immer vorhandenen Unwuchtkäfte aufgefangen werden müssen, stets höher werden.
Mn kann die Schleudertrommel und den starr damit verbundenen Motor als ein rotierendes System mit stati scher und dynamischer Unwucht betrachten. Die Un- wuchtkräfte können stets in zwei Komponenten zerlegt werden, wobei die eine Kraftkomponente rechtwinklig und die andere Kraftkomponente parallel zur Motor achse verläuft.
Wenn die Aufhängung einen Freiheits grad in einer zur Motorachse rechtwinkligen Richtung besitzt, so rotiert das System exzentrisch um eine zur Motorachse parallele Achse, die sogenannte Unwucht achse; besitzt dagegen die Aufhängung einen Freiheits grad in senkrechter Richtung, so vollführt das System eine Taumelbewegung. Die meisten der bekannten Auf hängungssysteme besitzen Freiheitsgrade in beiden Richtungen.
Bei allen elastischen Aufhängungen gibt es kritische Frequenzen mit Resonanzerscheinungen, die zu über- mässig grossen Schwingungsamplituden führen, wenn keine Massnahmen zu ihrer Dämpfung getroffen wer den.
Die Resonanzfrequenz ist eine Funktion der Auf hängungssteifigkeit in der Schwingungsrichtung, und zwar liegt die Resonanzfrequenz umso höher, je steifer die Aufhängung isst. Im allgemeinen ist es nicht möglich, die Resonanz ausserhalb des Schleuderdrehzahlbereichs zu verlagern, weil die Schleuder selbst nur eine be grenzte Steifigkeit aufweist, so dass in einem solchen Fall die ganze Schleuder schwingen würde.
Man kann jedoch die Schwingungsamplitude dadurch niedrig hal ten, dass man die Schwingungen des Systems dämpft. Die Dämpfungselemente absorbieren einen Teil der vom Motor gelieferten Leistung, d. h., je stärker die für ein System erforderliche Dämpfung ist, umso mehr Leistung muss der Motor aufbringen, um die kristischen Dreh zahlen zu durchfahren.
Abgesehen von Resonanzerscheinungen ist es zweckmässig, die Möglichkeit einer genügenden Bewe gungsfreiheit in radialer Richtung vorzusehen, damit sich die Trommel in ihre Unwuchtsachse einstellen kann. Diese Achse läuft, wie bereits erwähnt, parallel. zur und exzentrisch um die Motorachse; ihr Abstand ist direkt proportional der Unwucht und indirekt proportio nal der Drehzahl.
Bei allen bisher bekannten elastischen Aufhängun gen wurde versucht, die Schwingungsamplitude durch Dämpfung zu beherrschen, und mittels. einer hohen Motorbeschleunigung die kritischen Drehzahlen mög lichst schnell zu durchfahren. Die starke Dämpfung und die hohe Motorbeschleunigung erfordern jedoch den Einbau eines stärkeren Motors, der sich ungünstig auf die Herstellungskosten der Zentrifuge auswirkt.
Zweck der Erfindung ist es, .eine Zentrifuge mit einer elastischen Lagerung des Schleuderaggregates zu schaffen, die alle durch Unwucht erzeugten Schwingun gen im gesamten Schleuderdrehzahlbereich auszuglei chen vermag, und zwar mit einem Minimum an Dämp fung, um die Trommelausschläge und die Motorleistung im Hinblick auf die Senkung des Gewichtes und der Herstellungskosten so niedrig wie möglich zu halten.
Die der Erreichung dieses Zweckes dienende Auf gabe besteht,darin, die Federungs-Charakteristiken der elastischen Lagerung in der axialen und in der radialen Schwingungsrichtung so aufeinander abzustimmen, dass sich mit zunehmender Schwingungsamplitude in der radialen Richtung die Eigenfrequenz verlagert.
Bei der .den Gegenstand der Erfindung bildenden Zentrifuge, insbesondere Wäschezentrifuge, in deren Gehäuse das aus dem motorischen Antrieb mit senk rechter Welle und daran befestigter Trommel beste- hende Schleuderaggregat .derart elastisch gelagert ist, dass es sowohl in axialer als auch in radialer Richtung schwingen kann, wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass die als Funktion der Amplitude a darstellbare Rückstellkraft R in der axialen Schwingungsrichtung die Gleichung einer höheren Parabel 1. Ordnung und in der radialen Schwingungsrichtung die Gleichung einer Kurve der .allgemeinen Form: R = cia -f- c,an (n* 1) (n $ 0) erfüllt.
Dadurch, dass die Radialsteifigkeit nicht gleich der Axialsteifigkeit ist, weist die Aufhängung zwei kritische Drehzahlen auf; bei der einen führt das Schleuderaggre gat eine exzentrische Bewegung und bei der anderen eine Taumelbewegung aus. Es erscheint besonders zweckmässig, im Gegensatz zu den meisten bekannten Aufhängungen die axiale Eigenfrequenz nach oben zu verlagern,
da bei höheren Drehzahlen die Kreiselwir kung der Trommel der Taumelbewegung entgegenwirkt und so einen stabilisierenden Effekt aufweist.
In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch er läutert, und zwar zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform .einer Zentrifuge ge- mäss der Erfindung, im Längsschnitt,
Fig. 2 die Web und Kräfteverhältnisse bei der hori zontalen Auslenkung des Schleuderaggregates der in Fig. 1 dargestellten Zentrifuge unter der Wirkung einer Unwucht und Fig. 3 ein Element der elastischen Lagerung der Zentrifuge nach Fig. 1, in vergrösserter Darstellung.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungs gemässen Zentrifuge dargestellt. Innerhalb des auf Gummifüssen 1 stehenden Zentrifugengehäuses 2 ist das aus dem Elektromotor 3, der senkrechten Welle 4 und der Schleudertrommel 5 bestehende Schleuderaggregat elastisch so gelagert, dass es sowohl in axialer als auch in radialer Richtung schwingen kann.
Die elastische Lagerung besteht aus auf einem zur Motorwelle 4 kon zentrischen Kreis gleichmässig angeordneten elastischen Elementen 6, die als Tracke ausgebildet sind und bei spielsweise aus Gummi bestehen;
ihre Querschnittsform ist beliebig, vorzugsweise jedoch kreisförmig. Die elasti schen Elemente 6 sind mit ihren oberen Enden 6a an einem als Tragring .ausgebildeten Tragorgan 7 und mit ihren unteren Enden 6b an einem im Bodenbereich des Zentrifugengehäuses 2 angeordneten, ass Tragarm aus gebildeten Tragorgan 8 befestigt.
Zwischen den Enden 6a, 6b tragen die elastischen Elemente 6 das Schleuder aggregat 3, 4, 5 mittels eines am Elektromotor 3 ange ordneten Flansches 9, der an ,der Stelle 6c mit den ela stischen Elementen 6 verbunden ist. Dank dieser elas@ti- schen Lagerung kann das Schleuderaggregat ;sowohl in axialer als auch in radialer Richtung schwingen.
Bei Schwingungen in radialer Richtung erfahren die elasti schen Elemente 6 eine Auslenkung, die in Fig. 2 sche- matisch dargestellt ist, wobei der Einfachheit halber an genommen ist, dass sich der Punkt 6b in der Mitte der Länge L des elastischen Elementes 6 befindet, und das letztere über seine .gesamte Länge die gleiche Federcha- rakteristik aufweist;
selbstverständlich sind auch Aus führungsfoxmen möglich, bei denen eine oder beide Voraussetzungen nicht zutreffen.
In Fig. 2 ist die dem Auslenkungswinkel a entspre chende horizontale Schwingungsamplitude :der Masse m mit a bezeichnet. Die durch die letztere bedingte Deh nung der Kordel ist
EMI0002.0116
Diese Dehnung .ergibt zusammen mit der anfängli- chen Spannung S der Kordel (= Vorspannung) eine resultierende Zugkraft in der Kordel von der Grösse
EMI0002.0122
wobei F der Querschnitt der Kordel in [cm2] und E der Elastizitätsmodul des Kordelwerkstoffes in [kg/cm2] ist.
Damit wird die auf die Masse m wirkende Rückstell- kraft
EMI0002.0129
Setzt man
EMI0002.0130
so gilt für die Rückstellkraft:
EMI0002.0132
d. h. die Rückstellkraft R in der radialen Schwingungs richtung erfüllt die Gleichung einer Kurve der allgemei nen Form R = cla + Clan (n * 1) (n*0) während die Rückstellkraft R in der axialen Schwin gungsrichtung die Gleichung einer höheren Parabel 1. Ordnung erfüllt.
Die Differentialgleichung der Schwingung der Masse m in der radialen Schwingungsrichtung ist
EMI0002.0142
Daraus ist ersichtlich, dass bei kleinen Schwingungs- amplituden a ,das letzte Glied vernachlässigt werden kann, wenn,die anfängliche Spannung S (Vorspannung) der Kordel genügend gross ist; in .diesem Falle ergibt sich in der radialen Richtung eine einfache harmonische Schwingung der Masse m.
Wenn jedoch die Amplitude a grösser wird, kann das .letzte Glied der Differentialglei- chung nicht mehr vernachlässigt werden; in diesem Falle nimmt die Rückstellkraft R mit der 3.
Potenz der Amplitude zu, so dass sich die Eigenfrequenz mit zuneh mender Schwingungsamplitude nach oben verlagert. Mit anderen Worten: eine durch Resonanz bedingte Ampli- tudenzunahme wird vermieden, ohne dass zusätzliche Dämpfungsmittel erforderlich sind..
Die elastischen Elemente 6 können in besonders vorteilhafter Weise als aus gummielastischem Werkstoff bestehende, langgestreckte Kordeln mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sein. Eine solche Kordel ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dem dort gezeigten Ausführungs- beispiel ist der Querschnitt der Kordel in ihrem oberen und unteren Teil gleich gross.
Er könnte jedoch im un teren Teil grösser sein; eine solche Querschnittsvergrös- serung soll eine zusätzliche Steifigkeit bewirken, um die Resonanz in den optimalen Bereich zu verlegen.
Bei un terschiedlich grossen Spannkräften im oberen und un teren Teil der Kordel ist im Falle der radikalen Auslen- kung des Schleuderaggregates die Resultierende nicht horizontal gerichtet und ergibt somit eine die radiale Rückstellkraft darstellende horizontale Komponente und eine vertikale Komponente.
Mit der Vertikalkom- ponente erreicht man eine zusätzliche Stabilisierungs wirkung gegen die Taumelbewegung des Schleuderag gregates bzw. die Trommel.
Zwecks Änderung der Federcharakteristik im oberen und/oder unteren Teil der aus gummielastischem Werkstoff bestehenden elastischen Elemente können in den gummielastischen Werkstoff Einlagen eingebettet sein, die aus Schraubenfedern oder aus natürlichen oder synthetischen Monofilen oder Multifilen (z. B. Polyami den) bestehen können.
Man könnte jedoch auch die elastischen Elemente in ihrem oberen Teil vollkommen steif ausbilden und lediglich kurze Kordeln zum Aufhängen vorsehen.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform des Erfin dungsgedankens können die Tragorgane zu einem Trag gestell vereinigt sein; dieses kann an seinem unteren Ende, ggf. unter Zwischenschaltung elastischer Zwi- schenglieder, am Zentrifugengehäfuse befestigt sein.
Um die übertragun,g von Schwingungen vom Traggestell auf das Zentrifugengehäuse mit Sicherheit zu vermeiden, kann jedoch,das Traggestell auch unabhängig vom Zen trifugengehäuse befestigt sein, und zwar an den elasti schen Füssen des letzteren oder - wenn das Zentrifu- gengehäuse auf einem als elastischer Sockel wirkenden Gummiring ruht - an diesem elastischen Sockel.
Damit die Zentrifuge schnell und in einfacher Weise anderen Betriebsverhältnissen angepasst werden kann, empfiehlt es sich, die Vorspannung der elastischen Ele mente veränderbar zu machen; dies kann beispielsweise mittels Flügelmuttern erreicht werden, die auf den mit einem Schraubenbolzen versehenen Enden der elasti- schen Elemente sitzen und beim Weiterschrauben in der Anzugsrichtung die Vorspannung der elastischen Ele mente erhöhen, in der Gegenrichtung jedoch erniedri gen.