DE1058766B - Schnell laufende Zentrifuge - Google Patents

Description

DEUTSCHES

INTERNAT. KL. G Ol Π

PATENTAMT

Ί102-

C 13695 IX/421

ANMELDETAG: 19. SEPTEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:

4. JUNI 1959

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit Druckgas betriebene, bei Atmosphärendruck arbeitende schnell laufende Zentrifuge (Ultrazentrifuge). Dieser Art wird wegen ihrer einfachen Konstruktion vor im Vakuum arbeitenden Ultrazentirifugen der Vorzug ge- geben.

Schnell laufende Zentrifugen dieser Art bestehen im Prinzip aus einem Stator mit einem Sattel in Form eines Hohlkegels und einem Rotor mit einem in diesen Sattel passenden Hohlkegel, der auf seiner kegeligen Oberfläche mit Nuten versehen ist, welche in der Projektion auf der Basisfläche gegenüber dem Radius meist etwas, ungefähr um 10°, versetzt sind. In der folgenden Beschreibung werden diese Nuten als annähernd radiale Nuten bezeichnet.

Der Stator weist eine Druckkammer auf, in welche Druckluft eingeleitet wird, deren im Winkel zum Radius schräg nach oben aus seinem hohlkegelförmigen Sattel aus Düsen austretende Strahlen den Rotor heben und ihn in Rotation versetzen, derart, daß der Rotor im Betrieb auf einem dünnen Luftpolster oder Luftlager ruht, wobei der Scheitelwinkel des Rotorkegels etwas größer ist als der des hohlen Statorkegels. Der Stator weist eine zentrale Bohrung auf, welche mit der atmosphärischen Luft in Verbindung steht und die Höhe des Luftpolsters bestimmt und stabil hält. Das Luftpolster gestattet dem Rotor, sich in den gegebenen Grenzen die für ihn günstigste Drehachse in Abhängigkeit von den Gleichgewielhtsbedingungen und einer etwaigen, das Gleichgewicht störenden Belastung zu wählen.

Die ersten nach diesem Prinzip konstruierten Zentrifugen entsprachen den Erwartungen vor allem deshalb nicht, weil sie nicht genügend stabil waren und weil der Rotor bei höherem Luftdruck aus dem Sattel des Stators hinausgeschleudiert wurde·. Diese Zentrifugen wurden später dadurch verbessert, daß der Maximaldurchmesser des Rotorkegels kleiner gewählt wurde als der Maximaldurchmesser des hohlen Statorkegels und der obere Rand dieses hohlen Statorkegels eine Abrundüng erhielt, was das Abströmen der Luft in günstigen: Weise beeinflußt. Jedioeh auch diese verbesserten Ultrazentrifugen wiesen verschiedene Mängel auf. Insbesondere war es bei ihnen nicht möglich, Rotoren mit langen, tiefen Nuten im Kegelmantel zu verwenden, die eine der Voraussetzungen zur Erzielung ultrahoher Umdrehungen bilden.

Die schnell laufende Zentrifuge nach der Erfindung zeichnet sich nicht nur durch die erzielbaren hohen Umdrehungen, sondern insbesondere durch einen -50 gleichmäßigen und ruhigen Lauf sowie durch eine hohe Stabilität aus.

Die Erfindung fußt auf der Erkenntnis, daß die Mängel der bisherigen Ultrazentrifugen in erster Schnell laufende Zentrifuge

Anmelder:

Bedfich Cirinsky, Ricany,
Prag (Tschechoslowakei)

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Spreer, Patentanwalt,
Göttingen, Groner Str. 37

Beanspruchte Priorität:
Tschechoslowakei vom 20. September 1955

Bedrich Cizinsky, Ricany, Prag (Tschechoslowakei),
ist als Erfinder genannt worden

Linie durch diie nicht genügende Lenkung der Bahn der den Raum zwischen dem hohlen Statorkegel und dem Rotorkegelmantel verlassenden Luft und durch eine unzweckmäßige Lagerung im Untergestell bedingt waren.

Das Wesen dfer Erfindung besteht in der Maßnahme zur Lenkung des aus dem Raum zwischen dem hohlen Statorkegel und dem Rotorkegelmantel austretenden Luftstromes Leitwände (Deflektoren) anzuordnen, welche einen ringförmigen Raum mit in Richtung nach unten hinaus geneigten Seitenwänden bilden, der sich wenigstens im größeren Teil seines vertikalen Querschnittes, wenn auch mäßig, in Richtung der strömenden Luft erweitert, wobei wenigstens eine dieser AVände des ringförmigen Raumeis auch im vertikalen Querschnitt gekrümmt ist. Der abgerundete obere, an der Eintritts teile der Luft in den ringförmigen Raum liegende Rand des höhlen Statorkegels geht dabei kontinuierlich in die den ringförmigen Raum in der Richtung zum Inneren begrenzende Leitwand über. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dem Scheitel des Rotorkegels ungefähr die Form eines Kegelstumpfes, zweckmäßigerweise mit abgerundetem Scheitel, zu erteilen.

Die Stabilität und Geräuschlosigkeit der Ultrazentrifuge nach der Erfindung wird günstig beeinflußt, wenn der eigentliche Zentrifugenkörper gegenüber dem Grundgestell der Zentrifuge so leicht wie

909 529/213

möglich und mit dem Gruridgestell über Dämpfer verbunden ist.

Die Zeichnung veranschaulicht die Zentrifuge nach der 'Erfindung in einer beispielsweisen Ausführung.

Fig. 1 stellt die Zentrifuge in einem senkrechten Axialschnitt, teilweise in Seitenansicht, dar;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Stator-Säule mit dem kegelförmigen Sattel und

Fig. 3 eine Draufsicht auf dien Statorhohlkegel.

Der Stator der Zentrifuge besteht aus einer Säule 1 mit dem Hohlkegel 2. Durch die Hohlkegelwandüng gehen acht Düsen 3 (von denen in Fig. 3 nur vier veranschaulicht sind) hindurch, die in einem Winkel β = 55° zur Lotrechten und in einem Winkel γ = 76° zum Radius (Fig. 2 und 3) verlaufen. Di© Säule 1 weist eine Längsbohrung 4 mit einem Durchmesser von 3 mm auf, welche mit der äußeren Luft in Verbindung steht. Die Düsen 3 haben einen lichten Querschnitt von 0,7 mm.

Im Ruhezustand sitzt der Rotor 5 mit seinem Kegelmantel auf dem Hohlkegel 2 dies Stators 1 auf. Der obere, zylinderförmige Teil des Rotors 5 ist als Küvette 6 ausgebildet. Zwischen seinem konischen und seinem zylindrischen Teil, ist im Rotor in der Ebene des kreisförmigen Ausschnittes im Deckel 8 eine Ringnut 7 angeordnet, welche zur Gewährleistung eines ruhigen Anlaufens und Auslaufens des Rotors dient. Der Rotorkegelmantel ist mit etwa radialen, verhältnismäßig tiefen, beinahe vom Scheitel bis zum Fuß des Kegelmantels verlaufenden Nuten versehen. Zusammen mit einem Hohlzylinder 9 und dessen massiven Unterteil 10 bildet die Säule 1 und die untere Wand des Statorhohlkegels 2 eine ringförmige Druckkammer mit einem Druckluftzuführungsstutzen 11, an welchen ein nicht dargestellter Luftschlauch angeschlossen wird.

Das äußere Gehäuse der Zentrifuge wird von einem Boden 12 gebildet, auf den ein oben von dem Deckel 8 abgeschlossener Zylindermantel 13 aufgesetzt ist. Im Mantel 13 sind Öffnungen 14 für die austretende Luft vorgesehen. Der obere, abgerundete Rand des Statorbohi-kegels 2 geht kontinuierlich in einen Deflektor 15 über. Dieser wird von oben auf einen gewissen Teil seiner Höhe von einem, zweiten gleichachsigen De^ flektor 16 übergriffen, der mit Schrauben 17 am Deckel 8 befestigt ist. Zwischen den beiden Teilen ,verbleibt ein sich nach unten erweiternder Ringraum 18 mit geneigten Wänden.

Die aus den Wänden der Teile 1, 2, 9,10 gebildete Druckkammer ist gemeinsam mit dem Gehäuse 12, ,13, 8 durch Schrauben 19 mit einem dreiarmigen Stern 20 verbunden, durch dessen Mitte die unten durch eine Mutter 21 gesicherte Säule 1 hindurchragt. Der ,Schnitt nach Fig. 1 geht durch die mittlere Längsebene eines der drei Arme des Sternes 20 hindurch. Eine Bohrung jedes Armes des Sternes 20 wird von einer in einer Hülse 23 geführten. Schraube 22 durchdrungen. Die Schrauben 22 drücken die Arme des Sternes elastisch gegen ein verhältnismäßig schweres Untergestell 24 an.

Die elastische Verbindung erfolgt mit Hilfe einer Fiberunterlage 25, eines Gummiringes 26 und der ,Gummiplatten 27. Das Untergestell 24 ist in bekannter Weise durch eine feste Schraube 28 und zwei Stellschrauben 29 in die horizontale Lage einstellbar.

Abb. 2 und 3 zeigen die Anordnung und die Lage der Düsen 3 im Statorhohlkegel 2. Wie bereits erwähnt, veranschaulicht die Zeichnung nur vier der vorgesehenen acht Düsen 3. α bezeichnet den Scheitelwinkel des Statorhohlkegels 2 in der Größe von 91°, β den Winkel von 55°, welchen die Düsenachsen mit der Lotrechten und γ den Winkel von 76°, welchen die Düsenachsen mit dem Durchmesser des Kreises in der entsprechenden Höhe des Kegelmantels einnehmen.
Die Zentrifuge, deren Zuführungsstutzen 11 mit Hilfe eines nicht dargestellten Schlauches an eine Luftdruckquellle angeschlossen ist, arbeitet folgendermaßen: Zuerst wird Druckluft bis zu einer Höhe von 2 atü eingelassen. Die in die Druckkammer 1, 2, 9, 10

ίο eingetretene Luft geht durch die Düsen 3, hebt den Rotor 5 und bildet zwischen dem Rotorkegelmantel 5 und dem Statorhohlkegel 2 ein Luftlager. Der Rotor 5 beginnt sofort sich durch die aus den Düsen 3 auf die annähernd radialen Nuten im Rohrkegelmantel auftreffenden Luftstrahlen mit großer Geschwindigkeit zu drehen, innerhalb von 10 bis 20 Sekunden kann der Druck der zugeführten Druckluft auf etwa 4,5 atü erhöht werden. Die Luft aus dem Raum zwischen dem Statorhohlkegel 2 und dem Rotorkegelmantel 5 tritt mit einer die Schallgeschwindigkeit übersteigenden Geschwindigkeit in den Ringraum 18 ein, wo sie zuerst am abgerundeten oberen Rand des Statorkegels 2 und dann an der Oberfläche des Deflektors 15 entlangströmt und schließlich durch die Öffnungen 14 in den freien Raum austritt. Das Anhaften des Luftstromes an der Oberfläche des Deflektors 15 ist eine Folge der in der Physik bekannten Erscheinung der Hemmung einer dünnen schnell strömenden Luftschicht, sich von einer festen Oberfläche loszulösen. Der zweite Deflektor 16 unterstützt noch das Anhaften des Luftstromes am Deflektor 15.

In der veranschaulichten Ausführung weist die wirksame Oberfläche des einen Rotationskörper bildenden Deflektors 16 eine geradlinig verlaufende Erzeugende auf, diese Oberfläche kann jedoch auch im Zusammenwirken mit der gegenüberliegenden wirksamen Oberfläche des Deflektors 15 gekrümmt sein. Die Deflektoren 15 und 16 verhindern Wirbelströme innerhalb der Zentrifuge, in erster Linie bewirken sie einen ruhigen und gleichmäßigen Lauf der Zentrifuge, unbeschadet der verhältnismäßig großen Tiefe der in einer Zahl von sechsunddreißig' bis vierzig angeordneten annähernd radialen Nuten im Rotorkegelmantel 5. Statt Druckluft kann zum Betrieb der Zentriftige auch ein beliebiges anderes gasförmiges Druckmittel verwendet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schnell laufende Zentrifuge, bestehend aus einem Stator mit einem hohlkegelförmigen Sattel und einem in diesen Sattel eingreifenden Kegel, welcher mit annähernd radialen Nuten versehen ist, wobei der Stator einerseits eine Druckkammer aufweist, in welche Druckluft eingeleitet wird, deren Strahlen aus dem hohlkegelförmigen Sattel durch im Winkel zum Halbmesser schräg nach oben geführte Düsen austreten, und andererseits eine mit der atmosphärischen Luft in Verbindung stehende Bohrung, wobei der maximale Durchmesser des Rotorkegels kleiner ist als der maximale Durchmesser des hohlen Statorkegels und der Scheitelwinkel des hohlen Statorkegels etwas kleiner ist als der Scheitelwinkel des Rotorkegeis und wobei schließlich der obere Rand des hohlen Statorkegels abgerundet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung der aus dem Raum zwischen dem hohlen Statorkegel (2) und dem Rotorkegelmantel (5) austretenden Luft Deflektoren (15, 16) mit abwärts nach außen geneigten

Wandungen angeordnet sind, die zwischen sich einen Ringraum (18) für die austretende Luft bilden, welcher sich wenigstens über den größeren Teil seiner Höhe, wenn auch mäßig, in der Richtung des fließenden Luftstromes erweitert.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Wandungen der Deflektoren (15, 16) im vertikalen Querschnitt gekrümmt ist.

3. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgerundete obere, an den Eintrittstellen der Luft in den Ringraum (18) liegende Rand des hohlen Statorkegels (2) kontinuierlich in die den Ringraum (18) gegen die das Innere begrenzende Deflektorwandung (15) übergeht.

4. Zentrifuge nach dien Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitel des Rotors (5) ungefähr die Form eines Kegelstumpfes mit abgerundetem Scheitel aufweist.

5. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Stator und dem Gehäuse bestehende Zentrifugenkörper mit einem Rahmen (20) starr verbunden ist, welcher unter Einschaltung von Dämpfern (23, 26, 27) auf einem Untergestell (24) ruht, das in an sich bekannter Weise durch Stellschrauben (28, 29) in die waagerechte Lage einstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 529/213 5.59