DE2122464C3 - Lageranordnung für eine Ultrazentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Ultrazentrifuge nach dem Oberbegriff des Patenten* Spruchs 1, wie sie aus der DE-AS 1080 931 bekanntist.

Ultrazentrifugen mit Öldrucklagern sind auch sonst bekannt (vergleiche deutsche Auslegeschrift 12 85 412),

65 Bei dem dort gezeigten Lager geht die Welle durch eine Kammer und diese trägt eine mit ihr fest verbundene Scheibe so, daß die Kammer unterhalb der Scheibe an eine Druckölleitung angeschlossen ist und im Bereich der Höhenlage, die die Scheibe beim Betrieb einnehmen soll, eine Auslaßöffnung an der Kammer vorgesehen ist. Die Welle ist mit einem Gewinde versehen, das entgegen der Drehrichtung ansteigend ausgebildet ist, und als Vakuumdichtung dient.

In der FR-PS 7 20 512 ist eine Zentrifuge beschrieben, die über eine schraubenförmige Spindel nach Art eines Schneckentriebs angetrieben wird, wenn sie mittels Handhebels über eine Reibkupplung eingeschaltet wird. Beim Bewegen des Handhebels wird Öl über Kanäle von einer Pumpe an die Lager herangebracht. Die Pumpe wird nur dann in Aktion gesetzt, wenn die Zentrifuge außer Betrieb ist. Für mit hoher Drehzahl umlaufende Zentrifugen wie Ultrazentrifugen ist eine derartige Lageranordnung und Schmierung nicht geeignet.

Es hat sich herausgestellt, daß bei den Ullrazentrifugen, insbesondere wenn ein Mittelfrequenzmotor, d. h. ein Motor mit einer Drehzahl von 20 000 bis 100 000 U/min verwendet wird, für einen Notlaufbetrieb Vorkehrungen getroffen werden müssen, um die Schmiermittelversorgung der Lageranordnung sicherzustellen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einfache Mittel zur Entlastung des Lagers für den Notlauf zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird Schaden von der Ultrazentrifuge auch dann abgewendet, wenn keine Bedienungsperson beim »Notlauf« zugegen ist. Die erfindungsgemäße Anordnung schaltet automatisch auf den Notlaufbetrieb um. Als automatische Mittel, die bei Ausfall der Druckpumpe für den Schmiermittelkreislauf wirksam werden, haben sich besonders Mittel bewährt, die nach Art einer hydrodynamischen Bremse wirken.

Bewährt hat sich auch zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Druckes im Schmiermiitelkreislauf, beim Notlaufbetrieb einen hydro-pneumatischen Druckspeicher zuzuschalten. In beiden Fällen ist eine hohe Betriebssicherheit und Lebensdauer gewährleistet.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung rein schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Ultrazentrifuge und den Schmiermittelkreislauf ihrer Lageranordnung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung mit hydrodynamischer Bremse.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit gleichen Ziffern bezeichnet.

F i g. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung des Lagers in einer Ultrazentrifuge. Im unteren Teil des Zentrifugengehäuses 1 ist die Antriebsvorrichtung 2 — im vorliegenden Falle ein Mittelfrequenzmotor — untergebracht, dessen Läufer 3 sich auf einen feststehenden und mit dem Gehäuse verbundenen Zapfen 4 dreht. Das Schmieröl wird von einer Pumpe 5 über die Druckleitung 6 in einen Zentfälkänal des feststehenden Zapfens 4 eingespeist und fließt über die Rücklaufleitung 7 und den Entgasungsbehälter 8 und/oder einen geeigneten Filter wieder der Pumpe 5 zu. An der Druckleitung 6 ist eifi hydro-pneumatischer Druckspeicher 9 unter Zwischenschaltung eines Drossel-Rückschlag-Ventils 10 angeschlossen, der im Notlauf-Betrieb automatisch bei

Ausfall der Pumpe 5 die Schmierölversurgung der Lageranordnung übernimmt. Im Normalbetrieb der Zentrifuge ist es zweckmäßig, die Pumpe bereits vor dem Einschalten der Antriebsvorrichtung in Betrieb zu setzen, damit sich an dem Lager 14 ein ausreichender Schmiermitteldruck aufbaut.

Fig.2 zeigt den unteren Teil der Zentrifugendrehwelle 24, welcher identisch ist mit dem Läufer 3 des elektrischen Mitielfrequenzmolors. Dieser Läufer besitzt eine Ausnehmung 11, in der zwei Lagerbüchsen 12 angeordnet sind. Der Läufer 3 und der Stator 2 des Motors sind nur durch einen Dichtspalt 31 getrennt. Die Lagerbüchsen sind mit achsparallelen Bohrungen oder Schlitzen 13 für den Ölriicklauf versehen. Am Boden 25 der Ausnehmung 11 befindet sich ein sphärisch vorspringendes Lagerelement 14, das sich gegenüber der tragenden, korrespondierend eingebuchteten Fläche 26 des Zapfens 4 frei einstellen kann und als Axiallager JienL Das Drucköl wird der Bohrung 11 durch den Zentralkanal 15 in dem feststehenden Zapfen 4 und den Schmierkanälen 16 durch die Außenwand 28 und dem Axiallager 14 durch die Tragfläche 26 zugeführt. Das Axiallager ist als hydrostatische¹ Lagei ausgebildet Zur Schmierung wird eine volumetrische Pumpe mit konstanter Fördermenge verwendet.

Der Pumpenförderdruck ist im wesentlichen vom Gewicht des auf die flexible Drehwelle 24 aufgesetzten Rotors 17 abhängig. Bei abgenommenem Rotor geht der Druck stark zurück, das das hydrostatische Axiallager nur durch den relativ leichten Läufer 3 belastet wird. Durch eine nicht dargestellte druckabhängige Schaltvorrichtung in der Druckleitung 6 wird der Strom zum Motor unterbrochen, solange kein Rotor eingesetzt ist. Die flexible Welle 24, die sich bei einem hochtourigen Lauf ohne Rotor verbiegen würde, ist hierdurch geschützt. Wesentlich bei der Erfindung ist, daß das aus den Lagern 12 und 14 austretende Öl infolge der Zentrifugalkräfte in die zylindrische Wandung 27 der Ausnehmung 11 geschleudert wird, wo es praktisch spritzfrei dem Ölsammelraum 18 zufließt. Das öl fließt von dort zur Förderpumpe durch eine Abflußöffnung im Gehäuse 1 ab in den Ölkreislauf.

Aus Fig.2 ist weiterhin das Konstruktionsprinzip einer »hydrodynamischen Bremse« ersichtlich. Im Gehäuse 1 sind zwei Abflußöffnungen 20 und 21 beiderseits der Schlüsselwand 29 angebracht. Dabei liegt ein Ölsimmelraum 18 radial eiiwärts von der Wand 29 und ein Ölsammelraum 18' radial auswärts von der Wand 29. Im Normalbetrieb fließt das öl über die Bohrung 20 aus dem Gehäuse ab. Zum Bremsen wird die Bohrung 20 durch ein Vemil 22 abgesperrt. Dadurch wird das Öl in den Bremskanal gedrückt und läuft über die Bohrung 31 und eine Umgehungsleitung 30 ab. Der Bremskanal ist vorzugsweise so ausgebildet, OaQ beim Absperren des Ventils 22 eine Gegenförderwirkung entsteht, wodurch im Notlauf-Betrieb — be> Ausfall der Pumpe — automatisch das Axiallager wirksam entlastet wird. Der Bremskanal wird dabei zwischen einer Außenwand des drehbaren Teils 3 und der Schüssel 29 durch einen engen Spalt 23 gebildet. Die Schüssel 29 ist mit dem Gehäuse 1 verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet.

Mindestens ein schraubenförmiger Kanal wird z. B. dadurch im Spalt 23 gebildet, daß Gewindegänge auf den Innendurchmesser der Schüssel 29 so geschnitten sind, daß sie beim Bremsen den Durchfluß von Öl durch den Spalt 23 drosseln bzw. ganz sperren und einen Gegendruck aufbauen.

Der Zapfen 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel abgesetzt, d. h. im Durchmesser zum Rotor hin kleiner werdend, und die Radiallager 12 sind auf verschiedenen Durchmessern angeordnet.

Die Ausbildung gemäß F i g. 2 ermöglicht es. bevorzugt, jedoch nicht ausschließlich im Nmlaufbetneb. in der Stellung »Absperren« der ersten Schmiermittelablauföffnung den Umlauf des Schmiermittels zu drosseln und nach Art einer hydrodynamischen Bremse auf das drehbare Teil einzuwirken. Hierdurch wird in Gegensatz zu der bisher bei Zentrifugen allgemein üblichen elektrischen Abbremsung eine einfach einzubauende Bremse geschaffen, die keine Erwärmung des Rotors zur Folge hat. Die bei der hydrodynamischen Bremsung gemäß der Erfindung erzeugten Bremskräfte sind weitaus höher als bei der bekannten elektrischen Abbremsung, und es ist keine aufwendige Schaltung erforderlich.

Sowohl bei bekannten elektrischen, insbesondere Gegenstrombremsen. als auch bei bekannten mechanischen Bremsen, die zusätzlich dem Verschleiß durch Abrieb unterliegen, werden große Mengen an Wärme freigesetzt, die nicht schnell genug abgeführt werden können und deshalb zu Überhitzung führen.

Die hydrodynamische Bremse weist im Gegensatz zu den bekannten mechanischen und elektrischen Bremsen eine völlig unterschiedliche Brems-Charakteristik auf. Während die bekannten Bremsen eine lineare Bremscharakteristik aufweisen, d. h., die Verringerung der Drehgeschwindigkeit bleibt in gleichen Zeitintervallen konstant, wirkt die hydrodynamische Bremse besonders stark in der ersten Phase des Bremsvorganges.

Bei den hohen Drehzahlen einer Ultrazentrifuge ist die beschriebene hydrodynamische Bremse mit Vorteil anwendbar, um besonders schnell und verschleißfrei auf niedrige Drehzahlen zu kommen. Die Reibungswärme wird dabei vom Schmiermittel abgeführt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Ultrazentrifuge mit einer von einer Antriebsvorrichtung antreibbaren, vertikal angeordneten Welle, an deren oberem Ende ein zur Aufnahme von zu zentrifugierendem Gut dienender Rotor befestigt ist, mit einer Anordnung zur Lagerung der Welle auf einem feststehenden Zapfen, der mit einem zentralen Schmiermittelzufuhrkanal versehen und an einen druckbeaufschlagten Schmiermittelkreislauf angeschlossen ist, welcher das Lager mit Schmiermittel versorgt, und mit einem glockenförmigen, nach unten offenen und den Lagerzapfen umgreifenden Teil am unteren Ende der Welle, dadurch gekennzeichnet, daß der glockenförmige Teil (3) von unten durch eine am Lagerzapfen (4) befestigte Schüssel (29) mit engem radialem Spalt (23) umfaßt ist, die an ihrer tiefsten Stelle eine absperrbare, an den Schmiermittelrücklauf angoschlossene Öffnung (20) aufweist, und daß Steuermittel vorgesehen sind, die bei Ausfall der Druckpumpe (5) zur Aufrechterhaltung eines lagerentlastenden Schmiermitteldrucks automatisch die genannte öffnung (20) schließen.

2. Ultrazentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die automatisch wirksam werdenden Steuermittel ein elektromagnetisch betätigbares Ventil (22) zum Absperren der öffnung (20) enthalten.

3. Ultrazentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schüssel (29) im Bereich des Spaltes (23) ein abwärts förderndes Gewinde ausgebildet ist.

4. Ultrazentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß a den Raum (18') außerhalb der Schüssel (29) eine Umgehungsleitung für bei abgesperrtem Ventil (20) durch den Spalt (23) aufwärts strömendes Rücklaufschmiermittel angeschlossen ist. ίο

5. Ultrazentrifuge mit einer von einer Antriebsvorrichtung antreibbaren, vertikal angeordneten Welle, an deren oberem Ende ein zur Aufnahme von zu zentrifugierendem Gut dienender Rotor befestigt ist, mit einer Anordnung zur Lagerung der Welle auf einem feststehenden Zapfen, der mit einem zentralen Schmiermittelzufuhrkanal versehen und an einen druckbeaufschlagten Schmiermittelkreislauf angeschlossen ist, welcher das Lager mit Schmiermittel versorgt, und mit einem glockenförmigen, nach unten offenen und den Lagerzapfen umgreifenden Teil am unteren Ende der Welle, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel vorgesehen sind, die bei Ausfall der Druckpumpe (5) für den Schmiermittelkreislauf zur Aufrechterhaltung eines lagcrentlastenden Schmiermitteldruckes einen hydro-pneumatischen Druckspeicher (9) automatisch auf die Druckleitung (6) zum Zentralkanal (15) des Zapfens (4) schalten.