DE69805187T2

DE69805187T2 - Zentrifugaltrenneinrichtung

Info

Publication number: DE69805187T2
Application number: DE69805187T
Authority: DE
Inventors: Leonard Samways
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2018-02-12
Also published as: ATE216918T1; DE69805187D1; GB2322315B; GB9802792D0; GB2322315A; EP1009534B1; JP4307562B2; WO1998036845A1; GB9703685D0; ZA981331B; US6424067B1; EP1009534A1; JP2001511702A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Zentrifugaltrenneinrichtungen (Trennschleudern, Separatoren) der flüssigkeitsangetriebenen Art zum Trennen von Schwebschmutzstoffen aus einer Flüssigkeit, wie z. B. einem Fahrzeugmotorschmierstoff, in einem Einschließungsrotor, dem verschmutzte Flüssigkeit unter erhöhtem Druck zugeführt wird.
Flüssigkeitsangetriebene Zentrifugaltrenneinrichtungen sind zum Trennen von Fluids unterschiedlicher Dichten oder zum Abscheiden von Schwebstoffen aus Flüssigkeiten gut bekannt und werden schon lange in Schmiersystemen für Motoren und analoge Fahrzeugteile verwendet. Die gemeinsame Arbeitsweise ist, daß ein Gehäuse einen Rotor enthält, der in ihm zum Rotieren mit hoher Geschwindigkeit um eine weitgehend vertikale Achse getragen wird. Der Rotor umfaßt einen Behälter, dem Flüssigkeit unter erhöhtem Druck entlang der Rotationsachse zugeführt wird und aus tangential gerichteten Rückstoßstrahldüsen in das Gehäuse ausgeschleudert wird, aus dem es in die Motorölwanne abläuft. Außerdem wird verschmutztes flüssiges Schmiermittel dem Rotor zugeführt, um ihn zu durchlaufen, und dabei werden dichtere Schmutzstoffe zentrifugal von ihm getrennt und im Rotor zurückbehalten. In einer sogenannten selbst angetriebenen Zentrifugaltrenneinrichtung der Art, wie sie z. B. in EP-A-0606578, auf dem der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, GB-A-735658, GB-A-757538, GB-A-2160796 oder GB-A-2383194 beschrieben wird, kann die Antriebsflüssigkeit die verschmutzte Flüssigkeit umfassen, oder sie kann eine separate Flüssigkeit sein, wie in GB-A-2297499 beschrieben.
Ungeachtet des Ursprungs der Rotorantriebsflüssigkeit bewirkt die von der ausgeschleuderten Flüssigkeit verlorene Energie die Drehung des Rotors um die Achse mit einer Geschwindigkeit, die für die im Rotor zirkulierende und ihn durchlaufende verschmutzte Flüssigkeit schnell genug ist, um Schmutzfeststoffe an Oberflächen abzulagern, die von der Achse radial nach außen beabstandet und radial nach innen zur Achse gerichtet sind. Für effizientes Abscheiden und zum Sicherstellen, daß abgeschiedene Schmutzstoffe nicht die Rückstoßstrahldüsen beeinträchtigen, kann der Rotorbehälter mit einer sich radial nach innen erstreckenden Trennwand versehen sein, die den Rotor effektiv in eine Abscheidekammer, in der sich die Feststoffe ansammeln, und eine Ausströmkammer, zu der die gereinigte Flüssigkeit über eine nahe der Rotationsachse angeordnete Übergangsöffnung fließt, unterteilt. In modernen Designs, wie z. B. EP 0193000 und GB 2283694, erstreckt sich diese Trennwand häufig radial und axial als Trennkegel, wie er manchmal genannt wird, der Feststoffe und Flüssigkeit enthaltenden Schlamm besser in der Abscheidekammer hält, wenn die Rotationsachse aus der Vertikalen geneigt wird.
Mit einem erfolgreichen Betrieb sind mehrere Kriterien verbunden. Insbesondere muß Flüssigkeit, die dem Rotor zugeführt wird, um ihn anzutreiben, unter beträchtlichem Druck stehen, wenn die durch ihr Durchströmen durch die Rückstoßstrahldüsen verlorene Energie ausreichen soll, um den Rotor schnell genug zu drehen, um das zentrifugale Abscheiden der genannten verschmutzten Teilchen zu bewirken. Auch muß der Rotor mit seine Rotation zulassenden Lagereinrichtungen in der Gehäuseeinfassung getragen werden, und die Effizienz der Rotation und somit der Abscheidung hängt daher von Unzulänglichkeiten und Verlusten innerhalb der Lagereinrichtungen ab. Darüber hinaus besteht unter bestimmten Umständen eine Tendenz, daß der rotierende Rotor Vibrationen, im besonderen als Lärm, entstehen läßt, die über die Lagereinrichtungen auf das Gehäuse übertragen werden, wobei diese Vibrationen nicht nur einen der Rotationsleistung abträgigen Energieverlust darstellen, sondern auch bewirken, daß der Komfort der Fahrzeugbenutzer gestört wird. Die Vibrationsprobleme sind dann am ausgeprägtesten, wenn der wirbelnde Rotor nach Aufhören des Drucks der Zuführflüssigkeit allmählich zum Stillstand kommt, wie unten noch weiter besprochen wird und wie in GB-A-2308557, dessen Inhalt hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird.
Konventionell ist der Rotor mit Hilfe einer Achsvorrichtung in der Form einer statischen Spindel montiert, die in bezug auf das Gehäuse fixiert ist und relativ zu der sich der Rotor dreht, oder in der Form einer Spindel, die an dem Rotor relativ zum Gehäuse fixiert und mit ihm rotierbar ist, und aus praktischen Gründen und zum Zweck der Klarheit in dieser Beschreibung wird eine derartige rotierbare Spindel als eine "Welle" bezeichnet, die sich von den Enden des Rotors erstreckt.
Es versteht sich, daß die oben beschriebene statische Spindel und rotierbare Welle zweckentsprechend jeweils komplett durch den Rotor hindurch verlaufend oder als kurze, sich vom Gehäuse und/oder Rotor erstreckende Achsstummel gebildet sein können, und es ist vorgesehen, daß die Begriffe "Achsvorrichtung", "Spindel" und "Welle" derartige Varianten einschließen.
Ungeachtet der Form der Achsvorrichtung ist der Zentrifugenrotor gewöhnlich mit Lagern, die parallele Gleitlagerbuchsen aufweisen, die an jedem Ende des Rotors getragen werden und die sich vertikal erstreckende Achsvorrichtung umgeben, um Achslager zu bilden, für die Rotation montiert, wie in dem oben erwähnten EP-A-0606578 gezeigt. Die Buchsen sitzen in Spielpassung auf der Achsvorrichtung, um uneingeschränkte Rotation zuzulassen, und der Spalt zwischen jeder Buchse und Achsvorrichtung ist dem dem Rotor zugeführten Schmierstoff ausgesetzt, so daß etwas Schmierstoff am Spalt entlang entweicht und mit der Rotation einen hydrodynamischen Film erzeugt, der für leichte Drehung und etwas Radialsteifigkeit sorgt.
Die Montage des Rotors mit Achsschenkel-Gleitlagerbuchsen zur Drehung um eine vertikale Achse stellt an sich keinen axialen Halt für die während des Betriebs auf den Rotor ausgeübte axial gerichtete Last bereit. In Anbetracht dessen, daß ein begrenzter Grad an axialer Verschiebung zur Ermöglichung einer freien Rotation angemessen ist, wird eine Drucklagereinrichtung zum Tragen einer axial gerichteten Last am Rotor während des Betriebs bereitgestellt und möglicherweise auch eine Verschiebungsanschlageinrichtung zur Begrenzung axialer Verschiebung in der axialen Richtung, die der von der Drucklagereinrichtung abgedeckten entgegengesetzt ist, wobei die Verschiebungsanschlageinrichtung selbstverständlich die Form eines zusätzlichen Drucklagers zum Stützen des Rotors unter spezifischen Umständen mit minimalem Energieverlust haben können.
Konventionell wird eine derartige Drucklagereinrichtung und zusätzliche Drucklagereinrichtung von einem sich radial erstreckenden geflanschten Ende an einer der Achsschenkelbuchsen und einer in bezug auf das Gehäuse fixierten Gegenfläche bereitgestellt, wodurch das unter Druck stehende Schmiermittel, das die Achslager schmiert und ihnen Radialsteifigkeit verleiht, auch die Drucklagereinrichtung schmiert.
In seiner einfachsten Form ist die Drucklagereinrichtung zwischen dem Rotor angeordnet, um die auf dem kombinierten Gewicht der Rotorstruktur und ihrer flüssigen Schmiermittelfüllung beruhenden Schubbelastung zu tragen, einschließlich möglicherweise einer effektiven Erhöhung einer derartigen Belastung, die von äußerlich ausgeübten Beschleunigungs- und Stoßkräften kommt. Derartige Drucklagereinrichtungen werden aus praktischen Gründen hierin als "Gewichts"- drucklagereinrichtungen bezeichnet.
Es ist verständlich, daß die vom gefüllten Rotor auf eine solche Gewichtsdrucklagereinrichtung ausgeübte Schubbelastung mehrere Kilogramm betragen kann und viel größer ist als die Belastung der Achslager, was ein Potential für übermäßigen Energieverlust im Drucklager und sogar Abnutzung des Drucklagers ergibt. Die Probleme von Schubbelastung aufgrund von Rotorgewicht wurden durch Bewirken des sogenannten druckinduzierten Auftriebs gelöst, wodurch die dem Antriebsflüssigkeitseingangsdruck ausgesetzten Achsschenkelbuchsen unterschiedliche Wandstärken haben, so daß der Flüssigkeitsdruck auf die Enden der Buchsen wirkt und auf den Rotor eine Auftriebskraft als Ausgleich für sein Gewicht ausübt. In Zentrifugaltrenneinrichtungen, die in Schwerbauweise konstruiert sind und bei denen die Rotoren schwer sind und/oder ein großes Volumen flüssigen Schmiermittels enthalten, kann ein solcher druckinduzierter Auftrieb, wie er möglich ist, lediglich zum Verringern der effektiven Schubbelastung auf das Gewichtsdrucklager dienen. In Trenneinrichtungen mit kleineren leichteren Rotoren kann der erzielbare Grad an Hub so sein, daß er das Gewicht des gefüllten Rotors völlig überwinden kann, und die Hauptdrucklagereinrichtung kann über dem Rotor angeordnet sein, wodurch im normalen Betrieb eine Schubbelastung auf den Rotor, die eine geringere Größe hat als das Gewicht des gefüllten Rotors, an der Drucklagereinrichtung aufwärts drückt. Derartige Drucklagereinrichtungen können aus praktischen Gründen als "Auftriebs"-Drucklager bezeichnet werden. Es versteht sich, daß der Rotor in Abwesenheit eines ausreichenden Antriebsflüssigkeitseingangsdrucks einer allgemein abwärts gerichteten Belastung unterworfen ist und zur Verschiebung nach unten neigt. Dementsprechend ist die Bereitstellung eines Verschiebungsanschlags (praktischermaßen unterhalb des Rotors) angebracht, möglicherweise als zusätzliches Drucklager.
Zusätzlich dazu, daß die Tragfähigkeit der Drucklagereinrichtung vom Antriebsflüssigkeitseingangsdruck abhängt, ist auch die radiale Steifigkeit der Achslager derartigem Druck gegenüber empfindlich, und diverse auf den Rotor einwirkende externe oder exzentrische Kräfte können zu einer Störung des hydrodynamischen Films und des Kontakts zwischen den sich relativ bewegenden Teilen führen, was eine Energieverlust-, Verschleiß- und Schwingungs-/Lärmquelle ist. Wie oben erwähnt, ist dies besonders problematisch, wenn die Schmiermittelzufuhr aufhört und der Rotor bis zum Stillstand verlangsamt wird. Außerdem erlaubt das Fehlen eines nachgefüllten Schmiermittelfilms zwischen Bauteilen des Druck- oder des zusätzlichen Drucklagers physisches Anstoßen der relativ rotierenden Teile, was ferner während eines längeren Verlangsamungsintervalls bis zum Stillstand eine Schwingungs-/Lärmquelle sein kann.
Zum Beispiel ist aus US-A-4363525 das Schwebendhalten eines rotierenden Körpers mit Hilfe eines kontaktlosen Lagers bekannt, wobei elektromagnetische Kräfte den Körper mit unterschiedlich starken Kräften gemäß kontinuierlicher Überwachung seiner Position anziehen. Während derartige elektromagnetische Lager die Rotation eines schwebenden Körpers bei äußerst hohen Drehzahlen in der Größenordnung von 100.000 U/min zulassen, sind sie aber in Kombination mit ihren Steuerungssystemen komplex und kostspielig zu realisieren und für Handelsartikel wie die hierin besprochenen Zentrifugaltrenneinrichtungen nicht geeignet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zentrifugaltrenneinrichtung bereitzustellen, die bei normalem Betrieb kleinerer Lagerverluste als bisher fähig ist und die ferner bei normalem Betrieb und/oder beim Verlangsamen bis zum Stillstand geringere Geräusch- und Schwingungspegel ergeben kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindungen umfaßt eine Zentrifugaltrenneinrichtung eine Gehäuseeinfassung, eine Achse, die betriebsbereit im wesentlichen vertikal durch die Gehäuseeinfassung verläuft, einen Rotor, der zur Aufnahme einer Flüssigkeit unter erhöhtem Druck angeordnet und um die Achse drehbar ist, reagierend auf den im wesentlichen tangentialen Ausstoß der Flüssigkeit von dort, eine Achslagereinrichtung zur Vereinfachung der Rotation des Rotors um die Achse sowie eine Drucklagereinrichtung zur Abstützung des Rotors in Bezug auf eine Versetzung entlang der Achsrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucklagereinrichtung mindestens ein magnetisches Rückstoßdrucklager aufweist, das einsetzbar ist, um zumindest teilweise die Belastung, die durch den betriebsbereiten rotierenden Rotor entlang der Achsrichtung entsteht, durch magnetische Rückstoß (Abstoßung) zwischen zwei magnetischen Elementen abzustützen.
Das magnetische Rückstoßdrucklager kann ein "Gewichts"-drucklager zum Tragen des Gewichts des flüssigkeitsgefüllten Rotors und/oder ein "Auftriebs"-lager zur Begrenzung der Verschiebung des flüssigkeitsgefüllten Rotors nach oben aufgrund von Antriebsflüssigkeitseingangsdruck bei normalem Betrieb umfassen. Darüber hinaus kann es einen axialen Verschiebungsanschlag zur Begrenzung der Verschiebung eines leeren oder leerenden Rotors, auf den ein magnetisches Rückstoßdrucklager einwirkt, aufweisen.
Im folgenden werden Ausgestaltungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beispielhaft beschrieben. Dabei zeigt bzw. zeigen:
Fig. 1 einen Schnittaufriß durch eine erste Ausgestaltung einer selbst angetriebenen Zentrifugaltrenneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer feststehenden Spindelachseinrichtung, auf der der Rotor zur Rotation montiert ist, und einem Gewichtsdrucklager, das von einem magnetischem Rückstoßdrucklager gebildet wird, bei dem ein ringförmiges magnetisches Element mit Bezug auf das Gehäuse fixiert ist und die Rotationsachse umgibt und ein zweites ringförmiges magnetisches Element am unteren Ende des Rotors fixiert ist, um den Rotor durch magnetische Rückstoßkraft schwebend zwischen den magnetischen Elementen zu halten;
Fig. 2 einen Schnittaufriß eines Teils der Trenneinrichtung von Fig. 1, umfassend das magnetische Rückstoßdrucklager, bei dem das feststehende magnetische Element im Verhältnis zum axial konzentrischen rotierbaren magnetischen Element radial versetzt ist, um die radiale Querbelastung des angrenzenden Achslagers in einer vorbestimmten Richtung zu bewirken;
Fig. 3 einen Schnittaufriß durch eine zweite Ausgestaltung der selbst angetriebenen Zentrifugaltrenneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Spindel und die Achslager zum Bewirken des Auftriebs des Rotors im Betrieb bemessen sind und ein Auftriebsdrucklager von einem magnetischen Rückstoßdrucklager ähnlich dem von Fig. 1, das aber über dem Rotor montiert ist, gebildet wird;
Fig. 4 einen schematischen Schnittaufriß einer dritten Ausgestaltung der Zentrifugaltrenneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine von einem magnetischen Rückstoßdrucklager wie Fig. 1 gebildete Gewichtsdrucklagereinrichtung hat, bei der sich aber auch das Oberteil der Spindel und die entsprechende Achsschenkelbuchse radial und axial konisch verjüngen, um Verschiebungsanschläge zu bilden, die für einen sich verlangsamenden und/oder leerenden Rotor, auf den das magnetische Gewichtsdrucklager einwirkt, für Zentrieren und Stützen zu sorgen;
Fig. 5 einen schematischen Schnittaufriß nach der Art von Fig. 3 von einem Teil einer vierten Ausgestaltung einer Zentrifugaltrenneinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, der Gewichtsdrucklager und Auftriebsdrucklager, gebildet von einem magnetischen Rückstoßdrucklager, zeigt, wobei jedes ein magnetisches Element davon gemeinsam hat;
Fig. 6(a) eine teilweise Perspektiv-, teilweise Querschnittsansicht des magnetischen Rückstoßdrucklagers der Fig. 1 bis 5, das beide magnetischen Elemente aus Dauermagneten in der Form einfacher Ringe mit kreisförmigem Querschnitt zeigt, bei denen jeweils die axialen Stirnseiten entgegengesetzte Pole sind und die Ringe so angeordnet sind, daß gleiche Pole einander zugewandt sind;
Fig. 6(b) eine teilweise Perspektiv-, teilweise Querschnittsansicht einer alternativen Form von magnetischem Rückstoßdrucklager, bei der eines der magnetischen Elemente von einem Ring mit kreisförmigem Querschnitt gebildet wird und das andere magnetische Element von einer Mehrzahl diskreter, sich axial erstreckender Stabmagneten gebildet wird, die um die Längsachse herum angeordnet sind;
Fig. 6(c) eine teilweise Perspektiv-, teilweise Querschnittsansicht einer weiteren Form von magnetischem Rückstoßdrucklager, die ringförmige magnetische Elemente hat, die in einer axialen Richtung U-förmig sind und von denen jedes radial getrennte, einander zugewandte Pole bereitstellt;
6(d) eine teilweise Perspektiv-, teilweise Querschnittsansicht einer Form von magnetischem Rückstoßdrucklager, bei dem ein ringförmiges magnetisches Element ähnlich dem von Fig. 6(c) ist und das andere magnetische Element von einer Mehrzahl sich radial erstreckender Stabmagneten gebildet wird, die um die Längsachse herum angeordnet sind;
Fig. 6(e) und 6(f) eine teilweise Perspektiv-, teilweise Querschnittsansicht von weiteren Formen eines magnetischen Rückstoßdrucklagers ähnlich den Fig. 6(c) bzw. 6(d), bei denen aber das feststehende magnetische Element (zumindest teilweise) von einem Elektromagneten gebildet wird;
Fig. 7 einen schematischen Schnittaufriß von einem Teil einer fünften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Zentrifugaltrenneinrichtung, bei der das Gewichtsdrucklager zum Teil von dem gesteuerten Elektromagnet-Rückstoßdrucklager von Fig. 6(a) bereitgestellt wird, das eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Elektromagnetstroms hat, und der Verschiebungsanschlag von einer sich konisch verjüngenden Spindel und einer sich kooperierend konisch verjüngenden Achsschenkelbuchse zum Erleichtern des Zentrierens und des physikalischen Abstützens des Rotors wahrend der Abwesenheit eines elektromagnetischen Stroms bereitgestellt wird, und
Fig. 8(a), 8(b) und 8(c) schematische Schnittaufrisse einer sechsten bzw. einer siebten oder einer achten Ausgestaltung der Zentrifugaltrennvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die funktionsmäßig Fig. 1 bzw. 4 oder 7 entsprechen, bei denen aber die Achseinrichtung jeweils von einer rotierbaren Welle gebildet wird, die im Verhältnis zum Rotor befestigt und zur Rotation in den in bezug auf das Gehäuse fixierten Achsschenkelbuchsen montiert ist.
Bezugnehmend auf Fig. 1 und 2, wird an 10 allgemein eine selbst angetriebenen Zentrifugaltrenneinrichtungsanordnung für einen Fahrzeugmotor angezeigt. Die Trenneinrichtung wird in Verbindung mit einem Hauptstromfilter (nicht gezeigt) zum Freihalten des Motorschmiermittels von potentiell schädlichen Schmutzstoffen eingesetzt. Schmiermittel wird von einer Pumpe (nicht gezeigt), deren Förderdruck geregelt ist, die aber in begrenztem Maße auch von der Motordrehzahl und der Schmiermitteltemperatur abhängig ist, im Motor herumgepumpt.
Die Trenneinrichtungsanordnung 10 hat ein Gehäuse 11 in der Form einer Tragstruktur 12, die mit dem Motor verbunden ist, um gepumptes Schmiermittel über den Zuführkanal 13 zu erhalten und es über den Ablaufkanal 14 zum Ölsumpf zurückzuführen, wodurch die Motorkomponenten, die das gepumpte Schmiermittel verwenden, umgangen werden. An der Tragstruktur 12 ist eine sich weitgehend vertikal erstreckende Achse 16 in der Form einer Spindel befestigt, die einen Durchgang 17 hat, der sich wenigstens an einem Teil des Zuführkanals 13 an seinem unteren Ende entlang erstreckt und mit ihm verbunden ist. Das Gehäuse ist in vertikal trennbaren Teilen 181 und 182 und das obere Ende der Spindel 16i ist an einem Gehäuseteil 182 befestigt, das über die Mutter 19 lösbar mit dem Teil 181 abgedichtet ist, befestigt es.
In dem Gehäuse ist ein Rotor 20 zur Drehung um die Spindel 16 montiert. Der Rotor ist weitgehend konventionell und umfaßt einen aus Bauteilen 21 und 22 gebildeten Behälter, die an einer Naht 23 verbunden sind. Das Bauteil 21 hat eine Umfangswand 24, die sich an einem Ende des Rotors radial nach innen zu einer Öffnung 25 erstreckt. Das Bauteil 22 bildet ein sich weitgehend radial erstreckendes Unterteil, in dem Aussparungen 26, 27 gebildet sind, die ein Paar tangential gerichteter Rückstoßstrahldüsen enthalten, von denen nur eine an 28 sichtbar ist, wobei die Unterteilkomponente 22 an 29 mit Öffnung 25 fluchtend an der Längsachse des Motors mit einer Öffnung versehen ist.
Ein hohles Röhrenelement 30, das, praktisch aber nicht notwendig, in das Unterteilelement 22 integriert ist, erstreckt sich von der Öffnung 29 zu der axial beabstandeten Öffnung 29 und durch sie hindurch und ist an seinem oberen Ende 301 zum Aufnehmen einer Spannmutter 302, die die Komponente 21 mit Hilfe ihrer Endwand festhält und axial dichtenden Druck auf die Naht 23 ausübt, mit Außengewinde versehen. Das Element 30 dient als Abstandshalter für die Endwände des Rotors und als ein Behältnis für Gleitlagerachsschenkelbuchsen 31 und 32, die den Rotor zur Rotation um die Spindel 16 tragen, wobei die Längsachse des Rotors daher (zumindest nominell) die Rotationsachse des Rotors ist und mit 34 bezeichnet ist.
Der Spindeldurchgang 17 mündet in das Abstandshalterelement, das an 33 mit einer Öffnung versehen ist, um flüssiges Schmiermittel von der Rotationsachse unter Eingangsdruck in den Behälter einzulassen. Das Abstandshalterelement 30 bildet so eine radiale Innenwand für den Behälter.
Die soweit beschriebene Zentrifugaltrenneinrichtung ist im wesentlichen konventionell, wobei die geförderte Flüssigkeit sowohl das verschmutzte Schmiermittel zum Reinigen innerhalb des Rotors als auch die Antriebsflüssigkeit zum Bewirken der Rotation des Rotors durch ihr Ausstoßen aus ihm heraus ist. Es ist klar, daß dem Rotor in einer solchen zusammengebauten Struktur ein gewisser Grad an Längsspiel oder axialer Versetzung zur Verfügung steht.
Die durch das Gewicht des Rotors bedingte nach unten wirkende Schubbelastung wird von Gewichtsdrucklagern, die allgemein an 40 angezeigt werden, aufgenommen, und jedwede Aufwärtsverschiebung, die auf äußerlichen Stößen oder Beschleunigungen beruht, wird durch einen an 50 angezeigten Verschiebungsanschlag begrenzt, der einen radial sich erstreckenden Flansch 51 von Buchse 32 und eine von Mutter 19, die am Gehäuseteil und in Gebrauch am oberen Spindelteil 16&sub1; befestigt ist, gebildete statische Buchse 52 hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Gewichtsdrucklagereinrichtung 40 ein magnetisches Rückstoßdrucklager 42. Das magnetische Rückstoßdrucklager 42, auch bezugnehmend auf Fig. 6(a), weist zwei magnetische Elemente auf, ein feststehendes magnetisches Element 43 ist in der Gehäuseeinfassung eingesetzt und in bezug darauf die Spindel 16 (und somit Achse 34) umgebend befestigt, wobei es einen ringförmigen Dauermagnet mit axial weisenden Polen 47, 48 umfaßt, und ein rotierbares magnetisches Element 46 ist in der Gehäuseeinfassung zur Rotation mit dem Rotor eingesetzt und umfaßt einen ringförmigen Dauermagneten mit axial weisenden Polen 47, 48, die am Unterteil 22 des Rotors konzentrisch mit seiner Rotationsachse befestigt sind. Die magnetischen Elemente sind in bezug zueinander angeordnet, wobei gleichnamige Pole 45, 47 weitgehend einander überlagernd ausgerichtet sind und eine solche magnetische Stärke haben, um ausreichend gegenseitige Rückstoßkraft zu erzeugen, um nicht nur in der axialen Richtung ungeachtet der axialen abwärtsgerichteten Belastung, die beim Betrieb vom Gewicht des Schmiermittels im Rotor auf diesen ausgeübt wird, und aller erwarteten externen Stoßkräfte getrennt zu bleiben, sondern auch durch einen derartigen Spalt getrennt zu bleiben, daß Stoffe innerhalb des Schmiermittels, die ferromagnetische Eigenschaften haben und von den Magneten angezogen werden, nicht zwischen den Magneten eingeschlossen werden und Oberflächenschaden an ihnen riskieren.
Da das magnetische Gewichtsdrucklager eine magnetische Abstoßung zwischen den magnetischen Elementen hat, die ausreicht, um den Rotor gegen sein Gewicht anzuheben, wenn er mit flüssigem Schmiermittel gefüllt ist, wobei das Gewicht dieses Schmiermittels an sich von 80-300% des Gewichts des leeren Rotors betragen kann, neigt dann das magnetische Rückstoßdrucklager, trotz jedweder anderen auf den Rotor wirkenden Hubkräfte, dazu, den Rotor nach oben zu verschieben, wenn er bei fallendem Förderdruck von Flüssigkeit entleert wird oder wenn irgendwelche externen Kräfte einen Gewichtsverlust emulieren. Je nach dem zulässigen Ausmaß an axialer Verschiebung des Rotors entlang der Spindel und der Geschwindigkeit, mit der die magnetische Rückstoßkraft mit der Trennung der magnetischen Elemente abnimmt, begrenzt der axiale Verschiebungsanschlag 50 durch Anstoßen zwischen den rotierbaren und feststehenden Flächen 51 bzw. 52 die axiale Verschiebung des Rotors. Die Flächen erhalten Schmiermittel aus der Lagerachsschenkelbuchse 32, so daß sie wenigstens vorübergehend zusätzliche Drucklagereinrichtungen bilden.
Wie oben besprochen, umfaßt die Achslagereinrichtung beabstandete Buchsen, die sich um die Spindel drehen und von einem Film flüssigen Schmiermittels in ihr abgestützt werden. Der hydrodynamische und in gewissem Maße auch der hydrostatische Druck dieses Films bewirkt zwar Radialsteifigkeit der Achslager, aber wenn der Eingangsdruck abfällt, reicht er eventuell nicht aus, um ungedämpften Kontakt zwischen den vom Rotor getragenen Buchsen und der vom Rotor getragenen Spindel zu verhindern, was zu hörbaren Lagergeräuschen führt.
Es ist verständlich, daß ein auf der Abstoßung zwischen axial beabstandeten konzentrischen magnetischen Elementen basierendes magnetisches Drucklager radial natürlich instabil ist, wie durch Earnshaws Theorem erwiesen, und die Teilmagneten dazu neigen, sich radial zu trennen. Während diese Instabilität bei einem rein magnetischen Schweben ein Problem ist, führt derartige Instabilität in der Trenneinrichtung 10 zu einer radialen Querbelastung der Achslager. Die zusätzliche Belastung in jedweder Richtung ist hinsichtlich bevorstehender Rotation für gut geschmierte Lagerzapfen relativ klein, bewirkt aber, daß eine Vorspannung erzeugt wird, die radiale Instabilität der Lagerzapfen und ihre Folgetendenz eliminiert, während der normalen Rotation des flüssigkeitsgefüllten Rotors im Betrieb bei vollem Eingangsdruck und auch dann, wenn während des "Verlangsamens bis zum Stillstand" der Eingangsdruck abfällt und der Rotor geleert wird, Schwingungen zu erzeugen.
Bei in bezug auf die Achse 34 nominell konzentrischen magnetischen Elementen ist die Richtung, in der die radiale Vorspannungskraft auf die Achsschenkelbuchsen wirkt, unbestimmt, und wenn die Trenneinrichtung so montiert ist, daß die Achse 34 im Betrieb vertikal ist, dann spielt es kaum eine Rolle, in welcher Richtung die radiale Kraft wirkt. Bei einigen Zentrifugaltrenneinrichtungskonstruktionen muß die Rotationsachse aber in bezug zur Vertikalen permanent ein wenig geneigt sein, und unter solchen Umständen wird während des Betriebs durchgehend eine gerichtete radiale Querbelastung auf die Achslager ausgeübt. Bezugnehmend auf Fig. 2 ist zu sehen, daß durch Versetzen des feststehenden magnetischen Elements in einer bestimmten radialen Richtung bewirkt werden kann, daß die Abstoßung zwischen den Magneten eine radiale Querbelastung in einer vorbestimmten Richtung auf die Achslager ausübt, die der Richtung, in der das feststehende Magnetelement aus der Konzentrizität versetzt ist, entgegengesetzt ist.
Wie oben bezüglich bekannten Drucklageranordnungen besprochen, wird der Schmiermitteleingangsdruck manchmal mit unterschiedlichen Endflächen von Achsschenkelbuchsen eingesetzt, um ein derartiges axiales Heben des Rotors zu bewirken, daß im normalen Betrieb statt einem Gewichtsdrucklager ein Auftriebsdrucklager benötigt wird. Es versteht sich, daß ein derartiges Drucklager von einem magnetischen Rückstoßdrucklager gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden kann. In Fig. 3, die eine zweite Ausgestaltung 300 der Zentrifugaltrenneinrichtung zeigt, sind viele der Bauteile mit denen von Trenneinrichtung 10 identisch und mit gleichen Bezugsnummern bezeichnet; andere Teile mit Gegenstücken, die sich in irgendeiner Weise unterscheiden, haben Bezugsnummern, die an einer vorangestellten "3" erkennbar sind.
Die Spindel 316 hat an ihrem oberen Teil 3161, wo er von Buchse 332 umgeben ist, einen kleineren Querschnitt als ihr unterer Teil 3162, wo er von Buchse 331 umgeben ist, und/oder die Buchse 332 hat eine größere Wandstärke, wodurch der Flächenunterschied der dem Flüssigkeitseingangsdruck ausgesetzten Buchsenenden bewirkt, daß auf den Rotor ausreichend Kraft in einer axialen Aufwärtsrichtung ausgeübt wird, um den Rotor anzuheben, wenn er mit dem flüssigem Schmiermittel gefüllt ist. Die Hauptdrucklagereinrichtung dieser Ausgestaltung ist somit ein Auftriebsdrucklager und umfaßt ein magnetisches Rückstoßdrucklager 360, das mit dem oben beschriebenen Lager 42 weitgehend identisch ist, das ein feststehendes magnetisches Element 361 in der Form eines ringförmigen Dauermagneten hat, der bezüglich dem Gehäuse an Mutter 19 befestigt ist, und einem rotierbaren magnetischen Element 362, ebenfalls in der Form eines ringförmigen Dauermagneten, der bezüglich dem Rotor 20 befestigt ist, so daß gleichnamige Pole der Magneten einander gegenüberliegen.
Auf eine Weise, die analog zur oben beschriebenen ist, wird die Stärke der Rückstoßkraft ausgewählt, so daß der normale druckinduzierte Auftrieb und erwartete Stoßkräfte nicht ausreichen, um den Luftspalt zwischen den Magneten auf weniger zu schließen, als erwünscht ist, um zu verhindern, daß von den Magneten angezogene Metallteilchen aneinander reiben.
Die untere Achsschenkelbuchse 331 ist mit einem sich radial erstreckenden Flansch 331&sub1; versehen und das die Spindel tragende Körperteil 12 hat an seiner Oberseite einen entsprechenden sich radial erstreckenden Flansch 12&sub1; aus geeignetem Lagermaterial, wobei die Flanschflächen parallel sind und mittels eines Schmiermittelfilms ein hydrodynamisches Lager zum Tragen des rotierenden Rotors bilden können. Die Flansche 331&sub1; und 12&sub1; definieren einen axialen Verschiebungsanschlag in der Form einer zusätzlichen Drucklagereinrichtung 340.
In beiden der oben beschriebenen Ausgestaltungen 10 und 300 ist vorgesehen, daß die magnetischen Elemente zwischen sich eine magnetische Rückstoßkraft erzeugen, die verhindert, daß sie miteinander in Kontakt kommen. In Anbetracht dessen, daß derartige axial gerichtete magnetische Abstoßung bei einer zunehmenden Trennung zwischen den Elementen rasch abnimmt, kann dann, wenn das erlaubte Ausmaß axialer Rotorbewegung klein ist, ein Grad an magnetischer Abstoßung, der ausreicht, um Magnetkontakt in Reaktion auf zusätzliche externe Kräfte zu verhindern, zu bestimmten Zeiten innerhalb normaler Betriebsbedingungen eine zusätzliche axiale Belastung auf eine(n) entgegengesetzte(n) Verschiebungsanschlag/zusätzliche Drucklagereinrichtung ausüben, z. B. wenn in Abwesenheit eines druckinduzierten Auftriebs die magnetische Abstoßung des Auftriebsdrucklagers 360 zum effektiven Gewicht des Rotors hinzukommt, das auf die zusätzliche Drucklagereinrichtung 340 drückt. Trotzdem, daß letztere als ein konventionelles geschmiertes Drucklager ausgeführt ist, kann der Schmierungsgrad in Abwesenheit des Antriebsflüssigkeitseingangsdrucks geringfügig sein und ungeeignet, um mit den höheren Belastungen zu diesem Zeitpunkt fertig zu werden. Aus diesem Grund ist es vielleicht pragmatisch, die Elemente jedes magnetischen Rückstoßdrucklagers mit derartiger magnetischer Stärke zu versehen, daß eine axiale Rückstoßkraft einer solchen Größe erzeugt wird, daß die Trennung zwischen den Magneten nur in Reaktion auf die relativ statischen Schubbelastungen des normalen Betriebs, aber nicht bezüglich zusätzlicher stoßartiger Belastungen aufrechterhalten wird. Das heißt, daß die magnetischen Elemente mit einer Verschiebungsanschlageinrichtung versehen werden können, die durch Anstoßen für wenigstens eine begrenzte Drucklagerfunktion sorgen können. Dies kann durch Beschichten der angrenzenden/Stirnflächen der magnetischen Elemente mit einem geeigneten, Trocken- oder Schmierkontaktlauf ermöglichenden Material realisiert werden, indem die Magnete um konventionelle Drucklagerflächen herum, wie 3311 und 12&sub1; oder 51 und 52, die von der Lagerbuchse und dem Gehäuse gebildet werden, und in bezug zu ihnen axial eingelassen montiert werden oder indem in die Stirnflächen der Magnete Lagerkontaktwerkstoffe eingebettet werden, die über die Magnetpole überstehen, wie in Fig. 6(a) an 60 und 61 in Durchsicht gezeigt wird.
Es ist klar, daß bei jeder der Zentrifugaltrenneinrichtungsausgestaltungen 10 und 300 sowohl Haupt- als auch zusätzliche Drucklagereinrichtungen völlig oder teilweise von magnetischen Rückstoßdrucklagern gebildet werden können, insbesondere die zusätzliche Drucklagereinrichtung 340 der Trenneinrichtung 300, die während der Betriebsphase der Verlangsamung bis zum Stillstand als Gewichtsdrucklager fungiert. Das feststehende Teil 12&sub1; oder das rotierbare Teil 331&sub1; kann von Magneten gebildet werden, wie für Lager 42 beschrieben.
Wie oben in Verbindung mit der Zentrifugaltrenneinrichtung 10 beschrieben, umfaßt das magnetische Rückstoßdrucklager ein zum Tragen des Gewichts eines flüssigkeitsgefüllten Rotors im Betrieb ausgeführtes Gewichtsdrucklager, und da das Gewicht der Flüssigkeit einen bedeutenden Anteil des gesamten Wirkgewichts bildet, besteht eine starke Tendenz zum axialen Heben des Rotors durch die magnetische Rückstoßkraft, wenn er sich während des Verlangsamens bis zum Stillstand leert, und wobei ein Verschiebungsanschlag 50 in der Form eines oberen Drucklagers für diesen Zweck erwünscht ist.
Fig. 4 zeigt, in sehr schematischer Form, eine dritte Ausgestaltung einer Zentrifugaltrenneinrichtung 400, die der Trenneinrichtung von Fig. 1 insofern allgemein ähnlich ist, als sie ein magnetisches Gewichtsdrucklager 42 am unteren Ende der fixierten Spindel 416 hat, sich aber bezüglich der mit dem oberen Ende 4161 der Spindel assoziierten axialen Verschiebungsanschlageinrichtung 450 unterscheidet. Die Spindel hat angrenzend an die zylindrische Achslageroberfläche einen radial und axial sich verjüngenden Teil 451 und die obere Lagerbuchse 432 hat einen kooperierenden Oberflächenteil 452. Bei normalem Betrieb, wenn der Rotor mit dem flüssigen Schmiermittel gefüllt ist und das vereinigte Gewicht vom magnetischen Gewichtsdrucklager 42 getragen wird, gibt es zwischen dem sich verjüngenden Teil 451 der Spindel und dem kooperierenden Buchsenteil 452 einen Spalt. Bei abnehmendem Schmiermitteleingangsdruck beginnt der Rotor sich bis zum Stillstand zu verlangsamen und läßt den Schmierstoff zumindest teilweise ab; die Gewichtsabnahme während des Verlangsamens bis zum Stillstand bewirkt, daß das magnetische Drucklager 42 den Rotor anhebt, so daß die sich verjüngenden Teile 451 und 452 aneinander anstoßen, wobei die Verjüngung zum Zentrieren des Rotors dient und nicht nur axiale Abstützung als axialer Verschiebungsanschlag bereitstellt, sondern auch radiale Abstützung frei von radialer Steifigkeit der Achslager, die vom Schmierstoffeingangsdruck abhängig war. Mit einer derartigen Anordnung, die zur im oben erwähnten GB-A-2308557 beschriebenen analog ist, läßt sich während der Verlangsamungsphase eine bessere Schwingungs- und Gerauschverringerung erzielen.
In einer Abänderung der Trenneinrichtung 300 könnte ein derartiger axialer Verschiebungsanschlag bezüglich dieses axialen Auftriebs während der Verlangsamung bis zum Stillstand eindeutig auch nahe am unteren Achslager angeordnet sein.
Zwecks einfacherer Erklärung wurden die magnetischen Rückstoßdrucklager zwar im vorangehenden als an den Stellen angeordnet beschrieben, die gewöhnlich von den hydrodynamischen Drucklagern eingenommen werden, die sie ersetzen, aber das ist nicht unbedingt erforderlich. Fig. 5, auf die jetzt Bezug genommen wird, zeigt schematisch nur den oberen Teil einer vierten Ausgestaltung der Zentrifugaltrenneinrichtung 500, die ein Gehäuseteil 182, eine fixierte Spindel 16 und einen Rotor 20 hat, wie oben beschrieben. Die Trenneinrichtung 500 unterscheidet sich insofern von der Zentrifugaltrenneinrichtung 10, als das magnetische Rückstoßdrucklager 542, das ein Gewichtsdrucklager bildet, über dem Rotor angeordnet ist, wobei es einen ringförmigen ferromagnetischen Magneten 546 hat, der von einer Verlängerung des röhrenförmigen Rotorelements 30 getragen wird, und ein rotierbares magnetisches Element über einem ringförmigen Dauermagnet 543 bildet, der in bezug zum Lager fixiert ist und ein feststehendes magnetisches Element bildet.
Die Figur zeigt auch die wahlweise Bereitstellung eines Auftriebsdrucklagers 560, das von einem feststehenden magnetischen Element 561 und dem rotierbaren magnetischen Element 546 gebildet ist, das beiden magnetischen Rückstoßdrucklagern gemeinsam ist. Wie oben besprochen, kann jedes der magnetischen Rückstoßdrucklager durch eine axiale Verschiebungsanschlageinrichtung ergänzt werden, die eine Begrenzung der axialen Verschiebung durch Anstoßen zwischen einer feststehenden und einer rotierbaren Fläche liefert. Ein derartiger axialer Verschiebungsanschlag kann von einem oder dem anderen der Lager 542 und 560 gebildet werden, je nachdem, welches den Rotor relativ zum Gehäuse im Betrieb trägt.
In allen oben beschriebenen Ausgestaltungen wurde der axiale Verschiebungsanschlag, der durch Anstoßen zwischen relativ rotierenden Oberflächen funktioniert, in der Form eines konventionell geschmierten oder trockenlaufenden Drucklagers je nach der Anordnung und den Werkstoffen seiner Teile gezeigt. Es ist zu erkennen, daß dort, wo ein derartiger Verschiebungsanschlag nur oder hauptsächlich unter Bedingungen zum Einsatz kommt, in denen der wirbelnde Rotor nach dem Entfernen des Schmiermitteleingangsdrucks bis zum Stillstand verlangsamt wird, die Stoßflächen des Verschiebungsanschlags so angeordnet sein können, daß sie einen formschlüssigen und/oder einen hohen Grad an Reibungseingriff zwischen sich haben, um die Abbremsung des Rotors zu bewirken.
Darüber hinaus wurden alle obigen Ausgestaltungen zum leichteren Verständnis dahingehend illustriert und beschrieben, daß jedes magnetische Rückstoßdrucklager von einem axial beabstandeten, axial polarisierten ringförmigen Dauermagneten gebildet wird, wie in Fig. 6(a) illustriert. Es versteht sich, daß Variationen bezüglich der Struktur der feststehenden und rotierbaren magnetischen Elemente möglich sind. Beispielsweise, und obwohl nicht spezifisch abgebildet, könnten die entgegengesetzten Pole an den radial inneren und äußeren Stirnflächen der Magneten anstatt an ihren axialen Enden definiert sein.
Fig. 6(b), auf die nun Bezug genommen wird, zeigt in ähnlicher teilweise Perspektiv-, teilweise Querschnittsansicht wie der von Fig. 6(a) eine alternative Anordnung des magnetischen Rückstoßdrucklagers 42b, bei dem eines der magnetischen Elemente, in diesem Fall das rotierbare Element 610, von einer Mehrzahl von sich axial erstreckenden Stabmagneten 610&sub1;, 610&sub2;, 610&sub3; . . . gebildet wird, die um die Rotationsachse herum angeordnet sind und deren Pole 611&sub1;, 611&sub2; . . . weitgehend axial auf die ringförmige Polseite 612 des feststehenden magnetischen Elements 613, das dem Element 43 entspricht, ausgerichtet sind. Es ist klar, daß, sofern eines der magnetischen Elemente ringförmig ist und einen Pol hat, der die Achse vollständig umgibt, es gleichgültig ist, ob es das feststehende oder das rotierbare Element ist.
In Fig. 6(c), auf die jetzt Bezug genommen wird, hat das magnetische Rückstoßdrucklager 42c magnetische Elemente 620 und 621, die von ringförmigen Dauermagneten gebildet werden, die einen U-förmigen Querschnitt haben und deren Nord- und Südpole am gleichen axialen Ende des Kreisrings (dem anderen Element gegenüber) und auf jeder Seite von wenigstens einer ringförmigen Aussparung 623 bzw. 624 radial beabstandet sind.
Fig. 6(d) zeigt das magnetische Rückstoßdrucklager 42d, das insofern eine Variante des obigen ist, daß eines der magnetischen Elemente, diesmal das feststehende Element 630, von einer kreisförmigen Anordnung sich radial erstreckender Stabmagneten 631&sub1;, 631&sub2;, 631&sub3; . . . bereitgestellt wird, deren entgegengesetzte Pole axial auf die radial beabstandeten Pole des ringförmigen rotierbaren magnetischen Elements 632, das einen U-förmigen Querschnitt hat, ausgerichtet sind. Als eine kleinere Variante hiervon (nicht gezeigt) können die einzelnen Stabmagneten jeweils U-förmig sein, wobei die radial getrennten Pole entsprechenden des ringförmigen Magnets gegenüberliegen.
Die Fig. 6(e) und 6(f), auf die jetzt Bezug genommen wird, zeigen magnetische Rückstoßdrucklager 42e und 42f, die den Lagern 42c bzw. 42d der Fig. 6(c) und 6(d) entsprechen, bei denen aber das feststehende magnetische Element wenigstens teilweise von einem Elektromagneten bereitgestellt wird. In Lager 42e von Fig. 6(e) ist das rotierbare magnetische Element ein ringförmiger Dauermagnet 640 U-förmigen Querschnitts und das feststehende magnetische Element 641 ist ein ringförmiger Körper U-förmigen Querschnitts, wobei die ringförmige Elektromagnetspule 642 in Aussparung 643 zwischen den radial beabstandeten Polen 644, 645 angeordnet ist. Der Körper kann aus einem ferromagnetischen Material bestehen, das gemäß dem augenblicklichen Pegel von in der Spule fließendem Gleichstrom magnetisiert wird, oder einen Dauermagneten umfassen, dessen magnetische Feldstärke an den Polen gemäß dem Augenblickswert von Strom in der Spule variiert wird. In Lager 42f von Fig. 6(f) ist auch das rotierbare magnetische Element ein Dauermagnet 650 U-förmigen Querschnitts, aber das feststehende magnetische Element 651 umfaßt eine Anordnung von sich radial erstreckenden Stabmagneten 652&sub1;, 652&sub2;, . . ., die von ferromagnetischen oder Dauermagnetkernen 653&sub1;, 653&sub2; . . . gebildet sein können, um die herum einzelne Elektromagnetspulen 655&sub1;, 655&sub2; . . . gewickelt sind. Alternativ können einige der Magnete Dauermagnete und einige Elektromagnete sein, deren volle Stärke von der Größe des Spulenstroms bestimmt wird. Als eine weitere Variante können die Kerne einen U-förmigen Querschnitt haben, wobei sie sich axial erstreckende Pole bereitstellen, wie sie an 656, 657 am Kern 653&sub4; in Durchsicht gezeigt werden.
Es versteht sich, daß ein derartiges gerilltes magnetisches Element, sei es nun ein Dauermagnet oder ein Elektromagnet, zwecks Bereitstellen eines integrierten axialen Verschiebungsanschlags innerhalb der Rille einen Ring aus Lagermaterial haben kann, der dem in Fig. 6(a) an 60, 61 gezeigten entspricht.
Fig. 7, auf die nun Bezug genommen wird, zeigt schematisch eine sechste Ausgestaltung der Zentrifugaltrenneinrichtung 700 der allgemeinen Form von Fig. 1, d. h. mit einem von einem magnetischen Rückstoßdrucklager 42e gebildeten Gewichtsdrucklager 740, wie in Fig. 6(e) gezeigt, wobei das rotierbare magnetische Element einen ringförmigen Dauermagnet 640 umfaßt, der einen U- förmigen Querschnitt hat, und das feststehende magnetische Element 641 ebenfalls U-förmigen Querschnitts ist, wobei es radial beabstandete Pole 644 und 645 hat, die durch eine Aussparung 643, die die Elektromagnetspule 642 enthält, getrennt sind. Die Spule wird von der Steuerungseinrichtung 750 mit Strom einer Größe, die in Reaktion auf externe Signale bestimmt wird, versorgt. Ein derartiges magnetisches Drucklager 42e kann das an 42 in der Zentrifugaltrenneinrichtung 10 zwar direkt ersetzen, die Zentrifugaltrenneinrichtung 700 wird aber mit einer statischen Spindel 716 gezeigt, die vom unteren Achslager 731 umgeben ist und unter der ein axialer Verschiebungsanschlag 760 bereitgestellt ist, der von der Spindel gebildet wird, indem ihr Durchmesser durch einen sich verjüngenden Teil 770 vergrößert wird und das Achslager 731 eine kooperierende sich verjüngende Fläche 771 hat. Im normalen Betrieb unterstützt die magnetische Rückstoßkraft, die von der Steuerungseinrichtung 750 durch den Spulenstrom bestimmt wird, den Rotor 20 an einer axialen Position entlang der Spindel, wo die sich verjüngenden Flächen getrennt sind und der Rotor nur von den Achslagern zurückgehalten wird, wobei seine radiale Steifheit durch den hydrodynamischen Druck des von der zugeführten Flüssigkeit abgeleiteten Films bereitgestellt wird. Wenn die Flüssigkeitszuführung aufhört und der Rotor sich bis zum Stillstand zu verlangsamen beginnt, kann das Fehlen radialer Steifheit im Achslager zu Geräuschen oder Schwingungen führen und das abnehmende Gewicht des Rotors (wenn die Flüssigkeit abläuft) kann dazu führen, daß er vom magnetischen Drucklager nach oben verschoben wird. Die Steuerungseinrichtung 750 reagiert aber auf für das Ende der Flüssigkeitszufuhr an sich, den Eingangsdruck und/oder das Gewicht des Rotors repräsentative Signale von einer Wandlereinrichtung (nicht gezeigt) eines konventionellen Typs, um den Strom im Elektromagneten so zu verringern, daß die magnetische Rückstoßkraft abnimmt und der Rotor auf dem sich verjüngenden Teil der Spindel aufsetzen kann, wobei die kooperierende Buchse den Rotor für radiale und axiale Abstützung und zum Ersetzen der verlorenen radialen Steifheit in Abwesenheit des Flüssigkeitseingangsdrucks, wie oben in Verhältnis zur Trenneinrichtung 400 beschrieben, zentriert. In Abwesenheit einer elektromagnetisch erzeugten Abstoßung funktioniert der Verschiebungsanschlag 760 und, wie ebenfalls oben beschrieben, können die Materialien und/oder Formen der kooperierenden Oberflächen ein trockenlaufendes oder geschmiertes Lager bewirken, das den freien Lauf des Rotors, oder, für ein beschleunigtes Verlangsamen des Rotors bis zum Stillstand, eine Bremse zuläßt.
Es versteht sich, daß bei jeder der oben beschriebenen Ausgestaltungen, bei der das feststehende Element von einem oder mehreren Dauermagneten gebildet wird, statt dessen, daß der Magnet zum Erzeugen einer Rückstoßkraft (Abstoßung) einer solchen Größe gewählt wird, daß er gelegentlichen Stoßbelastungen ohne eine Berührung der Elemente widerstehen kann, der Magnet eine geringere Feldstärke und eine zusätzliche Elektromagnetspule und -wandler haben kann, die auf Stoßbelastung direkt oder auf axiale Verschiebung des Rotors zum Variieren der erforderlichen Rückstoßkraft reagiert.
In allen oben beschriebenen Ausgestaltungen hat die Zentrifugaltrenneinrichtung eine Achseinrichtung in der Form einer statischen Spindel. Es ist verständlich, daß eine magnetische Rückstoßdrucklagereinrichtung und erforderlichenfalls ein axialer Verschiebungsanschlag in Zentrifugaltrenneinrichtungen analog bereitgestellt werden können, in denen die Achse eine Welle umfaßt, die im Verhältnis zum Rotor befestigt und relativ zum Gehäuse mit ihm rotierbar ist. Fig. 8(a) bis 8(c) zeigen schematische Schnittaufrisse durch die sechste, siebte und achte Ausgestaltung von Zentrifugaltrenneinrichtungen 810, 820 bzw. 830, die alle derartige zwischen getrennt festspannbaren Gehäuseteilen 18&sub1; und 18&sub2; angeordnete rotierbare Wellen 816, 826 und 836 und magnetische Rückstoßdrucklager und axiale Verschiebungsanschläge haben, die beziehungsweise den Fig. 1, 4 und 7 entsprechen. Der axiale Verschiebungsanschlag 821 der Trenneinrichtung 820 entspricht dem Anschlag 450 von Trenneinrichtung 400 und der Anschlag 831 von Trenneinrichtung 830 entspricht dem Anschlag 760 von Trenneinrichtung 700.
Es versteht sich, daß das feststehende magnetische Element in allen unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 8(c) beschriebenen Ausgestaltungen von der Achse in einer bestimmten radialen Richtung radial versetzt sein kann, um eine vorgeschriebene radiale Querbelastung auf die Achslager auszuüben.
Es wird betont, daß die Erfindung zwar unter Bezugnahme auf die Ausgestaltungen beschrieben wird, die alle selbst angetriebene Zentrifugaltrenneinrichtungen sind, sie gilt aber gleichermaßen auch für eine flüssigkeitsangetriebene Zentrifugaltrenneinrichtung, bei der die Antriebsflüssigkeit unter erhöhtem Druck für den alleinigen Zweck des Rotierens und, wenn zutreffend, Heben des Rotors zugeführt wird und separat von der verunreinigten Flüssigkeit zugeführt wird, die mit den im Rotor erzeugten Zentrifugalkräften gereinigt wird, wie z. B. in Patentbeschreibung GB-A-2297499 beschrieben.
Es ist klar, daß die magnetischen Elemente andere Formen als die oben im besonderen beschriebenen haben können und ferromagnetische Materialien oder magnetische Materialien zum Kurzschließen eines Pols aufweisen können, die möglicherweise Teile der strukturellen Komponenten der Zentrifugaltrenneinrichtung sein können, um magnetische Feldlinien innerhalb des Gehäuses oder der Komponenten der Zentrifugaltrenneinrichtung einzuschränken oder zu begrenzen.

Claims

1. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung (10; 300; 400; 500; 700; 810; 820; 830), umfassend eine Gehäuseeinfassung (11), eine Achse (34), die betriebsbereit im wesentlichen vertikal durch die Gehäuseeinfassung verläuft, einen Rotor (20), der zur Aufnahme einer Flüssigkeit unter erhöhtem Druck angeordnet und um die Achse drehbar ist, reagierend auf den im wesentlichen tangentialen Ausstoß der Flüssigkeit von dort, eine Achslagereinrichtung (31, 32) zur Vereinfachung der genannten Rotation des Rotors um die Achse sowie eine Drucklagereinrichtung (40; 360) zur Abstützung des Rotors in Bezug auf eine Versetzung entlang der Achsrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucklagereinrichtung mindestens ein magnetisches Rückstoßdrucklager (42; 360; 542; 560; 742) aufweist, das einsetzbar ist, um zumindest teilweise die Belastung, die durch den betriebsbereiten rotierenden Rotor entlang der Achsrichtung entsteht, durch magnetischen Rückstoß zwischen zwei magnetischen Elementen (43; 46; 361; 362; 543; 546; 561; 640; 641) abzustützen.

2. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein magnetisches Drucklager (42; 360; 542; 560; 742) ein feststehendes magnetisches Element (46; 361; 543; 641) aufweist, welches in der Gehäuseeinfassung eingesetzt und daran befestigt ist, sowie ein rotierbares magnetisches Element (46; 362; 546; 640), welches in der Gehäuseeinfassung zur Rotation mit dem Rotor (20) eingesetzt wird, wobei sich die genannten magnetischen Elemente entlang des Achsumfanges erstrecken, das rotierbare magnetische Element ein Dauermagnetteil aufweist und mindestens einer der genannten feststehenden bzw. rotierbaren Magnete mindestens einen umfangsmäßig kontinuierlichen Magnetpol (45; 47; 644) umfasst.

3. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der magnetischen Elemente (43; 96; 610; 613) axial beabstandete Magnetpole mit Gegenpolung (44, 45, 47, 98) aufweist, und jeder Pol (45; 611&sub1;) axial in der Nähe des gleichen Pols (47, 612) des anderen Elementes angeordnet ist.

4. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Magnetelemente (620; 621; 630; 632; 640; 641; 650; 651) radial beabstandete Magnetpole von gegensätzlicher Polung aufweist und axial nahe den gleichen Polen des anderen Elementes angeordnet ist.

5. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (620; 621; 640; 641) radial versetzbare Magnetpole mit gegensätzlicher Polung aufweist, welche durch eine radial und umfangsmäßig verlaufende Aussparung getrennt werden.

6. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der rotierbaren bzw. feststehenden Magnetelemente (610; 630; 651) eine Vielzahl von umfangsmäßig getrennten Teilmagneten, die um die Achse gruppiert sind, aufweist.

7. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Magnetelement (43; 630; 640) ringförmig ausgestaltet ist und beide Magnetpole umfangsmäßig kontinuierlich sind.

8. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung (700) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Magnet (641; 651) zumindest teilweise durch ein elektromagnetisches Element mit elektromagnetischer Spuleneinrichtung (642; 655) und Steuerungseinrichtung (750) gebildet wird, die zu deren Stromversorgung einsetzbar ist.

9. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung nach Anspruch 8 und in Abhängigkeit von Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektromagnetische Spuleneinrichtung (642) innerhalb der genannten Aussparung (643) befindet.

10. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung (10; 300; 400; 700; 830) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Verschiebungsanschlag (450; 821; 831) eine Bremseinrichtung aufweist, die zur Verhinderung der Rotation des Rotors um die Achse betätigbar ist.

11. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung (10; 300; 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Verschiebungsanschlag (50; 340; 560) eine zusätzliche Drucklagereinrichtung aufweist, die betrieben werden kann, um einen freien Lauf zwischen Rotor und Gehäuse zu ermöglichen.

12. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Drucklagereinrichtung ein zusätzliches magnetisches Rückstoßdrucklager aufweist.

13. Eine Zentrifugaltrenneinrichtung (400; 700) nach Anspruch 10 bzw. 11, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Verschiebungsanschlag (50; 340; 450; 760) eine feststehende Fläche (52; 12; 451; 770) umfasst, die an der Gehäuseeinfassung befestigt ist, sowie eine rotierbare Fläche (51; 331; 453; 771), die mittels Rotor gedreht wird und die Aufgabe hat, an der feststehenden Fläche anzulagern, und weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Verschiebungsanschlag eine der feststehenden bzw. rotierbaren Flächen (451; 770) aufweist, die sich radial und axial von der Achse konisch verjüngt und die andere Fläche (452, 771) damit kooperiert, wobei der Verschiebungsanschlag zum Einsatz kommt, um den Rotor in axialer und radialer Richtung abzustützen, ansprechend auf die vorher festgelegte axiale Versetzung des Rotors.