ZENTRIFUGE

Abstract

 Zentrifuge, die eine Vakuumkammer (1) enthält, mit einem auswechselbaren Rotor (7). In der Vakuumkammer (1) ist ein Verdampfer (4) untergebracht, der mit einem Kälteaggregat (3) in Verbindung steht. Für die Ölzufuhr in die Lager (10) ist ein Ölbehälter (12) mit einer Pumpe (11) vorhanden. Die Zentrifuge ist mit einem Wärmeaustauscher (19) zur Ölkühlung ausgestattet, bei dem ein Wärmeaustausch zwischen dem Öl und dem Kältemittel des Kälteaggregats (3) zustande kommen kann. Die Pumpe (11) steht über den Wärmeaustauscher (19) und den Kühlmantel (21) mit dem Ölbehälter (12) in Verbindung.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf Zentrifugen, die in der Biologie, Biophysik, Medizin und auf anderen Gebieten der Wissenschaft und Technik verwendet werden.

[0002] Eine der wichtigsten Anforderungen, die an Zentrifugen gestellt werden, ist die Aufgabe der Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperaturverhältnisse des auswechselbaren Rotors sowie seines Antriebs und der Diffusionspumpe (falls diese durch die Konstruktion vorgesehen ist).

Zugrundeliegender Stand der Technik

[0003] Es ist eine Zentrifuge bekannt (Prospekt der Firma Beckman für eine präparative Zentrifuge L 8, S. 5), die eine Vakuumkammer, einen Antrieb des auswechselberen Rotors, eine Diffusionspumpe, ein Verdampfersystem und ein Kühlsystem von Antrieb und Diffusionspumpe enthält. In dieser Zentrifuge sorgt für die Aufrechterhaltung der Temperaturverhältnisse des Antriebs des auswechselbaren Rotors ein zusätzlich in die Zentrifuge eingebautes Kälteaggregat. Dies macht die Zentrifuge im ganzen wesentlich komplizierter, weil zwei Kälteaggregate erforderlich sind: das eine im Verdampfersystem der Vakuumkammer und das andere im Kühlsystem des Antriebs.

[0004] Bekannt ist eine Zentrifuge (Material des Symposiums "Iaborzentrifugen und Ultrazentrifugen der Firma Heraeus Christ", SS. 4-6), die eine Vakuumkammer, einen Antrieb des auswechselbaren Rotors, eine Diffusionspumpe, ein Verdampfersystem, ein Schmiersystem für die Lager des Antriebs des auswechselbaren Rotors und ein Kühlsystem enthält. In dieser Zentrifuge werden die Temperaturverhältnisse des auswechselbaren Rotors durch das Verdampfersystem und die Temperaturverhältnisse des Antriebs des auswechselbaren Rotors und der Diffusionspumpe durch das Kühlsystem gewährleistet, in welchem als Kühlmedium Wasser aus einer Hauptwasserleitung verwendet wird. Ein solches System macht die Zentrifuge nichttransportabel, erfordert die Montage zusätzlicher Rohrleitungen für die Wasserzufuhr und -ableitung sowie von Filtern und Spezialarmatur. Beim Betrieb der Zentrifuge sind Rohrleitungen, Filter und Kanäle periodisch zu reinigen. Außerdem kann das aus der Zentrifuge abgeleitete Wasser nicht wiederholt benutzt werden, was vom wirtschaftlichen und ökologischen Standpunkt aus äußerst unzweckmäßig ist.

[0005] Bekannt ist weiterhin eine Modernisierung der genannten Konstruktion (siehe Material des erwähnten Symposiums, S. 15), die eine Vakuumkammer mit einem darin montierbaren auswechselbaren Rotor, ein Kälteaggregat, das über eine Hauptleitung, in welcher ein Kältemittel zirkuliert, mit einem Verdampfer in Verbindung steht, der in der besagten Kammer untergebracht wird, einen Antrieb des auswechselbaren Rotors, welcher mit Lagern und einem KÜhlmantel versehen ist, und einen Ölbehälter mit einer Pumpe für die Olzufuhr in die Iager enthält. Für die KÜhlung des Rotorantriebs und der Diffusionspumpe sorgt bei dieser Zentrifuge eine elektrische Spezialeinrichtung für den Wasserumlauf.

[0006] Eine derartige Lösung ist ebenfalls kompliziert, weil sie einen zusätzlichen Wasserbehälter, eine Pumpe für den Wasserumlauf, einen Wärmeaustauscher und ein zweites Kalteaggregat erforderlich macht. Hierbei nehmen die Masse und Abmessungen der Zentrifuge wesentlich zu.

Offenbarung der Erfindung

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge zu schaffen, deren Konstruktion es gestatten würde, das 01 für die Lagenschmierung als Medium zur Kühlung des Rotorantriebs zu verwenden und dadurch die Zentrifuge zu vereinfachen sowie deren Abmessungen und Masse zu verrigern.

[0008] Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Zentrifuge, die eine Vakuumkammer mit einem darin montierbaren Rotor, ein Kälteaggregat, das über eine Hauptleitung, in welcher ein Kältemittel zirkuliert, mit einem Verdampfer in Verbindung steht, der in der Vakuumkammer untergebracht ist, einen Rotorantrieb , welcher mit Lagern und einem Kühlmantel versehen ist, und einen Olbehälter mit einer Pumpe für die Olzufuhr in die Lager enthält, erfindungsgemäß mit einem Wärmeaustauscher zur Ölkühlung ausgestattet ist, bei dem ein Warmeaustausch zwischen dem 01 und dem Kältemittel des Kälteaggregates zustande kommen kann, während die Pumpe für die Ölzufuhr in die Lager über den Wärmeaustauscher und den Kühlmantel des Rotorantriebs mit dem Ölbehälter in Verbindung steht.

[0009] Eine solche konstruktive Ausführung des Kühlsystems des Rotorantriebs gestattet es, das 01 für die Schmierung der Lager des Rotorantriebs als Medium zur Kühlung des Rotorantriebs zu benutzen. Dies bietet die Möglichkeit, auf zusätzliche Einrichtungen zur Kühlung des Rotorantriebs zu verzichten und dadurch eine kleinbauende und einfache Zentrifuge zu schaffen.

[0010] Es ist zweckmäßig, die Zentrifuge mit einer Diffusionspumpe zu versehen, die einen Kühlmantel besitzt, wobei die Pumpe für die Olzufuhr in die Lager des Rotorantriebs über den Wärmeaustauscher, den Kühlmantel der Diffusionspumpe und den Kühlmantel des Rotorantriebs mit dem Ölbehälter in Verbindung steht.

[0011] Diese Lösung erlaubt es, die Diffusionspumpe ohne Anwendung eines zusätzlichen Kältemittels und einer zusätzlichen Einrichtung zu kühlen, was die Zentrifuge ebenfalls vereinfacht und ihre Masse vermindert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0012] Im folgenden wird die Erfindung durch eingehende Beschreibung von Beispielen ihrer konkreten Ausführung unter Hinweisen auf beigefügte Zeichnungen erläutert, in denen es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Zentrifuge, die ein Vakuum- und ein Verdampfersystem sowie ein Schmier- und ein Kühlsystem besitzt;

Fig. 2 eine Ausführungsform der Zentrifuge, die eine Diffusionspumpe besitzt.

Beste Ausführungsform der Erfindung

[0013] Die in der Industrie eingesetzten Zentrifugen, die eine hohe Umlaufgeschwindigkeit haben und auch als Ultrazentrifugen bezeichnet werden, besitzen üblicherweise ein Vakuumsystem zur Aufrechterhaltung einer erforderlichen Unterdruckhöhe, ein Verdampfersystem zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperaturverhältnisse, ein KÜhlsystem und ein Schmiersystem für Laufteile, im besonderen für Lager.

[0014] Es sei jetzt auf die Fig. 1 verwiesen, in der eine nicht einschränkende Ausführungsform der Zentrifuge schematisch dargestellt ist. Das Vakuumsystem, das die erforderliche Unterdruckhöhe in der Vakuumkammer 1 (Fig. 1) aufrechterhält, enthält unter anderem eine Vakuumpumpe 2. In der Vakuumkammer 1 sind Einrichtungen untergebracht, welche die erforderlichen Bedingungen für das Zentrifugieren gewährleisten.

[0015] Das Verdampfersystem enthält ein Kälteaggregat 3 und einen Verdampfer 4, der sich in der Kammer 1 befindet. Zwischen dem Boden der Kammer 1 und dem Mantelschuß 5 des Verdampfers 4 ist ein Heizelement 6 angeordnet.

[0016] In der Kammer 1 ist ein auswechselbarer Rotor 7 eingebaut, der auf der biegsamen Welle 8 eines Antriebs 9 befestigt ist.

[0017] Für die Aufrechterhaltung vorgegebener Temperaturverhältnisse des auswechselberen Rotors 7 sorgen das Kälteaggregat 3 und das Heizelement 6.

[0018] Zur Schmierung der Lager 10 des zur Drehung des auswechselbaren Rotors 7 bestimmten Antriebs 9 ist ein Schmiersystem vorgesehen, das aus einer Ölpumpe 11 besteht, die in einem Ölbehälter 12 installiert ist. Im Ölbehälter 12 ist ein Filter 13 eingebaut, das an einer Stütze 14 konstruktiv ausgeführt ist, welche die Pumpe 11 mit einem Elektromotor 15 verbindet. Für die Olzufuhr in die Lager 10 aus dem ülbehälter 12 wird ein Ventil 16 verwendet, das mittels einer Rohrleitung 17 mit den Lagern 10 verbunden ist. Eine Rohrleitung 18 ist mit dem Antrieb 9 und dem Ölbehälter 12 verbunden und dient für den Ölaublauf von den Lagern 10.

[0019] Das zur Aufrechterhaltung vorgegebener Temperaturverhältnisse des Antriebs 9 bestimmte Kühlsystem besteht aus einem Wärmeaustauscher 19 und Rohrleitungen, die ihn mit dem Verdampfer- und dem Schmiersystem verbinden. Das Ventil 16 und die Rohrleitung 17 und 18 bilden einen Schmierkreis der Lager des Antriebs 9. Das Filter 13 ist mittels einer Rohrleitung 20 mit dem Wärmeaustauscher 19 verbunden. Der KÜhlmantel 21 des Antriebs 9 steht über eine Rohrleitung 22 ebenfalls mit dem Wärmeaustauscher 19 in Verbindung. Die Rückführung des über den Wärmeaustauscher 19 zirkulierenden Öls in den Ölbehälter 12 erfolgt über eine Rohrleitung 23.

[0020] Der Wärmeaustauscher 19, die Rohrleitungen 20, 22, 23 und der Kühlmantel 21 bilden den Kühlkreis des Antriebs 9. Das Kalteaggregat 3 ist über eine Rohrleitung 24 mit einem Temperaturregelventil 25 verbunden, das mittels einer Rohrleitung 26 mit dem Verdampfer 4 in Verbindung steht. Der letztere ist mit der Rohrschlange 27 des Wärmeaustauschers 19 mittels einer Rohrleitung 28 verbunden. Die Rohrschlange 27 ist ihrerseits mittels einer Rohrleitung 29 mit dem Kälteaggregat 3 verbunden. Die Rohrleitungen 26, 28 und 29 bilden eine Hauptleitung für den Umlauf des Kältemittels des Kälteaggregats 3. Bei dem Wärmeaustauscher 19 ist dabei die Möglichkeit eines Wärmeaustaushcers zwischen dem ganannten Kältemittel und dem im Wärmeaustauscher zirkulierenden Öl vorgesehen. An der Rohrleitung 29 ist ein Temperaturfühler 30 angebracht, der das Temperaturregelventil 25 steuert. Auf diese Weise kühlt das im Kühlkreis des auswechselbaren Rotors 7 zirkulierende Kältemittel des Kälteaggregats 3 zugleich das Öl, welches im Kühlkreis des Antriebs 9 zirkuliert.

[0021] Die Zentrifuge arbeitet folgenderweise. In den auswechselbaren Rotor 7 bringt man ein zu untersuchendes Präparat ein, worauf man diesen Rotor auf der biegsamen Welle 8 des Antriebs 9 anbringt. Dann schaltet man die Vakuumpumpe 2, die Olpumpe 11 und das Kälteaggregat 3 ein. Nachdem in der Vakuumkammer 1 ein vorgegebener Restdruck erricht ist, wird der Antrieb 9 angelassen, der den auswechselbaren Rotor 9 auf eine vorgegebene Drehzahl beschleunigt. Nachstehend wird die Arbeit des Schmiersystems, des Verdampfersystems und des KÜhlsystems behandelt.

[0022] Das Schmiersystem funktioniert wie folgt. Das Schmiermittel wird aus dem Behälter 12 durch die Pumpe 11 in das Filter 13 und dann ins Ventil 16 gefördert, woraus es über die Rohrleitung 17 in die Lager 10 gelangt. Der Ablauf des Schmiermittels von den Lagern 10 erfolgt über die Rohrleitung 18 in den Behälter 12.

[0023] Die Arbeit des Verdampfersystems besteht im folgenden. Das flüssige Freon, das als Kältemittel verwendet wird, gelangt aus dem Kälteaggregat 3 über die Rohrleitung 24 in das Temperaturregelventil 25, woraus es über die Rohrleitung 26 dem Verdampfer 5 zugeführt wird. Danach strömt das Freon über die Rohrleitung 28 in die Rohrschlange 27 des Wärmeaustauschers 19, aus welchem es über die Rohrleitung 29 in das Kälteaggregat 9 zurückkehrt. Die Aufrechterhaltung einer bestimmten Temperatur des Öles, das dem Kühlkreis des Antriebs 9 zugeführt wird, ist erforderlich, um einen optimalen Betriebszustand des letzteren unabhängig von der Umgebungstemperatur zu schaffen. Die Öltemperatur wird vom Temperaturregelventil 25 geregelt. Ein Steuersignal kommt am Ventil 25 von dem an der Rohrleitung 29 angebrachten Temperaturfühler 30 an. Das Öl, welches im KÜhlkreis zirkuliert, wird in diesen Kreis durch dieselbe Ölpumpe 11 gefordert, die im Schmiersystem eingesetzt wird. Bei der funktionierenden Ölpumpe 11 gelangt das Öl aus dem Filter 13 über die Rohrleitung 20 in den Wärmeaustauscher 19, wo es gekühlt wird.

[0024] Das gekühlte Öl fließt über die Rohrleitung 22 in den Kühlmantel 21, aus welchem es über die Rohrleitung 23 in den Ölbehälter 12 zurückkehrt.

[0025] In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Zentrifuge gezeigt, die eine Diffusionspumpe 31 mit Kühlmantel 32 besitzt, welche mittels einer Rohrleitung 33 mit dem KÜhlmantel 21 des Antriebs 9 verbunden ist.

[0026] Diese Zentrifuge arbeitet auf ähnliche Weise mit Ausnahme davon, daß aus dem Wärmeaustauscher 19 das Öl über die Rohrleitung 22 in den Kühlmantel 32 der Diffusionspumpe 31 und weiter über die Rohrleitung 33 in den Kühlmantel 21 des Antriebs 9 gelangt, aus welchem es über die Rohrleitung 23 in den Ölbehälter 12 zurückfließt. Hierbei wird die Temperatur des im KÜhlsystem zirkulierenden Öls mit Hilfe des Kälteaggregats des Verdampfersystems aufrechterhalten. Als Folge davon entfällt die Notwendigkeit, über ein zweites Kälteaggregat und über einen zweiten Behälter mit der Pumpe für den Kältemittelumlauf zu verfügen. Hierbei beträgt das Volumen, das von dem Kühlsystem eingenommen wird, höchstens 1,5% des Gesamtvolumens der Zentrifuge.

Gewerbliche Verwertbarkeit

[0027] Die Verwertung der Erfindung bietet die Möglichkeit, die vorgegebenen Temperaturverhältnisse des Antriebs des auswechselbaren Rotors der Zentrifuge und der Diffusionspumpe (falls diese durch die Konstruktion vorgesehen ist) aufrechtzuerhalten. Dank dieser Konstruktion des Kühlsystems, die es gestattet, das 01 für die Schmierung der Lager des Rotorantriebs als Medium zur Kühlung dieses Antriebs zu benutzen, entfällt die Notwendigkeit, entweder über ein zweites Kälteaggregat oder über einen zweiten Behälter mit einer Pumpe für den Umlauf des KÜhlmittels und einem Kühler desselben zu verfügen. Im ganzen hat die erfindungsgemäße Zentrifuge minimale Abmessungen und einfache Konstruktion.

Ansprüche

1. Zentrifuge, die eine Vakuumkammer (1) mit einem darin montierbaren Rotor (7), ein Kälteaggregat (3), das über eine Hauptleitung, in welcher ein Kältemittel zirkuliert, mit einem Verdampfer (4) in Verbindung steht, der in der Vakuumkammer (1) untergebracht ist, einen Rotorantrieb (9), welcher mit Lagern (10) und einem Kühlmantel (21) versehen ist, und einen Ölbehälter (12) mit einer Pumpe (11) für die Olzufuhr in die Lager (10) enthalt, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Wärmeaustauscher (19) zur Ölkühlung ausgestattet ist, bei dem ein Warmeaustausch zwischen dem Öl und dem Kältemittel des Kälteaggregats (3) zustande kommen kann, während die Pumpe (11) für die Olzufuhr in die Lager (10) über den Wärmeaustauscher (19) und den Kühlmantel (21) des Rotorantriebs (9) mit dem Ölbehälter (12) in Verbindung steht.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekenn-zeichnet, daß sie mit einer Diffusionspumpe (31) versehen ist, die einen Kühlmantel (32) besitzt, wobei die Pumpe (11) für die Ölzufuhr in die Lager (10) des Rotorantriebs (9) über den Wärmeaustauscher (19), den Kühlmantel (32) der Diffusionspumpe und den Kühlmantel des Rotorantriebs (9) mit dem Ölbehälter (12) in Verbindung steht.

Zeichnung