[0001] Die Erfindung betrifft eine Labor-Zentrifuge mit durch Gehäuse-Deckel verschließbarer
Rotor-Kammer in einem Gehäuse-Unterteil, worin ein motorisch angetriebener Rotor mit
vertikaler Achse zur Aufnahme von Proberöhrchen im Rotoroberteil angeordnet ist und
im Betriebszustand Kühlluft für die Proberöhrchen von der Unterseite des Gehäuse-Unterteils
zum Rotor strömt, die anschließend die Rotor-Kammer in tangentialer Strömungs-Richtung
zum Rotor-Umfang verläßt.
[0002] Aus der EP 0 455 876 A2 ist eine Laboratoriums-Zentrifuge bekannt mit einem in einem
Gehäuse angeordneten Rotor, der von einem Motor angetrieben wird, wobei die Antriebs-Welle
vertikal ausgerichtet ist; zur Kühlung der durch Reibung erwärmten Proberöhrchen ist
eine zwangsgeführte Luftkühlung vorgesehen, bei der in Richtung der Achse der Welle
eine Ansaugung der Luft erfolgt. Um eine einfache und kostengünstige, luftgekühlte
Zentrifuge zu schaffen, bei der Kühlluft mit Sicherheit weder Schwebstoffe in die
Probe eingeschleppt noch - auch im Falle des Bruchs eines Probenröhrchens - Schwebstoffe
aus dem Rotor-Gehäuse mitnimmt, ist der Rotor von einem aerosoldichten Behälter umgeben;
auf das abtriebsseitige Ende der Welle ist ein Lüfterrad aufgesetzt, wobei Öffnungen
in der Bodenfläche des Gehäuses unterhalb des Lüfterrades ausgebildet sind, durch
die die Luft in das Gehäuse angesaugt und über das Lüfterrad axial verteilt an den
Wänden des Behälters nach oben entlanggeführt wird.
[0003] Weiterhin ist aus der DE 39 13 792 A1 eine Zentrifuge mit Geräuschunterdrückung bekannt;
die Zentrifuge kann eine herkömmliche Zentrifuge mit einem Rotor und mehreren in den
Rotor in einer kreisförmigen Konfiguration eingesetzten Adaptern zur Aufnahme von
Probenröhrchen sein. Zur Geräuschunterdrückung des durch leere Adapter erzeugten Pfeiftons
dient eine flexible Klappe, welche ein festes oder stationäres, auf dem Rotor bei
einem Adapter angebrachtes Ende sowie ein gegenüberliegendes freies Ende aufweist.
Das freie Ende erstreckt sich im nicht-rotierenden oder Ruhezustand des Rotors radial
einwärts in Richtung auf das Rotorzentrum und wird im rotierenden Zustand des Rotors
durch die Zentrifugalkraft rückwärts umgefaltet bzw. umgeklappt, derart, daß es die
Öffnung des Adapters bedeckt. Die Abdeckung der Öffnung im Adapter durch die flexible
Klappe verhindert somit das Austreten des unerwünschten hohen schrillen Pfeiftons,
der ansonsten von dem Adapter erzeugt würde, wenn er ohne ein eingesetztes Probenrohr
rotiert.
[0004] Aus der DD 265 754 A3 ist eine gattungsgemäße Zentrifuge mit Luftführung in einem
Gehäusedeckel zwecks Rotorkühlung bekannt, wobei der Zentrifugen-Rotor die in der
Rotorkammer befindliche Luft mit sich reißt und nach außen schleudert; die auf diese
Weise unter Druck stehende Luft wird über eine oberhalb des Ringspalts zwischen Rotorkammer
und Rotor befindliche Öffnung in einen Ausgangskanal gepreßt und in die freie Luft
abgeführt; der sich in der Rotorkammer aufbauende Unterdruck wird durch Luftzufuhr
über einen ebenfalls im Gehäusedeckelbereich angeordneten Kanal ausgeglichen; es handelt
sich dabei um eine verhältnismäßig aufwendige Deckelkonstruktion.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der gattungsgemäßen Zentrifuge Geräusche
durch Austritt von Kühlluft aus der Kammer auf möglichst einfache Weise zu unterdrücken,
wobei ein optimaler Luftdurchsatz zur ausreichenden Kühlung von Probenröhrchen beim
Zentrifugieren aufrechterhalten werden soll und auch ältere Zentrifugen nachgerüstet
werden können.
[0006] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch dadurch gelöst, daß zwischen Gehäuse-Deckel
und Gehäuse mindestens eine schlitzartige Luftaustrittsöffnung vorgesehen ist, daß
die Luftaustrittsöffnung einen sich in Strömungsrichtung verengenden Querschnitt zwischen
Formkörper und Oberkante der Rotor-Kammer aufweist, daß die Luftaustrittsöffnung im
Profil gesehen eine im Formkörper integrierte Strömungsabrißkante aufweist, und daß
in einen Ringspalt zwischen Rotor und Rotor-Kammer ein Verdrängerkörper hineinragt.
[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.
[0008] Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß die mit hoher Geräuscherzeugung verbundenen
Turbulenzen oberhalb des Rotors praktisch vollständig eliminiert werden können, so
daß durch eine verhältnismäßig einfache Ausgestaltung im Bereich des Gehäusedeckeis
und des Luftaustritts eine wirksame Gerauschunterdrückung möglich ist.
[0009] Der Verdrängerkörper ist zusammen mit der umlaufenden Dichtung und der Luftaustrittsöffnung
mit Strömungsabrißkante als integriertes Formteil aus einem elastischen Werkstoff,
z. B. Gummi, aufgebaut; der Verdrängerkörper ist dabei seitlich des Luftaustrittsbereichs
so positioniert, daß er in Drehrichtung des Rotors gesehen dem Luftaustrittsbereich
mit schlitzartiger Luftaustrittsöffnung unmittelbar folgt.
[0010] Als besonders vorteilhaft erweist sich aufgrund der integralen Bauweise des Formteil
die verhältnismäßig einfache Fertigung der Zentrifuge sowie der einfache Einsatz des
Formteils in bereits fertiggebaute Laborzentrifugen zwecks Nachrüstung.
[0011] Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren 1, 2a,
2b, 2c und 3 näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf das Oberteil der Zentrifuge bei weggelassenem Gehäusedeckel
und abgenommener Rotorabdeckung, wobei die Position des Verdrängerkörpers durch gestrichelte
Linien eingetragen ist.
Figur 2a zeigt einen Längsschnitt durch die Rotorachse entlang der Linie AA der Figur
1, wobei nunmehr der Gehäusedeckel geschlossen und die Rotorabdeckung aufgesetzt sind;
Figur 2b zeigt die im Kreis C angedeutete Detaildarstellung nach Figur 2a;
Figur 2c zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie BB durch die Rotorachse nach Figur
1, wobei hier ebenfalls der Gehäusedeckel geschlossen ist;
Figur 3 zeigt schematisch die Innenseite des Gehäusedeckels mit eingesetztem Formkörper,
wobei die Gelenke zur Verbindung mit dem Gehäuseunterteil der Zentrifuge sowie die
Verriegelungsvorrichtung zum Verschließen der Zentrifuge erkennbar sind.
[0012] Gemäß Figur 1 ist der hier zwecks besserer Übersicht nicht dargestellte Gehäusedeckel
mit dem Gehäuse 1 über hier nicht dargestellte Gelenke an den Positionen 2', 3' verbunden.
Von oben gesehen ist der axialsymmetrisch zu Rotorachse 4 gelagerte Rotor 5 ohne die
für den Betrieb erforderliche Rotorabdeckung erkennbar, um dessen Rotornabe 6 die
am Außenumfang in Bohrungen des Rotors positionierten Proberöhrchen 8 angeordnet sind;
zwischen Rotor 5 und Rotor-Kammer 9 ist ein Ringspalt 10 erkennbar, wobei die Rotornabe
6 an ihrer Unterseite mit dem hier nicht sichtbaren Antriebsmotor über eine Kupplung
mechanisch fest, jedoch lösbar zwecks Entnahme des Rotors 5 aus der Zentrifuge verbunden
ist.
[0013] Die während des Betriebes in tangentialer Richtung vom Rotor 5 abströmende Luft tritt
entlang der mit Pfeilen 11 symbolisch dargestellten Strömung aus der schlitzartigen
Luftaustrittsöffnung 12 zwischen dem hier nicht dargestellten Gehäusedeckel und der
Oberseite des Gehäuses 1 aus, wobei die Luftaustrittsöffnung von der Rotorachse 4
gesehen einen Austrittsöffnungswinkel von ca. 60° aufweist; dabei ist seitlich der
Luftaustrittsöffnung 12 die symbolisch dargestellte Position 13' eines Verdrängerkörpers
13 so angeordnet, daß er in der durch Dreh-Pfeil 14 angegebenen Drehrichtung des Rotors
5 gesehen, dem Luftaustrittsbereich mit der Luftaustrittsöffnung 12 unmittelbar folgt.
Der Verdrängerkörper 13 wird gemäß der gestrichelt dargestellten Position 13' zwischen
Rotor 5 und Rotor-Kammer 9 eingebracht und ist zusammen mit einer Dichtung und einer
Strömungsabrißkante 21 für die Luftaustrittsöffnung 12 im Bereich des Gehäusedeckels,
der hier nicht dargestellt ist, als integrales Formteil ausgebildet; es kann aus elastischem
Werkstoff, wie z. B. Gummi bestehen. Durch den Verdrängerkörper 13 wird verhindert,
daß die zur Luftaustrittsöffnung 12 führende Luft vom Rotor 5 erneut mitgerissen wird,
wodurch Turbulenzen durch Unterdruck und damit die Entstehung von störendem Geräusch
auftreten könnte.
[0014] In Figur 2a ist ein Längsschnitt durch Gehäuse, Gehäusedeckel und Rotor längs der
Linie AA der Figur 1 dargestellt, wobei jedoch vom Antriebsmotor eine komplette Seitenansicht
gezeigt ist.
[0015] Anhand Figur 2a ist erkennbar, daß die bei Zentrifugenbetrieb aufgrund von Reibung
zwischen der Oberfläche des Rotors 5 und der Umgebungsluft der Rotor-Kammer 9 entstehende
Wärme durch eine von der Gehäuse-Unterseite über die Öffnung 16 eintretende Luftströmung,
die symbolisch mit Pfeil 11 bezeichnet ist, gekühlt werden kann. Die eintretende Luftströmung
wird im Mantelbereich des Antriebsmotors 17 parallel zu Rotorachse 4 durch die untere
ringspaltartige Öffnung 18 zwischen Rotor 5 und Rotor-Kammer 9 geführt und umströmt
den Rotor 5. Infolge der von Rotor 5 nach dem Radialventilatorprinzip erzeugten Fliehkraft
wird die den Rotor 5 umgebende Luft in den Peripheriebereich des Rotors 5 abgedrängt
und infolge Überdruck durch Luftaustrittsöffnung 12 bzw. den keilförmigen Öffnungsbereich
20 zwischen dem Gehäuse 1 und dem Gehäuse-Deckel 19 mit nach unten gerichteter Strömungsabrißkante
21 nach außen abgeführt; dies bedeutet, daß die Gebläsefunktion durch Drehung des
Rotors erzielt wird.
[0016] Anhand Figur 2a ist auch die bereits zu Figur 1 erwähnte Rotorabdeckung 15 erkennbar.
[0017] Gemäß Figur 2b ist der zwecks Geräuschdämpfung vorgesehene keilförmige Öffnungsbereich
20 durch eine die Rotor-Kammer begrenzende Oberkante 22 und die zum Formkörper 23
gehörende Strömungsabrißkante 21 gebildet, wobei der Formkörper 23 mit dem das Gehäuse
1 abschließenden Gehäusedeckel 19 unlösbar verbunden ist. Die im Schnitt erkennbaren
Pfeile der Luftströmung sind mit Ziffer 11 bezeichnet; die Strömungsabrißkante 21
bildet zusammen mit der gegenüberliegenden Oberkante 22 der Rotor-Kammer 9 in Richtung
der Luftströmung eine keilförmig ausgebildete Verengung der Strömung im Profil gesehen.
[0018] Figur 2c zeigt einen Längsschnitt BB durch die Rotorachse gemäß Figur 1.
[0019] Anhand Figur 2c ist der Querschnitt durch Verdrängerkörper 13 erkennbar, wobei dieser
die ansonsten durch Unterdruck im Ringspalt 10 entstehende Turbulenz verhindert.
[0020] Als Werkstoff für den Verdrängerkörper 13 und das mit ihm zusammenhängende Formteil
23 hat sich ein Elastomer, insbesondere Gummi, bewährt; es ist jedoch auch möglich,
andere, weniger elastische Werkstoffe einzusetzen.
[0021] Während des Betriebes steigt gemäß Figur 2a durch die Öffnung 16 im Bereich der Unterseite
des Gehäuses 1 eine durch den Pfeil 11 symbolisch dargestellte Luftströmung auf, welche
am Außenmantel des Antriebsmotors 17 entlang geführt wird, wobei die Strömung in eine
untere Öffnung 18 der Rotor-Kammer 9, die den Kupplungsbereich zwischen Rotor 5 und
Motor 17 umfaßt, eintritt; dabei ist im Bereich der Kupplung zwischen Antriebsmotor
17 und Rotor 5 ein Umlenkprofil 26 der Rotor-Kammer 9 vorgesehen; die im wesentlichen
entlang der Richtung der Rotorachse 4 geführte Luftströmung wird durch das Umlenkprofil
26 in das ringförmige Innere der Rotor-Kammer 9 geleitet, wobei der Rotor 5 im peripheren
Bereich von Kühlluft umströmt wird. Infolge Reibung und Fliehkraft wird durch die
Oberflächenstruktur des Rotors 5 die in seiner Umgebung befindliche Luft nach dem
Prinzip der druckerzeugenden Radialmaschine in den peripheren, oberen Bereich der
Rotor-Kammer 9 abgedrängt und dort über die Oberkante 22 von RotorKammer 9 und Unterseite
des im Deckel 19 befindlichen Formkörpers 23 im Gelenkbereich 29 zwischen den Gelenk-Positionen
2', 3' gemäß Figur 1 in tangentialer Richtung durch die schlitzförmige Luftaustrittsöffnung
12 mit sich verengendem Querschnitt im keilförmigen Öffnungsbereich 20 aus der Zentrifuge
in die Umgebungsatmosphäre herausgepreßt.
[0022] Der Verdrängerkörper 13 vermindert die Entstehung von Turbulenzen, so daß damit verbundene
Strömungsgeräusche der Luft minimiert werden; darüberhinaus reduziert die Luftaustrittsöffnung
12 mit sich keilförmig verengendem Profil und Abrißkante 21 die Entstehung von Strömungsgeräuschen
und die Übertragung von Laufgeräuschen des Rotors nach außen. Die Geräuscherzeugung
ist von der Drehzahl des Rotors abhängig, wobei eine Obergrenze der Drehzahl etwa
bei 13000 U/min liegt.
[0023] Figur 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Gehäuse-Deckel 19 (vom Innenraum
her gesehen) mit dem Formkörper 23 mit der umlaufenden Dichtung 27 und den während
des Betriebes in den Ringspalt hineinragenden Verdrängerkörper 13. Der Verdrängerkörper
13 ist seitlich des Luftaustrittsöffnungs-Bereichs mit der Strömungsabrißkante 21
so positioniert, daß er in Richtung des Dreh-Pfeiles 14 des Rotor-Drehsinns aus gesehen
dem Luftaustrittsöffnungsbereich mit Strömungsabrißkante 21 unmittelbar folgt; er
ist in Richtung des Dreh-Pfeiles 14 gesehen aerodynamisch mit geringem Luftwiderstand
geformt, wobei er an seiner Vorderseite (in Pfeilrichtung gesehen) nach dem Prinzip
der Strömung am Tragflächenprofil für Flugzeuge rund und an seinem Endbereich spitz
zulaufend ausgebildet ist. Dabei ist es erforderlich, den Verdrängerkörper 13 so zu
gestalten, daß nach Schließen des Gehäuse-Deckels 19 ein ausreichender Sicherheitsabstand
zwischen dem Rotor und dem Verdrängerkörper 13 gewährleistet ist. Im Zentrum des Formkörpers
23 ist die Position der Rotorachse mit 4 angegeben. Der Formkörper 23 bildet einen
integralen Teil von Dichtung 27, Strömungsabrißkante 21 und Verdrängerkörper 13.
[0024] Der Formkörper 23 ist auf der zum Gehäuseinneren zugekehrten Seite des Gehäuse-Deckels
19 mittels doppelseitigem Klebeband, Klebung oder mittels Aufvulkanisierung befestigt.
Die zur Verbindung mit dem Gehäuse 1 vorgesehenen Gelenke sind mit Ziffern 2 und 3
bezeichnet; sie werden an den Positionen 2' und 3' des Gehäuses so montiert, daß der
Gehäuse-Deckel 19 scharnierartig aufklappbar ist. Ein Verschlußteil zur Verriegelung
des Gehäuse-Deckels 19 mit dem Gehäuse 1 ist mit Ziffer 28 bezeichnet.
1. Labor-Zentrifuge mit durch Gehäuse-Deckel verschließbarer Rotor-Kammer in einem Gehäuse-Unterteil,
worin ein motorisch angetriebener Rotor mit vertikaler Achse zur Aufnahme von Proberöhrchen
im Rotoroberteil angeordnet ist und im Betriebazustand Kühlluft für die Proberöhrchen
von der Unterseite des Gehäuse-Unterteils zum Rotor strömt, die anschließend die Rotor-Kammer
in tangentialer Strömungs-Richtung zum Rotor-Umfang verläßt, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Gehäuse-Deckel (19) und Gehäuse (1) mindestens eine schlitzartige Luftaustriftsöffnung
(12) vorgesehen ist, daß die Luftaustrittsöffnung (12) einen sich in Strömungsrichtung
verengenden Querschnitt zwischen Formkörper (23) und Oberkante (22) der Rotor-Kammer
(9) aufweist, daß die Luftaustrittsöffnung (12) im Profil gesehen eine im Formkörper
(23) integrierte Strömungsabrißkante (21) aufweist, und daß in einen Ringspalt (10)
zwischen Rotor (5) und Rotor-Kammer (9) ein Verdrängerkörper (13) hineinragt.
2. Labor-Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper
(13) seitlich des Luftaustrittsöffnungsbereiches (12) so positioniert ist, daß er
in Drehrichtung des Rotors (5) gesehen dem Luftaustrittsöffnungs-Bereich unmittelbar
folgt.
3. Labor-Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper
(13) als Teil eines mit dem Gehäuse-Deckel (19) verbundenen Formkörpers (23) ausgebildet
ist.
4. Labor-Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Luftaustrittsöffnung (12) im Gelenk-Bereich (29) der Gehäuse-Deckel (19) und Gehäuse
(1) verbindenden Gelenke (2, 3) vorgesehen ist.
5. Labor-Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Formkörper (23) aus einem Elastomer besteht.