CN101862707B

CN101862707B - 用于离心机的低噪声转子腔

Info

Publication number: CN101862707B
Application number: CN201010002959.0A
Authority: CN
Inventors: H·扬岑
Original assignee: Thermo Electron LED GmbH
Current assignee: Thermo Electron LED GmbH
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2030-01-15
Also published as: US8734310B2; DE102009004748B4; GB2467037B; CN101862707A; US20100179043A1; GB201000389D0; GB2467037A; JP2010172889A; DE102009004748A1

Abstract

本发明涉及一种用于离心机、尤其是用于空冷实验室离心机的低噪声转子腔，其具有腔壁，所述腔壁包括：面朝腔内部的内侧，腔内部用于接收离心机转子；和背离腔内部的外侧，所述外侧具有声屏障，所述声屏障用于减弱由转子腔发出的声音，所述声屏障包括一多层阻尼衬里。本发明还涉及具有这样的转子腔的离心机以及用于减弱由离心机的转子腔、尤其是空冷实验室离心机的转子腔发出的声音的方法。

Description

用于离心机的低噪声转子腔

技术领域

本发明涉及一种用于离心机、尤其是用于空冷实验室离心机的转子腔，其具有腔壁，所述腔壁包括：面朝腔内部的内侧，腔内部用于接收离心机转子；和背离腔内部的外侧，所述外侧具有声屏障，所述声屏障用于减弱由转子腔发出的声音。此外，本发明还涉及具有这样的转子腔的离心机，以及用于减弱由离心机的转子腔、尤其是空冷实验室离心机的转子腔发出的声音的方法。

背景技术

离心机，尤其是空冷实验室离心机，经常产生明显的背景噪声，在运行时有时非常明显，附近的人感觉这种噪声恼人。这种在离心机运行期间时而出现的明显背景噪声的起因很多。因而，例如，甚至离心机容器的极小不平衡重量都会引起离心机振动，这最终导致形成咔哒声音或类似噪声。另外，离心机噪声形成的大部分还应归因于转子腔。离心机的转子腔的基本构造在先有技术中是已知的。它提供通常为圆筒形的腔用于接收转子。转子腔通常设计成顶部开口，用于引入和移除待离心处理的样品和/或用于更换转子。相反，基底区域除了用于驱动轴的通道外通常设计成大体上封闭，并固定连接于转子腔的侧壁。因而，总的说来，转子腔具有槽形轮廓的横截面。此外，离心机通常包括一可枢转的盖，使用所述盖可以在顶部封闭包括转子腔在内的离心机的内部空间。

在离心机转子腔中旋转的转子常常设计成，在旋转状态，它提供冷却空气，用于冷却所附的分离材料和位于内部区域的其他部件，以及根据对冷却空气的引导，选择性地冷却放置在外部区域中的部件。但是，在某些情况下，尤其是这种气流在离心机运行期间会与转子流干涉，就像声波一样传播，听觉上感觉像离散的音调。由转子旋转引起的转子腔激励振动是出现该音调的根源，这反过来又在周围空气中产生空气噪声。

用于减弱离心机噪声形成的总量的基本措施在先有技术中是众所周知的。因而，例如，特别地可以利用适当的弹性轴承、缓冲底脚等等减弱由离心机和/或外壳的振动引起的拍打噪声。在DE 197 19 959C1中公开了另一个方案，其披露了一种实验室离心机，所述离心机特别包括一基体组，所述基体组具有在一基板上的转子驱动马达，所述转子驱动马达与倾斜前面板一起具有通常位于实验室离心机中的操作部件和显示仪表。基体组由一同相(coherent)金属板制成，其中至少两排平行的分离缝隙位于毗连前面板和基板的金属板的弯曲区域中，其在前面板和基板之间形成一弯曲辐板，由此在前面板的方向上显著减弱由转子不平衡形成的噪声或结构噪声。此外，在离心机区域中结合声音减弱材料也是众所周知的。为此，例如，DE 72 24 033 U1提出特别使用聚氨酯硬质泡沫作为声屏障。应当明白，声屏障也在本发明的在离心机中减弱甚至防止噪声沿至少一个空间方向传播的设备的范围之内。

但是，已经表明，尽管采取了前述的手段，离心机所产生的噪声仍然比较高，仍然觉得恼人。所以，本发明的目的是披露进一步减弱离心机、尤其是空冷实验室离心机的噪声形成的方案。

发明内容

该目的是通过本申请中用于离心机的转子腔、离心机和用于减弱由离心机的转子腔发出的声音的方法来实现的。有利的改进披露在本申请的相应改进中。

本发明的基本方面是，声屏障是一阻尼衬里，所述阻尼衬里具有至少一个第一层和至少一个第二层，其覆盖腔壁的至少一个分区，第一层和第二层设置成一个层在另一个层顶部且至少部分地平坦放置，第一层包括相对于第二层大体上具有声音吸收性能的材料，而第二层包括相对于第一层大体上具有声音反射性能的材料。

转子腔最终用于接收在其中旋转的离心机转子，所以对由转子腔内部的转子运动引起的压力波特别敏感，所述压力波激发转子腔振动，使之以空气声的形式发出噪声。依照本发明，为了改善声音减弱性能，转子腔腔壁的至少一个分区设计成具有阻尼衬里，所述阻尼衬里减弱由腔壁发出的声音，因而起到一声屏障的作用。依照本发明的阻尼衬里设计成多层，尤其是两层，包括至少一个第一层和至少一个第二层。依照本发明，通过改进第一层和第二层中使用的材料实现尤其有效的声音最小化，尤其是100Hz到1000Hz的频率范围，更尤其是100Hz到500Hz的范围，这将在下文更详细地描述。材料的组合决不是任意的，而是基于将大体上具有声音吸收性能的材料与大体上具有噪声反射性能的材料一起组合成用于噪声减弱的一个元件和/或一声屏障的构思。只有依照本发明的这种组合才能够实现显著的噪声最小化结果。

应当明白声音反射是声音阻尼的含义，利用声音反射，空气声或结构声的声音传播被声波的反射反作用。相反，声音吸收实质上与声音阻尼有关，其通过吸收声波，减弱声音传播，据此，声能转变成无声振动能波和/或消散掉。因而，本发明的基本思想是，声屏障还包括多种或至少两种采用不同声音减弱原理(具体地说，声音吸收和声音反射)的材料，它们在声音减弱性能上相互补充。在这种情形下，阻尼衬里的至少两层的适合的相互匹配尤其重要。很明显，在本发明范围之内，大体上具有声音吸收性能的材料也可以具有某种程度的声音反射性能，反之亦然。但是，第一层比第二层具有更显著的声音吸收性能，第二层比第一层具有更显著的声音反射性能，这是决定性的。

术语″材料″也理解为不局限于本发明意义上的各种材料，而是尤其包括材料混合物、多组分部分等等。因而，第一层和/或第二层可以包括本发明范围之内的一种材料，其例如是多种材料或各个组分的混合物。

第一层和第二层还设置成一个层在另一个层之上且至少部分地平坦放置。应当明白，一个层在另一个层之上且平坦放置的构造尤其意味着第一层和第二层沿坐落在转子腔中的转子的径向方向一个层在另一个层之后地放置，并彼此直接毗连。在此区域，阻尼衬里因而设计成多层材料的复合物和/或具有夹层结构。虽然重叠区域的比例对两层中的每层来说是变化的，但是，第一层和第二层的重叠区域越大和/或转子腔壁的区域比例越大，阻尼衬里实现的声音减弱越好，其中阻尼衬里的至少两层设计成一个层在另一个层顶部放置。

此外，阻尼衬里至少部分地附着于转子腔的表面，这样，在该区域，转子腔的振动可以直接由阻尼衬里吸收。在此与转子腔相关的阻尼衬里起到振动质量阻尼器或振动阻尼器的作用，阻尼衬里相对于转子腔壁代表反振荡质量。这种效果在第一层位于第二层与转子腔壁之间并包括具有足够弹性的材料的情况下尤其清楚明显，这将在下文更加详细地描述。特别是对于这类构造来说，声屏障的消散效果是建立在特别是质量弹簧作用原理上的，能量从待平稳的结构抽出，这里，复合材料设计为反振荡。这种构造允许热量消散到弹性部分中和/或阻尼衬里中。

阻尼衬里在转子腔上的具体构造可以以本发明范围之内的各种方式变化。因而，例如，如果第一层在其背离第二层的一侧平坦地直接压靠在转子腔上，则可以实现特别好的声音减弱效果。至少在第一层和第二层的重叠区域，第一层位于第二层与转子腔壁之间和/或在该区域形成转子腔和第二层之间的接合处。这种构造具有这样的效果，首先，大体上具有声音吸收性能(相对于第二层)的材料毗连转子腔，其在相对于转子腔的外侧至少部分地由第二层的具有声音反射性能的材料覆盖。远离转子穿过第一层朝着第二层的声波因而被反射到声音吸收材料上，由此，在一方面，防止声波传播到环境中，另一方面，增加第一层的声波吸收总量，从而改善声音减弱效果。

此外，尤其有利的是，将阻尼衬里附着到转子腔的外侧。基本上，阻尼衬里在转子腔内侧上的构造也是可以的，这也能减弱从转子腔发出的声音。但是，阻尼衬里附着到转子腔外侧更有效，尤其是第二层放置在外面，这样穿过用于声音吸收的第一层的声波被第二层向转子腔反射。特别是通过该特殊构造，大部分阻尼效应还可以归因于如上所述的质量弹簧作用原理，尤其是在第一层包括弹性材料并且密度比第二层的材料小的情况下。

阻尼衬里在转子腔上的形状和分布在本发明范围之内也是可以变化的。在优选实施例中，阻尼衬里整体包括至少二个独立片段，这些独立片段没有重叠，尤其是彼此相对地位于腔壁上。所述至少二个独立片段尤其优选设计成具有相同的形状，并在转子腔上彼此均匀间隔开。但是，尤其优选的是，阻尼衬里设计成完整的圆周，并压靠在转子腔的至少一个分区的整个区域，即，设计成圆环的形式，而转子腔壁为中空圆筒的形式。

在阻尼衬里位于转子腔的上部区域，尤其是位于上半部的情况下，从转子腔发出的声音的声音减弱也是非常成功的。正如上面所述的，转子腔具有通常中空圆筒形的侧壁和基底区域，这样总的来说就形成槽状横截面的转子腔。这种基本构造具有这样的效果，即，转子腔对在上部区域中、尤其是对在毗连转子腔的结合开口的侧壁区域中的振动敏感，这样，该区域对从转子腔发出的声音的噪声形成提供了重要的贡献。精确布置在转子腔的该区域中的、尤其是在转子腔的该区域外侧的阻尼衬里的构造能够特别有效地减弱与由声屏障覆盖的区域相关的声音。

如果阻尼衬里环状包围转子腔，尤其是与贯穿转子腔延伸的旋转轴线同轴，则声音减弱也是非常有效的。这更尤其适用于该阻尼衬里在转子腔的上部区域的构造。优选环状构造的原因在于，转子腔至少在该区域不间断地转动，因而阻尼衬里在该区域不存在开口，这允许声音从转子腔逸出，好比是泄漏。很明显，该阻尼衬里无须一体设计，多部分构造的方案例如具有毗连的各个片段，也包含在本发明范围之内。

本发明的本质方面是，正如上面所述的，第一层材料相对于第二层材料的匹配。已经证明，在第二层具有比第一层高的密度的情况下尤其有利。密度高的材料通常比密度低的材料具有更大的声音反射性能，相反，密度低的材料通常比密度高的材料具有更大的声音吸收性能。

依照本发明的进一步的实质匹配标准可以是第一层和第二层的层厚度的变化。在当前情况下，层厚度应当理解为第一层和第二层在贯穿转子腔延伸的旋转轴线的径向方向上的厚度。第一层的层厚度优选在2mm到30mm之间，尤其是在5mm到20mm之间。第二层设计成相比而言明显更薄，尤其是具有最多0.5mm的层厚度。

选择第一层和第二层的材料时可以使用较宽范围。对第一层的材料选择来说，其具有的压缩值使之足够柔软以吸收而不再扩散振动是尤其决定性的。第一层的材料尤其优选为柔软的弹性体或泡沫材料，例如，尤其是聚氨酯泡沫或聚烯烃泡沫，例如，聚烯烃炮沫尤其是聚乙烯炮沫的形式。

相反，第二层优选大体上包括三元乙丙橡胶(EPDM)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚氨酯(PUR)或聚氯乙烯(PVC)。

此外，其材料的单位面积重量为0.5kg/m²到6kg/m²、尤其为1.5kg/m²到4kg/m²的第二层特别适合于实现依照本发明的优点。

基本上，数目众多的紧固替换方案也可以用来将声屏障紧固到转子腔。但是，已经证明，使用自粘涂层尤其有利，尤其是在第一层上使用这样的自粘涂层，由此将声屏障固定到转子腔上。压敏粘合剂尤其适合于这个目的。使用这样的自粘涂层，声屏障可以特别容易地附着到转子腔上。另外，当然，借助于相应的自粘涂层也可以将第一层连接到第二层，不用提供开始就彼此连接在一起的两层。为此，第一层和/或第二层具有适当的涂层。虽然组合有如上所述各种方案，但是，本发明还包括具有阻尼衬里的转子腔，其中，直接毗连转子腔的层在两侧都具有涂层，并因而首先紧固在例如转子腔上，随后另一涂层可用于固定另一层。第一层和/或第二层上的自粘涂层的特定构造允许安装方案和制造途径的更多层面组合范围。

此外，特别有利的是，腔壁具有一边缘，所述边缘设计为在转子腔的上部区域远离腔内部地指向，该边缘沿旋转轴线的径向方向突出到阻尼衬里之外。阻尼衬里设计成其径向方向上的径向厚度比该边缘的厚度窄。该实施例尤其有利，因为阻尼衬里所需的附加空间比较小。因而该实施例尤其较好地适合于改型目的。

本发明进一步的实质方面是一种离心机，其包括如上所述的转子腔，所以显示为尤其低噪声运行方式的特点。对空冷实验室离心机来说具有这样的转子腔尤其是正确的，因为可以特别有效地减弱在转子腔内部由于空气旋涡形成的噪音。

利用离心机，尤其是空冷实验室离心机，也可以实现噪声减弱的显著效果，其中转子腔至少在基底区域被收容在一模制部分中，所述模制部分尤其设计成槽状，并且大体上包括声音减弱材料。这种声音减弱材料在先有技术中是已知的。但是，已经证明，利用泡沫模制部分是特别适合的，尤其由粘弹性聚氨酯泡沫制成的模制部分。此外，毫无疑问，也可以为离心机配备另外的声音减弱装置。例如，这些声音减弱装置可以是合适的扩散器、减弱结构噪音的轴承、外壳上的分离缝隙等等。

如果转子腔坐落在模制部分中使得模制部分和阻尼衬里在轴向方向上不重叠，模制部分的效果能够特别有利地补充阻尼衬里的效果。模制部分和阻尼衬里接近连续地彼此汇合，整体上几乎没有任何空隙，这样，声波从转子腔可以无阻尼地传播。

最后，本发明的又一个方面是用于减弱由离心机的转子腔、尤其是空冷实验室离心机的转子腔发出的声音的方法，该方法包括下列步骤的组合：a)利用第一层吸收声音；和b)利用第二层反射声音。本发明的基本构思是在性能范围中扩展阻尼衬里，使得它包括声音吸收性能和声音反射性能两者。为此，至少一个第一层和至少一个第二层彼此组合，第一层相对于第二层大体上具有声音吸收性能，而第二层相对于第一层大体上具有声音反射性能。依照本发明的方法因而允许利用多种声音减弱原理，特别有效地减弱从离心机的转子腔发出的声音。

如果大体上在第一层的方向上出现声音反射，则依照本发明的方法尤其有效。由此可以保证，从第二层反射的声音被引向进行声音吸收的第一层，从而进一步增加声音吸收。例如，这是通过以下实现的，声屏障在朝着转子腔中的转子的旋转轴线的径向方向上坐落在转子腔的外壁上，第一层位于转子腔外壁和第二层之间。

附图说明

下面，根据附图所示的示例性实施例，更加详细地解释本发明。在这些示意图中：

图1显示了安装在一模制部分上的转子腔的剖视图；

图2显示了图1中声屏障的放大细节；

图3显示了具有分段声屏障的转子腔的俯视图；和

图4显示了具有周向声屏障的转子腔的俯视图。

具体实施方式

在所示的实施例中，下文相同部件设有相同的参考标记。

在图1中只是部分地显示了离心机1，其包括位于一外壳(未显示)中的转子腔2，转子腔2设有转子腔内部2a，用于接收虚线所表示的转子3(尤其是一对摆动外转子)，所述转子3经由一驱动轴4连接于马达元件5。转子腔2还包括平的基底区域6、毗连在基底区域顶上的壁区域7和上边缘区域8。转子腔2设计成顶部开口，运行时外部由盖子(未显示)覆盖。此外，在下部区域，转子腔2接收在槽状的泡沫模制部分9中，所述泡沫模制部分9从基底区域6伸出高达转子腔2的高度H的一半。阻尼衬里11沿旋转轴线10的方向毗连泡沫模制部分9的顶部，转子3在离心机1运行时绕所述旋转轴线10旋转，这样泡沫模制部分9和阻尼衬里11接近连续地彼此汇合，在轴向方向上没有重叠。

在图2的放大细节中，放大显示了充当声屏障的阻尼衬里11的构造。因此，阻尼衬里11包括具有第一层12和第二层13的夹层结构。第一层12包括聚氨酯泡沫，因而其相比第二层13，大体上具有声音吸收性能，并且所述第一层12借助于自粘涂层(未更加详细地显示)直接毗连转子腔2的外壁。第二层13毗连第一层12的与转子腔2相背的一侧，在本示例性实施例中，所述第二层13包括三元乙丙橡胶，其相对于第一层12大体上具有声音反射性能。这种特殊构造具有如下的效果，从转子腔2发出的声波首先朝着阻尼衬里11区域中大体上具有声音吸收性能的第一层12的方向发出。穿过第一层12没有被吸收的那些声波随后入射到大体上具有声音反射性能的第二层13上，第二层13使声波偏转并将它们朝着第一层12的方向反射。这样，这些声波可以被第一层12所吸收，这样能够显著减弱转子腔发出的声音。

依照图1和2所示的示例性实施例，阻尼衬里11只有部分地绕转子腔2布设。与之相比，图3和4的两个俯视图进一步示出了阻尼衬里11的其他可行构造。在图3的分段构造中，其中阻尼衬里11被分成四个独立片段11a、11b、11c和11d，这些片段在转子腔的外壁上相互间隔开一段中间空间，图4显示了绕转子腔2的在径向方向上的圆环形式的圆周阻尼衬里11。

另外，声屏障的总厚度D2比转子腔2的边缘区域8中的向外弯曲边缘的厚度D1窄。该边缘因而沿着径向方向伸出到声屏障之外，并由此形成例如机械保护。

Claims

1.一种用于离心机(1)的转子腔(2)，其具有腔壁(7)，所述腔壁(7)包括：面朝腔内部(2a)的内侧，腔内部(2a)用于接收离心机转子(3)；和背离腔内部(2a)的外侧，所述外侧具有声屏障，所述声屏障用于减弱由转子腔(2)发出的声音，

其特征在于，

声屏障为阻尼衬里(11)，其覆盖腔壁(7)的至少一个分区，所述阻尼衬里(11)具有至少一个第一层(12)和至少一个第二层(13)，

所述第一层(12)和第二层(13)设置成一个层在另一个层顶部且至少部分地平坦放置，第一层(12)包括相对于第二层(13)大体上具有声音吸收性能的材料，而第二层(13)包括相对于第一层(12)大体上具有声音反射性能的材料；其中，

第一层(12)在其背离第二层(13)的一侧设置成直接地平坦地压紧在转子腔(2)上；

其中，所述离心机为用于空冷实验室的离心机。

2.如权利要求1所述的转子腔(2)，其特征在于，

阻尼衬里(11)处于转子腔(2)的外侧。

3.如前述权利要求1或2所述的转子腔(2)，其特征在于，

阻尼衬里(11)整体包括至少两个独立片段，这些独立片段没有重叠，而是彼此相对地位于腔壁(7)上。

4.如前述权利要求1或2所述的转子腔(2)，其特征在于，

阻尼衬里(11)位于转子腔(2)的上部区域。

5.如前述权利要求1或2所述的转子腔(2)，其特征在于，

阻尼衬里(11)环状包围转子腔(2)，与贯穿转子腔(2)延伸的旋转轴线(10)同轴。

6.如前述权利要求1或2所述的转子腔(2)，其特征在于，

第二层(13)具有比第一层(12)高的密度。

7.如前述权利要求1或2所述的转子腔(2)，其特征在于，

第一层(12)的层厚度在2mm到30mm之间。

8.如权利要求7所述的转子腔(2)，其特征在于，

第一层(12)的层厚度在5mm到20mm之间。

9.如前述权利要求1或2所述的转子腔(2)，其特征在于，

第一层(12)基本上包括泡沫材料。

10.如前述权利要求9所述的转子腔(2)，其特征在于，

所述泡沫材料为聚氨酯泡沫或聚烯烃泡沫。

11.如前述权利要求1或2所述的转子腔(2)，其特征在于，

第二层(13)的单位面积重量为0.5kg/m²到6kg/m²。

12.如前述权利要求11所述的转子腔(2)，其特征在于，

第二层(13)的单位面积重量为1.5kg/m²到4kg/m²。

13.如前述权利要求1或2所述的转子腔(2)，其特征在于，

第二层(13)大体上包括三元乙丙橡胶(EPDM)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚氨酯(PUR)或聚氯乙烯(PVC)。

14.如前述权利要求1或2所述的转子腔(2)，其特征在于，

阻尼衬里(11)的第一层(12)具有一自粘涂层，所述自粘涂层用于将阻尼衬里(11)固定在转子腔(2)上。

15.如前述权利要求1或2所述的转子腔(2)，其特征在于，

腔壁(7)具有一边缘，所述边缘设计为在转子腔(2)的上部区域远离所述腔内部(2a)地指向，该边缘沿径向方向突出到阻尼衬里(11)之外。

16.一种离心机(1)，其具有如权利要求1至15之一所述的转子腔(2)。

17.如权利要求16所述的离心机(1)，其特征在于，

转子腔(2)至少在其基底区域(6)收容在一模制部分(9)中，所述模制部分(9)基本上包括一声音减弱材料。

18.如权利要求17所述的离心机(1)，其特征在于，

转子腔(2)坐落于模制部分(9)中使得模制部分(9)和阻尼衬里(11)在轴向方向上不重叠。

19.一种用于减弱由如权利要求16-18之一所述的离心机(1)的转子腔(2)发出的声音的方法，该方法包括下列步骤的组合：

a)利用第一层(12)吸收声音；和

b)利用第二层(13)反射声音。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，

使声音反射大体出现在第一层(13)的方向上。