DE10145171B4

DE10145171B4 - Zentrifugalseparator

Info

Publication number: DE10145171B4
Application number: DE10145171A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Miura; Masaharu Aizawa; Yukitoshi Takakusagi
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Eppendorf Himac Technologies Co Ltd
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: JP2002086016A; US20020035023A1; DE10145171A1; FR2814090B1; JP3840888B2; FR2814090A1; US6620089B2

Abstract

Zentrifugalseparator mit:
einer Antriebseinheit (D);
einer Antriebswelle (11), die wirksam mit der Antriebseinheit (D) verbunden ist,
einem Kranz (4), der an einem Ende der Antriebswelle (11) befestigt ist;
einem Schwingrotor (1) mit einem Rotorkörper (2) und einer Vielzahl von Behältern (3), die ausgebildet sind, mit der Rotation des Rotorkörpers (2) in der Zentrifugalrichtung geschwungen zu werden, wobei an dem Rotorkörper (2) ein Einsetzloch (8) ausgebildet ist, in welches der Kranz (4) eingesetzt wird; einem Rotorgehäuse (10), in welchem der Schwingrotor (1) auf eine drehbare Art und Weise untergebracht ist; und
einer Abdeckung (12), die an einer inneren Bodenfläche des Rotorgehäuses (10) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schwingrotor (1) mit einem Vorsprungselement (5) versehen ist, das sich nach unten erstreckt, um einen unteren Abschnitt des Schwingrotors (1) zu bilden, wobei das Vorsprungselement (5) um die Antriebswelle (11) herum positioniert ist;
und dass...

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zentrifugalseparator gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 43 24 893 A1 ist ein solcher Zentrifugalseparator bekannt.

5 ist eine veranschaulichende Schnittansicht eines wesentlichen Abschnittes einschließlich eines Rotors eines Zentrifugalseparators mit einem herkömmlichen Aufbau, und eine linke Hälfte derselben zeigt einen Zustand, in welchem Behälter (nicht verwendete Behälter) mit einer großen Kapazität (großes Volumen) durch eine Zentrifugalkraft geschwungen werden, und eine rechte Hälfte derselben zeigt Behälter (verwendete Behälter) mit einer kleinen Kapazität, die durch eine Zentrifugalkraft geschwungen werden.

Der Zentrifugalseparator umfasst eine Antriebseinheit D, eine Antriebswelle 11, die durch die Antriebseinheit D angetrieben und gedreht wird, einen Kranz 4 als eine Kraftübertragung, der an einem vorderen Ende der Antriebswelle 11 befestigt ist und einen Kranzstift 6a aufweist, einen Schwingrotor 1 mit einem Einsetzloch 8, in welches ein Kranz 4 eingesetzt ist, und der mit einem Stift 6b ausgebildet ist, der mit dem Stift 6a in Eingriff treten kann, eine Rotorkammer (Gehäuse) 10, in welcher der Rotor 1 un tergebracht ist, und eine Abdeckung 12, die eine Öffnung zwischen dem Rotorgehäuse 10 und der Antriebswelle 11 abdeckt. Es kann ferner eine Tür, nicht gezeigt, zum Öffnen oder Schließen einer oberen Öffnung des Rotorgehäuses 10 vorgesehen sein, durch welche der Schwingrotor 1 in das Rotorgehäuse 10 eingesetzt oder von diesem entnommen wird.

Rotoren zum Halten von Proben umfassen allgemein vertikale Rotoren, Winkelrotoren, Schwingrotoren usw., und der Schwingrotor ist von den Rotoren vom anderen Typ verschieden. Der Schwingrotor (Ausschwingrotor) 1 ist mit einem Rotorkörper 2, einem Arm 9, der für den Rotorkörper 2 vorgesehen ist, und einer Vielzahl von Behältern 3 versehen, die an dem Arm 9 angeordnet sind, so dass die Behälter 3 in der Zentrifugalrichtung schwingen können, wobei der Arm 9 das Schwenkzentrum derselben darstellt.

Um eine Anzahl von Proben auf einmal durch Verwendung eines Schwingrotors zu behandeln, wird es erforderlich, die Größe des Behälters zum Halten der Probe zu vergrößern, und wird es auch erforderlich, die Rotorkammer, in der der Rotor untergebracht ist, so auszubilden, dass diese einen Innendurchmesser D3 aufweist, der zu einem Zeitpunkt größer als der maximale Rotationsdurchmesser D2 des Schwingrotors ist, wenn der Behälter aus der vertikalen Richtung in Richtung der horizontalen Richtung geschwenkt ist (d.h. der Durchmesser D2 des Schwingrotors zu dem Zeitpunkt, wenn die maximale Rotationsrate erreicht ist).

Allgemein wird die Separation der Probe durch Verwendung eines Schwingrotors ausgeführt, der vorher so ausgewählt wurde, dass er mit dem Innendurchmesser des Rotorgehäuses zusammenpasst. In einigen Fällen muss jedoch dieser Schwingrotor entsprechend seiner Verwendung oder seiner Aufgabe gegen einen anderen Schwingrotor ausgetauscht werden. In einem solchen Fall kann jedoch ein Schwingrotor, dessen maximaler Rotationsdurchmesser D2 größer als der Innendurchmesser D3 des Rotorgehäuses 10 ist, eingebaut werden, da der maximale Außendurchmesser D1 des Schwingrotors zum Zeitpunkt eines Betriebsstopps (nicht angetrieben) kleiner ist, als der Innendurchmesser D3 des Rotorgehäuses 10. In einem derartigen Zustand werden, wenn ein Bediener den Schwingrotor 1 ohne Kenntnis dieses Fehlers der Auswahl des Schwingrotors (fehlerhaftes Einsetzen) betätigt, die Behälter, die durch die Zentrifugalkraft geschwungen werden, in Kontakt mit dem Innenwandabschnitt gebracht, der den Innendurchmesser D3 des Rotorgehäuses 10 aufweist, der kleiner als der maximale Rotationsdurchmesser D2 des Schwingrotors 1 ist, wodurch der Rotor beschädigt wird, die Probe verloren geht und daher der Zentrifugalseparator selbst beschädigt wird und daher schadhaft wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Mängel und Nachteile des oben erwähnten Standes der Technik im Wesentlichen zu beseitigen und einen Zentrifugalseparator vorzusehen, mit dem ein verbesserter Arbeitswirkungsgrad mit verringerter Gefahr eines Rotoreinsetzfehlers sicher erreicht werden kann.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auch einen Rotor des Zentrifugalseparators des oben beschriebenen Typs vorzusehen, der sicher betrieben werden kann und eine hohe Betriebszuverlässigkeit aufweist.

Diese Aufgaben können gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst werden, dass ein Zentrifugalseparator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen wird.

Das Aufnahmeelement ist eine ringförmige Ausnehmung, und das Vorsprungselement ist ein ringförmiger Vorsprung oder umfasst eine Vielzahl von Stiften, deren Zentrum auf einer Rotationsachse der Antriebswelle angeordnet ist.

Das Rotorgehäuse ist mit einer Öffnung ausgebildet, durch welche sich die Antriebswelle in das Rotorgehäuse erstreckt, eine Abdeckung ist so angeordnet, um die Öffnung abzudecken, und das Aufnahmeelement ist an der Abdeckung angeformt.

Der Rotor ist ein Schwingrotor, und das Probenhalteelement umfasst eine Vielzahl von Behältern. Der Rotorkörper des Schwingrotors ist mit Ausschnitten ausgebildet, in welchen abwärtige Endabschnitte der Behälter jeweils zu einem Zeitpunkt aufgenommen sind, wenn der Betrieb des Schwingrotors gestoppt ist.

Gemäß dem Zentrifugalseparator mit dem Rotor des oben beschriebenen Typs können Einsetzfehler des Schwingrotors durch die spezifische Anordnung des ringförmigen Vorsprungselementes, das an dem Rotorkörper ausgebildet ist, und der ringförmigen Nut zur Aufnahme der Vorsprünge im Wesentlichen vermieden werden, und daher kann der Arbeitswirkungsgrad des Zentrifugalseparators verbessert werden, wodurch dieser sicherer wird und sich dies vorteilhaft auswirkt.

Ferner kann auch die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Betriebs eines derartigen Rotors verbessert werden.

Ferner kann bei einem bevorzugten Aspekt der Schwingrotor, dessen maximaler Rotationsdurchmesser größer als der Innendurchmesser des Rotorgehäuses ist, in welchem der Schwingrotor untergebracht ist, nicht auf drehbare Art und Weise befestigt werden, und überdies kann der Schwingrotor der vorliegenden Erfindung durch Verwendung eines Zentrifugalseparators gedreht werden, der auf einen derartigen Schwingrotor ausgelegt ist. Daher kann die Sicherheit und Zuverlässigkeit für den Betrieb des Zentrifugalseparators sichergestellt werden.

Die Beschaffenheit und weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlicher.
Zeichnungskurzbeschreibung
1 ist eine Schnittansicht in vergrößertem Maß, die einen wesentlichen Abschnitt mit einem Rotor eines Zentrifugalseparators zeigt, der nun gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betätigt wird.
2 ist eine Schnittansicht von 1, aber in einem Zustand mit Betriebsstopp, d.h. in einem nicht angetriebenen Zustand.
3A ist eine Seitenansicht eines Schwingrotors, der mit einem anderen Beispiel von Vorsprüngen versehen ist, die an seiner Bodenfläche ausgebildet sind, und 3B ist eine Ansicht von unten.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes des Rotors von 3 in vergrößertem Maßstab, der mit den Vorsprüngen versehen ist.
5 ist eine Schnittansicht eines wesentlichen Abschnittes mit einem Rotor eines Zentrifugalseparators, der einen herkömmlichen Aufbau aufweist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Zentrifugalseparators der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
Ein Zentrifugalseparator 100 umfasst ein Antriebsmittel D, wie beispielsweise einen Elektromotor, eine Antriebswelle 11, die sich von dem Antriebsmittel D erstreckt, eine Kraftübertragung 4, wie beispielsweise einen Kranz (nachfolgend Kranz bezeichnet), der an einem vorderen Endabschnitt der Antriebswelle 11 befestigt und mit einem Stift 6a ausgebildet ist, einen Schwingrotor 1, der mit einem Einsetzloch 8, in welches der Kranz 4 eingesetzt wird, und auch mit einem Stift 6b ausgebildet ist, der mit dem an dem Kranz 4 ausgebildeten Stift 6a in Eingriff steht, ein Rotorgehäuse (Kammer) 10, in welchem der Schwingrotor 1 untergebracht ist, und eine Abdeckung 12 zum Schließen einer Öffnung, die zwischen dem Rotorgehäuse 10 und der Antriebswelle 11 ausgebildet ist. Eine Tür, die nicht ge zeigt ist, ist auch für eine obere Öffnung des Rotorgehäuses 10 vorgesehen, durch welche der Schwingrotor 1 in das Rotorgehäuse 10 eingesetzt bzw. aus diesem entnommen wird.
Der Schwingrotor 1 besteht allgemein aus einem Rotorkörper 2, einem Arm 9, der an dem Rotorkörper 2 ausgebildet ist, und einer Vielzahl von Behältern 3, die in der Zentrifugalrichtung geschwungen werden können, wobei der Arm 9 das Zentrum der Schwingbewegung (Rotationsbewegung) darstellt. Ferner ist der Schwingrotor 1 an seinem unteren Abschnitt, wie in 1 gezeigt, beispielsweise mit dem sich verjüngenden Einsetzloch 8 ausgebildet, in welches der Kranz 4 eingesetzt wird. Der Stift 6b ist an dem Einsetzloch 8 so ausgebildet, dass er mit dem Stift 6a des Kranzes 4 in Eingriff treten kann, um zu verhindern, daß der Kranz 4 in seiner Rotationsrichtung verschoben werden kann.
In letzter Zeit hat sich trotz der Anforderung nach einer Größenverringerung für den Zentrifugalseparator aufgrund eines verringerten Positionierungsraumes die Tendenz entwickelt, eine große Menge oder Anzahl von Proben auf einmal zu behandeln. Aufgrund dessen ist es erforderlich, die Konstruktion des Rotorgehäuses 10 zu ändern, d.h. dessen Kapazität zu erhöhen, wobei die Größe des Zentrifugalseparators 100 so wenig wie möglich geändert (d.h. erhöht) wird. Jedoch variiert der Rotationsdurchmesser (rotierende Durchmesser) des Behälters 3 des Schwingrotors 1 größtenteils aufgrund der Zentrifugalkraft, die bei dem Schwingbetrieb des Rotors 1 erzeugt wird. Wenn jedoch ein bestimmter mit Behältern versehener Rotor, dessen Durchmesser zu dem Zeitpunkt ohne Rotation kleiner als ein Innendurchmesser D3 des Rotorgehäuses 10 ist und dessen maximaler Rotationsdurchmesser D2 größer als der Innendurchmesser D3 des Rotorgehäuses 10 ist, fehlerhaft an dem Rotorgehäuse 10 angebracht wird, treten die Behälter nachteilig mit der Rotorgehäusewand in Kontakt oder kollidieren mit dieser, wodurch sie beschädigt werden bzw. wobei dies eine Gefahr darstellt.
Um einen derartigen Schaden zu vermeiden und den Schwingrotor 1 ohne Probleme zu drehen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein ringförmiger Vorsprung 5 an dem unteren Abschnitt des Rotors 1 und eine ringförmige Ausnehmung, wie beispielsweise eine Nut 7, an der Abdeckung 12 ausgebildet, die an einer inneren unteren Fläche des Rotorgehäuses 10 angeordnet ist, wobei der ringförmige Vorsprung 5 in die ringförmige Nut 7 eingesetzt wird, um dadurch den Schwingrotor 1 mit dem Kranz 4 auf eine drehbare Art und Weise durch den Eingriff der Stifte 6a bzw. 6b, die daran ausgebildet sind, in Eingriff zu bringen. Somit kann der Bediener den Eingriffszustand zwischen dem Schwingrotor 1 und dem Kranz 4 durch Betrachtung der relativen Positionsbeziehung zwischen dem ringförmigen Vorsprung 5 und der ringförmigen Nut 7 erkennen.
Ferner wird die Abdeckung 12 mit der ringförmigen Nut 7 mit einer Tiefe H3 ausgebildet, die größer als eine Distanz (H2 – H1) ist, wobei unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Distanz H1 zwischen der oberen Fläche der Abdeckung 12, die an der inneren unteren Fläche des Rotorgehäuses 10 angeordnet ist, und dem vorderen Stirnabschnitt des eingesetzten Kranzes 4 kleiner als eine Distanz H2 zwischen der unteren Fläche des Schwingrotors 1 und dem unteren Bereich des Einsetzloches 8 ist (H1 < H2).
Gemäß dem Aufbau des oben erwähnten Schwingrotors 1 wird für den Fall, daß sich der Zentrifugalseparator ohne Probleme drehen kann, der Schwingrotor 1, der Behälter 3 mit großer Kapazität oder großem Volumen aufweist, verwendet, wie in 1 gezeigt ist, wobei der Kranz 4 an dem Schwingrotor 1 befestigt ist und der ringförmige Vorsprung 5, der an dem unteren Abschnitt (Bodenabschnitt) des Schwingrotors 1 ausgebildet ist, in der Ringnut 7 ohne Überlagerung (Kontakt) aufgenommen ist, welche an der Abdeckung 12 ausgebildet ist, die in der inneren Bodenfläche des Rotorgehäuses (der Rotorkammer) 10 angeordnet ist, wodurch der Schwingrotor 1 und der Kranz 4 durch die Stifte 6a und 6b zur Drehung in Eingriff gebracht werden können.
Der ringförmige Vorsprung 5, der an dem unteren Abschnitt des Schwingrotors 1 ausgebildet ist, wobei die Antriebsachse das Zentrum dieser ringförmigen Form darstellt, kann durch eine Vielzahl stiftförmiger Vorsprünge ersetzt werden, die in ringförmiger Form vorragen, wobei die Antriebsachse das Zentrum darstellt, wie in 4 gezeigt ist. Derartige Vorsprünge können bei einem Herstellungsprozess leicht hergestellt werden. Ferner ist es bei der vorliegenden Erfindung erforderlich, den Schwerpunkt des Schwingrotors 1 abzusenken, um eine stabile Rotation zu erhalten, und daher werden, um dies zu erreichen, Ausschnitte 14 um den Vorsprung 5 ausgebildet, um die unteren Abschnitte der Behälter 3 zu einem Zeitpunkt eines Betriebsstopps (einer Periode ohne Rotation) aufnehmen zu können, wobei dieser Zustand in 4 dargestellt ist.
Andererseits tritt in dem Fall, wenn der Zentrifugalseparator verwendet wird, wie in 2 gezeigt ist, in welchem der Schwingrotor 1 mit Behältern 3 mit großer Kapazität oder großem Volumen aufgrund dessen nicht gedreht werden kann, da der maximale Rotationsdurchmesser der Behälter 3 größer als der Innendurchmesser des Rotorgehäuses 10 ist, der Vorsprung 5, da die Abdeckung 12 ohne ringförmige Nut 7 ausgebildet ist, lediglich mit der oberen Fläche der Abdeckung 12 in Kontakt, und der Kranz 4 und der Schwingrotor 1 sind so positioniert, dass sie durch die Stifte 6a und 6b nicht miteinander in Eingriff treten können. Dies bedeutet, dass der Schwingrotor 1 und der Kranz 4 gemäß des Vorsprungsbetrags (der Vorsprungslänge) des Vorsprungs 5 nicht miteinander in Eingriff gebracht werden können. Somit kann sogar, wenn ein Bediener einen Schwingrotor in einen Zentrifugalseparator einsetzt, der mit einem Rotorgehäuse 10 versehen ist, dessen Innendurchmesser D3 kleiner als der maximale Rotationsdurchmesser D2 des Schwingrotors ist, der Schwingrotor 1 nicht mit dem Kranz 4 in Eingriff gebracht werden, um sich drehen zu können, da der ringförmige Vorsprung 5 und die ringförmige Nut 7 nicht durch den Eingriff der Stifte 6a und 6b drehbar in Eingriff gebracht werden können. Dieser Zustand ist in 2 gezeigt. Gemäß dieser Tatsache erkennt der Bediener den Einsetzfehler des Schwingrotors und somit kann jeglicher Schaden oder dergleichen an dem Schwingrotor vermieden werden, was sich vorteilhaft auswirkt.
Wie oben erwähnt ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Schwingrotor, dessen maximaler Rotationsdurchmesser größer als der Innendurchmesser des Rotorgehäuses ist, in welches der Schwingrotor eingesetzt wird, nicht auf eine drehbare Art und Weise befestigt werden, und überdies kann der Schwingrotor der vorliegenden Erfindung durch Verwendung eines Zentrifugalseparator gedreht werden, der auf einen derartigen Schwingrotor ausgelegt ist. Daher kann die Sicherheit und Zuverlässigkeit für den Betrieb des Zentrifugalseparators sichergestellt werden.
Bei modifizierten Beispielen kann die ringförmige Nut 7 der beschriebenen Ausführungsform durch ein ringförmiges Durchgangsloch ersetzt werden, und ein vertikaler Rotor oder ein Winkelrotor kann wirksam anstelle des Schwingrotors 1 verwendet werden.

Claims

Zentrifugalseparator mit: einer Antriebseinheit (D); einer Antriebswelle (11), die wirksam mit der Antriebseinheit (D) verbunden ist, einem Kranz (4), der an einem Ende der Antriebswelle (11) befestigt ist; einem Schwingrotor (1) mit einem Rotorkörper (2) und einer Vielzahl von Behältern (3), die ausgebildet sind, mit der Rotation des Rotorkörpers (2) in der Zentrifugalrichtung geschwungen zu werden, wobei an dem Rotorkörper (2) ein Einsetzloch (8) ausgebildet ist, in welches der Kranz (4) eingesetzt wird; einem Rotorgehäuse (10), in welchem der Schwingrotor (1) auf eine drehbare Art und Weise untergebracht ist; und einer Abdeckung (12), die an einer inneren Bodenfläche des Rotorgehäuses (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingrotor (1) mit einem Vorsprungselement (5) versehen ist, das sich nach unten erstreckt, um einen unteren Abschnitt des Schwingrotors (1) zu bilden, wobei das Vorsprungselement (5) um die Antriebswelle (11) herum positioniert ist; und dass die Abdeckung (12) mit einer ringförmigen Ausnehmung (7) versehen ist, um das Vorsprungselement (5) aufnehmen zu können, wobei in einem Zustand, wenn der Kranz (4) in das Einsetzloch (8) eingesetzt ist, eine erste Distanz (H1) zwischen der Oberseite der Abdeckung (12) und einem vorderen Stirnabschnitt des Kranzes (4) kleiner als eine zweite Distanz (H2) zwischen dem unteren Abschnitt des Schwingrotors (1) und einem Bodenabschnitt des Einsetzloches (8) ausgebildet ist, und wobei die ringförmige Ausnehmung (7) eine Tiefe aufweist, die größer als eine Differenz zwischen der zweiten Distanz (H2) und der ersten Distanz (H1) ist.
Zentrifugalseparator nach Anspruch 1, wobei das Vorsprungselement (5) ein ringförmiger Vorsprung ist, dessen Zentrum auf einer Rotationsachse der Antriebswelle (11) angeordnet ist.
Zentrifugalseparator nach Anspruch 1, wobei das Vorsprungselement (5) eine Vielzahl von Stiften umfasst, die in einer ringförmigen Form angeordnet sind, deren Zentrum auf der Rotationsachse der Antriebswelle (11) angeordnet ist.
Zentrifugalseparator nach Anspruch 1, wobei das Rotorgehäuse (10) mit einer Öffnung ausgebildet ist, durch welche sich die Antriebswelle (11) in das Rotorgehäuse (10) erstreckt, und die Abdeckung (12) so angeordnet ist, um die Öffnung abzudecken.
Zentrifugalseparator nach Anspruch 1, wobei der Rotorkörper (2) des Schwingrotors (1) mit Ausschnitten ausgebildet ist, in welchen jeweils abwärts gerichtete Endabschnitte der Behälter (3) zu einem Zeitpunkt aufgenommen sind, wenn der Betrieb des Schwingrotors (1) gestoppt ist.