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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Zentrifugendeckel zum Verschließen des
Rotorraums einer Laborzentrifuge mit einem zur Kühlung von einem Kühlmedium
durchströmbaren
Kühlkanal,
der eine Einlassöffnung
und eine Auslassöffnung
aufweist. Außerdem
betrifft die Erfindung auch eine Laborzentrifuge mit einem solchen
Zentrifugendeckel.
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Unter
Laborzentrifugen sind in diesem Zusammenhang Zentrifugen zu verstehen,
die beispielsweise für
chemische, biologische oder biochemische bzw. biotechnologische
Anwendungen in entsprechenden Laboren verwendet werden. Dabei kann
es sich um freistehende Zentrifugen handeln, es können aber
auch Zentrifugenmodule sein, die beispielsweise in größeren Laborgeräten, insbesondere
für automatisierte
Analysen, vorgesehen sind.
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Derartige
Laborzentrifugen weisen in der Regel jeweils einen drehbaren und
von einem Motor angetriebenen Rotor zur Aufnahme von Probengefäßen auf.
Dieser ist in der Zentrifuge wiederum in einem Rotorkessel untergebracht,
der den Rotor wie eine Wanne umgibt und somit die Zentrifuge und
deren Benutzer vor seitlich oder nach unten austretendem Probenmaterial
schützt.
Der Innenraum eines solchen Rotorkessels wird hier als Rotorraum
bezeichnet und wird in aller Regel mit einem Zentrifugendeckel verschlossen,
um ein Austreten von Probenmaterial nach oben zu verhindern. Die
Zentrifugendeckel können
mehr oder minder kompliziert aufgebaut sein, sind im einfachsten
Fall jedoch eine einfache Platte, die den Rotorraum abdeckt.
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Da
bei einer Laborzentrifuge der Rotor in der Regel mit sehr hoher
Drehgeschwindigkeit rotiert, erwärmt
sich die im Rotorraum befindliche Luft aufgrund der Reibung. Dieser
Effekt verstärkt
sich, wenn der Rotorraum mit einem Deckel gegenüber der Außenluft verschlossen ist. Bei
der Bearbeitung von temperaturempfindlichen Proben kann die Erwärmung des
Probenguts im sich drehenden Rotor von Nachteil sein. Deshalb hat
man bereits in der Vergangenheit eine ganze Reihe von Zentrifugen
vorgeschlagen, bei denen der Rotorraum gekühlt wird.
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Bei
den meisten bekannten Laborzentrifugen wird der Rotorraum direkt
von Außenluft
durchspült, wobei
zum Teil die Drehung des Rotors zum Ansaugen der Kühlluft verwendet
wird. Bei diesen Zentrifugen weist der Zentrifugendeckel daher einen
meist in der Rotationsachse des Rotors gelegenen, vertikal verlaufenden
Kühlkanal
mit einer oben liegenden Einlass- und einer untenliegenden Auslassöffnung auf.
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Diese
selbst gekühlten
Laborzentrifugen haben sich in der Vergangenheit bereits sehr bewährt. Für bestimmte
Einsatzgebiete wäre
es jedoch wünschenswert,
den bei der Kühlung
auftretenden Geräuschpegel
weiter zu senken.
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Daher
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine geräuscharme
Kühlung
für Laborzentrifugen
anzugeben, die auch preisgünstig
herzustellen ist.
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Dies
gelingt erfindungsgemäß mit einem Zentrifugendeckel
gemäß Anspruch
1 und einer Laborzentrifuge gemäß dem unabhängigen Anspruch 28.
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Der
erfindungsgemäße Zentrifugendeckel unterscheidet
sich von den herkömmlich
gekühlten Zentrifugendeckeln
darin, dass im Kühlkanal
mehrere Kühlrippen
angeordnet sind, die jeweils eine in Richtung der Einlassöffnung weisende
vordere Stirnseite aufweisen und von denen zumindest einige zur Vergleichmäßigung der
Durchströmung
des Kühlkanals
entlang einer vorgegebenen ersten Profillinie so ausgerichtet sind,
dass zumindest einige der vorderen Stirnseiten unterschiedliche
Abstände
zur Einlassöffnung
aufweisen. Dabei soll die erste Profillinie einen minimalen Abstand
zur Einlassöffnung
dort aufweisen, wo das Kühlmedium
die Einlassöffnung
mit der größten Geschwindigkeit
passiert. Die Stirnseiten der Kühlrippen
sind also gestaffelt ausgerichtet, wobei die Stirnseiten der Kühlrippen,
die sich in Bereichen mit größerer Einströmgeschwindigkeit
befinden, in einem kleineren Abstand zur Einlassöffnung angeordnet sind als
die Stirnseiten der Kühlrippen, die
sich in Bereichen mit geringerer Einströmgeschwindigkeit des Kühlmediums
befinden. Durch diese Anordnung der Stirnseiten der Kühlrippen
gelingt es, eine in der Regel im Bereich der Eintrittsöffnung nicht
homogene Strömung
des Kühlmediums
sehr schnell und auf kurzer Wegstrecke zu vergleichmäßigen. Dies
hat zur Folge, dass die Wärmeübertragung zwischen
Kühlmedium
und Zentrifugendeckel deutlich verbessert wird, was wiederum dazu
beiträgt, dass
der für
den Betrieb der Kühlung
benötigte
Energiebedarf gesenkt werden kann. Der erfindungsgemäße Zentrifugendeckel
benötigt
daher für
seine Kühlung
weniger Energie als ein um die gleiche Temperatur abgekühlter Zentrifugendeckel
herkömmlicher
Bauart, und die Aufnahmeleistung einer mit einem entsprechenden
Zentrifugendeckel ausgerüsteten
Laborzentrifuge sinkt. Außerdem
hat die Vergleichmäßigung der
Strömungsgeschwindigkeit
eine deutliche Absenkung des Geräuschpegels
im Betrieb der Laborzentrifuge zur Folge. Dabei werden diese Vorteile
auf sehr kostengünstige
und platzsparende Weise erzielt.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung weist die erste Profillinie einen
Verlauf auf, bei dem die vorderen Stirnseiten der einem mittleren
Bereich der Einlassöffnung
zugewandten Kühlrippen
einen geringeren Abstand zur Einlassöffnung haben als die einem Randbereich
der Einlassöffnung
zugewandten Kühlrippen.
Damit wird das Geschwindigkeitsprofil des Kühlmediums beim Eintritt in
den Kühlkanal
berücksichtigt,
das in der Regel nach dem Zurücklegen
einer langen geraden Strömungsstrecke
im mittleren Bereich der Einlassöffnung
ein Geschwindigkeitsmaximum aufweist. In einem solchen Fall wird
der Verlauf der ersten Profillinie so gewählt, dass sie zumindest in
der Nähe
des mittleren Bereichs der Einlassöffnung einen Wendepunkt hat.
Somit weisen die dort angeordneten Stirnseiten der Kühlrippen
den geringsten Abstand zur Einlassöffnung auf. Der mittlere Bereich
kann in seiner Ausdehnung etwas variieren. Im Idealfall entspricht
er der Mitte der Einlassöffnung.
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Da
aber das einströmende
Kühlmedium
in aller Regel im Bereich der Einlassöffnung kein symmetrisches Geschwindigkeitsprofil
aufweist, sollte die erste Profillinie meistens asymmetrisch bezogen
auf die Mitte der Einlassöffnung
verlaufen. Das heißt, dass
die Rippen, deren Stirnseiten den geringsten Abstand zur Einlassöffnung haben,
auf der Kanalseite angeordnet sind, auf der das Kühlmedium
mit der größten Geschwindigkeit
einströmt.
Ein solch asymmetrischer Verlauf der Profillinie ist beispielsweise dann
zweckmäßig, wenn
stromaufwärts
der Einlassöffnung
eine Störung
der Strömung
vorliegt oder weil das Kühlmedium
unsymmetrisch gefördert
wird und die zurückgelegte
Strömungsstrecke
nicht zur Vergleichmäßigung des
Geschwindigkeitsprofils ausreicht. Zumindest Letzteres wird aufgrund
der beengten Platzverhältnisse
bei den meisten Anwendungen der Fall sein.
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An
den Rändern
des Kühlkanals
oder der Zuführung
zum Kühlkanal
treten Reibungsverluste zwischen Kühlmedium und angrenzender Wand
auf. Daher ist in den meisten Fällen
die Strömung
im randnahen Bereich weniger schnell als etwas seitlich davon. Dementsprechend
werden zweckmäßigerweise
auch bei einem asymmetrischen Geschwindigkeitsprofil im Bereich
der Einlassöffnung
die in den randnahen Bereichen angeordneten Stirnseiten nicht ganz
außen, sondern
etwas vom Rand beabstandet angeordnet.
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Neben
strömungstechnischen
Belangen wird der Verlauf einer Profillinie auch von konstruktionsbedingten
Gegebenheiten beeinflusst. Dies kann mehrere Wendepunkte im Verlauf
einer Profillinie nötig werden
lassen. So können
Einbauten im Kühlkanal, wie
etwa Scharnierbefestigungen für
den Deckel, eine Delle im Verlauf der Profillinie sinnvoll werden lassen,
damit das Kühlmedium
solche Einbauten umströmen
kann und auch hinter den Einbauten gelegene Bereiche gut gekühlt werden
können.
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Außerdem weisen
die Kühlrippen
bevorzugt jeweils eine in der Richtung der Auslassöffnung liegende
hintere Stirnseite auf, wobei zumindest einige der hinteren Stirnseiten
zur Vergleichmäßigung der Durchströmung des
Kühlkanals
entlang einer vorgegebenen zweiten Profillinie so ausgerichtet sind, dass
zumindest einige der hinteren Stirnseiten unterschiedliche Abstände zur
Auslassöffnung
aufweisen. Damit werden auch die hinteren Stirnseiten der Kühlrippen
zumindest teilweise gestaffelt angeordnet. Auch diese Maßnahme führt zu einer
weiteren Vergleichmäßigung der
Durchströmung
des Kühlkanals und
zu einer Vereinheitlichung der abgeführten Wärmemenge, so dass Betriebsenergie
eingespart werden kann.
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Bevorzugt
weist wenigstens eine der beiden Profillinien einen zumindest abschnittsweise
gekrümmten
Verlauf auf. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Profillinie wenigstens
weitestgehend proportional zum Geschwindigkeitsprofil im Kühlmedium
verläuft.
Unter dem Geschwindigkeitsprofil ist hierbei der Verlauf der Strömungsgeschwindigkeit
im Kühlmedium über die
Querschnittsbreite in der Einlassöffnung zu verstehen.
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Dabei
kann es besonders zweckmäßig sein, dass
wenigstens eine der beiden Profillinien, bevorzugt aber die hintere
Profillinie, einen zumindest teilweise dem Umfang der Rotorkammer
entsprechenden Verlauf aufweist. Dann enden bzw. beginnen die Profillinien
erst oberhalb der Rotorkammer, so dass im Kühlkanal nur die Bereiche verstärkt mittels
Kühlrippen
gekühlt
werden, die sich auch verstärkt
erhitzen.
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Auch
kann es zweckmäßig sein,
dass eine der beiden Profillinien einen zumindest abschnittsweise
geraden Verlauf aufweist. Die sich dann ergebende konstante Staffelung
ist einfach herzustellen, kann aber ebenfalls so ausgerichtet sein,
dass sich die erwähnten
Ziele erreichen lassen. Dabei kann es auch wünschenswert sein, dass wenigstens
eine der beiden Profillinien einen zumindest abschnittsweise V-förmigen Verlauf
aufweist. Dies ist eine relativ grobe, aber ausreichend effektive
Nachbildung eines parabelförmigen
Geschwindigkeitsprofils. Eine solche Staf felung der Stirnseiten
lässt sich
relativ kostengünstig
und schnell ausführen,
da zumindest die meisten Stirnseiten nur entlang von Geraden ausgerichtet
werden müssen.
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Eine
Kombination von abschnittsweise geradem bzw. V-förmigem Verlauf und einem möglichst dicht
an dem sich tatsächlich
einstellenden Geschwindigkeitsprofil orientierten Verlauf ergibt
sich dann, wenn wenigstens eine der beiden Profillinien einen zumindest
abschnittsweise treppenförmigen Verlauf
aufweist. Hierbei können
dann beispielsweise gleich lange Kühlrippen je Treppenabschnitt
verwendet werden. Dies ist gegenüber
der Herstellung individuell angepasster, unterschiedlich langer
Kühlrippen
deutlich kostengünstiger,
wobei auch hier bauliche Gegebenheiten des Zentrifugendeckels durch entsprechend
angepasste Abstufungen berücksichtigt
werden können.
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Bevorzugt
sind die Kühlrippen
unterschiedlich lang, wobei in Bereichen mit größerer Strömungsgeschwindigkeit längere Kühlrippen
angeordnet sind. Dies führt
zu einer weiteren Vergleichmäßigung der
Strömung
im Strömungskanal.
Dabei kann es zweckmäßig sein,
die Länge
der Kühlrippen
so zu wählen,
dass die einem mittleren Bereich der Einlassöffnung zugewandten Kühlrippen
eine größere Länge aufweisen
als die einem Randbereich der Einlassöffnung zugewandten Kühlrippen.
Damit wird wiederum die Strömungsverteilung
im einströmenden Kühlmedium
berücksichtigt.
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Dabei
ist es zweckmäßig, wenn
alle Kühlrippen
eine gleiche Höhe
und/oder Stärke
aufweisen. So kann man die Kühlrippen
durch Zuschneiden eines einheitlichen Profils auf einfache Art und
Weise herstellen.
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Bevorzugt
sind zumindest einige der Stirnseiten in Richtung einer Profillinie
weisend ausgerichtet. Dabei handelt es sich zweckmäßigerweise um
die Profillinie, entlang derer sie auch gestaffelt ausgerichtet
sind. Das führt
dazu, dass bei einer Profillinie mit beispielsweise V-förmigem Verlauf ein Teil der
Kühlrippen
in einem positiven Anstellwinkel gegenüber den Längsachsen der Rippen verlaufen, während ein
anderer Teil der Kühlrippen
in einem negativen Anstellwinkel gegenüber den Längsachsen der Kühlrippen
verläuft.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn zumindest einige der Stirnseiten
eine vertikal verlaufende Anströmkante
aufweisen. Dies vereinfacht ebenfalls die Herstellung, ohne dass
dadurch die Strömungseigenschaften
des Kühlkanals
negativ beeinflusst werden.
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Vorteilhaft
ist es auch, wenn zumindest einige der Stirnseiten eine ebene Oberfläche aufweisen. Dies
ermöglicht
ebenfalls eine einfache Herstellung der Kühlrippen, beispielsweise durch gerades
Zuschneiden lattenförmiger
Profile. Um eine möglichst optimale
Anströmung
zu erzielen, kann es aber auch zweckmäßig sein, dass zumindest einige
der Stirnseiten eine gekrümmte
Oberfläche
aufweisen. Hierbei kann die Krümmung
der Oberfläche
entlang der Profillinie verlaufen, ihr also entsprechen. Auch ist
es denkbar, dass die Stirnseiten unabhängig vom Verlauf der Profillinie
konvex oder konkav ausgeformt sind, z. B. um für eine bessere Anströmung der
Kühlrippen
zu sorgen.
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Bevorzugt
sind zumindest einige der vorderen Stirnseiten dem Verlauf der ersten
Profillinie folgend ausgerichtet. Auch können zumindest einige der hinteren
Stirnseiten vorteilhafterweise dem Verlauf der zweiten Profillinie
folgend ausgerichtet sein. Unter "dem Verlauf der Profillinie folgend
ausgerichtet" ist
hierbei die Orientierung der Stirnflächen gemeint. Diese sind so
ausgerichtet, dass sie etwa so schräg zur Strömung stehen wie die Profillinie
an dieser Stelle. In einer alternativen Weiterbildung sind alle
vorderen Stirnseiten der Kühlrippen
in gleicher Richtung ausgerichtet, um deren Herstellung zu vereinheitlichen
und zugleich auch die Ausrichtung der Kühlrippen zu vereinfachen.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Kühlkanal
gegen den Rotorraum und/oder einen Motorraum der Laborzentrifuge
abgedichtet. Das heißt
mit anderen Worten, dass der Kühlkanal
nicht mit dem Rotorraum und/oder dem Motorraum in Verbindung steht.
Das Kühlmedium wird
also nicht zur Kühlung
des Rotorraums und/oder des Motorraums verwendet. Dies ist insbesondere dann
von Vorteil, wenn mit der Zentrifuge Proben zentrifugiert werden
sollen, die gesundheitsgefährdend
für den
Benutzer sein können.
Dann muss der Rotorraum hermetisch gegen die Außenluft abgedichtet sein. In
so einem Fall werden der Rotorraum und/oder der Motorraum in der
Regel mit eigenen Kühlsystemen
gekühlt.
Dies erscheint auf den ersten Blick sehr aufwendig, es hat sich
aber gezeigt, dass die Kühlung
des Zentrifugendeckels mit einem eigenen Kühlkanal ausreichend effektiv
ist.
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Bevorzugt
weist der Kühlkanal
eine Bodenplatte auf, auf der die Kühlrippen angeordnet sind. Dies
hat den Vorteil, dass ein vorgefertigter Kühlkanal mit seiner Bodenplatte
einfach auf einen herkömmlichen
Zentrifugendeckel aufgebracht und befestigt werden kann. Damit ist
es auch möglich,
einen bestehenden Zentrifugendeckel, der noch über kein Kühlsystem verfügt, mit
einem solchen Kühlkanal nachzurüsten und
so zu einem erfindungsgemäßen Zentrifugendeckel
umzubauen.
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Besonders
bevorzugt weist der Zentrifugendeckel jedoch eine Bodenplatte auf,
die zumindest teilweise auch die Bodenplatte des Kühlkanals
bildet. Dies spart Material und führt gleichzeitig zu einem noch
besseren Wärmeaustausch
zwischen Rotorraum und Kühlmedium.
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Zweckmäßigerweise
ist an der Laborzentrifuge ein Fördermittel
zum Fördern
des Kühlmediums angebracht,
an das der Kühlkanal
angeschlossen ist. Ein solches Fördermittel
kann beispielsweise ein Kühlaggregat,
eine Pumpe oder aber auch ein Lüfter, wie
etwa ein Radiallüfter,
zum Ansaugen von Kühlluft,
sein. In letzterem Fall ist es zweckmäßig, dass Außenluft
als Kühlmedium
verwendet wird, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn in einem
solchen Fall der Kühlkreislauf
des Zentrifugendeckels gegenüber dem
Motor- und Rotorraum abgedichtet ist, da es so nicht zu einer Kontaminierung
der Außenluft
durch möglicherweise
austretendes Probenmaterial kommen kann.
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Die
Aufgabenstellung wird auch mit einer Laborzentrifuge, die einen
solchen Zentrifugendeckel aufweist, gelöst. In einer zweckmäßigen Weiterbildung
einer solchen erfindungsgemäßen Laborzentrifuge
ist ein Fördermittel
zum Fördern
des Kühlmediums
an der Laborzentrifuge selbst angebracht. Dies hat den Vorteil,
dass der Zentrifugendeckel kleiner und leichter ausgeführt werden
kann, als wenn das Fördermittel
am Deckel angebracht ist. Dies erleichtert die Bedienung der Zentrifuge.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist das Fördermittel funktionsmäßig ausschließlich mit
dem Kühlkanal
verbunden. Das bedeutet, dass das Fördermittel das Kühlmedium
ausschließlich
in den Kühlkanal
fördert
und nicht etwa zur Kühlung
des Motor- oder Rotorraums herangezogen wird. Dies ermöglicht auch
die Verwendung von Außenluft
zur Kühlung
des Zentrifugendeckels der Laborzentrifuge, selbst wenn mit einer
solchen Laborzentrifuge gesundheitsgefährdende Proben zentrifugiert
werden.
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Bevorzugt
sind das Fördermittel
und der Kühlkanal über eine
Dichtung miteinander funktionsmäßig verbunden.
Diese stellt eine dichte Verbindung von Fördermittel und Kühlkanal
sicher, so dass auch an diesen Übergangsbereichen
kein Kühlmedium
nach außen
austreten kann. Dies hat den Vorteil, dass auch eine Flüssigkeit
oder ein Kühlgas
als Kühlmedium
verwendet werden können.
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Besonders
zweckmäßig ist
es dabei, wenn das Fördermittel
und der Kühlkanal über einen
Zuführkanal
miteinander funktionsmäßig verbunden sind,
wobei der Zuführkanal
im Scharnierbereich des Zentrifugendeckels angeordnet ist. Ein solcher
Zuführkanal
ermöglicht
die räumlich getrennte
Anordnung von Fördermittel
und Kühlkanal
bzw. Zentrifugendeckel. Dabei hat die Anordnung des Zuführkanals
im Scharnierbereich den Sinn, die Beanspruchung der Übergangsbereiche
zwischen Zuführkanal und
Kühlkanal
zu senken. Dies gelingt im Scharnierbereich des Zentrifugendeckels
am besten, da hier die geringsten Verschiebungen des Zentrifugendeckels
bzw. des Kühlkanals
gegenüber
dem Zuführkanal
auftreten. Der Scharnierbereich ist der Bereich, in dem der Deckel
an der Zentrifuge z. B. gelenkig angebracht ist.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das Fördermittel
ein Radiallüfter.
Diese Lüfter
zeichnen sich durch eine gute Förderleistung
bei geringem Energieverbrauch und geringer Lautstärke aus.
Allerdings fördern
sie das Kühlmedium
systembedingt mit einem asymmetrischen Geschwindigkeitsprofil. Daher
sollte bei Verwendung eines Radiallüfters am besten eine asymmetrisch
ausgerichteten Kühlrippenstaffelung
verwendet werden.
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Zweckmäßigerweise
ist das Fördermittel seitlich
an der Laborzentrifuge angebracht, da hier am meisten Platz vorhanden
ist und das Fördermittel den
Bediener der Zentrifuge nicht weiter behindert. Als Fördermittel
können
auch Druckbehälter
für gasförmige Kühlmedien,
z. B. Stickstoff, dienen.
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In
einer weiteren Weiterbildung der erfindungsgemäßen Laborzentrifuge ist an
der Laborzentrifuge ein Ablasskanal zur Ableitung des aus dem Kühlkanal
des Zentrifugendeckels austretenden Kühlmediums angeordnet. Mit einem
solchen Ablasskanal kann das erwärmte
Kühlmedium
in jeder gewünschten
Richtung aus der Laborzentrifuge abgeleitet werden. Besonders vorteilhaft
ist der Ablasskanal innerhalb der Zentrifuge und nach unten weisend
angebracht. So wird beim Verwenden von Kühlluft dem Benutzer der Laborzentrifuge
ein möglicherweise
doch sehr stark aufgeheizter Luftstrom nicht ins Gesicht geblasen.
Auch ist es von Vorteil, wenn der Ablasskanal mit dem Kühlkanal über eine
Dichtung funktionsmäßig verbunden
ist. So tritt kein Kühlmedium
im Übergangsbereich
zwischen Ablasskanal und Kühlkanal
aus.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Darin
zeigen schematisch:
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1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Laborzentrifuge;
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2 den
Schnitt A-A mit einer Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Zentrifugendeckel
und
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3 den
Schnitt B-B durch die in 1 und 2 gezeigte
Laborzentrifuge.
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Die
in den 1 bis 3 gezeigte Laborzentrifuge 1 ist
eine für
biotechnologische Anwendungen vorgesehene Zentrifuge, die als Modul
Teil eines Gesamtgerätes
ist. Sie weist daher kein eigenes geschlossenes Außengehäuse auf,
sondern hat ein vielfach offenes Trägergestell 2, an dem
ein Motorgehäuse 3 und
ein Zentrifugenkessel 4 befestigt sind. Das Motorgehäuse 3 schafft
einen Motorraum in dem ein Motor 5 gelagert ist, der einen
Rotor 6 über eine
Achse 7 antreibt.
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Auf
der Oberseite des Zentrifugengestells 2 ist ein Zentrifugendeckel 8 angeordnet,
der den darunter liegenden Zentrifugenkessel 4 so abdeckt, dass
sich ein von der Außenluft
abgeschotteter Rotorraum 9 ergibt. Zusätzlich ist der mit zwei Scharnieren 23 schwenkbar
am Zentrifugengestell 2 befestigte Zentrifugendeckel 8 mittels
einer am Zentrifugenkessel 4 angebrachten umlaufenden Dichtlippe 24 abgedichtet.
Daher ist die Laborzentrifuge 1 auch zum Zentrifugieren
gesundheitsgefährdender
Stoffe geeignet. Es handelt sich also nicht um eine selbstkühlende Bauart.
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Seitlich
ist ein Radiallüfter 10 an
der Zentrifuge 1 angebracht, der Außenluft als Kühlmedium
ansaugt und über
einen Zuführkanal 11 zum
Zentrifugendeckel 8 leitet. Der Zuführkanal 11 ist dabei
ein Flachkanal mit Rechteckquerschnitt, dessen Breite sich in Richtung
zum Zentrifugendeckel 8 hin aufweitet und der an seinem
oberen Ende einen 90 ° Grad-Krümmer zum
Anschluss an einen im Deckel verlaufenden Kühlkanal 12 aufweist.
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Durch
den im Betrieb horizontal verlaufenden Kühlkanal 12 kann die
Kühlluft
von einer Einlassöffnung 13 hin
zu einer Auslassöffnung 14 strömen. Der
Kühlkanal 12 wird
dabei aus einer Bodenplatte 15, einer darauf stehenden
umlaufenden Seitenwand 16 und einer zur Bodenplatte 15 parallelen
und auf der Seitenwand 16 aufliegenden Abdeckplatte 17 gebildet.
Die Breite des Kühlkanals 12 entspricht
wenigstens der Breite des Rotorraums 9. Die erwärmte Kühlluft verlässt den
Kühlkanal 12 über die
Auslassöffnung 14 nach
unten, in einen vertikal nach unten verlaufenden Ablasskanal.
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Der
Kühlkanal 12 ist
Teil eines Kühlsystems, das
gegenüber
der Kühlung
des vom Motorgehäuse 3 umgebenen
Motorraums und des Rotorraums 9 abgedichtet ist. Daher
wird der Motorraum und auch der Zentrifugenkessel 4 von
außen
mit einer eigenen Luftkühlung
mit einem weiteren seitlich an der Zentrifuge angebrachten Motor-Lüfter gekühlt. Dieser
Motor-Lüfter
ist in den Figuren nicht zu erkennen, da er von der Zentrifuge 1 verdeckt
ist. Zur weiteren Verbesserung der Energiebilanz der Laborzentrifuge 1 sind
an der Außenwand
des Zentrifugenkessels 4 zusätzliche und horizontal verlaufende
Kühlrippen 25 angebracht,
wobei der Motorlüfter
in Höhe dieser Kühlrippen 25 so
angebracht ist, dass ein Teil der von ihm geförderten Luft entlang der Kühlrippen 25 strömt und ein
weiterer Teil den Motor 5 umspült. Der Zentrifugenkessel 4 wird
also nur von außen
und durch zwei von einander unabhängige Kühlsysteme gekühlt. Aufgrund
dieser doppelten Kühlung
verbessert sich auch die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Zentrifuge 1,
da bei Ausfall eines Kühlsystems immer
noch eine verminderte Kühlung
des Rotorraums 9 erfolgt.
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Im
Kühlkanal 12 des
Zentrifugendeckels 8 sind zudem sechzehn unterschiedlich
geformte Kühlrippen 18 angeordnet.
Dabei unterscheiden sich die Kühlrippen 18 vor
allem in ihrer Länge
und in der Ausrichtung ihrer Stirnseiten, weisen aber im Wesentlichen
dieselbe Stärke
und Höhe
auf. Auch sind die Kühlrippen 18 jeweils
parallel zueinander ausgerichtet auf der Bodenplatte 15 des
Zentrifugendeckels 8 befestigt. Jede Kühlrippe 18 weist eine
der Luftströmung
zugewandte vordere Stirnseite 19 und eine der Strömung abgewandte
hintere Stirnseite 20 auf. Die vorderen Stirnseiten 19 sind
dabei entlang einer ersten gedachten Profillinie 21 gestaffelt
ausgerichtet. Die hinteren Stirnseiten 20 der Kühlrippen 18 sind
entlang einer zweiten, ebenfalls gedachten, Profillinie 22 gestaffelt
ausgerichtet.
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Die
beiden Profillinien 21 und 22 weisen bei dem hier
gezeigten Ausführungsbeispiel
unterschiedliche Verläufe
auf. Die erste Profillinie 21 hat einen etwa V-förmigen Verlauf,
wobei es sich um ein sehr flaches V handelt, dessen Schenkel in
einem großen
Winkel zueinander stehen und wobei die Spitze des V abgerundet und
der Einlassöffnung 13 zugewandt
ist. Außerdem
ist der Verlauf der ersten Profillinie 21 in Bezug auf
die Mitte der Einlassöffnung 13 asymmetrisch.
Die Schenkel des V sind also mit anderen Worten unterschiedlich
lang.
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Durch
die Ausrichtung der vorderen Stirnseiten 19 der Kühlrippen 18 entlang
der ersten Profillinie 21 ergibt sich eine Staffelung,
bei der die vorderen Stirnseiten 19 der mittiger gelegeneren
Kühlrippen 18 einen
geringeren Abstand zur Einlassöffnung 13 aufweisen,
als die der am Rand gelegenen Kühlrippen 18.
Dies hat zur Folge, dass das Geschwindigkeitsprofil der durch den
Kühlkanal 12 strömenden Kühlluft vereinheitlicht
wird, wie dies in 2 durch die gleichlangen Pfeile 26 zwischen
den Kühlrippen angedeutet
wird.
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So
weist die vom Radiallüfter 10 angesaugte und über den
Zuführkanal 11 zur
Einlassöffnung 13 geförderte Kühlluft zunächst ein
lüfterbedingtes, asymmetrisches
Geschwindigkeitsprofil auf, wie in 1 durch
die Pfeile 23 dargestellt. Dabei ist die Geschwindigkeit
auf der linken Seite am größten, während sie
auf der rechten Seite des Zuführkanals 11 am
kleinsten ist. An diesem Geschwindigkeitsprofil ändert sich bis zur Einlassöffnung 13 nur
wenig, so dass dieses im Wesentlichen auch im Bereich der Einlassöffnung 13,
wenn die Kühlluft
in den Kühlkanal 12 eintritt,
vorhanden ist. Um dieses Geschwindigkeitsprofil nun zu vergleichmäßigen, weist
die erste Profillinie 21 einen bezogen auf die Mitte der
Einlassöffnung 13 asymmetrischen
Verlauf auf, wobei der Wendepunkt der V-förmigen Profillinie 21 etwa
in dem Bereich liegt, in dem die höchste Eintrittsgeschwindigkeit
in der Einlassöffnung 13 zu
finden ist. Folglich sind die vorderen Stirnseiten 19 der
dort angeordneten Kühlrippen 18 mit
dem dichtesten Abstand zur Einlassöffnung 13 beabstandet
angeordnet.
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Die
zweite Profillinie 22 hat einen anderen Verlauf als die
erste Profillinie 21. Sie weist nämlich einen näherungsweise
kreissegment-förmigen
Verlauf mit konstanter Krümmung
auf. Dabei entspricht der Verlauf dem kreisförmigen Rand des darunter liegenden
Zentrifugenkessels 4. Die entsprechend gestaffelt angeordneten
Kühlrippen 18 enden
also mit anderen Worten jeweils oberhalb des Zentrifugenkesselrandes.
Dies hat zur Folge, dass auch die hinteren Stirnseiten 20 der
Kühlrippen 18 jeweils
unterschiedliche Abstände
zur Auslassöffnung 14 aufweisen,
die allerdings im Gegensatz zur Einlassöffnung 13 seitlich
von den Kühlrippen 18 angeordnet
ist, um die Bautiefe der Zentrifuge 1 möglichst gering zu halten.
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Vierzehn
der sechzehn Kühlrippen 18 weisen
Stirnseiten 19 und 20 auf, die jeweils dem Verlauf der
ihnen zugeordneten Profillinie 21 bzw. 22 folgend ausgerichtet
sind. So weisen die vorderen Stirnseiten 19 alle, bis auf
die beiden an den Seitenrändern
des Kühlkanals 12 gelegenen
Kühlrippen 18,
jeweils zur Profillinie 21 hin. Das heißt mit anderen Worten, dass die
dem linken V-Schenkel zugeordneten vorderen Stirnseiten 19 in
einem positiven Anstellwinkel und die dem rechten V-Schenkel zugeordneten
vorderen Stirnseiten 19 einen negativen Anstellwinkel haben, wobei
der Anstellwinkel auf die Längsachsen
der Kühlrippen 18 bezogen
ist.
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Die
Oberflächen
der Stirnseiten 19 sind im Bereich des geraden Verlaufs
der ersten Profillinie 21 eben, während sie im Bereich der Ausrundung
der V-Spitze konvex geformt sind. Die Stirnseiten 19 haben
dabei jeweils eine vertikal verlaufende Anströmkante, die orthogonal zur
Bodenplatte 15 verläuft. Ähnlich ist
die Ausrichtung der hinteren Stirnseiten 20 gegenüber der
zweiten Profillinie 22. Hier weisen bis auf die am rechten
Rand gelegene Kühlrippe
alle hinteren Stirnseiten 20 einen gekrümmten, konvexen Oberflächenverlauf
auf, dessen Krümmung
dem Verlauf der zweiten Profillinie entspricht. Auch die hinteren
Abrisskanten der hinteren Stirnseiten 20 verlaufen vertikal.