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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaumformschale nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen Zentrifugenkessel nach dem Oberbegriff von Anspruch 5, ein Verfahren zur Herstellung einer den Kessel einer Zentrifuge umgebenden thermischen Isolierung nach dem Oberbegriff von Anspruch 8 und eine Zentrifuge nach dem Oberbegriff von Anspruch 10.
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Bei Zentrifugen, vor allem bei Laborzentrifugen soll häufig eine Temperierung (mittels Heizung oder Kühlung) des zu zentrifugierenden Guts erfolgen, wozu insbesondere vorgesehen ist, dass der Kessel der Zentrifuge mit einer thermischen Isolierung umgeben ist. Üblicherweise ist dabei der Kessel mit einem aktiven Temperierungselement, beispielsweise einer Rohrwicklung umgeben, die dann von dem thermischen Isolierungsmaterial umhüllt wird.
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Nach einem bisher üblichen Herstellungsverfahren, das in den 1a bis 1c dargestellt ist, wird der Kessel 50 auf eine untere Schaumform 51 gesetzt, darauf wird üblicherweise eine Zwischenplatte 52 angeordnet, die der Befestigung des eingeschäumten Kessels im Zentrifugengehäuse (nicht gezeigt) dient, und es wird eine obere Schaumform 53 angeordnet. Anschließend werden die Schaumkomponenten eingeschossen, wobei diejenigen Bereiche der unteren 51 und oberen Schaumform 53, die mit den Schaumkomponenten in Berührung kommen, vorher mit einem Trennmittel eingestrichen wurden. Nach dem Aushärten der Umschäumung 54 und Öffnen des Werkzeugs 51, 53 kann der aus dem umschäumenten Kessel 50 gebildete Zentrifugenkessel 55 entnommen werden.
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Nachteilig an diesem Herstellungsverfahren ist es, dass sowohl ein aufwendiges Vorbereiten des Werkzeuges 51, 53 durch das Auftragen von Trennmittel, als auch eine aufwendige Nacharbeit durch die Reinigung des Werkzeugs 51, 53 von Schaumresten und kontaminierten Trennmittelresten erforderlich ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Zentrifugenkessels mit einem thermisch isolierten Kessel anzugeben, das weniger aufwendig und damit kostengünstiger ist.
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Zusätzlich soll auch ein geeignetes Werkzeug zur Herstellung des Zentrifugenkessels bereit gestellt werden sowie ein Zentrifugenkessel und eine Zentrifuge angeben werden, deren Herstellung weniger aufwendig und kostengünstiger ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Schaumformschale nach Anspruch 1, einem Zentrifugenkessel nach Anspruch 5, einem Verfahren zur Herstellung einer dem Kessel einer Zentrifuge umgebenden thermischen Isolierung nach Anspruch 8 und einer Zentrifuge nach Anspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Schaumformschale für einen Kessel einer Zentrifuge weist einen Boden, einen Wandbereich und eine gegenüber dem Boden angeordneten Öffnung zur Aufnahme des Kessels auf, wobei die Öffnung angepasst ist, mit einer zweiten Formhälfte so zusammenzuwirken, dass der Zwischenraum zwischen Schaumformschale und Kessel ausschäumbar ist, und zeichnet sich dadurch aus, dass die Schaumformschale ausgebildet ist, um als Einmalwerkzeug zum Umschäumen des Kessels zu dienen und danach am umschäumten Kessel zur Bildung des Zentrifugenkessels zu verbleiben. In der Schaumformschale kann vorteilhaft eine Durchbrechung im Boden für eine Antriebswelle eines Zentrifugenmotors vorgesehen sein.
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Dadurch wird erreicht, dass bei der Herstellung des Zentrifugenkessels die beim Umschäumen verwendete Schaumformschale selbst nicht mehr mit Trennmittel versehen werden muss und auch keine Nacharbeitung zu erfolgen hat, weil die Schaumformschale als Einmalwerkzeug ausgebildet ist, das am eingeschäumten Kessel verbleibt.
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Außerdem kann das Schaumwerkzeug wesentlich weniger komplex gehalten werden, wodurch sich auch geringere Werkzeugabmaße ergeben.
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Weiterhin ist die Bedienung des Schäumformwerkzeuges wesentlich vereinfacht. Neben der deutlichen Trennmittelreduzierung kann so die Fertigungszeit ebenfalls sehr deutlich reduziert werden, nämlich um bis zu 25% gegenüber dem herkömmlichen Herstellungsverfahren.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind Befestigungselemente an der Schaumformschale vorgesehen, zur Anordnung der Schaumformschale in einem Zentrifugengehäuse, wobei bevorzugt die Befestigungselemente als aus der Schaumformschale vorstehende Füße und/oder zur Befestigung einer für die Anordnung der Schaumformschale im Zentrifugengehäuse vorgesehenen Zwischenplatte ausgebildet sind. Auf Grund dieser Befestigungselemente wird der Einschäumvorgang weiter vereinbart, weil nun keine Befestigungselemente, wie Zwischenplatten und dergleichen mit eingeschäumt werden müssen, sondern diese direkt an der Schaumformschale angeordnet sind. In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind die Füße hohl und insbesondere mit einer Durchbrechung ausgebildet, wodurch die Schaumformschale kostengünstig und leicht ist. Außerdem können damit die Füße zugleich auch als Entlüftungsstutzen für den Einschäumprozess dienen.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Schaumformschale aus Kunststoff gebildet ist, bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol oder recycliertes Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Vor allem die Verwendung von recycliertem ABS hat den Vorteil, dass der Prüfaufwand wesentlich geringer ist, weil keine besonderen Ansprüche an die Qualität bestehen. Außerdem kann dieses Material in jeglicher beliebigen Farbe verwendet werden, weil sich die Schaumformschale im Inneren des Zentrifugengehäuses befindet und damit nicht sichtbar ist. Dadurch wird eine sehr kostengünstige Herstellung der Schaumformschale ermöglicht.
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Selbstständiger Schutz wird beansprucht für einen Zentrifugenkessel für eine Zentrifuge mit einem Kessel und einer thermischen Isolierung für den Kessel selbst und/oder ein den Kessel umgebendes Temperierelement, wobei der Zentrifugenkessel die erfindungsgemäße Schaumformschale aufweist und die thermische Isolierung zwischen dem Kessel und der Schaumformschale angeordnet ist. Ein solcher Zentrifugenkessel kann beispielsweise als Zubehör oder Ersatzteil für Zentrifugen Verwendung finden.
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Zweckmäßig kann vorgesehen werden, dass die Schaumformschale in der Durchbrechung zumindest ein Lagerelement, bevorzugt eine Gummimanschette, zur Lagerung der Welle des Zentrifugenmotors aufweist, das insbesondere eine Lageröffnung im Kessel und die Durchbrechung übergreift. Durch dieses Lagerelement werden vorteilhaft Schwingungen des Zentrifugenmotors gedämpft. Außerdem kann das Lagerelement auch gleichzeitig als Schutz des Zentrifugenmotors und des Inneren der Zentrifuge gegenüber in den Kessel eingebrachten Flüssigkeiten und dgl. dienen.
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Vorteilhaft weist der Zentrifugenkessel eine Zwischenplatte zur Anordnung des Zentrifugenkessels in einem Zentrifugengehäuse auf, die an der Schaumformschale befestigt ist. Dadurch kann der Zentrifugenkessel sehr stabil am Zentrifugengehäuse befestigt werden. Alternativ oder zusätzlich ist allerdings auch die Vorsehung von Füßen an der Schaumformschale des Zentrifugenkessels möglich, die dann mit dem Zentrifugengehäuse verbunden, beispielsweise verschraubt werden können. Auch dadurch ist eine sehr sichere Befestigung des Zentrifugenkessels im Zentrifugengehäuse möglich.
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Weiterhin wird selbständiger Schutz beansprucht für das Verfahren zur Herstellung einer den Kessel einer Zentrifuge umgebenden thermischen Isolierung mit den folgenden Schritten:
- – Anordnung des Kessels mit einer oberen Kesselöffnung auf einer unteren Schaumform,
- – Anordnung einer oberen Schaumform so auf der unteren Schaumform, dass der Kessel zwischen unterer und oberer Schaumform angeordnet ist,
- – Umschäumung des Kessels mit einem thermischen Isolierungsmaterial, das bevorzugt Polyurethan (PUR) aufweist,
- – Trennen der unteren Schaumform vom umschäumten Kessel, wobei
die obere Schaumform als Einmalwerkzeug ausgebildet ist, das nach dem Einschäumen des Kessels nicht von der thermischen Isolierung getrennt wird, wodurch ein Zentrifugenkessel gebildet wird, wobei die obere Schaumform bevorzugt als die erfindungsgemäße Schaumformschale ausgebildet ist.
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Wie schon weiter oben erläutert wurde, ermöglicht dieses Verfahren eine deutliche Reduzierung der Fertigungszeit, was zu einem wesentlich ökonomischern Herstellungsverfahren für die Zentrifuge führt.
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Besonders bevorzugt wird der Bereich der oberen Schaumform, der ausgeschäumt wird, nicht mit Trennmittel versehen. Somit kann der Trennmitteleinsatz bedeutend reduziert werden und außerdem wird ein sicherer Verbund zwischen thermischer Isolierung und Schaumformschale ermöglicht.
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Ebenfalls selbständiger Schutz wird für eine Zentrifuge, insbesondere eine Laborzentrifuge, beansprucht, die ein Zentrifugengehäuse, einen Rotor, einen Zentrifugenmotor zum Antrieb des Rotors und einen Kessel, in dem der Rotor läuft, umfasst, wobei als Kessel der erfindungsgemäße Zentrifugenkessel vorgesehen ist. Vorteilhaft weist dabei die Schaumformschale Füße zur Anordnung der Schaumformschale in dem Zentrifugengehäuse auf, wobei insbesondere Dämpfungselemente zwischen den Füßen und dem Zentrifugengehäuse angeordnet sind.
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Die Merkmale der vorliegenden Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen
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1a einen Zentrifugenkessel nach dem Stand der Technik in zwei verschiedenen Ansichten,
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1b das Verfahren zum Herstellen des Zentrifugenkessels nach den 1a,
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2a–2c eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zentrifugenkessels in drei unterschiedlichen Ansichten,
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3 das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Zentrifugenkessels nach 2a, 2b,
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4a, 4b zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zentrifugenkessels in zwei unterschiedlichen Ansichten und
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5 eine perspektivische Ansicht des Zentrifugenkessels nach 4a, 4b, der in einem Bereich eines Zentrifugengehäuses angeordnet ist.
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In den 2a bis 2c ist ein erfindungsgemäßer Zentrifugenkessel 1 in einer ersten bevorzugten Ausführungsform abgebildet, und zwar in 2a in einer perspektivischen Ansicht von oben, in 2b in einer Seitenansicht und in 2c in einer perspektivischen Ansicht von unten.
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Der Zentrifugenkessel 1 weist einen Kessel 2, eine Schaumformschale 3, eine thermische Isolierung 4 und eine Zwischenplatte 5 auf. Weiterhin ist zu erkennen, dass die Zwischenplatte 5 an der Schaumformschale 3 mittels Schraubverbindungen 6 fixiert ist. Die Zwischenplatte 5 weist dabei einen etwa dem Außendurchmesser der Schaumformschale 3 entsprechenden Innendurchmesser auf, wobei sich die Zwischenplatte 5 an einen Vorsprung 7 der Schaumformschale 3 abstützt.
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Außerdem ist eine Gummimanschette 8 zur Lagerung der Welle eines Zentrifugenmotors (nicht gezeigt) vorgesehen. Die Schaumformschale 3 weist eine Öffnung 9, einen Wandbereich 10 und einen Boden 11 auf. Die Gummimanschette 8 übergreift sowohl die Durchbrechung 12 im Boden 11 der Schaumformschale 3 als auch die Öffnung 13 im Kessel 2.
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In 3 ist rein schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zum Einschäumen des Kessels 2 dargestellt, um den Zentrifugenkessel 1 zu bilden. Dazu wird der Kessel 2 auf einer unteren Schaumform 20 – die nur schematisch dargestellt ist – abgestellt und auf der unteren Schaumform 20 wird die Schaumformschale 3 so angeordnet, dass der Kessel 2 sich zwischen unterer Schaumform 20 und Schaumformschale 3 befindet. Zur genauen Ausrichtung sind zweckmäßigerweise in der unteren Schaumform 20 Nuten oder dergleichen vorgesehen, worin Kessel 2 und Schaumformschale 3 jeweils justiert werden.
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Vorab wurde die Zwischenplatte 5 an der Schaumformschale 3 befestigt, indem Sie auf dem Absatz 7 abgelegt wurde und die Fixierung mittels einer Verschraubung 6 erfolgte.
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Die untere Schaumform 20 weist eine solchermaßen gestaltete Oberfläche auf, dass eine Abdichtung der Schaumformschale 3 und auch des Kessels 2 erfolgt. Weiterhin weist die untere Schaumform 20 Einlässe (nicht gezeigt) für das einzuschäumende Material auf, die im Bereich zwischen Kessel 2 und Wandbereich 10 der Schaumformschale 3 angeordnet sind. Dadurch ist gewährleistet, dass das einzuschäumende Material nur in dem Zwischenraum zwischen Kessel 2 und Schaumformschale 3 eintreten kann.
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Zur besseren Abdichtung kann vorgesehen sein, dass untere Schaumform 20 und Schaumformschale 3 aufeinander gepresst werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein aktivierbares Dichtungselement, beispielsweise eine aufblasbare Gummidichtung und dgl., zwischen unterer Schaumform 20 und Schaumformschale 3 vorgesehen sein, wodurch eine sehr genaue Abdichtung ermöglicht wird.
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Die Schaumformschale 3 weist Entlüftungsstutzen 21 auf, aus denen beim Einschäumen des Materials die Luft aus dem Zwischenbereich zwischen Kessel 2 und Schaumformschale 3 austreten kann. Der Einschäumvorgang wird üblicherweise dann beendet, wenn die Entlüftungsstutzen 21 vollständig mit dem eingeschäumten Material gefüllt sind. Dann besteht genug Materialreserve, um ein Schrumpfen des eingeschäumten Materials beim Aushärten desselben zu kompensieren.
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In den 4a, 4b, ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zentrifugenkessels 30 mit der erfindungsgemäßen Schaumformschale 31 in zwei perspektivischen Ansichten gezeigt. Zu erkennen ist wiederum, dass der Zentrifugenkessel 30 einen Kessel 2 aufweist, wobei zwischen Kessel 2 und Schaumformschale 31 ein thermisch isolierendes Material 32 eingeschäumt wurde.
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Im Unterscheid zum Zentrifugenkessel 1 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform weist dieser Zentrifugenkessel 30 weder eine Zwischenplatte 5 auf noch den Vorsprung 7. Dafür sind jedoch innen hohl ausgebildete Füße 33 vorgesehen, die zugleich auch als Entlüftungsstutzen für das Einschäumverfahren dienen.
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Schließlich ist in 5 in einer perspektivischen Ansicht die Verbindung zwischen dem Zentrifugenkessel 30 und einem Unterboden 40 eines nicht näher gezeigten Zentrifugengehäuses dargestellt.
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Zu erkennen ist, dass die Füße 33 in korrespondierenden Aufnahmen 41 eingesteckt sind. Damit ist der Zentrifugenkessel 30 gegenüber seitlichen Verschiebungen gesichert. Auf dem Zentrifugenkessel 30 wird über die Befestigungselemente 42 eine obere Abdeckung (nicht gezeigt) des Zentrifugengehäuses befestigt, die dann mit dem unteren Boden 40 des Zentrifugengehäuses gegebenenfalls über Zwischenelemente fest verbunden wird. Dadurch ist der Zentrifugenkessel auch gegenüber vertikalen Bewegungen in Bezug auf die Aufnahmen 41 gesichert.
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Die Füße 33 können alternativ auch in die Aufnahmen 41 eingeklebt sein oder es kann eine Verschraubung erfolgen, wozu die bodenseitigen Öffnungen der Füße 33 beispielsweise entsprechende Aufnahmen für eine Schraubverbindung aufweisen können.
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Es ist zu erkennen, dass sich mit der vorliegenden Erfindung deutliche Vorteile ergeben. Zum einen handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Schaumformschale 3, 31 um ein Einmalwerkzeug, das nicht mehr mit Trennmittel für den Einschäumprozess versehen werden muss, da es nach dem Einschäumen nicht von der thermischen Isolierung 4, 32 entfernt wird, sondern den erfindungsgemäßen Zentrifugenkessel 1, 30 mit bildet. Zum anderen entfallt dadurch auch jegliche Nacharbeiten am Einmalwerkzeug 3, 31, wie es sonst erforderlich ist, um Schaumreste und kontaminierte Trennmittelreste zu entfernen.
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Insgesamt lässt sich dadurch die Fertigungszeit um bis zu 25% gegenüber dem herkömmlichen Verfahren nach 1a bis 1c reduzieren und zusätzlich wird der gesamte Trennmittelbedarf sehr stark reduziert, da nur noch Trennmittel für die untere Schaumformschale 20 erforderlich ist, die aber mit der Gesamtoberfläche der thermischen Isolierung 4, 32 vergleichsweise wenig Kontakt hat.
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Außerdem kann durch die Verwendung des Einmalwerkzeuges die Komplexität des Schaumwerkzeuges deutlich reduziert werden, weil dieses Einmalwerkzeug 3, 31 Teil des Zentrifugenkessels 1, 30 wird und damit keine Rücksicht auf den Entformungsprozess genommen werden muss. Zudem lassen sich mit dem Einmalwerkzeug 3,31 wesentlich geringere Werkzeugabmaße verwirklichen, so dass die Bedienung des Schaumwerkzeuges deutlich vereinfacht und damit der Herstellungsprozess auch wesentlich kostengünstiger wird.
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Durch die Verwendung thermoplastischer Kunststoffe, beispielsweise ABS oder sogar rezykliertes ABS, können die Kosten zusätzlich reduziert werden, weil dann die Schaumformschale 3, 31 sehr kostengünstig herstellbar ist, wobei dazu prinzipiell jegliche Qualitäten und Farben eingesetzt werden können.
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Wenn zudem noch an der Schaumformschale 30 Füße 33 angebracht sind, dann ist sehr vorteilhaft die Funktion des Einmalwerkzeuges als formgebendem Werkzeug mit der Stütz- und Haltefunktion kombiniert, wobei die Füße 33 sowohl der Befestigung als auch der Entlüftung beim Herstellungsprozess dienen. Alternativ kann natürlich auch vorgesehen sein, dass unabhängig von den Füßen 33 gesonderte Entlüftungsstützen vorgesehen sind.
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Nicht unerwähnt bleiben soll, dass durch den Wegfall einer nachträglichen Reinigung der Schaumformschale 3, 31 diesbezüglich auch keine gegebenenfalls umweltbelastenden Reinigungsmittel anfallen.
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Außerdem können an der Schaumformschale 3, 31 neben den Befestigungselementen 6, 33, 42, die der Befestigung des Zentrifugenkessels 1, 30 innerhalb eines Zentrifugengehäuses dienen, auch weitere Befestigungsmittel, beispielsweise Haltenippel (wird nicht gezeigt) angeordnet sein, um Stromversorgungskabel, Informationskabel und dergleichen anzuordnen, die zum Betrieb der Zentrifuge (nicht gezeigt) erforderlich sind.
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Insgesamt kann also festgestellt werden, dass sich mit der vorliegenden Erfindung der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten eines Zentrifugenkessels 1, 30 mit einem thermisch isolierten Kessel 2 sehr deutlich reduzieren lassen.
