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Die vorliegende Erfindung betrifft Laborzentrifugenrotoren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Solche Laborzentrifugen werden zur Trennung der Bestandteile in heterogenen Systemen verwendet, wobei die Wirksamkeit und Effizienz der Zentrifugation im Wesentlichen von der Drehzahl der Laborzentrifugenrotoren abhängt. Daher ist es bei solchen Laborzentrifugen stets ein Ziel, die Drehzahl zu erhöhen. Allerdings ist eine Erhöhung der Drehzahl auch mit einer erhöhten Belastung der Laborzentrifugenrotoren verbunden, weshalb üblicherweise Laborzentrifugenrotoren aus hochfesten Materialien wie Stahl, Titan und Aluminium gefertigt werden, jedoch ist auch der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen beispielsweise aus der
DE 102 33 536 A1 bekannt.
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Solche aus Faserverbundwerkstoffen hergestellten Laborzentrifugenrotoren weisen zwar gegenüber den aus Metall hergestellten Rotoren ein geringeres Gewicht auf, jedoch ist das Gewicht dieser Rotoren immer noch so hoch, dass eine wesentliche Steigerung der maximalen Drehzahl nicht erreicht wird.
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Aus der
DE 10 2006 022 164 A1 ist ein Verfahren zum Aussteifen einer Rotorelements bekannt, bei dem wenigstens eine umlaufende Aussparung besteht, die mit einer mechanisch belastbaren Stutzstruktur aus Metallschaum gefüllt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Laborzentrifugenrotor anzugeben, mit dem deutlich höhere Drehzahlen möglich sind, wobei insbesondere die mechanischen Eigenschaften von üblicherweise verwendeten Aluminiumrotoren zumindest erreicht werden sollen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Laborzentrifugenrotor nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfinder haben erkannt, dass durch den Einsatz eines porösen Metalls oder einer porösen Metalllegierung im Zusammenhang mit einer radial außen liegenden Armierung sich im Rahmen eines kombinatorischen Effektes Laborzentrifugenrotoren ergeben, die im Vergleich zu den bekannten Laborzentrifugenrotoren eine insgesamt wesentlich geringere Masse aufweisen bei gleichzeitig erhöhter Steifigkeit. Dabei wird die Massereduzierung durch die Verwendung des porösen Metalls und/oder der porösen Metalllegierung erreicht und die Armierung bewirkt eine solche Versteifung des porösen Materials, dass der Laborzentrifugenrotor auch höchste Belastungen aushalten kann. Mit diesen erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotoren kann in Folge der möglichen höheren Zentrifugationsdrehzahlen eine Verkürzung der Zentrifugationszeit und/oder eine Verbesserung des Zentrifugationsergebnisses erreicht werden.
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Unter „radial außen liegend“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass zumindest für einen Abschnitt der Drehachse senkrecht in Bezug auf die Drehachse am Umfang des Rotorkörpers eine Armierung vorgesehen ist. Dabei muss diese Armierung nicht vollständig über die gesamte axiale Ausdehnung des Umfanges vorliegen, es genügt auch eine teilweise axiale Anordnung über den Umfang. Auch wenn es bei einer teilweisen Anordnung über den axialen Umfang bevorzugt ist, dass dann die Armierung in radial in am weitesten von der Drehachse entfernten Bereichen des Rotorkörpers vorgesehen ist, kann alternativ auch vorgesehen sein, dass die Armierung auch in radial weiter innen liegenden Bereichen des Rotorkörpers angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Armierung ringförmig ausgebildet und es können ein oder mehrere solcher Ringe vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt das poröse Metall oder die poröse Metalllegierung schaumförmig vor. Dann lässt sich das poröse Material beispielsweise pulver- oder schmelzmetallurgisch herstellen, insbesondere dadurch, dass ein Gas in das Innere eines Metalls eingebracht wird, wodurch sich Blasen ausbilden, die von einer Metallmembran umgeben sind, welche für die Festigkeit des porösen Materials sorgt.
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Besonders bevorzugt weist das Metall oder die Metalllegierung zumindest eine Komponente aus der Gruppe Aluminium, Eisen, Kupfer, Magnesium, Nickel, Titan oder deren Legierungen oder Messing auf, da mit diesen Materialien hergestellte Laborzentrifugenrotoren auch im porösen Zustand eine hohe Festigkeit aufweisen. Hinsichtlich der Legierungen können diese auch ein oder mehrere der genannten Komponenten enthalten. Bevorzugt werden die Komponenten Aluminium, Magnesium und Titan.
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Besonders vorteilhaft weist die Armierung ein faserverstärktes Material auf, wobei die Fasern bevorzugt zumindest ein Material aus der Gruppe Kohlenstofffaser, Mineralfasern, keramische Fasern oder Kunststofffasern oder Mischungen der genannten Materialien aufweisen. Zweckmäßig wird dabei ein faserverstärkter Kunststoff als Armierung eingesetzt, beispielsweise ein kohlefaserverstärkter Kunststoff, der in Form eines Kohlenstoffrovings vorliegt, der in Epoxydharz eingebettet ist. Die Fasern können grundsätzlich auch in anderen Anordnungen vorliegen, beispielsweise als Gelege, Gewebe oder dergleichen. Zur Vernetzung können vorteilhaft alle gängigen Duromersysteme verwendet werden, also neben Epoxydharzen auch Phenolharze und dergleichen.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Armierung in einer Vertiefung, bevorzugt einer Nut im Rotorkörper angeordnet ist, weil die Armierung dann besonders sicher mit dem Rotorkörper verbunden werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Armierung in zumindest einem radial weiter außen liegenden Bereich des Rotorkörpers eine größere radiale Breite (Dicke) aufweist als in einem radial weiter innen liegenden Bereich. Dadurch können besonders wirksam auf den Laborzentrifugenrotor einwirkende Fliehkräfte durch die Armierung aufgenommen werden, ohne dass das Gewicht des Laborzentrifugenrotors unnötig vergrößert wird. Vorteilhafterweise ist die Armierung an dem Rotorkörper stoff- und/oder formschlüssig angeordnet, im Fall einer Einklebung in einer Vertiefung des Rotorkörpers also gleichzeitig stoff- und formschlüssig, wodurch eine sehr feste und dauerhafte Verbindung gegeben ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Laborzentrifugenrotor eine an dem Rotorkörper angeordnete Nabe aufweist, die bevorzugt ein nicht poröses Metall oder eine nicht poröse Metalllegierung umfasst. Dadurch, dass die Nabe demzufolge ein vom Rotorkörper unabhängiges Werkstück ist und der Laborzentrifugenrotor auch diesbezüglich mehrteilig aufgebaut ist, wird sichergestellt, dass der Rotorkörper nicht selbst die beim Beschleunigen bzw. Abbremsen des Laborzentrifugenrotors auftretenden Drehmomente aufnehmen muss, sondern diese durch die Nabe auf den Rotorkörper vermittelt werden.
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In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn die Nabe in den Rotorkörper eingeschäumt und/oder an dem Rotorkörper lösbar befestigt, beispielsweise angeschraubt ist, wodurch sich eine besonders dauerhafte und haltbare Verbindung zwischen Rotorkörper und Nabe ergibt. Hierzu kann unterstützend vorgesehen sein, dass an der Nabe Formschlusselemente vorgesehen sind, die bevorzugt eine axiale Erstreckung aufweisen, wie Stege und dergleichen. Aber auch mehrere stiftartig vorstehende Formschlusselemente können vorgesehen sein.
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Besonders vorteilhaft ist die Nabe konisch ausgebildet. Durch die sich ergebende konische Verbindung zwischen Nabe und Rotorkörper ergibt sich eine besonders gute Spannungsverteilung am Übergang zwischen Nabe und Rotorkörper. Bei Naben mit einem Keilwellenprofil treten nämlich an den Kanten hohe Spannungsspitzen auf, die bei einer konischen Ausbildung verhindert werden. Diese konische Ausbildung hat auch bei dem Fügeprozess von Nabe und Rotorkörper eine selbstzentrierende Wirkung, wodurch potentielle Unwuchten, die aufgrund einer exzentrischen Lage der Nabe im Rotorkörper auftreten können, während des Fügeprozesses besser verhindert werden. Bei einer direkten Einschäumung der Nabe liegt eine bessere Schaumverteilung gegenüber einer abgesetzten Nabenform vor.
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Falls die Nabe direkt eingeschäumt wird, ist darauf zu achten, dass ihr Schmelzpunkt ausreichend hoch ist, damit sie beim Einschäumen nicht schmilzt oder erweicht.
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Besonders vorteilhaft weist das poröse Metall oder die poröse Metalllegierung eine Porengröße von 10 µm bis 500 µm, bevorzugt 100 µm bis 500 µm, insbesondere 250 µm auf. In diesen Bereichen weist das Material ein Optimum aus Gewicht und Steifigkeit auch bei sehr hohen Drehzahlen des Zentrifugenrotors auf. Bei den Poren handelt es sich vorzugsweise um solche mit kugelförmiger Gestalt.
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Vorteilhaft ist weiterhin eine Gas-, Flüssigkeits- und/oder Aerosolabdichtung des Zentrifugenraumes vorgesehen. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass der Laborzentrifugenrotor in Richtung zum Zentrifugenraum geschlossene Poren aufweist. Dies kann zum einen schon bei der Herstellung des porösen Material erfolgen oder nachträglich durch Aufbringung einer Versiegelung. Besonders vorteilhaft ist der Rotorkörper mit einer gegenüber Temperatur und Chemikalien beständigen Oberflächenversiegelung (z. B. aus Teflon®, eine registrierte Marke von The Chemours Company FC, LLC, oder dergleichen) versehen. Hinsichtlich der Aufnahmen für die zu zentrifugierenden Proben sollten diese Aufnahmen, falls sie nachträglich in den Laborzentrifugenrotor beispielsweise eingefräst werden, ebenfalls mit einer Porenversiegelung versehen werden, wobei vorteilhaft vorgefertigte Hülsen in den Aufnahmebohrungen angeordnet, insbesondere eingeklebt werden.
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Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Armierung im Wesentlichen vollständig den Umfang des Rotorkörpers umfasst. „Im Wesentlichen“ heißt in diesem Zusammenhang, dass beispielsweise bei Vorsehung einer Vertiefung in dem Rotorkörper zur Aufnahme der Armierung die am Rand der Vertiefung vortretenden Stege des Rotorkörpers nicht von der Armierung umfasst werden.
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Außerdem ist es vorteilhaft, wenn an dem Rotorkörper ein Konturring zum Formschluss mit einem Zentrifugendeckel angeordnet ist, wobei der Konturring als separates Element ausgebildet ist, das eine höhere Festigkeit aufweist als das poröse Metall oder die poröse Metalllegierung. Durch diesen separat ausgebildeten Konturring wird der (abdichtende) Verschluss des Zentrifugenraumes durch einen Zentrifugendeckel sichergestellt und gleichzeitig der Rotorkörper gegenüber der Verspannung durch den Zentrifugendeckel entlastet.
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Im Folgenden werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung und weitere Vorteile anhand der Darstellung bevorzugte Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- 1 einen Laborzentrifugenrotor nach dem Stand der Technik im Schnitt,
- 2 einen erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotor in einer ersten bevorzugten Ausführungsform im Schnitt im Zusammenwirken mit einem Zentrifugendeckel,
- 3 eine ausschnittsweise Darstellung des erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotors nach 2,
- 4 Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotors nach 2 und
- 5 eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotors in einer Gesamtansicht.
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In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Laborzentrifugenrotor 1 gezeigt, der aus einem Rotorkörper 2 besteht, der aus einem Vollmetall, gewöhnlich Aluminium, gefertigt ist. Rings um eine Drehachse weist der Rotorköper 2 einen Nabenbereich 3 auf, und in radial außen liegenden Bereichen sind Aufnahmen 4 für zu zentrifugierende Proben vorgesehen. Der Nabenbereich 3 weist Gewindebohrungen (nicht gezeigt) zur Identifizierung des Zentrifugenrotors auf. Außerdem ist in dem Nabenbereich 3 eine Aufnahme 6 zur Anordnung des Laborzentrifugenrotors 1 auf dem Antrieb einer Zentrifuge vorgesehen und oberhalb der Aufnahmen 4 weist der Nabenbereich 3 ein Gewinde 7 zur kraftschlüssigen Verbindung des Zentrifugenrotors 1 mit einem nicht gezeigten Zentrifugendeckel auf. Dieser Zentrifugendeckel kann form- und kraftschlüssig in eine Ausnehmung 8 eingreifen, um den Zentrifugenraum 9 aerosoldicht abzudichten.
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Die 2 bis 4 zeigen rein schematisch den erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotor 10 in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung, wobei 2 rein schematisch den erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotor 10 im Zusammenwirken mit einem Zentrifugendeckel 11 im Schnitt zeigt. 3 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung und 4 eine perspektivische Gesamtansicht.
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Es ist zu erkennen, dass im Gegensatz zum aus dem Stand der Technik bekannten Laborzentrifugenrotor 1 der 1 der erfindungsgemäße Laborzentrifugenrotor 10 mehrteilig aufgebaut ist. Genauer gesagt weist der Laborzentrifugenrotor 10 mit der Drehachse D einen Zentrifugenkörper 12, eine Nabe 13, eine Armierung 14, einen Konturring 15 sowie Hülsen 16 auf.
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Der Rotorkörper 12 ist aus einem Aluminiumschaum gebildet, der beispielsweise durch das Ausschäumen einer Schäumform mit einer gashaltigen Aluminiumschmelze oder durch das Erwärmen von Aluminiumpulver mit Gasbildnern in der Schäumform erfolgt. Bei der anschließenden Abkühlung des Rotorkörpers erstarrt die Schmelze und bildet den Aluminiumschaum. Der Rotorkörper 12 weist eine mittlere Porengröße im Bereich von 230 µm bis 270 µm, bevorzugt von ca. 250 µm auf, wodurch der Rotorköper 12 einerseits eine sehr geringe Dichte und andererseits durch vorteilhafte Einstellung der Porengröße zur Stegdicke eine sehr hohe Steifigkeit besitzt.
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Wie im Vergleich der 1 und 2 zu erkennen ist, weist der erfindungsgemäße Laborzentrifugenrotor 10 im Gegensatz zum bekannten Laborzentrifugenrotor 1 insgesamt eine größere Dicke auf, um die Steifigkeit bei reduziertem Gewicht zu erhöhen.
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Die aus Aluminium als Vollmaterial, d. h. nicht schaumförmig, hergestellte Nabe 13 ist in den Rotorkörper 12 eingeschraubt (nicht gezeigt) und weist eine Kegelfläche 17 auf. Dadurch ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Nabe 13 und Rotorkörper 12 sichergestellt. Zusätzlich weist die Nabe 13 auch noch Gewindebohrungen (nicht gezeigt) zur Identifizierung des Laborzentrifugenrotors 10 auf. Alternativ kann die Nabe 13 auch in den Rotorkörper 12 direkt eingeschäumt werden, wobei die Nabe 13 dann aus einer Aluminiumlegierung bestehen muss, die einen ausreichend hohen Schmelzpunkt aufweist, damit sie beim Einschäumen nicht schmilzt oder erweicht. Dann ist es vorteilhaft, wenn die Nabe 13 zur Verdrehsicherung gegenüber dem Rotorkörper 12 Formschlusselemente aufweist, die beispielsweise als axial ausgebildete Rippen oder Stege auf der Kegelfläche 17 ausgebildet sind.
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Zwischen Zentrifugendeckel 11 und Rotorkörper 12 bildet sich im geschlossenen Zustand des Laborzentrifugenrotors 10 ein Zentrifugenraum 18 aus. In den Rotorkörper 12 sind Aufnahmen 19 für zu zentrifugierende Proben eingefräst. Zur Abdichtung der durch das Fräsen geöffneten Poren des Aluminiumschaums sind in die Aufnahmen 19 die Hülsen 16 eingeklebt. Außerdem ist Rotorkörper 12 mit einer Temperatur und Chemikalien beständigen Oberflächenversiegelung aus Teflon®, eine registrierte Marke von The Chemours Company FC, LLC, oder ähnlichen Verbindungen versehen, wodurch offene Poren wirksam versiegelt sind.
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Oberhalb und radial gesehen außen in Bezug auf die Öffnungen 20 der Aufnahmen 19 ist der Konturring 15 in einer Vertiefung des Rotorkörpers 12 angeordnet, vorzugsweise eingeklebt. Der Konturring 15 besteht vorteilhaft ebenfalls aus einem Aluminiumvollmetall oder auch aus einem anderen Material, was eine höhere Festigkeit als der Rotorkörper 12 aufweist, um einen Spannungseintrag vom Deckel 11 in den Rotorkörper 12 zu minimieren bzw. zu unterbinden.
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Wie vor allem im Zusammenhang mit 3 klar wird, weist der Rotorkörper 12 radial außen entlang des Umfanges eine Vertiefung 21 auf, in der die Armierung 14 angeordnet, beispielsweise eingeklebt ist, wodurch sich eine stoff- und formschlüssige Verbindung ergibt, die besonders sicher und dauerhaft ist. Die radiale Tiefe der Vertiefung 21 weist in radial weiter innen liegenden Abschnitten ein geringere Ausdehnung A auf als die Ausdehnung B in radial weiter außen liegenden Bereichen. Dadurch erfolgt eine besondere zusätzliche Versteifung der höher beanspruchten radial außen liegenden Bereiche, wodurch in jedem Bereich eine ausreichende Armierungsstärke vorliegt und so insgesamt Gewicht eingespart werden kann.
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Die Armierung besteht aus einem ausgehärteten faserverstärkten Verbundwerkstoff, der einen Kohlenstoffroving aufweist, der in einem vernetzten Epoxydharz integriert ist. Zur Anordnung der Armierung 14 auf dem Rotorkörper 12 wird vorzugsweise ein Verfahren eingesetzt, bei dem beide Teile 12, 14 in ihren endgültigen Maßen hergestellt vorliegen und der Rotorkörper 12 kryogenisch geschrumpft wird, um die Armierung darüber zu ziehen. Die Dicke der Armierung 14 liegt in einem Bereich zwischen 0,1 bis 5 mm, bevorzugt 0,5 bis 3 mm und beträgt insbesondere bei der Ausdehnung A 1 mm und bei der Ausdehnung B 1,5 mm. Die Dicke der Armierung 14 wird dabei so gering wie möglich gewählt, um einerseits die Masse möglichst klein zu halten und andererseits jedoch eine solche Armierung vorzunehmen, dass die Kräfte im Rotor zu großen Teilen durch die Armierung 14 aufzunehmen und den porösen Rotorkörper 12 zu entlasten.
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In dieser bevorzugten Ausgestaltung besteht eine kegelförmige (konische) Verbindung 17 zwischen Nabe 13 und Rotorkörper 12, wodurch eine optimierte Abstützung des Rotorkörpers 12 bei geringst möglichem Spannungseintrag erfolgt.
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Alternativ können auch andere Profile eingesetzt werden, wie beispielsweise Treppenprofile, wobei jedoch mit der Kegelverbindung bestmögliche Eigenschaften verbunden sind.
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In 5 ist rein schematisch in einer Gesamtansicht eine zweite bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotors 30 gezeigt. Der einzige Unterschied im Vergleich zum erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotor 10 nach den 2 bis 4 besteht darin, dass die Armierung 31 hier nicht im Wesentlichen über den vollständigen Umfang des Rotorkörpers 12' angeordnet ist, sondern nur in dem am radial am weitesten außen liegenden Bereich, wobei auch nur in diesem Bereich die entsprechende Vertiefungsnut zur formschlüssigen Aufnahme der Armierung 31 in dem Rotorkörper 12' vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Armierung 31 etwas stärker, nämlich ca. 2,5 mm ausgebildet, der Laborzentrifugenrotor 30 weist aber insgesamt ein etwas geringeres Gewicht auf.
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Es ist zu erkennen, dass die Erfindung im Wesentlichen darin besteht, dass zumindest ein Teil des Rotorkörpers 12 durch ein poröses Material, beispielsweise Metallschaum auszubilden und den Rotorkörper 12 durch eine Armierung 14, 31 zu versteifen. Demgegenüber bestehen herkömmliche Laborzentrifugenrotoren 1 aus Metall oder Kunststoff und weisen gegenüber dem erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotor 10, 30 eine deutlich größere Masse und dabei auch eine geringere Steifigkeit auf.
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In Tabelle 1 werden die maximal auftretenden Spannungen und Verformungen in dem Zentrifugenrotor
1 nach
1 und dem erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotor
10 nach den
2 bis
4 für Rotationsgeschwindigkeiten von n = 14.000 U/min miteinander vergl i-chen. Die maximale Spannung von ca. 151 MPa liegt beim erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotor
10 in der Armierung
14 vor. Es ist zu erkennen, dass die Armierung die Verformung des Laborzentrifugenrotors
10 deutlich reduziert (ca. 30 %) und in Spannungen umwandelt unter gleichzeitiger Spannungsentlastung der übrigen Bauteile des Zentrifugenrotors.
Tabelle 1:
| | Spannungen (MPa) | Verformungen (mm) |
| Laborzentrifugenrotor 1 | 120 | 0,098 |
| Laborzentrifugenrotor 10 | 151 | 0,069 |
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In Tabelle 2 werden die Zugfestigkeiten der verwendeten Bauteile des erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotors
10 nach den
2 bis
4 den maximal auftretenden Spannungen für Rotationsgeschwindigkeiten von n = 14.000 U/min gegenübergestellt, wobei die Prozentangaben die Belastung des jeweiligen Materials darstellen. Es ist zu erkennen, dass durch die Verwendung der Armierung
14 der Aluminiumschaum-Rotorkörper
12 die auftretenden Belastungen absorbiert. Ohne diese Armierung
14 würde die Zugfestigkeit des Aluminiumschaums schon bei sehr geringen Rotationsgeschwindigkeiten überschritten werden und der Rotorkörper würde versagen.
Tabelle 2:
| | Zugfestigkeit (MPa) | Auftretende max. Spannungen |
| Bauteil / Material | | Wert (MPa) | Wert (%) |
| Rotorkörper 12 Aluminiumschaum Cymat | 8,5 | 5,4 | 63,5 |
| Nabe 13 Aluminium | 480 | 35 | 7,3 |
| Armierung 14 Kohlefaserroving | 4300 | 151 | 3,5 |
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In Tabelle 3 sind schließlich die Gesamtmassen des bekannten Laborzentrifugenrotors
1 mit dem erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotor
10 nach den
2 bis
4 verglichen. Es ist zu erkennen, dass der erfindungsgemäße Laborzentrifugenrotor
10 eine deutlich um ca. 36,5% reduzierte Gesamtmasse besitzt.
Tabelle 3:
| | Gesamtmasse (g) | Masseeinsparung (%) |
| Laborzentrifugenrotor 1 | 848 | - |
| Laborzentrifugenrotor 10 | 539 | ca. 36,5% |
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Durch die erfindungsgemäße Kombination ergeben sich im Rahmen eines kombinatorischen Effekts also zahlreiche Vorteile. Zum einen treten für den Laborzentrifugenrotor 10, 30 kritische Drehzahlen erst in höheren Bereichen auf als bei den bisher bekannten Laborzentrifugenrotoren 1. Damit kann in kürzerer Zeit als bisher und mit höherer Geschwindigkeit zentrifugiert werden. Dies führt zu höheren RZB-Werten und somit zu seiner sehr schnellen Trennung der Bestandteile der zu zentrifugierenden Stoffe. „RZB“ ist die relative Zentrifugalbeschleunigung, die sich nach der Formel RZB = 4 Pi2 r n2/ g (r -Radius des Laborzentrifugenrotors, n - Rotationsgeschwindigkeit, g - Erdbeschleunigung) berechnet und ein Maß für die Leistungsfähigkeit der Laborzentrifuge darstellt, wobei ein höherer Wert eine höhere Zentrifugalbeschleunigung verbunden mit einer effektiveren Zentrifugation der Probe anzeigt.
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Weiterhin kann der Laborzentrifugenrotor 10, 30 aufgrund der verringerten Massenträgheitsmomente wegen der Reduzierung der Masse der Gesamtkonstruktion schneller auf die erforderliche Drehzahl gebracht bzw. von dieser wieder auf den Stillstand abgebremst werden. Zudem wird der Energiebedarf zum Zentrifugieren deutlich reduziert, weil geringere Kräfte zum Beschleunigen notwendig sind. Zudem werden Schademissionen durch bessere schwingungsdämpfende Eigenschaften des porösen Materials gesenkt, wodurch in der Umgebung geringere Vibrationen als bisher auftreten und sich insgesamt die Lebensdauer der Laborzentrifuge (nicht gezeigt) erhöht.
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Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit eines Schadens durch Dauerbruch oder dgl. wegen der durch das poröse Material bewirkten Risshemmungen geringer. Im Falle eines Schadens durch Zerstörung eines Laborzentrifugenrotors 10, 30 ist in Folge der geringeren Masse durch das poröse Material die Bewegungsenergie der Teile des zerstörten Rotorkörpers 12 geringer, wodurch die entsprechenden Schutzvorrichtungen kleiner dimensioniert werden können. In diesem Zusammenhang ist auch wichtig, dass sich poröse Materialien, insbesondere Metallschäume besonders im Automobilbau als Crashabsorber bewährt haben. Im Falle eines Versagens kann das poröse Material die Bewegungsenergie auffangen und in Verformungen umwandeln. Ein zusätzlicher Sicherheitsaspekt kommt damit zum Tragen.
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Schließlich wird auch die Handhabung des Rotorkörpers 12 aufgrund der geringeren Masse wesentlich bedienerfreundlicher.
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Aufgrund der hohen Festigkeitseigenschaften der Armierung 14, 31 wird die Spannungsbelastung des Rotorkörpers 12 gesenkt, die Steifigkeit des gesamten Laborzentrifugenrotors 10, 30 erhöht und die Masse des Laborzentrifugenrotors 10, 30 nur geringfügig beeinflusst.
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Aus der vorstehenden Darstellung ist klar geworden, dass mit dem erfindungsgemäßen Laborzentrifugenrotor 10, 30 ein wesentlich effizienteres und sichereres Zentrifugieren ermöglicht wird, wobei sich auch noch bedeutende Vorteile für die Bedienerfreundlichkeit ergeben.
