DE1910576A1 - Kupplung fuer Ultrazentrifugen mit Zonalrotor - Google Patents

Kupplung fuer Ultrazentrifugen mit Zonalrotor

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DE1910576A1
DE1910576A1 DE19691910576 DE1910576A DE1910576A1 DE 1910576 A1 DE1910576 A1 DE 1910576A1 DE 19691910576 DE19691910576 DE 19691910576 DE 1910576 A DE1910576 A DE 1910576A DE 1910576 A1 DE1910576 A1 DE 1910576A1
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DE
Germany
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sealing element
rotatable
rotor shaft
liquid
coupling
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Pending
Application number
DE19691910576
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English (en)
Inventor
Helmut Krueger
Egon Roedel
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Heraeus Sepatech GmbH
Original Assignee
Heraeus Christ GmbH
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B11/00Feeding, charging, or discharging bowls
    • B04B11/02Continuous feeding or discharging; Control arrangements therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B5/00Other centrifuges
    • B04B5/04Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
    • B04B5/0442Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Description

  • Kupplung für Ultrazentrifugen mit Zonalrotor" Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung für eine Ultrazentrifuge mit einem Zonalrotor zum vermischungs- und leckfreien Zu- und Abführen von Flüssigkeit zum bzw. vom Zonalrotor.
  • Bei der Zonal-Zentrifugation einer zu trennenden Substanzprobe wird diese in eine in den Zonalrotor eingebrachte Flüssigkeit mit definiertem Dichtegradienten hineinsedimentiert. Der Dichtegradient wird vor dem Einfüllen der zu trennenden Substanzprobe durch Einpumpen der Gradientenflüssigkeit in den Zonalrotor bei einer relativ niedrigen Fülldrehzahl von beispielsweise 4000 Umdrehungen pro Minute (Upm) in dem Zonalrotor aufgebaut. Dieser Füllvorgang, die sich daran anschließende Einbringung der Substanzprobe in den Zonalrotor sowie die Ausbringung der Substanz probefraktionen nach der Zentrifugation erfordert eine Kupplung, welche eine vermischunge- und leckfreie Zu-und Abfuhr der Gradientenflüssigkeit und der in einer Trägerflüssigkeit enthaltenen ubstanzprobe bzw. Substanzprobefrak tionen gestattet.
  • Für diesen Zweck wird bei Ultrazentrifugen mit einem Zonalrotor seither eine aus mehreren Teilstücken zusammengesetzte Kupplung benutzt. Sie besteht im wesentlichen aus einem dreh--baren und einem nichtdrehbaren Dichtelement, welche mit entsprechenden Durchtrittskanälen zum Zu- und Abführen der Gradientenflüssigkeit, der Substanzprobe und der Substanzprobefraktionen zum bzw. vom Zonalrotor versehen sind. Zur flüssigkeitsdichten Abdichtung der Dichtelemente sind O-Ringe vorgesehen.
  • Das drehbare Dichtelement ist in dem einen Ende der mit Durchtrittskanälen versehenen Rotorwelle angeordnet, an welcher der Zonalrotor befestigt ist. Dieses Dichtelement weist an der Seite, die mit dem Rotorwellenende abschließt, einen Ringkanal auf. Es besteht üblicherweise aus einem Kunststoff, insbesondere glasfaserverstärktem Kunststoff, wie beispielsweise glasfaserverstärktem Polytetrafluoräthylen. An dem drehbaren Dichtelement liegt ein nicht drehbares Dichtelement an, welches auf der dem drehbaren Dichtelement zugekehrten Seite eine Eartmetallplattierung aufweist. Von diesem nichtdrehbaren Dichtelement ragt ein Zentrierkegel in das drehbare Dichtelement hinein. Gehaltert wird das nichtdrehbare Dichtelement auf der dem drehbaren Dichtelement abgekehrten Seite von einem lUetallflansch, der ebenfalls mit Durchtrittskanälen versehen und federnd an einer Tragplatte aufgehängt ist. An diesen Metallflansch sind die Anschlußstutzen für die zum bzw. von Zonalrotor zu fördernde Gradientenflüssigkeit und Substanzprobe bzw Substanzprobefraktionen angesetzt. Die derart ausgebildete Kupplung weist ferner noch eine drehbare Buchse auf, welche das Rotorwellenende umschließt, das das drehbare Dichtelement enthält. Diese Buchse wird auf der rotorwelle mittels eines in die Rotorwelle eingelagerten O-Ringes geführt2 und sie stützt sich über ein Kugellager an der Tragplatte ab. Die Buchse dient einerseits zum Schutz des nicht drehbaren Dicht elements vor mechanischen Beschädigungen und zur Führung des gesamten Kupplungsoberteils zentrisch zur Rotorwelle. Sie ist andererseite mit Kanälen zum abführen eventuell austretender Flüssigkeit versehen.
  • Diese bekannte Kupplung gewährleistet nur in beschranktem Umfang eine vermischungs- und leckfreie Zu- bzw. Abfuhr der Gradientenflüssigkeit, der Substanzprobe und der Substanzprobefraktionen zum bzw. vom Zonalrotor. Bedingt sind die Unzulänglichkeiten der Funktionssicherheit der Kupplung vor allem durch die großen Unterschiede im Wärmeausdehnungskoeffizientender verwendeten Werkstoffe. Wie oben bereits gesagt, besteht das drehbare, in das Rotorwellenende eingesetzte Dichtelement aus Kunststoff, während die Rotorwelle üblicherweise aus Titan hergestellt ist. Infolbe des Unterschiedes im @ Wärmeausdehnungskoeffizienten verzieht sich das drehbare Dicht element während des Betriebs der Zentrifuge, woraus Unebenheiten an der Dichtfläche und daraus Undichtheiten resultieren. Insbesondere machen sich diese Unterschiede im Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe bemerkbar im Temperaturbereich von etwa 0 0C bis 30 00. siegen der einzuhaltenden Maßtoleranzen ergeben sich ebenfalls Herstellungsschwierigkeiten. Wenn beispielsweise das drehbare Dicht element bei Zimmertemperatur in das Ende der Rotorwelle mit Paßsitz eingebracht ist, so muß bei einer Temperatur von etwa 0 °C mit zu großem Spiel des Dichtelements innerhalb der Ausnehmung im Rotorwellenende gerechnet werden.
  • die die Herstellung des nicht drehbaren Dichtelemênts, inabesondere die Anbringung der Hartmetallplattierung ist ziemlich aufwendig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der beschriebenen Art zu schaffen, welche ein hohes Maß an Dichtheit auch u;ahrend des Betriebs der Zentrifuge bei verschiedenen Temstellungsschwierigkeiten bereiten.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kupplung für eine mit einem Zonalrotor ausgerüstete Ultrazentrifuge, der an einer mit Durchtrittskanälen versehenen Rotorwelle aus Metall befestigt ist,zum Zu- bzw. Abführen von Flüssigkeit zum bzw. von dem Zonalrotor, wobei in dem einen Ende der Rotorwelle ein drehbares 9 mit einem Ringkanal und mit Durchtrittskanälen für die Flüsslgkeit versehenes Dichtelement angeordnet ist, an das sich ein nichtdrehbares, mit Durchtrittskanälen für die Flüssigkeit versehenes Dichtelement anschließt, das mittels eines federnd an einer Tragplatte aufgehängten, mit einem Ringkanal und mit Durchtrittskanälen für die Flüssigkeit versehenen Flansches gehaltert ist, und wobei zur flüssigkeitsdichten Abdichtung der Dichtelemente O-Ringe vorgesehen sind, erfindungsgemäß dadurch, daß das nichtdrehbare Dichtelement aus einem gegebenfalls glasfaserverstärkten, abriebfesten Kunststoff und des drehbare Dichtelement aus Metall besteht, welches einen wenigstens annähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Metall, aus dem die Rotorwelle horgestellt ist, besitzt. Vorteilhafterweise besteht das nichtdrehbare Dichtelement aus glasfaserverstärktem Polytetrafluoräthylen. Ein weiteres erfindungswesentliches Merkmal der Kupplung besteht darin, daß das drehbare Dichtelement aus Metall einen Zentrierzapfen aufweist, der in das nichtdrehbare Dichtelement hineinragt. Das drehbars Dichtelement ist vorteilhafterweise austauschbar ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kupplung ist sichergestellt, daß Undichtheiten praktisch ausgeschlossen sind, gleichgültig, bei welcher Temperatur die Zentrifuge betrieben wird. Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplung tritt kein Abrieb der Oberfläche des drehbaren Dichtelements ein, welche an dem nichtdrehbaren Dichtelement anliegt, so daß eine vermischungs- und leckfreie Zu- und Abführung der Gradientenflüssigkeit, der Substanzprobe und der Substanzprobefraktionen mit hoher Sicherheit gewährleistet ist.
  • In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplung dargestellt, welche sich besonders bewährt hat.
  • In das Ende der Rotorwelle 1, welche mit Durchtrittskanälen la für die zu fördernde Substanzprcbe und mit einem Durchtrittskanal ib fUr die Gradientenflüssigkeit sowie mit einem Ringkanal 20 versehen ist, ist mit Paßsitz das drehbare Dichtelement 2 eingesetzt. Dieses drehbare Dichtelement 2 weist einen Ringkanal 18 auf sowis Kanäle 1a und 1b. Gegenüber der Rotorwelle iet das drehbare Dichtelement durch O-Ringe.19 abgedichtet. Das drehbare Dichtelement weist einen Zentrierzapfen 24 auf, der in das nichtdrehbare Dichtelement 3 hineinragt. Vorteilhafterweise ist das drehbare Diohtsrement 2 austauschbar ausgebildet.
  • Das Dichtelerent 3 weist ebenfalls kanäle la und ib auf. Gehaltert wird das nichtdrehbare Dichtelement mittels eines Flansches 4, der Uber Schrauben 5 und eine Schraubenfeder 6 an einer Tragplatte 7 federnd aufgehängt ist. Das nichtdrehbare Dichtelement ist vorteilhafterweise ebenfalls austauschbar. Die Abdichtung des nicht drehbaren Dicht elements gegenüber dem Planech 4 wird ebenfalls mittels O-Xingen 19 hergestellt. Der Flansch 4 weist einen Ringkanal 8 auf sowie einen Durohtrittskanal 1b. An den Ringkanal 8 ist ein Anschlußtutzen 9 für die zu fördernde Substanzprobe bzw. Substanzprobefraktionen angeschlossen. An den Durchtrittskanal ib im Flansch 4 ist ein Anschlußstutzen 10 für die zu fördernde Gradientenflüssigkeit angeschlossen. Das Ende der Rotorwelle 1. in welches das drehbare Dichtelement 2 eingeretat ist, ist von einer Buchse 11 umhüllt. Diese Buchse 11 stützt sich Uber ein Kugellager 12 an der Tragplatte 7 ab und wird mittels des O-Ringee 13, welcher in der Rotorwelle 1 angeordnet ist, auf der Rotorwelle geführt.
  • Am Flansch 4 ist vorteilhafterweise eine Kühlschlange 14 befestigt, durch welche ein Kühlmittel, wie Wasser, hindurchgeleitet wird - die Wasseranschlußstutzen für die Kühlechlange sind aus Gründen der übersicht weggelassen. Die Tragplatte 7 wird nach dem Aufsetzen der erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplung auf die Rotorwelle 1 und Befestigen der Kupplung mit der Tragplatte an einer geeigneten Halte-vorrichtung des Zentrifugen gehäuses horizontal beweglich gehaltert. Die Buchse 11 dient zum Schutz des nicht drehbaren Dichtelements vor mechanischen BeschSdigungen und zur Führung des gesamten Kupplungsoberteils zentrisch zur. Rotorwelle. Sie beaitzt Kanäle 15 zum Abführen eventuell austretender Flüssigkeit. Die Rotorwelle besteht dblicherweise aus Titan. Das Dichtelement 2 wird vorzugsweise ebenfalls aus Titan hergestellt. Es kann auch ein anderer metallischer Werkstoff benutzt werden, der annähernd gleichen Wäraeausdehnungskoeffizienten besitzt wie Titan. Das Dichteleaent 3 besteht aus einem abriebfesten, vorzugsweise glasfaserverstärkten Kunststoff wie Polytetrafluoräth-ylen.
  • In vorteilhafter Weise ist das drehbare Dichtelement 2 noch mit einem Gewinde 25 zur Aufnahme eines Hilfswerkzeuges versehen, um im Bedarfafalle das Dichtelement 2 herausnehmen und durch ein anderes ersetzen zu können. Hierdurch wird vermieden, daß im Falle einer Beschädigung des Dichtelementes 2 auch die Rotorwelle ausgetauscht werden muß.

Claims (3)

Patentansprüche
1. Kupplung für eine mit einem Zonalrotor ausgerüstete Ultrazentrifuge, der an einer mit Durchtrittskanälen versehenen Rotorwelle aus Metall befestigt ist, zum Zu- bzw. Abführen von Flüssigkeit zum bzw. von dem Zonalrotor, wobei in dem einen Ende der Rotorwelle ein drehbares, mit einem Ringkanal und mit Durchtrittskanälen für die Flüssigkeit versehenes Dichtelement angeordnet ist, an das sich ein nichtdrehbares, mit Durchtrittskanälen für die Flüssigkeit versehenes Dichtelement anschließt, das mittels eines federnd an einer Tragplatte aufgehängten, mit einem Ringkanal und mit Durchtrittskanälen für die Flüssigkeit versehenen Flansches gehaltert ist,und wobei zur flüssigkeitsdichten Abdichtung der Dichtelemente O-Ringe vorgesehen sind, dadurch gekennseichnet, daß das nichtdrehbare Dichtelement (3) aus einem gegebenenfalls glasfaserverstärkten, abriebfesten Kunststoff und das drehbare Dichtgelement (2) aus einem Metall besteht, welches einen wenigstens annähernd gleichen Wärmeausdehnungskoeffisienten wie das Metall, aus dem dis Rotorwelle hergestellt ist, besitst.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnet, daß das drehbare Dichtelement (2) einen Zentrierzapfen (24) aufwei@t, der in das nichtdrchbare Dichtelement (3) hineinragt.
3. Kupplung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das.drehbare Dichtelement (2) und das nichtdrehbare Dichtelement (3) austauschbar ausgebildet sind.
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