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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Ausglühvorrichtung, insbesondere
für Impfösen, mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs 1.
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Impfösen werden
zum Beispiel verwendet, um biologische Substanzen auf Nährböden oder
in Nährflüssigkeiten
zu übertragen.
Dabei kommt es darauf an, jeweils nur die gewünschte biologische Substanz
zu übertragen.
Das heißt,
nach ihrer Verwendung und insbesondere vor ihrer erneuten Verwendung
müssen
alle lebenden Zellen oder sonstigen kontaminationsfähigen Stoffe
an einer Impföse abgetötet bzw.
von dieser entfernt werden. Dies geschieht bislang in aller Regel
indem die Impföse
in der Flamme eines Gasbrenners, in der sie auf eine Mindesttemperatur
von 900°C
erhitzt wird, ausgeglüht
wird.
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Die
Verwendung offener Flammen ist in einigen Arbeitsumgebungen untersagt
und stellt auch ein grundsätzliches
Sicherheitsrisiko dar. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
eine elektrische Ausglühvorrichtung,
in der ein Ausglühraum
elektrisch auf eine für
das Ausglühen
einer Impföse
ausreichende Temperatur erhitzt wird, um eine Impföse ohne
eine offene Flamme zuverlässig
auszuglühen.
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STAND DER TECHNIK
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Bei
einer bekannten elektrischen Ausglühvorrichtung mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des unabhängigen
Schutzanspruchs 1 besteht das Rohr, das den Ausglühraum umschließt und auf
dem die Heizwicklung angeordnet ist, aus Quarzglas. In der Verwendung
dieser bekannten Ausglühvorrichtung stellt
sich jedoch heraus, dass das Quarzglas unter Einwirkung von orga nischen
Substanzen bei der hohen Ausglühtemperatur
relativ schnell korrodiert. Konkret wird eine Bildung von Cristobalit,
d. h. einer Hochtemperatur-Modifikation von Siliziumdioxid beobachtet,
die die Integrität
des Rohrs aus Quarzglas gefährdet
und bei ihrem Fortschreiten auch vollständig in Frage stellt.
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Bei
einer weiteren bekannten Ausglühvorrichtung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Schutzanspruchs 1 besteht
das Rohr aus einem keramischen Material. Dabei hat sich jedoch herausgestellt,
dass verschiedenste keramische Materialien bei den hier relevanten
hohen Ausglühtemperaturen – möglicherweise
in Folge der mit den Impfösen
eingebrachten Substanzen – ihre
hohe Isolationswirkung gegenüber
elektrischen Spannungen verlieren. So reduziert sich der Isolationswiderstand
eines Keramikrohrs von wenigen Millimetern Wandstärke auf
eine Größenordnung
von 1 Megaohm, was zum Beispiel zur Isolierung einer Netzspannung
von 225 Volt, mit der die Heizwicklung direkt beaufschlagt wird,
unzureichend ist.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Ausglühvorrichtung
aufzuzeigen, die eine erhöhte
Standfestigkeit gegenüber
den notwenigen hohen Ausglühtemperaturen
und den von den Impfösen
freigesetzten Ausglühprodukten
aufweist.
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LÖSUNG
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Ausglühvorrichtung
mit den Merkmalen des unabhängigen
Schutzanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
der neuen Ausglühvorrichtung sind
in den abhängigen
Schutzansprüchen
2 bis 15 definiert.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei
der neuen Ausglühvorrichtung
ist in dem den Ausglühraum
umschließenden
Rohr ein zusätzliches
Innenrohr angeordnet, das ebenfalls aus temperaturbeständigem Material
besteht. Dieses Innenrohr begrenzt den Ausglühraum in radialer Richtung und
ist austauschbar. Indem nur das Innenrohr unmittelbar an den Ausglühraum angrenzt,
nicht mehr aber das Rohr, das die Heizwicklung trägt, ist
das Rohr mit der Heizwicklung zwar weiterhin den hohen Ausglüh temperaturen
von mindestens 900°C
ausgesetzt, nicht aber den möglicherweise
beim Ausglühen
freigesetzten aggressiven chemischen Substanzen. So bleibt die Integrität des Rohrs
mit der Heizwicklung sowohl in mechanischer als auch elektrischer
Hinsicht erhalten. Das Innenrohr mag hingegen korrodieren, da es
in diesem Fall leicht ausgetauscht werden kann.
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Zumindest
wenn das Innenrohr mit radialem Luftspalt koaxial in dem Rohr angeordnet
ist, ist der elektrische Widerstand zwischen den Begrenzungen des
Ausglühraums
bis zu der Heizwicklung infolge des Luftspalts so groß, dass
auch dann, wenn sowohl das Rohr als auch das Innenrohr einen unzureichenden
Isolationswiderstand aufweisen sollten, insgesamt ein völlig ausreichender
Isolationswiderstand erzielt wird. Dabei reicht ein vergleichsweise
kleiner Luftspalt aus.
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Grundsätzlich kann
das Innenrohr einen Außendurchmesser
aufweisen, der um 0,5 bis 5 mm kleiner als ein Innendurchmesser
des Rohrs ist. Wenn die Durchmesserdifferenz noch kleiner ist, besteht
die Gefahr, dass sich aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen
und auftretenden Toleranzen Spannungen zwischen dem Innenrohr und
dem Rohr aufbauen und das einfache Austauschen des Innenrohrs bei
Bedarf be- oder sogar verhindert wird.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn der Außendurchmesser
des Innenrohrs um etwa 1 mm, d. h. von 0,8 bis 1,6 mm kleiner als
der Innendurchmesser des Rohrs ist. Bei einem derartigen Durchmesserunterschied
kann das Innenrohr in seiner Lage innerhalb des Rohrs mit der Heizwicklung
ausreichend in seiner Lage definiert werden, indem es radial durch das
Rohr geführt
wird, d. h. einfach in dieses eingeschoben ist.
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Besonders
bevorzugt ist es bei der neuen elektrischen Ausglühvorrichtung,
wenn das Innenrohr aus einem keramischen Material ausgebildet ist, das
insbesondere im Vergleich mit Quarzglas eine höhere chemische Beständigkeit
gegenüber
den beim Ausglühen
von Impfösen
möglicherweise
auftretenden Substanzen unter gleichzeitiger Einwirkung der erhöhten Temperaturen
in dem Ausglühraum
aufweist.
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Hingegen
ist das Rohr mit der Heizwicklung vorzugsweise aus Quarzglas ausgebildet,
so dass es auch bei erhöhter
Temperatur seinen gewünschten hohen
Isolationswiderstand beibehält.
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In
axialer Richtung ist das Innenrohr der neuen Ausglühvorrichtung
vorzugsweise zwischen einfachen axialen Anschlägen angeordnet, von denen mindestens
einer entfernbar ist, um das Innenrohr auszutauschen. Dieser entfernbare
Anschlag kann zugleich einen den Ausglühraum einseitig axial begrenzenden
Einsatz aus temperaturbeständigem Material
in einem Ende des Innenrohrs sichern. Dabei kann es sich um einen
Quarzglasstababschnitt oder auch einen Keramikstababschnitt handeln,
auf den ein Klemmring aufgeklemmt ist, um ein Hineinwandern des
Einsatzes in das Innenroh zu verhindern.
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Um
die Heizleistung der Heizwicklung auf den Ausglühraum zu fokussieren, ist die
Heizwicklung radial nach außen
vorzugsweise von einem Isoliermantel aus temperaturbeständigem Material
umschlossen. Auch bei sehr guter Isolationswirkung des Isoliermantels
wird dessen Außenseite
im Betrieb der neuen Ausglühvorrichtung
sehr heiß werden.
Daher ist das Rohr mit der Heizwicklung und dem darauf angeordneten
Isoliermantel vorzugsweise mit freiem Abstand innerhalb eines durchbrochenen
zylindermantelförmigen
Gehäuses
aus Edelstahl angeordnet. Die Durchbrechungen sorgen im notwendigen Umfang
für eine
Konvektionskühlung.
Die Ausbildung des Gehäuses
aus Edelstahl, das eine bekannt schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, erlaubt es,
an Teilen dieses Gehäuses
ohne die Gefahr von Verbrennungen anzufassen.
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Das
Rohr kann in dem Gehäuse über Halteelemente
gelagert sein, die in umlaufende Nuten im Außenumfang des Rohrs an dessen
Enden eingreifen. Hierdurch wird das Rohr sowohl axial als auch radial
in dem Gehäuse
geführt.
So kann das Rohr mit Abstand vor Stirnplatten enden, die das Gehäuse axial
verschließen.
In einer der Stirnplatten ist dabei eine offene Zugangsöffnung zu
dem Ausglühraum vorgesehen,
der zum Einführen
der Impfösen
einseitig offenbleibt, während
in der anderen Stirnplatte eine normalerweise verschlossene aber
offenbare Auswechselöffnung
für das
Innenrohr vorgesehen ist.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Rohr mit der Heizwicklung um eine Querachse
verschwenkbar an einer Basis gelagert ist, um den längs der
Rohrachse des Innenrohrs gestreckten Ausglühraum in seiner Neigung auszurichten.
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Die
Stromquelle und/oder Bedienelemente der neuen Ausglühvorrichtung
können
vorteilhafterweise in der Basis, an der das Gehäuse gelagert ist, vorgesehen
sein.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Schutzansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung
genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer
Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ
zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
erzielt werden müssen.
Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten
Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander
sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen.
Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen
der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche ist ebenfalls
abweichend von den gewählten
Rückbeziehungen
der Schutzansprüche
möglich
und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in
separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung
genannt werden. Diese Merkmale können
auch mit Merkmalen unterschiedlicher Schutzansprüche kombiniert werden. Ebenso
können
in den Schutzansprüchen
aufgeführte
Merkmale für
weitere Ausführungsformen
der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert
und beschrieben.
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1 zeigt
eine teilweise geschnittene Vorderansicht der neuen Ausglühvorrichtung,
wobei der Schnitt radial zur Längsachse
deren Ausglühraums geführt ist;
und
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2 zeigt
einen Längsschnitt
in Richtung der Längsachse
des Ausglühraums,
wobei eine in 1 wiedergegebene Basis der Ausglühvorrichtung
nicht dargestellt ist.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Die
in 1 und 2 dargestellte Ausglühvorrichtung 1 dient
zum Ausglühen
von Impfösen
in einem Ausglühraum 2,
der auf eine Temperatur von mindestens 900°C, typischerweise von 900°C bis 950°C aufgeheizt
wird. Der Ausglühraum 2 ist
zylinderförmig,
längs einer
Längsachse 3 langgestreckt und
dabei in einer Richtung der Längsachse 3 offen, während er
in radialer Richtung durch ein Innenrohr 4 und in der anderen
Richtung der Längsachse 3 durch einen
Einsatz 5 in das Innenrohr 4 begrenzt ist. Das
Innenrohr 4 besteht hier aus einem temperaturbeständigen keramischen
Material. Der Einsatz 5 von zylindrischer Grundform kann
ebenfalls aus einem keramischen Material aber auch beispielsweise aus
Quarzglas bestehen. Ein Hereinrutschen des Einsatzes 5 in
das Innenrohr 2 wird durch einen aufgeklemmten Klemmring 6 verhindert,
der an das eine Stirnende des Innenrohrs 4 anschlägt. Das
Innenrohr 4 ist in radialer Richtung durch ein Rohr 7 geführt, das
einen Innendurchmesser aufweist, welcher um etwa 1 mm größer ist
als der Außendurchmesser
des Innenrohrs 4. Hierdurch können sich das Innenrohr 4 und
das Rohr 7 unter thermischen Einflüssen unterschiedlich ausdehnen,
ohne dass es zu Verspannungen zwischen den beiden Rohren 4 und 7 kommt. Das
Rohr 4 wiederum ist über
Halteelemente 8 in einem Gehäuse 9 gelagert, die
in Nuten 10 im Außenumfang
des Rohrs 7 eingreifen. Die Lagerelemente 8 definieren
die Lage des Rohrs 7 in dem Gehäuse 9 sowohl in radialer
als auch in axialer Richtung der Längsachse 3. Das Innenrohr 4 erfährt seine
axiale Lagedefinition durch eine Stirnplatte 11 auf der
einen Seite des Gehäuses,
in der eine Zugangsöffnung 12 vorgesehen
ist, deren Durchmesser dem Innendurchmesser des Innenrohrs 4 entspricht.
Der Rand 13 der Zugangsöffnung 12 bildet
hier einen Anschlag für
das Innenrohr 4. An seinem anderen Ende wird das Innenrohr 4 in
axialer Richtung durch eine mit Schrauben 14 an einer zweiten
Stirnplatte 15 befestigten Abdeckplatte 16 an
einem Herausrutschen aus dem Rohr 7 gehindert, die auch
den Einsatz 5 sichert, aber nach Lösen der Schrauben 14 sowohl
ein Austauschen des Innenrohrs 4 als auch des Einsatzes 5 erlaubt.
Dafür ist
eine Auswechselöffnung 17 in
der Stirnplatte 15 vorgesehen, die durch die Abdeckplatte 16 verdeckt
wird und die einen Durchmesser aufweist, welcher dem Innendurchmesser
des Rohrs 7 entspricht. Neben den Stirnplatten 11 und 15,
an denen die Halteelemente 8 abgestützt sind, besteht das Gehäuse 9 aus
einem durchbrochenen Zylindermantel 18, dessen Durchbrechungen 19 eine
Konvektionskühlung
der heißen
Teile der Ausglühvorrichtung 1 ermöglichen.
Geheizt wird die Ausglühvorrichtung 1 durch
eine Heizwicklung 20 auf dem Rohr 7, das aus Quarzglas
ausgebildet ist. Quarzglasrohre können zu günstigen Kosten mit definierten
Innen- und Außendurchmessern
zur Verfügung
gestellt werden, was bei keramischen Rohren weniger einfach ist. Dort
auftretende Toleranzen werden aber durch den Unterschied zwischen
dem Innendurchmesser des Rohrs 7 und dem Außendurchmesser
des Innenrohrs 4 bei der Ausglühvorrichtung 1 kompensiert. Über der Heizwicklung 20 ist
ein Isoliermantel 21 aus einem geeigneten Isoliermaterial
vorgesehen, der durch Halteringe 22 auf dem Rohr 7 befestigt
ist. Zuleitungen 23 zu der Heizwicklung 20 führen durch
den Isoliermantel 21 zu einer Stromquelle 24 in
einer Basis 25 an der das Gehäuse 9 gelagert ist.
An der Basis 25 befindet sich auch ein Schalter 26 zum
Einschalten der Ausglühvorrichtung 1.
Die Lagerung des Gehäuses 9 an
der Basis 25 ist derart, dass das Gehäuse 9 um eine quer
zu der Längsachse 3 verlaufende Schwenkachse 27 verschwenkt
werden kann, um den Ausglühraum 2 bezüglich der
Neigung seiner Längsachse 3 gegenüber einer
Aufstellfläche 28 der Basis
in gewünschter
Weise auszurichten. Dabei können
Rastungen für
verschiedene Schwenkwinkel des Gehäuses 9 um die Schwenkachse 27 vorgesehen
sein. Verschwenkbar ist das Gehäuse
auch im laufenden Betrieb der Ausglühvorrichtung 1 über einen
Griff 29, der wie der Rest des Gehäuses aus schlecht wärmeleitfähigen Edelstahl
besteht und sich deshalb trotz der hohen Ausglühtemperatur in dem Ausglühraum 2 nicht
soweit erhitzt, dass er nicht gefahrlos angefasst werden könnte. Die
Stromquelle 24, die in 1 angedeutet
ist, kann ein Netzteil sein und eine Temperaturregelung für den Ausglühraum 2 umfassen.
Dies ist aber nicht unbedingt erforderlich. Vielmehr kann die Heizwicklung 20 unmittelbar
mit dem Netzstrom beaufschlagt werden; und bei ordnungsgemäßer Auslegung
kommt sie auch ohne Regelung aus und hält dennoch den Ausglühraum 2 in Betrieb
der Ausglühvorrichtung 1 zuverlässig in
einem Temperaturbereich oberhalb 900°C. Bei der Ausglühvorrichtung 1 schützt das
Innenrohr 4 das Rohr 7 vor Korrosion. Das Rohr 7 stellt
hingegen die elektrische Isolierung des Ausglühraums 2 gegenüber einer
an der Heizwicklung 20 anliegenden Spannung sicher, der
ein Bediener ausgesetzt wäre,
der eine metallische Impföse
ohne anderweitige elektrische Isolierung in den Ausglühraum 2 einbringt.
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- 1
- Ausglühvorrichtung
- 2
- Ausglühraum
- 3
- Längsachse
- 4
- Innenrohr
- 5
- Einsatz
- 6
- Klemmring
- 7
- Rohr
- 8
- Halteelement
- 9
- Gehäuse
- 10
- Nut
- 11
- Stirnplatte
- 12
- Zugangsöffnung
- 13
- Rand
- 14
- Schraube
- 15
- Stirnplatte
- 16
- Abdeckplatte
- 17
- Auswechselöffnung
- 18
- Zylindermantel
- 19
- Durchbrechung
- 20
- Heizwicklung
- 21
- Isoliermantel
- 22
- Haltering
- 23
- Zuleitung
- 24
- Stromquelle
- 25
- Basis
- 26
- Schalter
- 27
- Schwenkachse
- 28
- Aufstellfläche
- 29
- Griff