DE2343070A1

DE2343070A1 - Zentrifuge, insbesondere ultrazentrifuge

Info

Publication number: DE2343070A1
Application number: DE19732343070
Authority: DE
Inventors: Willi Brinkmann; Robert Hanning
Original assignee: Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Priority date: 1973-08-25
Filing date: 1973-08-25
Publication date: 1975-03-27
Also published as: DE2343070B2; NL7410524A

Description

Andrejewski, Honke & Gesthuysen Patentanwälte

Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-lngenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-lngenieur Anwaltsakte: ^₂ -y±-j/^_ Hans Dieter Gesthuysen

4300 Essen, den 15. _Aug Theaterplatz 3

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Zentrifuge, Insbesondere Ultrazentrifuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge, insbesondere auf eine Ultrazentrifuge, aus Maschinengestell mit Basisplatte, Schleudertrommel mit Trommelmantel und Tromraelboden, als Hysteresemotor mit Stator und Läufer ausgebildetem Antriebsmotor und im Zentrum des Stators angeordnetem Lager für die Schleudertrommel, wobei der Stator des Hysteresemotor an die Basisplatte angeschlossen und der Trommelboden diesem Stator

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als Läufer zugeordnet ist, wobei ferner der Stator in einen Kunststoffkörper eingebettete, über das Statorblechpaket radial vorstöiende Statorspulen und Polschuhe aufweist. - 3ei derartigen Zentrifugen arbeitet man bekanntlich mit Hysteresemotoren, weil diese beim Hochlaufen im Asynchronbetrieb günstige Hochlaufeigenschaften, beim Schleudern im Synchronbetrieb günstige Arbeitscharakteristik aufweisen. Der Trenneffekt, den die Zentrifugen erreichen, hängt insbes. bei Ultrazentrifugen, die für biologische Zwecke oder physikalische Trennaufgaben eingesetzt werden) zumeist auch von der Thermodynamik des zu trennenden Systems und damit von der Temperatur ab. Erwärmt sich der Antriebsmotor und kann diese 'v'ärr.e die Schleudertrommel und damit das zu trennende System erreichen, so wird der Trenneffekt in beachtlichem Ma3e störend beeinflußt und verschlechtert. Kühlung durch ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium, welches den Stator bzw. dessen Spulen oder auch die Schleudertrommel umströmt, ist zumindest dann nicht durchführbar, wenn die Schleudertrommel im sogenannten Vakuum arbeitet, was zur Erreichung des Trenneffektes oder um den Strömungswiderstand, den die Schleudertrommel erfährt, klein zu halten gerade bei Ultrazentrifugen häufig der Fall ist.

Bei einer (aus der Praxis) bekannten Zentrifuge der beschriebenen Gattung ist der Stator in eine Vertiefung der Basisplatte eingesetzt und in der Vertiefung wie in einer Wanne mit einem Zweikomponentenkunstharz vergossen. Dem Zv;eikomponentenkunstharz sind feinkörnige wärmeleitende Substanzen beigegeben. Die Wärmeableitung über die Basisplatte ist bei diesen bekannten Zentrifugen im Effekt unbefriedigend. Im

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Stator werden Überhitzungen beobachtet, die den Kunststoff abbauen, wobei die Abbauprodukte auch das aufrechtzuerhaltende Vakuum stören. Außerdem wird beobachtet, daß aus dem Zweikomponentenkunstharz Bestandteile in das Vakuum hinein verdampfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge der eingangs beschriebenen Gattung so weiter auszubilden, daß eine einwandfreie Kühlung des Stators möglich ist und im Antriebsmotor entstehende Wärme keine störenden Einflüsse auf den Trenneffekt der Zentrifuge mehr ausüben kann.

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbes. eine Ultrazentrifuge, aus Maschinengestell mit Basisplatte, Schleudertrommel mit Trommelmantel und Trommelboden, als Hysteresemotor mit Stator und Läufer ausgebildetem Antriebsmotor und im Zentrum des Stators angeordnetem Lager für die Schleudertrommel, wobei der Stator des Hysteresemotors an die Basisplatte angeschlossen und der Trommelboden diesem Stator als Läufer zugeordnet ist, wobei ferner der Stator in einen Kunststoffkörper eingebettete, radial vorstehende Statorspulai und Polschuhe aufweist. Die Erfindung besteht darin, daß der Stator von einem metallischen Kühlring umgeben ist, der innenseitig radial vorstehende, zwischen die Statorspulen einfassende und ebenfalls in den Kunststoff eingebettete Kühlrippen aufweist, und daß der Kühlring an die Basisplatte angeschlossen sowie die Basisplatte ihrerseits mit einer Kühleinrichtung versehen ist. Zweckmäßig sind auch die Kühlrippen an

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die Basisplatte angeschlossen. Es versteht sich von selbst, da3 der Anschlui3 des Kühlringes und der Kühlrippen an die Basisplatte so erfolgt, daß störende Luftspalte und ähnliche Wärmeübergangswiderstände möglichst vermieden sind. So kann ohne Schwierigkeiten eine ausreichende Wärmeableitung erfolgen, viobei die im Antriebsmotor entstehende Wärme gleichsam unmittelbar in die Kühlrippen einfließt und über diese und den Kühlring abfliegt. Besonders vorteilhaft ist es, die Easisplatte, den Kühlring und die Kühlrippen zu vereinigen und als einstückiges Bauteil auszuführen. Um eine Störung des elektromagnetischen Verhaltens eines solchen Antriebsmotor zu verhindern, empfiehlt die Erfindung, da.3 der metallische Kühiring, einschließlich der Kühlrippen, aus nichtferroT.ajr.etisehern Werkstoff besteht. Er ist zweckmäSigerweise mit den K'ililrippen und gegebenenfalls der Basisplatte einstückig oder auch spanabhebend geformt. Im Rahmen der Erfindung kommt es im übrigen auch auf den V/ärmeübergangkunststoffkörper' Kühlring bzw. Kühlrippen an. Um diesen Wärmeübergang günstig zu gestalten, lehrt die Erfindung, da3 der metallische Kühlring den Kunststoffkörper mit Vorspannung umgibt. Aus gleichem Grunde empfietit es sich, die Anordnung so zu treffen, dai3 die Kühlrippen des metallischen Kühlringes zum Zentrum des Kühlringes hin keilförmig erweitert sind. Im allgemeinen ist zwischen den Statorspulen ausreichend Platz zu einer beachtlichen, keilförmigen Erweiterung.

Die Gestaltung der Kühleinrichtung für die Basisplatte ist im

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Rahmen der Erfindung weitgehend beliebig. Im einfachsten Falle benteht diese Kühleinrichtung der Basisplatte aus von einem Kühlmittel durchflossenen Kühlkanälen. Die Kühleinrichtung der Dasisplatte kann aber auch aus einem Kühlmittelbad bestehen, welches die Basisplatte auf der Unterseite umspült bzw. bespült. Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung, Tür die Ausführungsform, bei der Basisplatte und Xünlring separate Bauteile sind,, besitzt der Kühlrin^ einen Kragen, der die Basisplatte durchfaßt, wobei auch der Kragen des Kuhlringes gekühlt ist. Auch dieser Kragen kann mit Kühlrippen oder dgl zur Verbesserung der Wärmeableitung versehen sein. Das gleiche gilt für die Basisplatte.

Im Rahmen der Erfindung kann der Kunststoffkörper aus beliebigen Kunststoffen aufgebaut werden, insbes. aus den schon üblichen Zweikomponentenkunstharzen. Wegen der eingangs beschriebenen Mangel von Zweikomponentenkunstharzen empfiehlt es sich jedoch, mit thermoplastischen Kunststoffen zu arbeiten, die im Spritzgießverfahren oder Schleudergie3verfahren eingebracht werden. In desem Sinne lehrt die Erfindung, daß der Kunststoffkörper aus thermoplastischem Kunststoff besteht und im Kunststoffspritzgießverfahren oder im Kunststoffschleudergießverfahren eingebracht worden ist. Ohne weiteres kann der thermoplastische Kunststoff feinkörnige wärmeleitende Einbettungen, z.B. Graphiteinbettungen, Quarzmehleinbettungen, Glasfasereinbettungen und dgl., aufweisen. Endlich liegt es im Rahmen der Erfindung, im Kühlring oder in den Kühlrippe! Kanäle vorzusehen, die von einem Kühlmittel durchströmt werden.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeisplel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schernatischer Darstellung

Pig. 1 einen Achsialschnitt durch eine erfindungsgemäße Zentrifuge,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig.

Die in den Figuren dargestellte Zentrifuge ist eine Ultrazentrifuge. Sie besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Maschinengestell 1 mit Basisplatte 2, Schleudertrommel mit Trcmmelmantel 3 und Trommelboden 4, als Hysteresemotor mit Stator 5 und Läufer 6 ausgebildetem Antriebsmotor und im Zentrum des Stators 5 angeordnetem Lager 7 für die Schleudertrommel 3* 4. Im Ausführungsbeispiel arbeitet die Schleudertrommel 3, 4 im Vakuum, das Vakuum umgibt auch die Schleudertrommel 3, 4. Im übrigen ist die Anordnung so getroffen, daß der Stator 5 des Hysteresemotors an die Basisplatte 2 angeschlossen ist. Der Trommelboden 4 ist diesem Stator 5 als Läufer 6 zugeordnet. Im übrigen ist der Stator 5 in einen Kunststoffkörper 8 eingebettet. Er besitzt über das Statorblechpaket 9 radial vorstehende Statorspulen Io und außerdem übliche Polschuhe 11.

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Man entnimmt insbesondere aus einer vergleichenden Betrachtimg der Fig. 1 und 2, daß der Stator 5 von einem metallischen Kuhlring 12 umgeben ist. Dieser metallische Kühlring 12 besitzt innenseitig radial verstehende, zwischen die Statcrcpulen Io einfassende und ebenfalls in den Kunststoffkörper δ eingebettete Kühlrippen 13· Der Kühlring 12 ist an die Basisp'.atte 2 angeschlossen. Die Basisplatte 2 ist ihrerseits mit einer Kühleinrichtung I²J- versehen. Im Ausführungsbeispiel nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind auch die Kühlrippen 13 an die Basisplatte 2 angeschlossen. Anschluß vcn Kühlring 12 bzw. Kühlrippen 13 an die Basisplatte 2 meint, daß praktisch ohne Wärmeübergangstviderstand, d.h. chne Luftspalt oder dgl., dieser Anschluß verwirklicht ist. Folglich kann die Wärme ohne wäteres in die Basisplatte abfließen. Der metallische Kühlring 12, die Kühlrippen IJ, aber auch die Basisplatte 2, bestehen im allgemeinen aus nichtferromagnetischem Werkstoff. Sie können einstückig gegossen sein. Um den Wärmeübergangswiderstand zwischen rCunststoffkörper 8 und Kühlring 12 bzw. Kühlrippen 13 niedrig zu halten, umschließt der metallische Kühlring 12 auch den Kunststoffkörper 8, mit Vorspannung aufgesetzt. Die Kühlrippen 13 des metallischen Kühlringes 12 sind zum Zentrum des Kühlringes hin keilförmig erweitert.

Bei der Auεführungsform nach Pig. I besteht die Kühleinrichtung l4 der Basisplatte 2 aus Kühlkanälen, die von einem Kühlmittel durchflossen sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht die Kühleinrichtung 14 der Basisplatte aus

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einem Kühlmittelbad welches die Basisplatte 2 auf der Unterseite bespült. Sie könnte wärmeableitende Rippen aufweisen. Im übrigen ist in Fig. 3 dargestellt worden, daß der Kühlring mit einem Kragen 15 die Basisplatte 2 durchfa3t, wobei auch dieser Kragen 15 des Kühlringes 12 von dem Kühlmittel des Kühlmittelbades bespült und damit gekühlt ist. - Die Zeichnung läßt aus Maßstabsgründen nicht erkennen, dai3 der Kunststoffkörper 8 aus thermoplastischem Kunststoff regelmäßig eingebettete feinkörnige, wärmeableitende Substanzen wie beispielsweise Graphit, Quarzmehl, Glasfaser und dgl. aufweist.

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Claims

Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, Theaterplatz 3 Patentansprüche :

1. Zentrifuge, insbesondere Ultrazentrifuge, aus Maschinengestell mit Basisplatte, Schleudertrommel mit Trommelmantel und Tromnielboden, als Hysteresemotor mit Stator und Läufer ausgebildetem Antriebsmotor und im Zentrum des Stators angeordnetem

Lager für die Schleudertrommel, wobei der Stator des Hysteresemotors an die Basisplatte angeschlossen und der Trommelboden diesem Stator als Läufer zugeordnet ist, wobei ferner der Stator in einen Kunststoffkörper eingebettete, radial vorstehende Statorspulen und Polschuhe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (5) von einem metallischen Kühlring (12) umgeben ist, der innenseitig radial vorstehende, zwischen die Statorspulen (lo) einfassende und ebenfalls in den ^! Kunststoffkörper (8) eingebettete Kühlrippen (13) aufweist, und daß der Kühlring (12) an die Basisplatte (2) angeschlossen sowie die Basisplatte (2) ihrerseits mit einer Kühleinrichtung (14) versehen ist.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch j die Kühlrippen (13) an die Basisplatte (2) angeschlossen sind. '

3. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (2), der Kühlring (12) und die Kühlrippen (13) als einstückiges Bauteil ausgeführt sind.

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4. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Kühlring (12) aus nichtferromagnetischem Werkstoff besteht.

5. Zentrifuge, nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Kühlring (12) den Kunststoffkörper (8) mit Vorspannung umgibt.

6. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (1^) des metallischen Kühlringes (12) zum Zentrum des Kühlringes (12) hin keilförmig erweitert sind.

7. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung l4 der Basisplatte (2) aus von einem Kühlmittel durchflossenen Kühlkanälen besteht.

8. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (14) der Basisplatte (2) aus einem Kühlmittel besteht, welches die Basisplatte (2) auf der Unterseite umspült.

9. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlring (12) mit einem Kragen (15) die Basisplatte (2) durchfaßt und auch der Kragen (15) des Kühlringes (12) gekühlt ist.

10. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der Kunststoffkörper (8) aus thermoplastischem Kunststoff besteht und im Kunststoffspritzgießverfahren oder im KunststoffSchleudergießverfahren eingebracht ist.

11. Zentrifuge nach den Ansprüchen 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff des Kunststoffkörpers (12) feinkörnige, wärmeleitende Einbettungen, z.B. aus Graphit, Quarzmehl, Glasfasern oder dgl., aufweist.

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