DE2412994C3 - Schnellaufende Zentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine schnellaufende Zentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs, wie sie aus der BE-PS 549718 z. B. für eine Wäschezentrifuge bekannt ist.

Wenn ein Zentrifugen-Rotor sich seiner Solldrehzahl nähert, durchläuft die ihn mit dem Zentrifugenmotor verbindende Welle üblicherweise einen als »kritische Drehzahl« bekannten Bereich, in dem starke Schwingungen auftreten. Es ist daher erwünscht, Zentrifugen zu bauen, in denen diese Schwingungen möglichst klein bleiben, damit die Belastung der Motorlager und die negativen Einflüsse derartiger Schwingungen auf die zu zentrifugierende Probe ebenfalls möglichst klein bleiben.

Die kritische Drehzahl hängt sehr von der Geometrie der Welle und von ihren elastischen Eigenschaften ab. Zur Übertragung der Drehbewegung der Motorwelle auf den Zentrifugen-Rotor haben sich biegeweiche, verhältnismäßig dünne, lange Wellen bewährt.

Diese hier beschriebene Bauart wird insbesondere zum Behandeln von Blut angewendet, da beim Zentrifugieren von Blut Schwingungen äußerst klein gehalten werden müssen.

Leider kann aber eine biegeweiche Welle von langer, dünner Form leicht beschädigt werden, besonders während der Zentrifugen-Rotor mit Proben gefüllt wird.

Es ist daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, bei einer schnellaufenden Zentrifuge mit einer biegeweichen senkrechten Welle zum Übertragen der Drehbewegung von der Motorwelle auf den Zentrifugenrotor das dünne, kerbempfindliche Mittelteil der Welle vor Beschädigungen zu schützen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Lehre nach dem Patentanspruch.

Demgegenüber befindet sich das Anschlußstück der Rotorwelle bei der Zentrifuge gemäß der BE-PS 549718 vollständig außerhalb der als Wellenschutzhülse wirkenden Motor-Hohlwelle.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt

h ig. 1 einen senkrechten Schnitt durch die gesamte biegeweiche Welle und deren Befestigung,

Fig. 2 einen Querschnitt 2-2 von Fig. 1, und

Fig. 3 perspektivisch das Rotoranschlußstück von Fig. i und einen Querschnitt des dazu räumlich nächsten Teils der Wellenschutzhülse.

Eine lange, dünne, biegeweiche Welle 10 ist mit einer Wellenschutzhülse 12 versehen, die außerdem eine Kupplung zwischen einer Motorwelle 14 und der biegeweichen Welle 10 umgibt. Die biegeweiche WeUe 10, die Wellenschutzhülse 12 und die Motorwelle 14 sind in einer (weiter unten beschriebenen) Weise gegenseitig drehfest miteinander verbunden. Ferner ist in Fig. ί ein Zentrifugen-Motor 16 angedeutet.

Auf das zur Motorwelle 14 entgegengesetzte Ende der Welle 10 ist das Rotoranschlußstück 18 aufgesetzt, das zwei Hauptbestandteile enthält, nämlich eine Rotoranschlußstücks-Welle 20 und eine Rotoranschlußstücks-Kegelbuchse 22. Das Rotoranschlußstück 18 trägt einen (nicht gezeigten) Rotor, der üblicherweise auf der Kegelbuchse 22 sitzt. Zur Befestigung des Rotors auf dem Rotoranschlußstück 18 ist die Rotoranschlußstücks-Kegelbuchse 22 mit einem Gewinde 24 versehen, auf das eine (nicht gezeigte) Mutter geschraubt wird, die abwärts auf den Läufer drückt und ihn dadurch auf dem Rotoranschlußstück 18 festspannt. Die Drehung der Motorwelle 14 wird also durch die biegeweiche Welle 10 auf das Rotoranschlußstück 18 übertragen, das seinerseits den Rotor mit der Motor-Drehzahl dreht.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht die biegeweiche Welle 10 aus einem Mittelteil 26 sowie einem oberen und einem unteren End verbinder 28 bzw. 30. Auf dem oberen Endverbinder 28 sitzt das Rotoranschlußstück 18, während der untere Endverbinder 30 in der Wellenschutzhülse 12 angeordnet ist.

Die Welle 10 besteht nebst den Endverbindern 28 und 30 aus einem einzigen Stück, und zwar aus nichtrostendem Stahl. Die Endverbinder 28 und 30 sind jeweils ca. 25 mm lang. Der Endverbinder 28 hat einen Außendurchmesser von 9,436 bis 9,492 mm. Der Außendurchmesser des Endverbinders 30 beträgt 12.695 bis 12,700 mm. Die Welle 10 kann aber auch symmetrisch ausgeführt werden, nämlich mit Endverbindern von untereinander gleichem Außendurchmesser und gleicher Länge. Der Außendurchmesser der Endverbinder 28 und 30 an der Welle 10 ist durch den Innendurchmesser des Bauteils, in den sie einzustecken sind, vorgegeben. Ferner ist der Außendurchmesser des Endverbinders 30 etwas kleiner als der Durchmesser der Motorwelle 14.

Die Gesamtlänge der biegeweichen Welle 10 vom oberen Ende des oberen Endverbinders 28 zum unteren Ende des unteren Endverbinders 30 beträgt ca. 160 mm. Die Länge des Mittelteils 26 beträgt 108 mm. Damit die biegeweiche Welle 10 sich bis zu einem gewissen Grade ausbiegen kann, hat der Mittelteil 26 einen Durchmesser von ca. 4,95 bis 5,08 mm. Im allgemeinen beträgt die durch ungleichmäßige Füllung verursachte Ausbiegung der Welle 10 aus ihrer Mittelachse ca. 0,125 mm. Während des Rotierens wird nach Erreichen der kritischen Drehzahl nur eine sehr kleine Kraft auf den Rotor übertragen,

da die Welle 10 ausgebogen bleibt, wobei der Schwerpunkt des Rotors über die Achsmitte der Welle 10 verschoben wird. Die oben angegebenen Abmessungen der biegeweichen Welle 10 stellen nur Beispielswerte dar. Grundsätzlich sollte die biegeweiche Welle 10, insbesondere ihr Mittelteil 26, se biegsam sein und ein solches Verhältnis von Länge zu Durchmesser haben, daß sie biegeweich genug ist, um ein selbsttätiges Auswuchten ohne eine die Fließgrenze erreichende Beanspruchung der Welle zuzulassen. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Mittelteils 26 beträgt etwa 15:1 bis 30:1.

Wie in Fig. 1 und 3 gezeigt, ist der Endverbinder 28 der Welle 10 <nit dem Rotoranschlußstück 18 verbunden, wobei der Endverbinder 28 der Welle 10 in die Rotoranschlußstücks-Welle 20 des Rotoranschlußstücks 18 eingesteckt ist.

Um auf den oberen Endverbinder 28 der Welle 10 aufgesteckt werden zu können, ist die Rotoranschlußstücks-Welle 20 mit einer Bohrung 32 versehen, deren Durchmesser 9,512 bis 9,537 mm beträgt. Der obere Endverbinder 28 der Welle 10 sitzt in der Bohrung 32 mit Reibungssitz. Für den Zusammenbau der Welle 10 und der Rotoranschlußstücks-Welle 20 hat sich folgendes Verfahren als vorteilhaft erwiesen. Das Rotoranschlußstück 18 wird 30 min lang auf ca. 950° C erwärmt. Der obere Endverbinder 28 der Welle 10 wird etwa 15 min lang in flüssigem Stickstoff gekühlt. Dann wird der obere Endverbinder 28 in die Bohrung 32 der Rotoranschlußstücks-Welle 20 eingesteckt, solange noch der Endverbinder 28 kühl und die Rotoranschlußstücks-Welle 20 heiß ist. Wenn dann die Temperaturen der Welle 10 und des Rotoranschlußstücks 18 sich ausgeglichen haben, ergibt sich zwischen diesen beiden Bauteilen ein ausgezeichneter Reibungssitz.

Zur Rotoranschlußstücks-Welle 20 gehöre, ein oberer Wellenteil 34 und ein unterer Wellenteil 36 und zwischen diesen ein mittlerer Wellenteil 38, an dem unten eine Schulter 40 angeformt ist, die eine Scheibe 42 trägt. Die Rotoranschlußstücks-Welle 20 kann einstückig aus Titan hergestellt sein.

Beim in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Außendurchmesser des unteren Wellenteils 36 17,526 mm groß. Durch die ganze Länge dieses unteren Wellenteils 36 und in den mittleren Wellenteil 38 hinein erstreckt sich die Bohrung 32, deren Länge 50,8 mm beträgt. Beim Einbau in das Rotoranschlußstück 18 wird der obere Endver binder 28 bis an das Ende der Bohrung 32 eingeschoben, die 50,8 mm tief ist. So ragt also die Welle 10 aus dem Rotoranschlußstück 18 um eine Strecke von 108 mm heraus. Der Durchmesser des oberen Wellenteils 34 beträgt 12,649 bis 12,674 mm. Die Gesamtlänge der Rotoranschlußstücks-Welle 20 ist 108,7 mm. Der Abstand vom Oberrand des mittleren Wellcnteils 38 bis zum Unterrand des unteren Wellenteils 36 beträgt 60,2 mm. Die Schulter 40 ist 1,52 mm breit; ihr Außendurchmesser beträgt 30,2 mm. Der Außendurchmesser des mittleren Wellenteils 38 ist 28,52s bis ,18,550 mm groß.

Die Scheibe 42 ist am Rotoranschlußstück 18 mittels einer oder mehrerer Schrauben 44 befestigt und soll verhindern, daß im Betrieb der Zentrifuge Fremdkörper in die Bohrung der Wellenschutzhiilse 12 hineinfallen.

Wie Fig. 1 und 3 zeigen, sitzt die Kegelbuchse 22 des Rotoranschlußstücks 18 auf dem mittleren Wellenteil 38 der Rotoranschlußstücks-Welle 20 auf. Die Kegelbuchse 22 weist eine zentrale, axiale Bohrung auf, in die der obere Wellenteil 34 der Rotoranschlußstücks-Welle 20 hineinragt. Die Kegelbuchse 22 is' mit dem Gewinde 24 und mit drei Schlitzen 46 versehen, die sich in Längsrichtung von der Unterseite der Kegelbuchse 22 bis etwa in die Mitte des Gewindes 24 erstrecken, und zwar durch die ganze Dicke der Kegelbuchse 22, und vorzugsweise symmetrisch um je 120° voneinander beabstandet sind. Die Kegelbuchse 22 wird in ihrer richtigen Lage zur Rotoranschlußstücks-Welle 20 durch einen Stift 48 gehalten. der sich quer durch den oberen Wellenteil 34 und durch die beiden Wände der Kegelbuchse 22 hindurch erstreckt. Die Kegelbuchse 22 besteht aus nichtrostendem Stahl. Die Schlitze 46 der Kegelbuchse 22 sollen verhindern, daß der (nicht gezeichnete) Rotor auf dem Rotoranschlußstück 18 unlösbar festgeklemmt wird. Die Schlitze 46 sind etwa 3.15 bis 3,276 mm weit. Es hat sich gezeigt, daß die Schlitze 46 verbürgen, daß die Kegelbuchse 22 sich abheben läßt, ohne daß dabei die biegeweiche Welle 10 verbogen zu werden droht. So ergeben die Schlitze 46 der Kegelbuchse 22 eine solche Nachgiebigkeit der Kegelbuchse 22, daß der Rotor sich nicht an ihr festklemmt.

Die biegeweiche Welle 10 ist mit der Motorwelle 14 des Motors 16 durch einen Wellenflansch 52 verbunden. Gemäß Fig. 1 hat die von der Wellenschutzhülse 12 gebildete Bohrung eine Stufe 50. Der lichte Durchmesser der Bohrung der Wellenschutzhülse 12 von der Stufe 50 an bis zum unteren Ende der Wellenschutzhülse 12 beträgt 16.662 bis 16.678 mm: die Länge derselben Bohrung beträgt 30,8 mm. Diese genannten Maße sind so gewühlt, daß sie zur Motorwelle 14 passen. Der Durchmesser der Bohrung der Wellenschutzhülse 12 unmittelbar oberhalb der Stufe 50 bis zu einer Stufe 60 beträgt 12,693 bis 12.7¹O mm und ist groß genug, den Endverbinder 30 aufzunehmen und so eine große Durchbiegung des Mittelteils 26 zuzulassen.

Gemäß Fig. 2 ist die Wellenschutzhülse 12 mit einem Schlitz 52 versehen, der die Wand der Wellenschutzhülse 12 durchsetzt und in der Längsrichtung der Wellenschutzhülse 12 von deren Unterseite bis zu einem Punkt unmittelbar oberhalb einer Stufe 54 hinausreicht. Der Schlitz 52 ist etwa 1,6 mm weit. Es ist ersichtlich, daß, wenn der Schlitz 52 mittels der Schrauben 56 geschlossen wird, die Motorwelle 14

¹ und der Endverbinder 30 innerhalb der Bohrung der Wellenschutzhülse 12 sicher festgeklemmt sind, so daß keine Relativbewegung zwischen dem Endverbinder 30, der Motorwelle 14 oder der Wellenschutzhülse 12 möglich ist.

Die Wellenschutzhülse 12 bildet aber nicht nur eine Kupplungseinrichtung zum Kuppeln der Motorwelle 14 mit der biegeweichen Welle 10, sondern auch einen Schutz der Welle 10 gegen bleibende Verformung. Zu diesem Zweck ist die Bohrung 58 der Wellenschutz-

i hülse 12 so gestaltet, daß sie eine Ausbiegung der Welle 10 von einer Weite, die einer Dauer-Verformung hervorrufen würde, verhindert, jedoch eine Ausbiegung der Welle 10 von einer Weite ermöglicht, die die Ausbildung freier Schwingungen erlaubt. Zu

• diesem Zweck ist der Durchmesser der Bohrung 58 von der Stufe 50 zur Stufe 60 zu 12,693 bis 12,710 mm bemessen. Die Länge der Bohrung 58 von der Unterseite der Wellenschutzhülse 12 bis zur Stufe 60 beträet

139,7 mm, und die Gesamtlänge der Wellenschutzhülse beträgt 177,8 mm. Der Durchmesser der Bohrung 58 von der Stufe 60 bis zur Oberseite der Wellenschutzhülse 12 beträgt 21,412 mm. Die Entfernung zwischen der I' nterseite der Wellensehutzhülse 12 beträgt 21,412 it.in. Die Entfernung zwischen der Unterseite der Wcllcnschutzhülse 12 und der Oberseite der Stufe 54 ist 60,738 mm. Der Außendurchmesser der Wellensehutzhülse 12 von ihrer Unterseite bis zur Unterkante der Stufe' 54 ist 31,700 bis 31,750 mm und von der Oberkante der Stute 54 bis /um oberen linde der Wellensehutzhülse 12 2S.44S mm Die Wellensehutzhülse 12 besteht aus Aluminium.

Wie in [-"ig. 1 und 3 gezeigt, kann sich das Rotoranschlußsiück 18 innerhalb der von der Wellensehutzhülse 12 gebildeten Bohrung frei bewegen. Das radiale Spiel zwischen dem Rotoranschlußstück 18 unc der Wellensehutzhülse 12 begrenzt die radiale Ausbiegung des Rotoranschlußstücks 18 aus der Drehachse der Rotorwelle und verhindert eine Dauer-Verformung der biegeweichen Welle 10.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schnellaufende Zentrifuge, insbesondere zur Trennung von roten und weißen Blutkörperchen,

   - mit einer biegeweichen senkrechten Welle zum Übertragen der Drehbewegung einer Motorwelle auf den Zentrifugenrotor,

   - die beidenends eines verhältnismäßig langen, dünnen Mittelteils obere und untere Endverbinder aufweist,

   - und mit einer Wellenschutzhülse, die die Welle umgibt und deren Bohrung so gewählt ist, daß sich die Welle nur begrenzt frei ausbiegen kann,

   - wobei der eine Endverbinder über ein Rotorafischlußstück mit dem Zentrifugenrotor und der andere Endverbinder mit der Motorwelle in Wirkverbindung steht,

   dadurch gekennzeichnet,

   - daß sich das Rotoranschlußstück (18) teilweise in die Wellenschutzhülse (12) hineinerstreckt und zu dieser das die Auslenkung der Welle (10) begrenzende radiale Spiel aufweist.