DE2448199B2 - Zentrifugenrotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugenrotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Zentrifugenrotor ist aus der US-Patentschrift 33 66 320 bekannt

Aus der britischen Patentschrift 9 83178 ist eine Ventilanordnung mit einem in einer Ringnut angeordneten Dichtungsring bekannt In der äußeren Nutwand — im Ausführungsbeispiel in der Mitte derselben — ist eine Druckausgleichsbohrung vorgesehen. Diese Druckausgleichsbohrung tritt beim öffnen des Ventils in Funktion und läßt hierbei Flüssigkeit durch das Ventil zu der stromabwärtsliegenden Seite des Dichtungsrings entweichen. Es soll hierdurch verhindert werden, daß beim öffnen des Ventils der Dichtungsring aus der Nut in die Ventilöffnung gepreßt wird und diese versperrt

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich hingegen mit einem Problem, das bei der Abdichtung des durch den Rotordeckel geschlossenen Zentrifugenrotorkörpers auftritt Die herkömmlichen Deckelabdichtungen, wie sie bei Zentrifugenrotoren der eingangs genannten Art verwendet werden, haben sich als zufriedenstellend erwiesen, um das Austreten kleiner aus den Probenröhren austretenden Flüssigkeitsmengen zu verhindern. Jedoch können sich Schwierigkeiten beim Auftreten eines großen Lecks der Probenröhren ergeben, wie es beispielsweise infolge schadhafter Probenröhren oder infolge unsachgemäßer Montage auftreten kann. Im Falle eines derartigen groben Lecks verbiegt sich der Rotordeckel unter der Wirkung des ansteigenden Strömungsmitteldrucks; der Rotordeckel kann sich dabei soweit vom Rotorkörper weg aufbiegen, daß ein Spalt gebildet wird, der groß genug ist, daß der Dichtungsring aus dem Rotor herausgedrückt werden kann. In einem derartigen Fall muß wenigstens der Dichtungsring erneuert werden, und im schlimmsten Fall kann ein derartiger Zustand zu einer ernsthaften Rotorunbalance, zu einer bleibenden Rotordeckelverformung und größeren Schwierigkeiten bei der Wiederanbringung des Deckels führen.
Durch die vorliegende Erfindung soll bei einer Zentrifuge der eingangs genannten Art sichergestellt werden, daß bei Austreten von Flüssigkeit aus den in der Zentrifuge angeordneten Probenrohren der Flüssigkeitsdruck, der auf den Dichtungsring der Zentrifuge

ι ο ausgeübt wird, nicht soweit ansteigen kann, daß sich der Rotordeckel verbiegt und der Dichtungsring aus dem Rotor herausgedrückt wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Zentrifugenrotor der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei einer Verformung von Rotorkörper und/oder Rotordeckel durch Strömungsmitteldruck oder Zentrifugalkraft, wodurch die einander zugewandten Dichtungsflächen soweit voneinander abheben, daß der Dichtungsring durch Verformung aus seiner Berührungsanlage gegen eine der erwähnten Nutwandungen gelangt, werden die Druckentlastungsöffnungen freigegeben und hierdurch der Strömungsmitteldruck soweit abgelassen, daß die Dichtungsflächen wieder zur Anlage

gegeneinander gelangen, derart, daß die gesamte

Anordnung als ein auf Strömungsmitteldruck und Zentrifugalkraft ansprechendes Druckentlastungsventil

(Überdruckventil) wirkt

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der

Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 in Teilschnittansicht einen Zentrifugenrotor mit festem Winkel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, im Schnitt längs einer durch die vertikale

Drehachse gehenden Ebene, F i g. 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform aus

Fig.3 eine Reihe schematischer Teildarstellungen des Dichtungsringabschnitts einer herkömmlichen Bauart nach dem Stand der Technik, zur Veranschaulichung, wie im Fall eines groben Flüssigkeits- oder Strömungsmittelaustritts aus einem Probenrohr in der Zentrifuge, wodurch ein entsprechender Strömungsmitteldruck erzeugt wird, der im Zusammenwirken mit der Zentrifugalkraft den Rotordeckel aufzubrechen droht, der Dichtungsring herausgedrückt wird und die gesamte Flüssigkeitsmenge aus dem Inneren eines Zentrifugenrotors entweichen kann,

F i g. 4 eine den Darstellungen von F i g. 3 entsprechende Reihe schematischer Darstellungen zur Veranschaulichung des Verhaltens eines erfindungsgemäß ausgebildeten Zentrifugenrotors unter den in Fig.3 angegebenen Bedingungen; aus der Darstellung ist ersichtlich, wie erfindungsgemäß der Überdruck abgelassen wird, um ein Herausdrücken des Dichtungsrings zu verhindern und ein Schließen des Spalts zwischen Deckel und Rotorkörper zu ermöglichen,

Fig.5 zwei graphische Teildarstellungen des Dichtungsringabschnitts eines Rotors gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

In den Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile stets mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet

Bei einem typischen Festwinkel-Zentrifugenrotor weist der Rotor einen Rotorkörper U auf, der eine vertikale Drehachse 12 besitzt und mit einem Deckel 13 versehen ist Der Rotorkörper U weist einen mit Außengewinde versehenen Schaft 24 auf, der einen mit Innengewinde versehenen Handgriff 15 zur Befestigung

des Deckels 13 auf dem Rotorkörper 11 aufnimmt Der Rotorkörper weist schräg geneigt angeordnete Kammern 16 zur Aufnahme von Probenrohren 17 mit den zu zentrifugierenden Flüssigkeitsproben auf; die Probenrohre 17 sind mit Verschlußkappen 18 vergehen, welche normalerweise den Inhalt der Rohre 17 dicht verschließen. Oberhalb den einzelnen Pvubekammern 16 verbleibt im Inneren des Rotorkörpers 11 unter dem Deckel 13 ein gewisser Raum in Form eines Hohlraumes 19, in welchen Flüssigkeit aus den Rohren 17 austreten kann, falls irgendeines der Rohre sich als fehlerhaft erweisen oder nicht richtig montiert sein sollte, oder falls die Dichtungen der Kappen 18 fehlerhaft sein sollten.

Um in einem derartigen Fall austretende Flüssigkeit im Inneren des Rotors zu halten, sind in Ringnuten 23 bzw. 24 Dichtungsringe 21 bzw. 22 angeordnet Die Dichtungsringe dienen dazu, den Austritt von Flüssigkeit aus dem Hohlraum 19 zu verhindern, so lange es sich um geringere Leckerscheinungen aus einer oder mehreren der Röhren 17 handelt Im Fall eines groben Lecks können sich jedoch so große Zentrifugalkräfte und ein solcher Flüssigkeitsdruck unter dem Deckel 13 aufbauen, daß die äußeren Ränder sich aufbiegen und die aneinander liegenden Flächen 25 und 26 (vergleiche Fig.3) des Rotorskörpers 11 bzw. des Deckels 13 voneinander abheben und wie aus Fig.3B ersichtlich einen Spalt 27 bilden.

Nach der erfindungsgemäßen Konstruktion sind Vorrichtungen zum Ablassen von Flüssigkeit bzw. Strömungsmittel vorgesehen, bis der Strömungsmitteldruck hinreichend herabgesetzt ist Bei der in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird dies dadurch erreicht daß in dem Deckel 13 Löcher bzw. Öffnungen 28 vorgesehen sind, welche sich vom Schnittpunkt der zur Rotationsachse 12 des Rotors rechtwinkligen horizontalen Wandung 31 mit der bezüglich der Rotationsachse 12 des Rotors konzentrischen Außenwandung 32 der Ringnut 24 bis nach außen erstrecken. Hierdurch wird ein Austrittskanal von der Umfangsnut 24 zum Raum außerhalb des Rotors geschaffen.

In F i g. 3 sind die Vorgänge veranschaulicht wie sie sich in einer typischen Rotorkonstruktion nach dem Stand der Technik abspielen, wenn es zu einem groben Strömungsmittelleck aus den Probenrohren kommt und in dem Hohlraum 19 eine Strömungsmittelmenge vorliegt Falls eine hinreichend große Strömungsmittelmenge 33 vorhanden ist, die der Zentrifugalkraft unterliegt, so übt sie einen Strömungsmitteldruck aus, welcher den Umfangsteil des Deckels 13 aufwärts zu drücken sucht, wobei die einander zugewandten Flächen 25 und 26 voneinander abheben, derart, daß sie nicht mehr wie in Fig.3A aneinander liegen, sondern wie in F i g. 3B gezeigt einen Spalt 27 bilden. Der auf den ss Dichtungsring 22 wirkende Strömungsmitteldruck sucht den Ring wie in F i g. 3B veranschaulicht zu verformen und drückt ihn von der Innenwandung 34 der Nut 24 weg. Falls sich die Strömungsmittelmenge 33 weiter aufbaut wie in Fig.3C veranschaulicht, werden die Zentrifugalkraft und der Strömungsmitteldruck noch größer, derart, daß auch der Spalt 27 sich vergrößert und die Querschnittsverformung des Dichtungsrings 22 noch weiter geht Sobald schließlich die auf den Deckel 13 wirkende Biegekraft genügend groß geworden ist, es stehen die Flächen 25 und 26 schließlich so weit auseinander, daß sie einen Spalt 27 bilden, der größer als der Querschnittsdurchmesser des Dichtungsrings 22 ist derart, daß dieser schließlich, statt nur teilweise herausgedrückt zu werden, vollständig ausgestoßen wird, derart, daß die gesamte Strömungsmittelmenge 33 aus dem Rotor austritt Dies hat verschiedene nachteilige Wirkungen.

Nicht nur geht die Flüssigkeitsinenge in den Vakuumleitungen verloren und wird das Zentrifugalsystem durch die gesamte Strömungsmittelmenge verunreinigt oder korrodiert; vielmehr kann der Deckel 13 in einem solchen Ausmaß verworfen oder verformt werden, daß er auf Dauer beschädigt wird. Ferner kann das Wiederaufsetzen des Deckels 13 große Schwierigkeiten bereiten und zumindest muß ein neuer Dichtungsring 22 eingelegt werden. Noch gefährlicher ist, daß die Verformung des Rotordeckels 13 zu einer ernsthaften Unbalance des schnell rotierenden Rotors führen kann, derart, daß die Lager beschädigt werden oder ein Sicherheitsrisiko entsteht

Im folgenden wird die Wirkungsweise bei einem Rotor gemäß der Erfindung unter entsprechenden Bedingungen erläutert Die Folgen des Vorliegens einer Leck-Strömungsmittelmenge 33 in einem Rotor mit dem erfindungsgemäßen Druckentlastungskanal 28 sind in F i g. 4 veranschaulicht Bevor das Strömungsmittel 33 in den Hohlraum 19 austritt, stehen die einander zugewandten Flächen 25 und 26 ordnungsgemäß in Anlage gegeneinander, wie in Fig.4A dargestellt Sobald eine Strömungsmittel-Leckmenge 33 auftritt, wie in Fig.3B dargestellt, kommt es wiederum zum Abheben der zugewandten Flächen 25 und 26 und der Dichtungsring 22 wird teilweise als Folge seiner Verformung in den Spalt 27 ausgepreßt

Bei einer noch weiter zunehmenden Strömungsmittelmenge 33, wie in F i g. 4C veranschaulicht nehmen die Verformung und das Herausdrücken des Dichtungsrings 22 noch zu. Wie im Fall von F i g. 3C wird der Dichtungsring 22 ebenfalls von der Innenwandung 34 der Nut 24 weggepreßt derart, daß an dieser Wand keine Dichtung mehr stattfindet Außerdem wird der Dichtungsring auch zunehmend von der oberen Wandung 31 der Nut 24 weggezogen, wodurch die Dichtung zwischen dem Ring 22 und der oberen Wandung 31 aufgebrochen wird. Somit besteht wie in Fig.4D ersichtlich, ein offener Austrittskanal für die Strömungsmittelmenge 33 aus dem Spalt 35 zwischen den voneinander abgehobenen Flächen 25 und 26 (jedoch noch einwärts von dem Ring 22, der noch in der Nut 24 festgehalten wird, da die zusammenwirkenden Flächen 25, 26 noch nicht so weit voneinander abgehoben haben, daß der Ring 22 ganz herausgedrückt werden könnte); der freie Austrittskanal umfaßt den Raum zwischen dem Ring 22 und der Innenwandung 34 der Nut 24, den Raum zwischen dem Ring 22 und der oberen Wandung 31 der Nut sowie das Loch bzw. den Kanal 28.

Somit wird ein kleiner Strömungsmittelstrom 36 abgelassen. Sobald dies jedoch stattfindet verringert sich die Strömungsmittelmenge 33, die Zentrifugalkraft und der Strömungsmitteldruck reichen nicht mehr aus um ein Abheben der einander zugewandten Flächen 25, 26 zu bewirken, das zur Ausbildung des Spalts 35 führte; der Spalt 35 schließt sich daher und die einander zugewandten Flächen 25, 26 kommen wieder zur Anlage gegeneinander wie in F i g. 4A.

Man erkennt daß der Strömungsmittelaustritt durch die Öffnung 28 stattfindet bevor der Spalt 35 groß genug wird, daß der Dichtungsring 22 ganz herausgedrückt würde. Der Dichtungsring 22 wird daher in der

Ringnut 24 festgehalten, die Dichtung durch den Ring 22 zwischen der Oberfläche 25 des Rotorkörpers 11 und den Rächen der Nut 24, insbesondere in der oberen Wandung 31 und der äußeren Wandung 32 wird daher wieder hergestellt, so daß wiederum vollständige Dichtung zwischen Deckel 13 und dem Rotorkörper 11 besteht Somit besteht ein Gleichgewichtszustand, in welchem eine maximale Strömungsmittelmenge in dem Rotor zurückgehalten wird, ohne Gefahr der schwerwiegenden Folgen, wie sie mit den beschriebenen bekannten Dichtungssystemen ohne die erfindungsgemäße Druckentlastungsvorrichtung verbunden sind. Die beschriebene erfindungsgemäße Konstruktion stellt somit im wesentlichen ein druckempfindliches Überdruck-, d.h. Druckentlastungsventil dar. Der Strömungsmittelauslab kann entweder durch die vertikalen öffnungen 28, oder auch durch radiale öffnungen 28' (F i g. 4A) erfolgen.

Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, bei welchem die Überdruckentlastung mittels Löchern oder Kanälen 28 im Deckel 13 erfolgte, welche sich von dem Schnittpunkt der oberen und Außenwandungen der Nut 24 aus nach außen erstrecken.

Nach einem weiteren in den Fig.5A und 5D dargestellten Ausführungsbeispiel sind eine oder mehrere Druckentlastungsöffnungen 37 in den Umfangswandungen des Rotorkörpers 11 vorgesehen, wobei sich diese öffnungen von dem Schnittpunkt 38 zwischen der zur Drehachse des Rotors rechtwinkligen unteren Wandung 39 und der zylindrischen Außenwandung 41 einer in der Oberfläche 25 des Rotorkörpers 11 vorgesehenen Ringnut erstrecken.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Zentrifugenrotor mit einem mit Kammern zur Aufnahme von Probengefäßen versehenen Rotorkörper und einem Rotordeckel mit im wesentlichen achssenkrechten Dichtungsflächen zwischen Rotorkörper und Rotordeckel und mit einer nur zur Dichtungsfläche hin offenen Ringnut in der Dichtungsfläche des Rotorkörpers oder des Rotordekkels, deren radial äußere Nutwand zylindrisch geformt ist sowie mit einem aus elastisch verformbaren Material bestehenden Dichtungsring etwa kreisförmigen Querschnitts in der Ringnut, dadurch gekennzeichnet, daß von der Schnittlinie des Nutgrunds (31, 42) mit der radial äußeren Nutwand (32,41) der Ringnut (24) eine oder mehrere Druckentlastungsöffnungen (28, 28') ins Freie führen.

2. Zentrifugenrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (24) im Rotordekkel (13) vorgesehen ist (F i g. 1,2,4).

3. Zentrifugenrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (42) im Rotorkörper (11) vorgesehen ist (F i g. 5).

4. Zentrifugenrotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastungsöffnung(en) (28) parallel zur Rotorachse verlaufen.

5. Zentrifugenrotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastungsöffnungen (28', 37) radial verlaufen.