EP3725413B1

EP3725413B1 - Zentrifugentemperierung

Info

Publication number: EP3725413B1
Application number: EP19169446.2A
Authority: EP
Inventors: Danilo DRÖSE
Original assignee: Eppendorf SE
Current assignee: Eppendorf SE
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2024-07-03
Anticipated expiration: 2039-04-16
Also published as: EP3725413A1; US20220241800A1; CN113993626A; WO2020212045A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifuge mit Temperierung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Zentrifugentemperierung nach dem Oberbegriff von Anspruch 11.
Zentrifugen, insbesondere Laborzentrifugen, werden dazu eingesetzt, um die Bestandteile von darin zentrifugierten Proben unter Ausnutzung der Massenträgheit zu trennen. Dabei werden zur Erzielung hoher Entmischungsraten immer höhere Rotationsgeschwindigkeiten eingesetzt. Laborzentrifugen sind dabei Zentrifugen, deren Zentrifugenrotoren bei vorzugsweise mindestens 3.000, bevorzugt mindestens 10.000, insbesondere mindestens 15.000 Umdrehungen pro Minute arbeiten und zumeist auf Tischen platziert werden. Um sie auf einem Arbeitstisch platzieren zu können, weisen sie insbesondere einen Formfaktor von weniger als 1 m x 1m x 1m auf, ihr Bauraum ist also beschränkt. Vorzugsweise ist dabei die Gerätetiefe auf max. 70 cm beschränkt.
Die zu zentrifugierenden Proben werden in Probenbehältern gelagert und diese Probenbehälter mittels eines Zentrifugenrotors rotatorisch angetrieben. Üblicherweise gibt es Festwinkelrotoren und Ausschwingrotoren, die je nach Anwendungszweck eingesetzt werden. Dabei können die Probenbehälter die Proben direkt enthalten oder in den Probenbehälter sind eigene Probenbehältnisse eingesetzt, die die Probe enthalten, so dass in einem Probenbehälter eine Vielzahl von Proben gleichzeitig zentrifugiert werden können.
Zumeist ist vorgesehen, dass die Proben bei bestimmten Temperaturen zentrifugiert werden. Beispielsweise dürfen Proben, die Eiweiße und dgl. organische Substanzen enthalten, nicht überhitzt werden, so dass die Obergrenze für die Temperierung solcher Proben standardmäßig im Bereich von 40°C liegt. Andererseits werden bestimmte Proben standardmäßig im Bereich +4°C (die Anomalie des Wassers beginnt bei 3,98°C) gekühlt.
Neben solchen vorbestimmten Höchsttemperaturen von beispielsweise ca. +40°C und Standarduntersuchungstemperaturen wie beispielsweise 4°C sind auch weitere Standarduntersuchungstemperaturen vorgesehen, wie beispielsweise bei 11°C, um bei dieser Temperatur zu prüfen, ob die Kälteanlage der Zentrifuge unterhalb Raumtemperatur geregelt läuft. Andererseits ist es aus Arbeitsschutzgründen notwendig, ein Anfassen von Elementen zu verhindern, die eine Temperatur von größer gleich 60°C aufweisen. Vergleichswerte sind in der DIN EN 61010-1:2011-07, Tabelle 19 angegeben.
Zur Temperierung können grundsätzlich aktive und passive Systeme verwendet werden. Aktive Kühlungssysteme besitzen einen Kältemittelkreislauf, der den Zentrifugenbehälter (Zentrifugenkessel) temperiert, wodurch indirekt der Zentrifugenrotor und die darin aufgenommenen Probenbehälter gekühlt werden.
Passive Systeme basieren auf einer abluftunterstützten Kühlung bzw. Belüftung. Diese Luft wird direkt an dem Zentrifugenrotor und damit auch an den darin aufgenommenen Probenbehältern vorbei geführt, wodurch eine Temperierung erfolgt. Die Luft wird dabei von oben in den Zentrifugenbehälter geleitet, wobei das Ansaugen selbständig durch die Drehung des Zentrifugenrotors erfolgt.
Nachteilig an dieser passiven Temperierung ist, dass sie nicht sehr effektiv erfolgt.
Weiterhin ist eine Kühlung von Zentrifugenkomponenten notwendig, um die Abstrahlung der dort erzeugten Wärme auf die Proben zu verhindern. Dazu sind zusätzliche Kühleinrichtungen erforderlich.
Aus der EP 0 803 290 A1 ist eine Laborzentrifuge bekannt, bei der Umgebungsluft durch eine Öffnung im Boden angesaugt und parallel zur Rotorachse durch die Ringspaltöffnung in die Rotorkammer eingeleitet wird. Anschließend wird die Luft durch einen keilförmigen Öffnungsbereich zwischen dem Gehäuse und dem Gehäusedeckel durch die Luftaustrittsöffnung abgegeben.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laborzentrifuge mit einer Temperierung bereitzustellen, die effektiver arbeitet. Insbesondere soll durch diese Temperierung zugleich auch eine Kühlung der Zentrifugenkomponenten vornehmbar sein. Vorzugsweise soll die Temperierung auch bei Vorhandensein eines Sicherheitsbehälters (Sicherheitskessel, Panzerkessel) um den Zentrifugenbehälter funktionieren.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung von einer "Temperierung des Zentrifugenrotors" die Rede ist, dann ist immer auch eine Temperierung des im Zentrifugenrotor aufgenommenen Gutes, also insbesondere darin aufgenommener Probenbehälter und Proben gemeint. Außerdem meint "Temperierung" nicht nur Kühlung, sondern auch Erwärmung.
Diese Aufgabe wird gelöst mit der erfindungsgemäßen Zentrifuge nach Anspruch 1 und dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung auch im Zusammenhang mit den Figuren angegeben.
Die Erfinder haben erkannt, dass diese Aufgabe besonders einfach und effizient durch gelöst werden kann, wenn die Luft in einem unteren Bereich des Zentrifugenbehälters in den Zentrifugenbehälter angesaugt wird.
Dadurch tritt die Luft nun unterhalb des Zentrifugenrotors in den Zentrifugenbehälter. Damit wird die Kühlwirkung erhöht, weil nun eine natürliche Luftströmung dadurch unterstützt wird, dass die Luft unten in den Zentrifugenbehälter kühl eintritt und nach Erwärmung durch den Zentrifugenrotor warm aus dem Zentrifugenbehälter austreten kann.
Die erfindungsgemäße Zentrifuge, insbesondere Laborzentrifuge, mit einem Zentrifugenbehälter, in dem ein Zentrifugenrotor aufnehmbar ist, einem Zentrifugenmotor zum Antrieb des Zentrifugenrotors, einem Gehäuse mit einem Boden und seitlichen Seitenwänden, wobei in dem Gehäuse der Zentrifugenbehälter, der Zentrifugenrotor und der Zentrifugenmotor aufgenommen sind, und einer Temperierungseinrichtung zum Temperieren des Zentrifugenrotors, wobei die Temperierungseinrichtung Luftführungsmittel aufweist, die angepasst sind, Luft in einem unteren Bereich des Zentrifugenbehälters in den Zentrifugenbehälter anzusaugen, wobei die Luftführungsmittel eingerichtet sind, Zuluft durch den Boden und/oder zumindest eine Seitenwand des Zentrifugengehäuses anzusaugen, zeichnet sich daher dadurch aus, dass diese Zuluft direkt vom Zentrifugengehäuse zum Zentrifugenbehälter geleitet wird, ohne mit Wärme abgebenden Elementen der Zentrifuge in Berührung zu kommen. Dieses Ansaugen erfolgt vorzugsweise durch die Drehung des Zentrifugenrotors, es könnten alternativ oder zusätzlich auch gesonderte Ventilationsmittel eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen diese Luftführungsmittel ein oder mehrere Öffnung im Bodenbereich des Zentrifugenbehälters auf. Dadurch ist Zentrifuge besonders einfach aufgebaut.
Erfindungsgemäß sind die Luftführungsmittel eingerichtet, Zuluft durch den Boden und/oder zumindest eine Seitenwand des Zentrifugengehäuses anzusaugen, wobei diese Zuluft bevorzugt direkt vom Zentrifugengehäuse zum Zentrifugenbehälter geleitet wird, ohne mit dem Zentrifugenmotor und/oder elektronischen Komponenten der Zentrifuge, in Berührung zu kommen. Dadurch sind sehr kurze Luftführungswege vor dem Eintritt der Luft in den Zentrifugenbehälter verwirklicht und die Kühlungsleistung wird verbessert, weil keine Erwärmung der Zuluft durch zentrifugeneigene Wärme abgebende Bauteile erfolgen kann. In diesem Zusammenhang sind Seitenwände nicht nur seitlich angeordnete Wände, sondern auch die Front- und Rückseite des Gehäuses.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Luftführungsmittel eingerichtet, Abluft aus dem Zentrifugenbehälter vorbei am Zentrifugenmotor und/oder vorbei an elektronischen Komponenten der Zentrifuge zu führen, wobei die Abluft bevorzugt zuerst am Zentrifugenmotor und danach an den elektronischen Komponenten vorbei geführt wird. Dadurch kann neben der Temperierung des Zentrifugenbehälters zugleich auch eine Kühlung der weiteren Zentrifugenkomponenten erfolgen, wodurch die Temperierungsleistung weiter verbessert wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Luftführungsmittel eingerichtet, Abluft aus dem Zentrifugenbehälter an der Außenseite des Zentrifugenbehälters entlangzuführen. Dadurch ist die Ausnutzung der Kühlwirkung der Zuluft besonders effektiv.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Zentrifuge weiterhin einen Sicherheitsbehälter auf, der den Zentrifugenbehälter zumindest teilweise umhaust, wobei die Luftführungsmittel bevorzugt eingerichtet sind, Abluft aus dem Zentrifugenbehälter zwischen Zentrifugenbehälter und Sicherheitsbehälter zu führen. Dadurch genügt die Zentrifuge höchsten Sicherheitsstandards und dennoch ist die Temperierung sehr effizient und dabei die Kühleinrichtung sehr kompakt gehalten.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Sicherheitsbehälter in seinem Bodenbereich ein oder mehrere Öffnung für die Zuluft auf. Dann ist die Luftführung besonders kurz und außerdem verringert diese Gestaltung nicht die Sicherheit, weil im Bodenbereich des Sicherheitsbehälters üblicherweise der Zentrifugenmotor angeordnet ist, der für eine Energieaufnahmemöglichkeit im Falle eines Crashs (Zerknall des Zentrifugenrotors nach DIN EN 61010-2-020:2017-12) sorgt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Luftführungsmittel zumindest bereichsweise thermisch isoliert ausgebildet sind und/oder ist der Zentrifugenbehälter an seiner Außenseite im Bereich der Luftführung mit einer thermischen Isolierung versehen. Dann ist die Temperierung besonders effizient, wobei Wärmebrücken und Wärmekurzschlüsse vermieden werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Luftführungsmittel als Formteil, insbesondere Schaumformteil, bevorzugt aus Polypropylen oder Polyurethan, ausgebildet. Dann lässt sich das Luftführungsmittel besonders einfach und kostengünstig herstellen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist zum Schallschutz zumindest ein Schallschutzschaumelement, bevorzugt aus Polyurethan eingesetzt. Dann lassen sich durch die Luftführung bedingte Geräuschentwicklungen wirksam zu einem Benutzer hin dämmen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Luftführungsmittel mehrstückig, bevorzugt aus einem unteren Teil zur Zuleitung der Zuluft zum Zentrifugen behälter und zur Ableitung der Abluft zum Zentrifugenmotor und/oder zu den elektronischen Komponenten und einem oberen Teil zur Ableitung der Abluft aus dem Zentrifugenbehälter in den Raum zwischen Zentrifugenbehälter und Sicherheitsbehälter, ausgebildet. Dann lässt sich die Zentrifuge besonders einfach montieren.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der untere Teil aus zwei horizontal getrennten Stücken gebildet, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass ein Stück zwischen dem Boden des Gehäuses und dem Sicherheitsbehälter angeordnet ist und das andere Stück zwischen dem Sicherheitsbehälter und dem Zentrifugenbehälter angeordnet ist. Dies verbessert die Montierbarkeit im Fall eines Sicherheitsbehälters.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Luftführungsmittel angepasst, die Zuluft in Drehrichtung des Zentrifugenrotors in den Zentrifugenbehälter zu führen und/oder die Zuluft nah an der Drehachse in den Zentrifugenbehälter einzuleiten. Durch die Führung in Drehrichtung erfolgt die Luftführung besonders effizient. Durch die achsennahe Zuluft wird ein Schleuderradeffekt durch den Zentrifugenrotor bewirkt, der die Luftströmung verstärkt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Luftführungsmittel angepasst, die Abluft zu sammeln und gesammelt am Zentrifugenmotor und/oder den elektronischen Komponenten vorbei zu führen. Dadurch erfolgt eine besonders wirksame Kühlung der weiteren Zentrifugenkomponenten.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Luftführungsmittel angepasst, die im Zentrifugenbehälter durch den Zentrifugenrotor bewegte Luft am Rand des Zentrifugebehälters zu entnehmen. Dadurch wird der Schleuderradeffekt unterstützt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Luftführungsmittel zumindest bereichsweise eine raue Oberfläche auf. Dadurch treten lokale Turbolenzen auf, die insgesamt zu einer Verringerung des Strömungswiderstandes führen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Luftführungsmittel zumindest eine wahlweise verschließbare Luftführung auf. Dadurch kann der Anlauf des Zentrifugenrotors beim Start der Zentrifuge bzw. das Abbremsen des Zentrifugenrotors beim Stopp der Zentrifuge unterstützt werden, indem beim Start die Zuluft reduziert bzw. ganz beseitigt wird und beim Stopp der Zentrifuge die Zuluft verstärkt wird. Der Verschluss kann beispielsweise durch eine verschließ- und öffenbare Klappe bereitgestellt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umschließen die Luftführungsmittel den Zentrifugenmotor horizontal zumindest teilweise. Bevorzugt besteht zwischen dem Gehäuseboden und dem Sicherheitsbehälter oder Zentrifugenbehälter horizontal bis auf zumindest eine Abluftzuführung und zumindest eine Abluftabführung ein vollständiges Umschließen durch die Luftführungsmittel. Dann erfolgt eine besonders definierte Luftströmung und damit Kühlungswirkung am Zentrifugenmotor.
Selbständiger Schutz wird beansprucht für das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperierung eines Zentrifugenrotors einer Zentrifuge, insbesondere einer Laborzentrifuge, mit einem Zentrifugenbehälter, in dem ein Zentrifugenrotor aufnehmbar ist, einem Zentrifugenmotor zum Antrieb des Zentrifugenrotors, einem Gehäuse mit einem Boden und seitlichen Seitenwänden, wobei in dem Gehäuse der Zentrifugenbehälter, der Zentrifugenrotor und der Zentrifugenmotor aufgenommen sind, und einer Temperierungseinrichtung zum Temperieren des Zentrifugenrotors, wobei Luftführungsmittel eingesetzt werden, die angepasst sind, (insbesondere durch die Drehung des Zentrifugenrotors) Luft in einem unteren Bereich in den Zentrifugenbehälter anzusaugen, wobei die Luftführungsmittel eingerichtet sind, Zuluft durch den Boden und/oder zumindest eine Seitenwand des Zentrifugengehäuses anzusaugen, das sich dadurch auszeichnet, dass diese Zuluft direkt vom Zentrifugengehäuse zum Zentrifugenbehälter geleitet wird, ohne mit Wärme abgebenden Elementen der Zentrifuge in Berührung zu kommen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die erfindungsgemäße Zentrifuge verwendet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Luftführungsmittel der erfindungsgemäßen Zentrifuge verwendet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird Luft achsennah in den Zentrifugenbehälter eingeleitet und achsenfern aus dem Zentrifugenbehälter entnommen. Dadurch können grundsätzlich Fliehkräfte und mithilfe des Zentrifugenrotors ein Schaufelradeffekt zur Unterstützung der Luftströmung nutzbar gemacht werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird beim Starten der Zentrifuge die Zuluft zumindest teilweise gedrosselt, bevorzugt unterbunden. Dadurch erfolgt das Starten der Zentrifuge ohne großen Energieaufwand, weil die Luftreibungswiederstände des Zentrifugenrotors verringert sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird beim Stoppen der Zentrifuge die Zuluft zum Zentrifugenbehälter erhöht. Dann wird das Abstoppen des Zentrifugenrotors durch Luftreibungswiderstände beschleunigt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Temperatur des Zentrifugenrotors bzw. der darin aufgenommenen Proben durch Steuerung des Luftflusses durch den Zentrifugenbehälter eingestellt. Dadurch erfolgt eine besonders einfache Temperatursteuerung.
Für die drei vorgenannten Weiterbildungen kann eine Luftsteuerung vorgesehen sein, die die Luftmenge in Abhängigkeit einem Start- bzw. Stoppbefehl und/oder von der Drehzahl des Zentrifugenrotors steuert.
Die Kennzeichen und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren deutlich werden. Es zeigt rein schematisch:

Fig. 1: die erfindungsgemäße Zentrifuge in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 2: die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 1 in einer vertikalen Schnittansicht,
Fig. 3: die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 1 in einer ersten horizontalen Schnittansicht x-x,
Fig. 4: die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 1 in einer zweiten horizontalen Schnittansicht y-y,
Fig. 5: das eine Stück des unteren Teils der Luftführungsmittel der erfindungsgemäßen Zentrifuge nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von oben,
Fig. 6: das eine Stück nach Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht von unten,
Fig. 7: das andere Stück des unteren Teils der Luftführungsmittel der erfindungsgemäßen Zentrifuge nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von oben,
Fig. 8: das andere Stück nach Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht von unten,
Fig. 9: den oberen Teil der Luftführungsmittel der erfindungsgemäßen Zentrifuge nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von oben,
Fig. 10: den oberen Teil nach Fig. 9 in einer perspektivischen Ansicht von unten,
Fig. 11: eine Ansicht in den Sicherheitsbehälter der erfindungsgemäßen Zentrifuge nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von oben in einer Teildarstellung
Fig. 12: eine Ansicht auf den Zentrifugenbehälter der erfindungsgemäßen Zentrifuge nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von oben in einer Teildarstellung.

In den Figuren 1 bis 12 sind die erfindungsgemäße Zentrifuge 10, sowie deren wichtigste Bestandteile in zahlreichen Ansichten gezeigt.
Es ist zu erkennen, dass es sich bei der erfindungsgemäßen Zentrifuge um eine Laborzentrifuge 10 handelt, die gemäß Fig. 1 ein Zentrifugengehäuse 12 mit einem Zentrifugendeckel 14, Seitenwänden 16, einer Rückwand 17, einer Front 18 und einem Boden 20 aufweist. In die Front 18 ist eine Bedieneinheit 22 in üblicher Art und Weise integriert. Die Seitenwände 16 und auch die Rückwand 17 weisen Lüftungsöffnungen (nicht gezeigt), in der Form von Schlitzen auf, durch die Luft in das Zentrifugengehäuse 12 hinein und aus ihm heraus gelangen kann.
In den Fig. 2 bis 4 ist zu erkennen, dass die Laborzentrifuge 10 einen Zentrifugenmotor 26 aufweist, der einen Zentrifugenrotor 28, der entnehmbar ist, bei entsprechender Ansteuerung antreibt. In dem Zentrifugenrotor 28 sind in üblicher Art und Weise Probenaufnahmen für Probengefäße (beides nicht gezeigt) angeordnet, wobei dann in den Probengefäßen aufgenommene Proben zentrifugiert werden können.
Der Zentrifugenrotor 28 läuft in einem Zentrifugenbehälter 30 aus Edelstahl, der von einem Sicherheitsbehälter 32 umgeben ist, der im Crashfall ein Nachaußendringen von Rotorbestandteilen aus dem Zentrifugengehäuse 12 heraus verhindert. Dieser Sicherheitsbehälter 32 ist entsprechend verstärkt ausgelegt. Der Zentrifugenbehälter 30 ist in Fig. 11 näher dargestellt und der Sicherheitsbehälter 32 ist in Fig. 12 näher dargestellt.
Die Laborzentrifuge 10 weist elektronische Komponenten 34 zum Betrieb und der Steuerung und Regelung der Laborzentrifuge 10 auf, wie vor allem aus Fig. 3 deutlich wird. Zur verbesserten Wärmeabstrahlung ist ein Kühlrippenelement 36 vorgesehen, dessen Kühlrippen (nicht gezeigt) horizontal verlaufen.
Außerdem sind Luftführungsmittel 38 in der Laborzentrifuge 10 angeordnet, die im Detail in den Fig. 5 bis 10 näher dargestellt sind. Diese Luftführungsmittel 38 sind gebildet aus einem oberen Teil 40 und einem unteren Teil 42, wobei der untere Teil 42 sich wiederum in ein Stück 44 und ein anderes Stück 46 untergliedert.
Das eine Stück 44 des unteren Teils 42 der Luftführungsmittel 38 weist laut den Fig. 5 und 6 eine etwa schalenförmige Gestalt auf, die sich nach oben mit einem hochgezogenen Rand 48 öffnet. In dem Rand 48 sind zwei seitlich gegenüberliegend angeordnete Ausnehmungen 50 vorgesehen.
In der Mitte des einen Stücks 44 befindet sich eine zentrale Durchbrechung 54, die zum Umfassen des Zentrifugenmotors 26 bestimmt ist.
Weiterhin weist das eine Stück 44 vier erste 56 und zwei zweite Anschlussstutzen 58 auf, wobei diese Anschlussstutzen jeweils Durchleitungen 60, 62 durch das eine Stück 44 aufweisen. Die Durchleitungen 62 durch die zweiten Anschlussstutzen 58 korrespondieren dabei mit der jeweiligen Ausnehmung 50. Innen und außen in Bezug auf die Anschlussstutzen 56, 58 befinden sich umlaufende Vorsprünge 64, 66 in Form von Rippen, die zwischen sich einen ersten Anschlussbereich 67 begrenzen.
In Fig. 3 und Fig. 5 ist zu erkennen, dass die Durchleitungen 60 sich parallel zur Drehrichtung D des Zentrifugenrotors 28 spiralförmig in Richtung zur Drehachse A gebogen verlaufen.
Das andere Stück 46 des unteren Teils 42 der Luftführungsmittel 38 weist laut den Fig. 7 und 8 eine etwa reifenförmige Gestalt auf mit einer zentralen Ausnehmung 68, die zur beabstandeten horizontalen Umhausung des Zentrifugenmotors 26 bestimmt ist.
Das andere Stück 46 besitzt einen teilweise umlaufenden Rand 70 und innenliegende zweite Anschlussbereiche 72, 74, die zu den Anschlussstutzen 56, 58 korrespondierende vier erste 76 und zwei zweite Vertiefungen 78 mit entsprechenden Durchleitungen 80, 82 aufweisen. Diese zweiten Anschlussbereiche 72, 74 sind wiederum von umlaufenden Vorsprüngen 84, 86 in Form von Rippen umgeben, wobei weiterhin ein Verbindungsvorsprung 88 in Form einer Rippe zwischen den umlaufenden Vorsprüngen 84, 86 und ein Anschlussvorsprung 90 in Form einer Rippe an dem Vorsprung 86 angeordnet sind.
Die zentrale Ausnehmung 68 korrespondiert mit einer Abluftzuleitung 92 und einer Abluftableitung 94 und weist drei Ausrundungen 96 auf, die zur beabstandeten Umhausung korrespondierender Befestigungselemente 98 des Zentrifugenmotors 26 im Gehäuseboden 20 bestimmt sind (vgl. Fig. 3).
In der Abluftzuleitung 92 besteht ein gebogener Keil 100, der die beiden Durchleitungen 82 der beiden zwei zweiten Vertiefungen 78 zusammenführt und in Richtung der zentralen Ausnehmung 68 und der Abluftableitung 96 lenkt. Die Durchleitungen 82, die sich in den zweiten Vertiefungen 78 in Bezug auf die Drehachse A des Zentrifugenrotors 28 genau gegenüberliegen, beschreiben somit unter den zweiten Anschlussbereichen 72, 74 und dem Rand 70 jeweils einen 90°-Bogen, wobei sie, wie in Fig. 3 zu erkennen ist, von den Vertiefungen 78 kommend zuerst radial nach außen in den Rand 70 übergehen und dann in diesem Rand 70 umlaufen bis zum Keil 100 und der Abluftzuleitung 92.
Die zwei Durchleitungen 82 sind von einem gemeinsamen Vorsprung 102 in Form einer Rippe umgeben. Die vier Durchleitungen 80 münden in zwei gegenüberliegend angeordneten dritten Anschlussbereichen 104, 106 mit entsprechenden Zuluftanschlüssen 108, die ebenfalls als Vorsprünge ausgebildet sind. Die Anschlussbereiche 104, 106 sind wiederum von umlaufenden Vorsprüngen 110, 112 umgeben. Die umlaufenden Vorsprünge 110, 112 und 102 sind dabei teilweise überlappend ausgebildet. Außerdem besteht ein Verbindungsvorsprung 114.
Das eine Stück 44 des unteren Teils 42 der Luftführungsmittel 38 weist laut Fig. 5 ebenfalls Verbindungsvorsprünge 116, 118 in Form von Rippen auf, die die Durchleitungen 60, 62 bereichsweise umschließen, wobei jeweils Anschlüsse 120, 122 ausgespart sind. Zusätzlich sind Verbindungsvorsprünge 124, 126, 128 in Form von Rippen vorgesehen.
In den Fig. 9 und 10 ist zu erkennen, dass der obere Teil 40 der Luftführungsmittel 38 reifartig ausgebildet ist, wobei der Reif eine innen umlaufende Einkragung 130 aufweist. Zusätzlich bestehen Ausformungen 132, 134, 136, die der Befestigung und Ausrichtung des oberen Teils 40 gegenüber dem Sicherheitsbehälter 32 und dem oberen Teil 138 des Gehäuses 12 dienen. Der axiale Vorsprung 140, der als durchgehende Rippe ausgebildet ist, dient der Abdichtung gegenüber dem Sicherheitsbehälter 32.
In Fig. 11 ist zu erkennen, dass der Sicherheitsbehälter 32 in seinem Boden 142 Durchbrechungen 144, 146 zur Verbindung mit den Durchleitungen 80, 82 des anderen Stücks 46 des unteren Teils 42 der Luftführungsmittel 38, Bohrungen 148 zur Befestigung des Sicherheitsbehälters 32 am Boden 20 des Gehäuses 12 und eine zentrale Öffnung 150 zur Aufnahme des Zentrifugenmotors 26 aufweist.
Durch die umlaufenden Vorsprünge 84, 86 sowie dem Verbindungsvorsprung 88 und dem Anschlussvorsprung 90 liegen die zweiten Anschlussbereiche 72, 74 nicht direkt am Sicherheitsbehälter 32 an, sondern es wird ein Toleranzausgleich bewirkt, wodurch die Passgenauigkeit beim Verbinden von Sicherheitsbehälter 32 und dem anderen Stücke 46 des unteren Teils 42 verbessert wird, da sich die Vorsprünge 84, 86, 88, 90 sehr leicht pressen lassen.
In Fig. 12 ist schließlich zu erkennen, dass der Zentrifugenbehälter 30, der in dem einen Stück 44 des unteren Teils 42 steckt, einen Boden 151 aufweist, der in Fig. 12 nur teilweise (und zwar mit einer tatsächlich nicht vorhandenen ringförmigen Ausnehmung zur Verdeutlichung der Luftführungswege) gezeigt ist (vgl. Fig. 2). Unterhalb des Bodens 151 befindet sich eine Manschette 152 um den Zentrifugenmotor 26 (vgl. Fig. 2 und 4), die in dem einen Stück 44 mit seinem Außenumfang festgelegt ist (vgl. Fig. 2), dadurch als Dichtung wirkt und zusammen mit dem Boden 151 des Zentrifugenbehälters 30 einen Luftleitungsraum 153 bildet, der mit den vier Anschlüssen 120 kommuniziert.
Auch hier ergibt sich wieder eine sehr gute Passform und zugleich Abdichtung der Durchleitungen 60 und der Anschlüsse 120 durch die Vorsprünge 116, 118, 126, 128, die pressbar (komprimierbar) sind und Toleranzen ausgleichen.
Der Zentrifugenbehälter 30 mit dem einen Stück 44 des unteren Teils 42 ist im montierten Zustand nach Fig. 2 in dem Sicherheitsbehälter 32 nach Fig. 11 eingesetzt.
Die Durchbrechungen 144, 146 des Sicherheitsbehälters 32 schließen im Querschnitt mit den jeweiligen Querschnitten der Vertiefungen 76, 78 ab, so dass die Anschlussstutzen 56, 58 passförmig in die Vertiefungen 76, 78 eingreifen können, um dadurch die Durchleitungen 60, 62 mit den Durchleitungen 80, 82 abgedichtet zu verbinden. Dadurch kann keine Zu- oder Abluft im Verbindungsbereich zwischen anderem Stück 46, Sicherheitsbehälter 32 und einem Stück 44 austreten, sondern wird vollständig durch die gebildeten Luftführungskanäle 154, 156 geleitet.
Dadurch, dass das andere Stück 46 des unteren Teils 42 Vorsprünge 102, 110, 112, 114 aufweist, liegt das andere Stück 46 wiederum nicht vollflächig am Boden 20 des Gehäuses an, wodurch ein Toleranzausgleich gewährleistet ist.
Die Zuluftanschlüsse 108 greifen im montierten Zustand entsprechend Fig. 2 direkt in entsprechende Durchbrechungen 158 im Boden 20 des Gehäuses 12 ein, wodurch sich insgesamt eine geschlossene Luftführung 160, 162 aus Zuluft 160 und Abluft 162 ergibt.
Genauer gesagt wird die Zuluft 160 durch die vier im Boden 20 befindlichen Durchbrechungen 158 angesaugt und in die Zuluftanschlüsse 108 und die Durchleitungen 80 überführt. Von dort wird die Zuluft in die Anschlussstutzen 56 überführt und durch die Durchleitungen 60 über die Anschlüsse 120 zum durch die Manschette 152 und den Boden 151 des Zentrifugenbehälters 30 gebildeten Luftleitungsraum 153 und von dort durch die als Ringspalt 163 zwischen Zentrifugenbehälter 30 und Manschette 152 des Zentrifugenmotors 26 ausgebildete Einlassöffnung 163 achsennahe in den Zentrifugenbehälter 30 transportiert.
Durch die Drehung des Zentrifugenrotors 28 in Drehrichtung ergibt sich ein Schleuderradeffekt, wodurch die Abluft nach außen an den Zentrifugenbehälter 30 geschleudert und dadurch beschleunigt wird. Dadurch erfolgt das Ansaugen der Zuluft 160 selbsttätig, wobei dieser Effekt noch dadurch unterstützt wird, dass entsprechend Fig. 4 die Durchleitungen 60 in Drehrichtung spiralförmig nach innen verlaufen.
Die Zuluft 160 tritt in den zwischen Zentrifugenbehälter 30 und oberen Teil 138 des Gehäuses 12 befindlichen Ringspalt 164 (der Ringspalt 164 wird durch den oberen Flansch 165 des Zentrifugenbehälters 30 und den oberen Teil 138 des Gehäuses 12 begrenzt) ein und wird durch den oberen Teil 40 mit der Auskragung 130 in den Zwischenraum 166 zwischen Zentrifugenbehälter 30 und Sicherheitsbehälter 32 geleitet, der rings um den Zentrifugenbehälter 30 erstreckt. Diese Abluft 162 wird über die beiden Aussparungen 50 und die Anschlüsse 122 zu den Durchleitungen 62 geleitet und von dort in die Durchleitungen 82. Von den Durchleitungen 82 wird die Abluft 162 weiter in die Abluftkanäle 156 geleitet, bis sie auf den Keil 100 trifft und von dort vorbei am Zentrifugenmotor 26 in Richtung zum Kühlrippenelement 36 und den elektronischen Komponenten 34 geleitet wird.
Die Strömungsrichtungen von Zuluft 160 und Abluft 162 sind jeweils durch Pfeile angezeigt.
Es ist zu erkennen, dass die Zuluft unter Umgehung warmer Bereiche der Zentrifuge 10 direkt vom kalten Bodenbereich in den Zentrifugenbehälter 30 eingeleitet wird. Dies erfolgt ohne jegliche Unterstützung durch Gebläse und dgl., weil die Drehung des Zentrifugenrotors 28 einen Schleuderradeffekt bewirkt, wodurch die Zuluft 160 in den Zentrifugenbehälter 30 eingesaugt wird. Dadurch erfolgt eine besonders effektive Kühlung von Zentrifugenrotor 28 mit den darin enthaltenen Proben sowie dem Zentrifugenbehälter 30.
Anschließend strömt die Zuluft 160 über den Ringspalt 164 über und wird in Kontakt mit dem Zentrifugenbehälter 26 im Zwischenraum 166 zwischen Zentrifugenbehälter 26 und Sicherheitsbehälter 32 geführt, wodurch sich eine weitere Abkühlung des Zentrifugenbehälters 26 und damit des Zentrifugenrotors 28 mit den darin enthaltenen Proben ergibt.
Schließlich wird die Abluft 162 nach Kühlung des Zentrifugenbehälters 30 noch zur Kühlung des Zentrifugenmotors 26 sowie der elektronischen Komponenten 34 und deren Kühleinrichtung 36 verwendet, wodurch der Wärmeeintrag dieser Elemente 26, 34, 36 in den Zentrifugenbehälter 30 von vornherein verringert wird, was letztlich ebenfalls zu einer Kühlung von Zentrifugenbehälter 30 sowie Zentrifugenrotor 28 mit den darin enthaltenen Proben führt.
Aus der vorstehenden Darstellung ist außerdem deutlich geworden, dass eine Zentrifuge 10 mit einer Temperierung bereitgestellt wird, die effektiver arbeitet als bisher gebräuchliche temperierte Zenrifugen. Dabei kann durch diese Temperierung zugleich auch eine Kühlung von wärmeabgebenden Zentrifugenkomponenten, wie Zentrifugenmotor 26 und elektronische Komponenten 34, 36 erfolgen. Zudem funktioniert diese Temperierung auch, wenn ein Sicherheitsbehälter 32 um den Zentrifugenbehälter 30 angeordnet ist.

Bezugszeichenliste

10: erfindungsgemäße Zentrifuge, Laborzentrifuge
12: Zentrifugengehäuse
14: Zentrifugendeckel
16: Seitenwände
17: Rückwand
18: Front
20: Boden
22: Bedieneinheit
26: Zentrifugenmotor
28: Zentrifugenrotor
30: Zentrifugenbehälter
32: Sicherheitsbehälter
34: elektronische Komponenten der Zentrifuge 10
36: Kühlrippenelement
38: Luftführungsmittel
40: oberer Teil der Luftführungsmittel 38
42: unterer Teil der Luftführungsmittel 38
44: ein Stück des unteren Teils 42 der Luftführungsmittel 38
46: anderes Stück des unteren Teils 42 der Luftführungsmittel 38
48: hochgezogenen Rand des einen Stücks 44
50: zwei seitlich gegenüberliegend angeordnete Ausnehmungen in dem Rand 48
54: zentrale Durchbrechung des einen Stücks 44
56: vier erste Anschlussstutzen
58: zwei zweite Anschlussstutzen
60: Durchleitungen der vier erste Anschlussstutzen 56
62: Durchleitungen der zwei zweiten Anschlussstutzen 58
64, 66: umlaufende Vorsprünge, Rippen
67: erster Anschlussbereich
68: zentrale Ausnehmung des anderen Stücks 46
70: teilweise umlaufender Rand 70 des anderen Stücks 46
72, 74: zweite Anschlussbereiche
76: vier erste Vertiefungen
78: zwei zweite Vertiefungen
80: Durchleitungen der vier erste Vertiefungen 76
82: Durchleitungen der zwei zweiten Vertiefungen 78
84, 86: umlaufenden Vorsprünge, Rippen
88: Verbindungsvorsprung, Rippe
90: Anschlussvorsprung, Rippe
92: Abluftzuleitung
94: Abluftableitung
96: drei Ausrundungen
98: Befestigungselemente des Zentrifugenmotors 26 im Gehäuseboden 20
100: gebogener Keil
102: gemeinsamer Vorsprung der zwei Durchleitungen 82, Rippe
104, 106: gegenüberliegend angeordnete dritte Anschlussbereiche
108: Zuluftanschlüsse, Vorsprünge, Rippen
110, 112: umlaufende Vorsprünge, Rippen
114: Verbindungsvorsprung, Rippe
116, 118: Verbindungsvorsprünge, Rippen
120, 122: Anschlüsse
124, 126, 128: Verbindungsvorsprünge, Rippen
130: innen umlaufende Einkragung des oberen Teils 40 der Luftführungsmittel 38
132, 134, 136: Ausformungen
138: oberer Teil des Gehäuses 12
140: axialer Vorsprung, Rippe
142: Boden des Sicherheitsbehälters 32
144, 146: Durchbrechungen im Boden 142
148: Bohrungen im Boden 142
150: zentrale Öffnung im Boden 142
151: Boden des Zentrifugenbehälters 30
152: Manschette des Zentrifugenmotors 26
153: Luftleitungsraum
154, 156: Luftführungskanäle
158: Durchbrechungen im Boden 20 des Gehäuses 12
160: Zuluft
162: Abluft
163: Ringspalt zwischen Zentrifugenbehälter 30 und Manschette 152 des Zentrifugenmotors 26, Einlassöffnung für Zuluft 160 in den Zentrifugenbehälter 30
164: Ringspalt zwischen Zentrifugenbehälter 30 und oberen Teil 138 des Gehäuses 12
165: oberer Flansch des Zentrifugenbehälters 30
166: Zwischenraum zwischen Zentrifugenbehälter 30 und Sicherheitsbehälter 32
D: Drehrichtung des Zentrifugenrotors 28
A: Drehachse

Claims

Zentrifuge (10), insbesondere Laborzentrifuge, mit einem Zentrifugenbehälter (30), in dem ein Zentrifugenrotor (28) aufnehmbar ist, einem Zentrifugenmotor (26) zum Antrieb des Zentrifugenrotors (28), einem Gehäuse (12) mit einem Boden (20) und seitlichen Seitenwänden (16, 17, 18), wobei in dem Gehäuse (20) der Zentrifugenbehälter (30), der Zentrifugenrotor (28) und der Zentrifugenmotor (26) aufgenommen sind, und einer Temperierungseinrichtung zum Temperieren des Zentrifugenrotors (28), wobei die Temperierungseinrichtung Luftführungsmittel (38) aufweist, die angepasst sind, Luft (160) in einem unteren Bereich (151, 152) in den Zentrifugenbehälter (30) anzusaugen, wobei die Luftführungsmittel (38) eingerichtet sind, Zuluft (160) durch den Boden (20) und/oder zumindest eine Seitenwand des Zentrifugengehäuses (12) anzusaugen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Zuluft (160) direkt vom Zentrifugengehäuse (12) zum Zentrifugenbehälter (30) geleitet wird, ohne mit Wärme abgebenden Elementen der Zentrifuge in Berührung zu kommen.
Zentrifuge (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsmittel (38) eingerichtet sind, diese Zuluft (160) direkt vom Zentrifugengehäuse (12) zum Zentrifugenbehälter (30) geleitet wird, ohne mit dem Zentrifugenmotor (26) und/oder elektronischen Komponenten (34, 36) der Zentrifuge (10) in Berührung zu kommen.
Zentrifuge (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsmittel (38) eingerichtet sind,
a) Abluft (162) aus dem Zentrifugenbehälter (30) vorbei am Zentrifugenmotor (26) und/oder vorbei an elektronischen Komponenten (34, 36) der Zentrifuge (10) zu führen, wobei die Abluft (162) bevorzugt zuerst am Zentrifugenmotor (26) und danach an den elektronischen Komponenten (34, 36) vorbei geführt wird, und/oder

b) Abluft (162) aus dem Zentrifugenbehälter (30) an der Außenseite des Zentrifugenbehälters (30, 164) entlangzuführen.
Zentrifuge (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zentrifuge (10) weiterhin einen Sicherheitsbehälter (32) aufweist, der den Zentrifugenbehälter (30) zumindest teilweise umhaust, und die Luftführungsmittel (38) bevorzugt eingerichtet sind, Abluft (162) aus dem Zentrifugenbehälter (30) zwischen (166) Zentrifugenbehälter (30) und Sicherheitsbehälter (32) zu führen, wobei der Sicherheitsbehälter (32) in seinem Bodenbereich (142) bevorzugt ein oder mehrere Öffnung (144) für die Zuluft (160) aufweist.
Zentrifuge (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
c) die Luftführungsmittel (38) zumindest bereichsweise thermisch isoliert ausgebildet sind und/oder dass der Zentrifugenbehälter (10) an seiner Außenseite im Bereich der Luftführung (38) mit einer thermischen Isolierung (44) versehen ist und/oder

d) die Luftführungsmittel (38) als Formteil, insbesondere Schaumformteil (40. 44. 46), bevorzugt aus Polypropylen oder Polyurethan, insbesondere expandiertes Polypropylen ausgebildet sind und/oder das zum Schallschutz zumindest ein Schallschutzschaumelement (40. 44. 46), bevorzugt aus Polyurethan eingesetzt ist.
Zentrifuge (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsmittel (38) mehrstückig, bevorzugt aus einem unteren Teil (42) zur Zuleitung der Zuluft (160) zum Zentrifugenbehälter (30) und zur Ableitung der Abluft (162) zum Zentrifugenmotor (26) und/oder zu den elektronischen Komponenten (34, 36) und einem oberen Teil (40) zur Ableitung der Abluft (162) aus dem Zentrifugenbehälter (30) in den Raum (166) zwischen Zentrifugenbehälter (30) und Sicherheitsbehälter (32), ausgebildet sind.
Zentrifuge (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil (42) aus zwei horizontal getrennten Stücken (44, 46) gebildet ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass in Verbindung mit Anspruch 4 ein Stück (46) zwischen dem Boden (20) des Gehäuses (12) und dem Sicherheitsbehälter (32) angeordnet ist und das andere Stück (44) zwischen dem Sicherheitsbehälter (32) und dem Zentrifugenbehälter (30) angeordnet ist.
Zentrifuge (20) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
e) die Luftführungsmittel (38) angepasst sind, die Zuluft (160) in Drehrichtung (D) des Zentrifugenrotors (28) in den Zentrifugenbehälter (30) zu führen und/oder die Zuluft (160) nah an der Drehachse (A) in den Zentrifugenbehälter (30) einzuleiten und/oder

f) die Luftführungsmittel (38) angepasst sind, die im Zentrifugenbehälter (30) durch den Zentrifugenrotor (28) bewegte Luft am Rand (164) des Zentrifugebehälters (30) zu entnehmen.
Zentrifuge (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
g) die Luftführungsmittel zumindest bereichsweise eine raue Oberfläche aufweisen und/oder

h) die Luftführungsmittel zumindest eine wahlweise verschließbare Luftführung aufweisen.
Zentrifuge (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungsmittel (38) den Zentrifugenmotor (26) horizontal zumindest teilweise umschließen, bevorzugt zwischen dem Gehäuseboden (20) und dem Sicherheitsbehälter (32) oder Zentrifugenbehälter (30) horizontal bis auf zumindest eine Abluftzuführung (50) und zumindest eine Abluftabführung (62) vollständig umschließen.
Verfahren zur Temperierung eines Zentrifugenrotors (28) einer Zentrifuge (10), insbesondere einer Laborzentrifuge, mit einem Zentrifugenbehälter (30), in dem ein Zentrifugenrotor (28) aufnehmbar ist, einem Zentrifugenmotor (26) zum Antrieb des Zentrifugenrotors (28), einem Gehäuse (12) mit einem Boden (20) und seitlichen Seitenwänden (16, 17, 18), wobei in dem Gehäuse (12) der Zentrifugenbehälter (30), der Zentrifugenrotor (28) und der Zentrifugenmotor (26) aufgenommen sind, und einer Temperierungseinrichtung zum Temperieren des Zentrifugenrotors (28), wobei Luftführungsmittel (38) eingesetzt werden, die angepasst sind, Luft (160) in einem unteren Bereich (151, 152) in den Zentrifugenbehälter (30) anzusaugen, wobei die Luftführungsmittel (38) eingerichtet sind, Zuluft (160) durch den Boden (20) und/oder zumindest eine Seitenwand des Zentrifugengehäuses (12) anzusaugen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Zuluft (160) direkt vom Zentrifugengehäuse (12) zum Zentrifugenbehälter (30) geleitet wird, ohne mit Wärme abgebenden Elementen der Zentrifuge in Berührung zu kommen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
i) die Zentrifuge (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet wird und/oder dass Luftführungsmittel (38) mit den auf Luftführungsmittel (38) bezogenen Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10 verwendet werden und/oder

k) Luft (160) achsennah (A) in den Zentrifugenbehälter (30) eingeleitet und achsenfern (164) aus dem Zentrifugenbehälter (30) entnommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
l) beim Starten der Zentrifuge die Zuluft zumindest teilweise gedrosselt, bevorzugt unterbunden wird, und/oder dass beim Stoppen der Zentrifuge die Zuluft zum Zentrifugenbehälter erhöht wird und/oder

m) die Temperatur des Zentrifugenrotors durch Steuerung des Luftflusses durch den Zentrifugenbehälter eingestellt wird.