DE2343070A1 - Centrifuge driven by a hysteresis motor - with the stator cooled by an external ring with fins connected to a cooled footplate - Google Patents
Centrifuge driven by a hysteresis motor - with the stator cooled by an external ring with fins connected to a cooled footplateInfo
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Abstract
Description
Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-lngenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-lngenieur Anwaltsakte: ^2 -y±-j/^_ Physicist Dr. Walter Andrejewski Graduate engineer Dr.-lng. Manfred Honke graduate engineer Lawyer files: ^ 2 -y ± -j / ^ _ Hans Dieter GesthuysenHans Dieter Gesthuysen
4300 Essen, den 15. Aug Theaterplatz 34300 Essen, August 15, Theaterplatz 3
? a t en t anrr. e 1 dung? a t en t anrr. e 1 dung
Zentrifuge, Insbesondere UltrazentrifugeCentrifuge, especially ultracentrifuge
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 StatorThe invention relates to a centrifuge, in particular an ultracentrifuge, made of a machine frame with a base plate, Centrifugal drum with drum shell and drum base, drive motor designed as a hysteresis motor with stator and rotor and in the center of the stator arranged bearing for the centrifugal drum, wherein the stator of the hysteresis motor to the Base plate connected and the drum base connected to this stator
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Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen Ί, Theaterplatz 3Andrejewski, Honke & Gesthuysen, patent attorneys, 4300 Essen Ί, Theaterplatz 3
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.is assigned as a rotor, the stator also being embedded in a plastic body via the laminated stator core Has radially protruding stator coils and pole pieces. - 3ei Such centrifuges are known to work with hysteresis motors, because they run in asynchronous mode when starting up favorable start-up properties when spinning in synchronous operation have favorable working characteristics. The separation effect that the centrifuges achieve depends in particular on Ultracentrifuges that are used for biological purposes or physical separation tasks) mostly also from thermodynamics of the system to be separated and thus of the temperature. If the drive motor heats up and can this' v'ärr.e die When reaching the centrifugal drum and thus the system to be separated, the separating effect is influenced to a considerable extent and worsened. Cooling by a liquid or gaseous Cooling medium, which flows around the stator or its coils or also the centrifugal drum, is at least then not feasible if the centrifugal drum works in the so-called vacuum, which leads to the separation effect or in order to keep the flow resistance experienced by the centrifugal drum small, which is often the case with ultracentrifuges is.
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. ImIn a centrifuge of the type described known (from practice), the stator is in a recess in the base plate inserted and potted in the recess with a two-component synthetic resin like in a tub. The central component synthetic resin fine-grained heat-conducting substances are added. The heat dissipation via the base plate is at these known centrifuges unsatisfactory in effect. in the
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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. Stator overheating is observed, which degrades the plastic, the degradation products also being the one to be maintained Disturb vacuum. It is also observed that from the two-component synthetic resin Evaporate the constituents into the vacuum.
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.The invention is based on the object of developing a centrifuge of the type described above so that a Perfect cooling of the stator is possible and the heat generated in the drive motor does not have any disruptive effects on the Separation effect of the centrifuge can exert more.
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 anThe invention relates to a centrifuge, especially an ultracentrifuge, consisting of machine frame with base plate, centrifugal drum with drum shell and drum base, as a hysteresis motor Drive motor designed with stator and rotor and bearing arranged in the center of the stator for the centrifugal drum, with the stator of the hysteresis motor connected to the base plate and the drum base as this stator The rotor is assigned, the stator also embedded in a plastic body, radially projecting stator pulley and pole pieces. The invention consists in that the stator is surrounded by a metallic cooling ring on the inside radially protruding cooling ribs that surround between the stator coils and are also embedded in the plastic has, and that the cooling ring is connected to the base plate and the base plate in turn with a cooling device is provided. The cooling fins are also useful
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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.connected to the base plate. It goes without saying that the connection of the cooling ring and the cooling ribs to the base plate takes place in such a way that disruptive air gaps and similar heat transfer resistances are avoided as far as possible. Sufficient heat dissipation can thus take place without difficulty, whereby the heat generated in the drive motor flows directly into the cooling fins and flies off over them and the cooling ring. It is particularly advantageous to combine the base plate, the cooling ring and the cooling fins and to design them as a one-piece component. In order to prevent interference with the electromagnetic behavior of such a drive motor, the invention recommends that the metallic cooling ring, including the cooling fins, be made of non-ferrous metal. It is expediently formed in one piece with the K'ililrippen and optionally the base plate or also by cutting. In the context of the invention, the V / arm transition plastic body ' cooling ring or cooling fins are also important. In order to make this heat transfer favorable, the invention teaches that the metallic cooling ring surrounds the plastic body with pretension. For the same reason, it is advisable to make the arrangement in such a way that the cooling ribs of the metal cooling ring are widened in a wedge shape towards the center of the cooling ring. In general, there is sufficient space between the stator coils for a considerable, wedge-shaped expansion.
Die Gestaltung der Kühleinrichtung für die Basisplatte ist imThe design of the cooling device for the base plate is in
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Andre je wski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, TheaterplatzAndre je wski, Honke & Gesthuysen, patent attorneys, 4300 Essen 1, Theaterplatz
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.Within the scope of the invention largely arbitrary. In the simplest case This cooling device requires the base plate from cooling channels through which a coolant flows. The cooling device the Dasisplatte can also consist of a coolant bath, which washes around the base plate on the underside or rinsed. According to another proposal of the invention, the door embodiment in which the base plate and Xünlring are separate components, the cooling ring has a collar, which grips the base plate, with the collar of the cooling ring also being cooled. This collar can also have cooling fins or the like to improve heat dissipation. The same goes for the base plate.
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. In the context of the invention, the plastic body can be constructed from any plastics, in particular from the already common two-component synthetic resins. Recommended because of the deficiency of two-component synthetic resins described at the beginning however, it is advisable to work with thermoplastics, which are introduced by injection molding or centrifugal casting will. In this sense, the invention teaches that the plastic body consists of thermoplastic material and in the plastic injection molding process or in the plastic centrifugal casting process has been introduced. The thermoplastic material can easily be fine-grained, thermally conductive embeddings, e.g. graphite embeddings, quartz powder embeddings, Fiberglass embeddings and the like. Have. Finally it is within the scope of the invention, in the cooling ring or in the cooling fin! Provide channels through which a coolant flows.
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Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, TheaterplatzAndrejewski, Honke & Gesthuysen, patent attorneys, 4300 Essen 1, Theaterplatz
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeisplel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schernatischer DarstellungIn the following, the invention will be described in more detail with reference to a drawing showing only an exemplary embodiment explained. It show in Schernatic representation
Pig. 1 einen Achsialschnitt durch eine erfindungsgemäße Zentrifuge,Pig. 1 shows an axial section through an inventive Centrifuge,
Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1,Fig. 2 shows a section in the direction A-A through the object of Fig. 1,
Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig.3 shows another embodiment of the object of 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.The centrifuge shown in the figures is an ultracentrifuge. In its basic structure, it consists of a machine frame 1 with a base plate 2 and a centrifugal drum with drum jacket 3 and drum base 4 as a hysteresis motor with stator 5 and rotor 6 designed drive motor and in Center of the stator 5 arranged bearing 7 for the centrifugal drum 3 * 4. In the exemplary embodiment, the centrifugal drum works 3, 4 in a vacuum, the vacuum also surrounds the centrifugal drum 3, 4. Otherwise, the arrangement is such that the stator 5 of the hysteresis motor is connected to the base plate 2. The drum base 4 is this stator 5 as Assigned to runner 6. In addition, the stator 5 is embedded in a plastic body 8. He owns over the stator core 9 radially protruding stator coils Io and also conventional pole shoes 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.It can be seen in particular from a comparative analysis of FIGS. 1 and 2 that the stator 5 is surrounded by a metallic cooling ring 12. This metallic cooling ring 12 has cooling ribs 13, which extend radially on the inside, surround between the static coils Io and are also embedded in the plastic body δ. The cooling ring 12 is connected to the base plate 2. The base plate 2 is in turn provided with a cooling device I 2 J-. In the exemplary embodiment according to a preferred embodiment of the invention, the cooling fins 13 are also connected to the base plate 2. Connection of the cooling ring 12 or cooling ribs 13 to the base plate 2 means that this connection is realized with practically no heat transfer resistance, that is to say without an air gap or the like. As a result, the heat can easily flow into the base plate. The metallic cooling ring 12, the cooling fins IJ, but also the base plate 2, generally consist of non-ferromagnetic material. They can be cast in one piece. In order to keep the heat transfer resistance between the plastic body 8 and the cooling ring 12 or cooling fins 13 low, the metallic cooling ring 12 also encloses the plastic body 8, attached with pretension. The cooling ribs 13 of the metallic cooling ring 12 are widened in a wedge shape towards the center of the cooling ring.
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 ausIn the embodiment according to Pig. I consists of the cooling device l4 of the base plate 2 from cooling channels through which a coolant flows. In the embodiment according to 3, the cooling device 14 consists of the base plate
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Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte,4300 Essen !,Theaterplatz 3Andrejewski, Honke & Gesthuysen, patent attorneys, 4300 Essen !, Theaterplatz 3
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.a coolant bath which washes the base plate 2 on the underside. You could have heat-dissipating ribs. in the rest has been shown in Fig. 3 that the cooling ring with a collar 15 through the base plate 2, with also this collar 15 of the cooling ring 12 from the coolant of the Coolant bath is flushed and thus cooled. For reasons of scale, the drawing does not show that the plastic body 8 fine-grained, heat-dissipating substances such as, for example, regularly embedded from thermoplastic material Graphite, quartz powder, glass fiber and the like. Has.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BHV | Refusal |