Individuell konzipierte Motoren für Tischzentrifugen

Tis­chzen­trifu­gen für klin­is­che und wis­senschaftliche Anwen­dun­gen zeich­nen sich vor allem durch ihre beson­ders kom­pak­te Bau­form aus. Bei größt­möglich­er Leis­tung müssen die fortschrit­tlichen Sys­teme aber auch möglichst leise arbeit­en und wenig Energie ver­brauchen. Die einge­set­zte Antrieb­stech­nik muss diesen Anforderun­gen entsprechen – eine Her­aus­forderung, der sich das Unternehmen Groschopp gerne stellt. Die Viersen­er Experten konzip­ieren und real­isieren schon seit vie­len Jahren erfol­gre­ich kun­den­spez­i­fis­che Motoren für Zentrifugen.

Die grund­sät­zliche Funk­tion­sweise ein­er Zen­trifuge ist schnell erk­lärt: Durch schnelles Schleud­ern tren­nt sie die Bestandteile von Sus­pen­sio­nen und Emul­sio­nen. Benötigt wer­den solche Geräte sowohl in medi­zinis­chen Laboren als auch in der Forschung – zum Beispiel für die Unter­suchung von Blut­proben und Zel­lkul­turen oder in der Mikro- und Moleku­lar­biolo­gie. Auf dem Markt erhältlich sind größere Standzen­trifu­gen oder Tis­chmod­elle mit ein­er kleinen Stell­fläche. „Wir beliefern schon seit vie­len Jahren namhafte Her­steller von Tis­chzen­trifu­gen mit passenden Antrieb­slö­sun­gen“, erläutert Wolf Mey­er, Pro­duk­t­man­ag­er bei der Groschopp Ver­trieb­s­ge­sellschaft. „Über die Zeit haben wir in diesem Bere­ich einen großen Erfahrungss­chatz angesammelt.“

Bei besagten Her­stellern kom­men ins­beson­dere Induk­tion­s­mo­toren des Unternehmens zum Ein­satz – ein für Zen­trifu­gen beson­ders beliebter Motoren­typ mit wesentlichen Vorteilen: Weil die einzi­gen Ver­schleißteile die Lager der Welle sind, ist diese Antrieb­slö­sung nahezu wartungs­frei. Zudem lassen sich Induk­tion­s­mo­toren ein­fach durch Fre­quen­zum­richter regeln. Eine Alter­na­tive sind Syn­chron-Reluk­tanz­mo­toren: Sie sind eben­falls wartungs­frei, erzie­len hohe Beschle­u­ni­gun­gen und haben einen hohen Wirkungs­grad. Der Antrieb wird kom­pak­ter, was in der Prax­is viele Vorteile hat. Allerd­ings sind bei diesen Antrieb­smod­ellen spezielle Umrichter für die Regelung nötig. Kom­mu­ta­tor­mo­toren hinge­gen lassen sich ein­fach und kostengün­stig regeln. Auf­grund des Bürsten­ver­schleißes ist eine regelmäßige Wartung aber unab­d­ing­bar, deshalb wer­den sie heute immer sel­tener eingesetzt.

Zahlreiche Anforderungen an die Antriebstechnik

Egal, für welchen Motortyp sich der Anwen­der jew­eils entschei­det – die Antrieb­slö­sung muss immer den speziellen Anforderun­gen von Zen­trifu­gen entsprechen. Beson­ders wichtig ist, dass sie die benötigten Drehzahlen ermöglicht. In reg­ulären Tis­chzen­trifu­gen kön­nen diese bis ca. 26.000 min‑1 gehen. Trotz dieser ver­gle­ich­sweise hohen Drehzahl dür­fen die Geräte jedoch keines­falls zu heiß wer­den, um nicht die empfind­lichen Proben zu beschädi­gen. „Zen­trifu­gen sind zwar zumeist luft­gekühlt, ver­fü­gen aber aus eben genan­ntem Grund auch oft über eine aktive Kompressorkühlung“, erk­lärt Wolf Mey­er. Durch eine indi­vidu­elle Ausle­gung der Wick­lung, die ins­beson­dere die mag­netis­chen Eigen­schaften, Wirkungs­grad und Leis­tungs­fak­tor des Motors sowie Umge­bung­stem­per­a­turen berück­sichtigt, lässt sich nicht nur die Motor­erwär­mung ver­ringern, son­dern auch der Energie­ver­brauch so niedrig wie möglich halten.

Weil Tis­chzen­trifu­gen in Bezug auf eine möglichst geringe Stell­fläche konzip­iert sind, müssen die einge­set­zten Motoren zudem möglichst kom­pak­te Abmes­sun­gen aufweisen. Dabei ist vor allem die Geräte­höhe ein kri­tis­ch­er Fak­tor – schließlich ste­hen die Zen­trifu­gen oft erhöht auf einem Labor­tisch, damit sie sich bequem be- und ent­laden lassen. Für die Bau­form der Motoren bei senkrechtem Ein­bau bedeutet das: Lieber kurz und mit einem großen Durchmess­er als lang und dünn.

Ein leiser und vibrationsarmer Betrieb

Ein Labor ist keine Pro­duk­tion­shalle – dementsprechend soll­ten die Motoren möglichst leise und vibra­tionsarm laufen. Erre­ichen lässt sich das unter anderem durch eine hohe Masse des Motorge­häus­es, wodurch nur geringe Eigen­schwingun­gen auftreten. Hier­bei spielt auch die Mate­ri­alverteilung – zum Beispiel die Aus­bil­dung der Flan­sche – eine große Rolle. Hil­fre­ich ist auch eine geringe Wellen­durch­biegung, die durch einen möglichst kleinen Lager­ab­stand erre­icht wird. Einen erhöht­en Rund­lauf gewährleis­ten die Experten des Unternehmens durch eine definierte Wucht­güte. Eine min­imierte Restun­wucht sorgt dafür, dass der Motor nicht sein­er­seits das Sys­tem noch anregt. „Bei allen Maß­nah­men ist es wichtig, diese durch Mes­sun­gen in der Zen­trifuge zu ver­i­fizieren“, so Wolf Mey­er. „Nur so lässt sich der Motor in Abhängigkeit von der jew­eili­gen Zen­trifuge opti­mieren.“ Bei der Mes­sung der Vibra­tio­nen ist zum Beispiel nicht nur die Höhe des Auss­chlags aus­sagekräftig, son­dern auch bei welch­er Fre­quenz er auftritt. Die Zen­trifuge muss im Drehzahl-Betrieb­s­bere­ich ruhig laufen. Zudem soll­ten die kri­tis­chen Res­o­nanzen möglichst weit davon ent­fer­nt sein und zügig durch­fahren werden.

Und auch bezüglich der Laut­stärke gibt es einiges zu berück­sichti­gen: So achtet Groschopp nicht nur auf den absoluten Wert, son­dern zusät­zlich auf die Ampli­tude um den Mit­tel­w­ert. Um hier beste Ergeb­nisse zu erzie­len, sind gegebe­nen­falls aufwändi­ge Tests nötig.

„Auch die Auswahl der Wäl­zlager wirkt sich auf Laut­stärke und Vibra­tio­nen aus“, betont Wolf Mey­er. „Die Qual­ität der Lager und deren Schmierung ist beson­ders rel­e­vant. Durch auftre­tende Axi­al- und Radi­al­las­ten ist neben den richti­gen Wäl­zlagern aber auch die entsprechende Vorspan­nungs-ein­stel­lung sehr wichtig.“ Nicht zulet­zt spielt die Gestal­tung der Lager­sitze (Fest-/Loslager) sowie des Schiebe­sitzes eine entschei­dende Rolle. Wenn dann immer noch Eigen­schwingun­gen auftreten, sind gegebe­nen­falls zusät­zlich noch Son­der­lö­sun­gen beim Design der Motor­welle erforder­lich – kein ganz ein­fach­es Unter­fan­gen: „Die Entwick­lung solch­er Lösun­gen ist schwierig, oft sind mehrere iter­a­tive Schritte notwendig“, weiß Wolf Mey­er. „Manche Son­der­aus­führun­gen der Welle erfordern eben­falls in der Fer­ti­gung große Erfahrung.“

Auf Nummer sicher: Richtlinienkonforme Lösungen

Apro­pos Welle: Je nach Zen­trifu­gen-Ein­satz muss das einge­set­zte Mate­r­i­al dieser zen­tralen Kom­po­nente angepasst wer­den. So real­isiert das Unternehmen zum Beispiel auch Wellen aus nicht ros­ten­dem Edel­stahl. Bezüglich der Schutzart ergeben sich bei Tis­chzen­trifu­gen nor­maler­weise keine erhöht­en Anforderun­gen – schließlich han­delt es sich bei Laboren generell um saubere Betrieb­sumge­bun­gen. Meist han­delt es sich um einen Ver­schmutzungs­grad 2, der bei der elek­trischen Ausle­gung und Konzep­tion der Motoren berück­sichtigt wer­den muss.

Alle Antriebe für Laborg­eräte des Unternehmens müssen so konzip­iert sein, dass sie der maßgeben­den Norm in diesem Bere­ich, der DIN EN 61010 Teil 1, entsprechen. „Die Kon­for­mität gemäß RoHS, REACH und EICC sowie option­al UL/C­SA-Zulas­sun­gen sind heutzu­tage selb­stver­ständlich“, erläutert Wolf Mey­er. „Kun­den, die in Chi­na pro­duzieren, kön­nen im Übri­gen auch auf die Unter­stützung unser­er Kol­le­gen aus unserem Fer­ti­gungs­stan­dort in Chi­na zurück­greifen.“ Als zusät­zlichen Ser­vice für seine Kun­den ist das Unterenhmen als Liefer­ant auf BOMcheck.net gelis­tet – das vere­in­fach die Pro­duk­tpflege für Kunde und Lieferant.

Zusam­men­fassend lässt sich sagen: Die Anforderun­gen von Tis­chzen­trifu­gen sind vielfältig und lassen sich in den sel­tensten Fällen mit Motoren „von der Stange“ abdeck­en. Als etabliert­er Anbi­eter von Son­der­antrieben ver­fügt das Unternehmen Groschopp über das nötige Know-how, um die passenden Lösun­gen zu konzip­ieren und umzuset­zen – die jahre­lange erfol­gre­iche Arbeit für renom­mierte Zen­trifu­gen-Her­steller ist dafür der beste Beweis. Die maßgeschnei­derten Antriebe basieren im Nor­mal­fall auf den bewährten Stan­dard­pro­duk­ten des Unternehmens und wer­den gemäß den indi­vidu­ellen Spez­i­fika­tio­nen angepasst. Die Entwick­lungsabteilung ist direkt im Mut­ter­haus des Unternehmens in Viersen ange­siedelt und ver­fügt über mod­ern­ste Tools, einen speziell ein­gerichteten Muster­bau und ein eigenes Labor. Beste Voraus­set­zun­gen also für Zen­trifu­gen, bei denen im wahrsten Sinne des Wortes alles rund läuft.