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.
Bei besagten Herstellern kommen insbesondere Induktionsmotoren 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. Eine Alternative sind Synchron-Reluktanzmotoren: Sie sind ebenfalls wartungsfrei, erzielen hohe Beschleunigungen und haben einen hohen Wirkungsgrad. 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.
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 circa 26000 min-1 gehen. Trotz dieser vergleichsweise hohen Drehzahl dürfen die Geräte jedoch keinesfalls zu heiß werden, um nicht die empfindlichen Proben zu beschädigen.
Kompakter Antrieb für Tischzentrifugen
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.
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 von Groschopp 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 Produktmanager Meyer. „Nur so lässt sich der Motor in Abhängigkeit von der jeweiligen Zentrifuge optimieren.“
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 aufwendige Tests nötig.
„Auch die Auswahl der Wälzlager wirkt sich auf Lautstärke und Vibrationen aus“, betont 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. Apropos Welle: Je nach Zentrifugen-Einsatz muss das eingesetzte Material dieser zentralen Komponente angepasst werden. So realisiert Groschopp zum Beispiel auch Wellen aus nicht rostendem Edelstahl.
Antriebe müssen maßgebende Norm erfüllen
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 von Groschopp 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 der Produktexperte. „Kunden, die in China produzieren, können im Übrigen auch auf die Unterstützung unserer Kollegen aus unserem Fertigungsstandort in China zurückgreifen.“
