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EP2705903A1 - Rotor device, centrifuge vessel and centrifuge and method for producing same - Google Patents

Rotor device, centrifuge vessel and centrifuge and method for producing same Download PDF

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Publication number
EP2705903A1
EP2705903A1 EP12006283.1A EP12006283A EP2705903A1 EP 2705903 A1 EP2705903 A1 EP 2705903A1 EP 12006283 A EP12006283 A EP 12006283A EP 2705903 A1 EP2705903 A1 EP 2705903A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor device
groove
centrifuge
rotor
grooves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12006283.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Dr. Lurz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eppendorf SE
Original Assignee
Eppendorf SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eppendorf SE filed Critical Eppendorf SE
Priority to EP12006283.1A priority Critical patent/EP2705903A1/en
Priority to US14/019,449 priority patent/US20140073498A1/en
Publication of EP2705903A1 publication Critical patent/EP2705903A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B5/00Other centrifuges
    • B04B5/04Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B5/00Other centrifuges
    • B04B5/04Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
    • B04B5/0407Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles
    • B04B5/0414Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles comprising test tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B7/00Elements of centrifuges
    • B04B7/02Casings; Lids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B7/00Elements of centrifuges
    • B04B7/08Rotary bowls

Definitions

  • the invention relates to a rotor device, a rotor device receiving centrifuge vessel and a centrifuge having this rotor device and / or the centrifuge vessel, and the manufacturing method of these parts.
  • Centrifuges are used in particular as laboratory centrifuges to separate samples with components of different densities, e.g. to separate particles contained in fluids from the fluid or to separate liquids of different densities from each other. It uses the inertia of the particles, which have a greater density (mass per volume) compared to the surrounding fluid.
  • the rotation of the sample about an axis of rotation of the centrifuge produces a centrifugal force whereby the denser constituents within the sample become radial, i. be driven outwards perpendicular to the axis of rotation.
  • macromolecules, living cells or cell fragments are separated from liquids, or liquids of different densities are separated from one another.
  • the sample may be, for example, a solution of DNA in aqueous solution.
  • the sample container with the sample is placed in the area provided inside the centrifuge rotor for receiving the sample to be centrifuged. Then, as required, the sample is rotated at, for example, 14,000 rpm. For example, with such a number of revolutions, the DNA can be separated from the aqueous phase in the case of a sample consisting of an aqueous DNA solution. Centrifugation at up to 500,000 revolutions per minute is referred to as ultracentrifugation. This can be used e.g. Isolate lipoproteins from an aqueous solution.
  • centrifuge rotors must be made of a material that provides sufficient stability to the centrifugal forces encountered. Most of the rotors are made of aluminum, sometimes made of plastic, and have a high strength corresponding to the required strength on. Due to their large surface area and the high speed, the rotors experience high air friction, which is noticeable on the one hand in an undesirably high heating of the rotor and thus of the rotated samples and on the other in an increased power consumption of the centrifuge. It is therefore desirable to reduce the power dissipation caused by air friction, based on a predetermined number of revolutions of the centrifuges.
  • the object of the present invention is to provide a rotor device for a centrifuge, a centrifuge vessel and a centrifuge with at least one of these parts and a method for the production thereof, wherein, when using the centrifuge or at least one of the parts, a lower, related to a predetermined number of revolutions Power loss of the centrifuge results.
  • the invention solves this object in particular by the centrifuge rotor according to claim 1, the centrifuge vessel for holding the centrifuge rotor according to claim 13, and the method for producing at least one of these components according to claim 15.
  • Preferred embodiments are in particular subject matters of the subclaims.
  • the invention is based on measurements and computer simulations in which it was surprisingly found that with large fixed-angle rotors a power loss of more than 500 watts is produced only by air friction. It turned out that almost the entire air resistance is generated by air friction on the rotor and on the boiler walls. It is this air friction that causes the rotor to heat up considerably at high speeds and then has to be counter-cooled by the boiler wall. The countercooling increases the air density in the boiler and thus the air friction.
  • the contact surface of the centrifuge exposed to the fluid flow in particular the outer surface of the rotor device and / or the inner surface of the centrifuge Centrifuge vessel, at least partially provided with a microgroove structure.
  • a microgroove structure By locating the turbulent flow components within the grooves, the energy exchange between the turbulent flow regions and the free flow is reduced at some distance from the outer surface, so that the fluid friction or the power loss of the centrifuge can be reduced by up to about 10%.
  • the optimization of the microgroove structure can be carried out, preferably as a function of the requirements of the intended use and the number of revolutions of the centrifuge, by setting various geometric parameters, which will be described below.
  • a plurality of preferably substantially parallel grooves of the outer surface is referred to in the context of this invention, which extend in particular at a distance d of adjacent grooves less than 2 mm.
  • This distance d may be constant, but it may in particular also change along the longitudinal course of adjacent grooves, in particular change continuously.
  • Two substantially parallel grooves are adjacent when there is no third groove between them, or when the two grooves are separated by a single partition called a rib.
  • the side walls of a rib thus form the side walls of adjacent grooves.
  • the width B of a rib may in particular correspond to the distance d.
  • Turbulent flows generally have higher friction losses than laminar flows.
  • the increased friction in the turbulent flow is created by momentum transport transverse to the main flow direction in the boundary layer.
  • the flow directly at the overflowed surface is dominated by vortex structures, the high-energy fluid transport to the wall surface.
  • This additional exchange of momentum compared to the laminar flow is the reason for the increased wall friction in the turbulent boundary layer.
  • the surface around which it flows is in particular a section of the outer surface of a rotor unit or the inner surface of a centrifuge vessel.
  • Re + u ⁇ ⁇ s ⁇
  • the value obtained for RR depends on the Reynolds number Re + .
  • a reduction in resistance is particularly important in those sections of a surface around which the greatest friction losses occur.
  • the wall shear stress ie the frictional force which a flow of a normal viscosity fluid (Newtonian fluid) exerts on a surface
  • T w ⁇ * .DELTA.U / Dy
  • the dynamic viscosity
  • u the flow velocity with respect to the flowed contact surface, which increases with increasing distance from the contact surface in the direction y perpendicularly away from the contact surface.
  • the shear stress velocity u ⁇ is a measure of the friction force occurring. It can be determined, for example, by means of a finite element simulation and modeling of the complete flow around the surface in question. Thus, the sections of increased air friction can be determined on the basis of the shear stress velocity.
  • the rotor device preferably has a lower rotor section and preferably an upper rotor section which is arranged along the axis of rotation above the lower rotor section.
  • the lower rotor section is arranged below the upper rotor section with respect to the direction of gravity.
  • the lower and the upper rotor section may be separate parts, in particular may be connected or connectable, or may be formed in one piece.
  • the lower rotor section and the upper rotor section are preferably connected by a central rotor section, wherein the maximum diameter of the central rotor section preferably corresponds to the maximum diameter of the rotor device D max and preferably the maximum diameter of the central rotor section is preferably greater than the maximum diameter of the upper rotor section and is preferably greater than the maximum diameter of the lower rotor section, wherein in each case the diameter in a plane of rotation of the rotor device is meant.
  • the rotor device has a radially inner region and a radially outer region.
  • the radially outward region includes the portions of the rotor assembly which are outside the radially inward region.
  • the at least one section, which has the microgroove structure is arranged in the upper rotor section.
  • Centrifuges rotor devices have particularly high shear stress velocities, as has been shown in finite element simulations.
  • the at least one section, which has the microgroove structure is arranged in the lower rotor section, alternatively or additionally.
  • the at least one section, which has the microgroove structure is arranged in the radially outer region of the rotor device, since the larger shear stress velocities also occur here in the calculated rotor shapes; this is immediately understandable, because in the outer area, web speeds are higher at the same angular velocity.
  • the at least one section, which has the microgroove structure it is also possible and preferred for the at least one section, which has the microgroove structure, to be arranged in the radially inner region of the rotor device.
  • the microgroove structure By arranging the microgroove structure only in sections on the surface to be flowed around by the fluid, in particular an efficient balancing of production expenditure and reduction of friction is achieved. This also applies to the preferably provided according to the invention with microgrooves inner surface of the centrifuge vessel.
  • substantially the entire outer surface of the rotor device is provided with the microgroove structure.
  • the fluid friction can be greatly reduced.
  • the grooves are formed as depressions in the surface. This can be achieved by machining the outer surface of the rotor means or the inner surface of the centrifuge bowl, e.g. by ablation techniques, e.g. by means of machining, by means of laser ablation, by wet or dry etching, in particular with the aid of photolithographic methods. It is also possible and preferable that the grooves are formed by rib members on the outer wall between which the grooves are formed. Such ribs may e.g. as an additional material to the surface to be patterned in a coating process, e.g.
  • microgroove structure is produced by printing a material, in particular a lacquer, on the outer surface of the rotor device or inner surface of the centrifuge vessel.
  • the two geometric structures created by a removal process and a deposition process can be indistinguishable.
  • the microgroove structure of the surface may also be made by attaching a microgroove patterned film to the surface and / or inside surface.
  • Re + is the local Reynolds number for the rotating groove
  • is the kinematic viscosity of the fluid
  • the groove width s is preferably selected as a function of the shear stress rate to be expected in the section having the microgroove structure.
  • the groove width s becomes accordingly preferably selected as a function of a predetermined shear stress velocity and / or predetermined rotational speed.
  • the predetermined shear stress velocity may be that which is expected on average with respect to the typical revolution numbers, or which is to be expected in relation to the average of the higher revolution numbers of the centrifuge, where as higher revolution numbers those in the range of 0.5 times or 0 , 75 times the maximum number of revolutions up to the maximum number of revolutions of the centrifuge and / or the rotor device, or which is to be expected in relation to the average of the maximum occurring shear stress speed at maximum rpm, or that with respect to the average of those for the operation of the rotor device and / or the centrifuge bowl and / or the centrifuge most frequently expected number of revolutions is used.
  • the predetermined shear stress velocity can also be determined so that the maximum friction reduction is achieved in the practical operation of a centrifuge designed in this way. This can e.g. be determined experimentally or by numerical simulation.
  • at least one - or each - of the groove parameters ⁇ s; H; T; B; ⁇ ; ⁇ is selected as a function of the predetermined shear stress velocity.
  • the local wall shear stress and thus the shear stress velocity vary with respect to their direction and magnitude depending on the position on the outer surface of the rotor means or the inner surface of the centrifuge bowl.
  • the directions of wall shear stress, shear stress velocity, and near-surface flow of the fluid are the same.
  • a sufficient degree of resistance reduction is already achieved if the groove width is approximated to the optimum case.
  • the groove width s may for example be constant over the longitudinal course of a groove, but is preferably variable over the longitudinal course of a groove.
  • the groove width is preferably increasing Shear stress speed chosen smaller.
  • the groove width is preferably selected to be smaller with increasing shear stress velocity.
  • the groove width s i is at least in a first portion of the outer surface of the rotor device smaller than the groove width s ii in a second portion of the outer surface of the rotor device, wherein the first portion with respect to the axis of rotation radially outward than the second portion. Since radially outward, as a rule, larger shear stress velocities occur, the resistance reduction can thus be further optimized.
  • s u t
  • the depth T of a groove corresponds to its height h.
  • the height h of a rib corresponds to a height of the adjacent groove.
  • B 0.02 * s, where s is the spacing of adjacent groove walls, as defined above. This results in optimal effects of friction reduction.
  • h 0.5 * s, where s is the spacing of adjacent groove walls, as defined above. This results in optimal effects of friction reduction.
  • s the spacing of adjacent groove walls, as defined above.
  • the average depth T middle equal to the average height h medium , of all grooves of the rotor device T medium ⁇ 30 microns.
  • the width B is in particular equal to the distance d of adjacent grooves.
  • At least one side face of the rib, or both side faces preferably does not run parallel to a plane of rotation which is perpendicular to the axis of rotation A. However, it is also possible and preferred that one or both side surfaces extend parallel to a plane of rotation.
  • the microgroove structure is formed so that the rib, which separates two adjacent grooves, has a substantially rectangular contour in a cross section considered perpendicular to the longitudinal direction of the rib.
  • the contour of the rib and / or the ribs and / or the groove structure in a cross section considered perpendicular to the longitudinal direction of the rib, to have at least one of the following features: an edge at the transition between groove bottom and groove sidewall; a rounding at the transition between groove bottom and groove side wall; an edge at the junction between the groove side wall and the rib outer wall; a rounding at the transition between groove side wall and rib outer wall; a straight or rounded groove bottom; a straight or rounded rib outer wall.
  • the contour of the rib (s) and / or the groove (s) in this cross-section may be triangular, in particular with respect to a triangle with equal sides.
  • the contour of the groove structure may be serrated, wavy, with periodic or non-periodic progression along the outer surface, perpendicular to the longitudinal direction of the groove. Possible profiles of the groove structure are exemplary in the FIGS. 7a to 7h shown.
  • the longitudinal direction of the groove or grooves, and / or its orbit, to which the grooves of the microgroove structure of the surface portion are aligned parallel is formed so that at each point of its longitudinal course it has an angle ⁇ to the plane of a plane of rotation which is perpendicular to Rotation axis runs.
  • is not equal to zero.
  • 0 at least in sections or in the entire region of the surface section which has the microgroove structure, or in particular the entire surface which has the microgroove structure.
  • is substantially constant over the entire section having the microgroove structure.
  • ⁇ 1 is selected from the values ⁇ 0.0 °; 5.0 °; 10.0 °; 20,0 ° ⁇
  • ⁇ 2 is selected from the values ⁇ 0,0 °; 5.0 °; 10.0 °; 20.0 °; 45.0 °; 60 ° ⁇ .
  • the angle ⁇ can also be determined experimentally, for example by the China-Clay method, which is a kaolin spray-on method is, or by smoke visualizations.
  • the direction of the shear stress velocity corresponds in particular to the direction of the near-surface fluid flow.
  • the microgroove structure is designed so that at least two adjacent grooves differ in at least one parameter for determining the groove geometry, this parameter being selected from the group of parameters ⁇ s; H; T; B; ⁇ ; ⁇ is selected. At least one of these parameters, or all of these parameters, may change along the length of a groove or rib, or may be constant.
  • the microgroove structure is preferably designed such that the predetermined longitudinal direction of the grooves is adapted to the direction of the fluid flow flowing past this surface section, in particular corresponds to the locally applied direction of wall shear stress or the shear stress velocity, and in particular deviates from the concentric circulation direction with which each point of the outer surface rotated in a plane perpendicular to the rotation axis rotation plane.
  • the inner region of the rotor device can have a holding device for holding laboratory sample containers, in particular closable sample tubes.
  • the holding device can have a fixed angle during rotation relative to the axis of rotation A of the rotor device, but in this case the holding device can be designed to adjust this angle by the user.
  • a rotor device is called a fixed angle rotor.
  • the retaining device can also have an angle which is variable during rotation relative to the axis of rotation A of the rotor device, in that the retaining device is designed to allow the sample vessels to swing radially outward about a pivot axis perpendicular to the axis of rotation A, following the centrifugal force and / or gravitation.
  • a rotor device is called a swing-bucket rotor.
  • the rotor device is a fixed angle rotor.
  • the rotor device is a swing-bucket rotor
  • the one Has at least one, preferably three, four or more cup elements holding device, wherein a cup element rotatably mounted about a pivot axis on the base part of the rotor device.
  • the base part is preferably arranged centrally along the axis of rotation A of the rotor device, preferably rotationally symmetrical to the axis of rotation A.
  • a cup element is designed to receive at least one sample to be centrifuged.
  • the at least one cup element has an outer surface with at least one surface portion which has the microgroove structure.
  • the swing-bucket rotor prefferably has a casing device which partially or completely encloses the holding device for the samples, partially or completely enveloped in the circumferential direction about the rotation axis and / or partially or completely enveloped upwardly and / or downwardly.
  • the surface portion with the microgroove structure may in this case be arranged on the outside of the sheath device.
  • the rotor device or the casing device preferably has an outer wall section which is shaped in the manner of a cylinder and in particular carries this surface section with a microgroove structure.
  • a cylinder-like shape can be particularly easily provided with a microgroove structure whose grooves extend at a distance d of adjacent grooves, in particular smaller than 2 mm.
  • the rotor device can have a cover device with which the inner region of the rotor device can be covered and / or closed.
  • the cover device can have a closure element with which the cover can be fastened to the rotor device.
  • the cover device and / or the closure element can have an outer surface with at least one surface section which has a microgroove structure whose grooves extend at a distance d between adjacent grooves of less than 2 mm.
  • the surface portion which has a microgroove structure, in particular the surface portion of the outer surface of the rotor device and / or the surface portion of the inner surface of the centrifuge vessel, preferably runs partially or completely around the axis of rotation.
  • a groove thus has, in particular, the shape preferably an open or preferably a closed loop.
  • the microgroove structure preferably has the shape of a shell, which is in each case preferably rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation A or, alternatively, is preferably not rotationally symmetrical to the axis of rotation A.
  • the invention further relates to the centrifuge vessel for receiving a rotor device according to one of the preceding claims, comprising an inner wall, which is surrounded by the fluid during rotation of the rotor device, the inner surface at least partially having a microgroove structure whose grooves - in particular substantially parallel to each other - at a distance d adjacent grooves smaller than 2 mm.
  • the inner surface of the centrifuge vessel, and / or the centrifuge vessel itself is preferably made of a metal, in particular a steel, or of plastic, or of ceramic, or comprises such a material.
  • the centrifuge vessel may be a component composed of one or more components such that the internal volume, which contains the fluid in which the rotor device rotates, is partially or completely enveloped.
  • a side wall of the centrifuge tank is adapted to surround the axis of rotation A concentric and hollow cylindrical.
  • the side wall of the centrifuge tank is designed to surround the axis of rotation A concentric and hollow cylindrical.
  • This hollow cylindrical region preferably has an inner surface with a microgroove structure which preferably partially or completely circumscribes the axis of rotation.
  • the centrifuge vessel may have a bottom wall which may have an opening through which the drive shaft of the rotor means may be guided into the interior volume of the centrifuge vessel.
  • the centrifuge bowl may have a top wall.
  • the invention further relates to the centrifuge, comprising a rotor device according to the invention and / or the centrifuge vessel according to the invention.
  • the centrifuge is preferably a laboratory centrifuge, in particular for the centrifugation of chemical, biochemical, biological and / or medical samples.
  • the centrifuge is preferably a tabletop device with a total volume of less than 0.5 m 3 , wherein the total volume is considered to be the volume of the smallest cuboid that can completely accommodate the laboratory centrifuge.
  • the centrifuge preferably has a bearing device for rotatably supporting the rotor device according to the invention within the centrifuge vessel according to the invention.
  • the bearing device may comprise a ball bearing, roller bearings, or plain bearings. It may also have a rotating shaft which coincides with the (imaginary) axis of rotation.
  • the centrifuge may further comprise an electrical control device, in particular program-controlled control device, is controlled by the operation of the centrifuge.
  • the centrifuge may comprise a data storage device and / or a computing unit, e.g. CPU or a microprocessor for processing / storing digital data.
  • a data storage device e.g. CPU or a microprocessor for processing / storing digital data.
  • an adapted set of control data is stored in the data storage device or can be stored subsequently.
  • This data set is preferably adjusted so that the temperature inside the centrifuge, and / or the speed of the centrifuge are set to predetermined values, which are then automatically selected by the user of the centrifuge or the control program of the centrifuge, and in particular depending on the Choice of the user, to be optimally selected.
  • the data set contains control data in which, based on the present microgroove structure of the rotor means and / or the centrifuge bowl, there is minimal air friction between fluid inside the centrifuge and the surface of the rotor means and / or the centrifuge bowl.
  • These values can be determined by calculation, in particular a finite element simulation, and / or by experiments, wherein the air friction e.g. can be measured by the occurring waste heat.
  • the centrifuge has a housing device which partially or completely shields its components, in particular the centrifuge vessel, from the environment.
  • the housing device has a lid device, through which the interior of the centrifuge can be opened and securely closed.
  • the centrifuge has a means for cooling the centrifuge bowl and thus indirectly for cooling the rotor means. It can be a heat transfer medium, for example a cooling fluid, which flows around the parts to be cooled and removes the heat, in particular the occurring fluid friction heat, which occurs between fluid in the centrifuge and the outer surface of the rotor device and / or the inner surface of the centrifuge vessel.
  • the centrifuge may further comprise a user interface, e.g. a display, touch screen, other input or output elements, via which the user can set the most important operating parameters, in particular the number of revolutions (s), the centrifugation (s) and / or Zentrifugiersequenzen can set, which is characterized by a certain number of revolutions and / or centrifugation or via which the user can select a centrifuging program or set the parameters of a centrifuging program, wherein a centrifuging program may include the number of revolutions, the centrifuging time (s) and / or centrifuging sequences, as well as pause times, the absolute start and / or end time , the time constant or variable cooling and / or tempering adjustment of the interior of the rotor device for receiving the samples, and the like.
  • a user interface e.g. a display, touch screen, other input or output elements, via which the user can set the most important operating parameters, in particular the number of revolutions (s),
  • the centrifuge may have a sensor device for detecting the actual rotational speed and / or vibrations. It may have an electrical control device for controlling the number of revolutions in dependence on the measured value. Possibly measured rotational speeds and / or accelerations / vibrations exceeding a tolerance value may be indicated e.g. cause the instantaneous braking of the rotation to a tolerable number of revolutions or to zero.
  • the centrifuge is a laboratory centrifuge that achieves maximum revolutions up to 25,000 rpm.
  • the centrifuge is a high-speed centrifuge that achieves maximum revolutions up to 50,000 rpm.
  • the centrifuge is an ultracentrifuge that achieves maximum speeds of up to 500,000 rpm, especially when the latter Rotor device rotates in a vacuum. Also in the latter case, the inventive design with microgroove structure can reduce the power loss of the centrifuge.
  • the invention further relates to the method for producing a rotor device according to the invention or the centrifuge vessel according to the invention, wherein the microgroove structure is produced by a surface treatment, in particular by a removal method or a deposition method, as explained above, or by a casting method.
  • centrifuge vessel according to the invention and the centrifuge according to the invention can, where appropriate, be derived from the description of the preferred features of the rotor device according to the invention, in particular with regard to the design of the microgroove structure.
  • Fig. 1 shows a laboratory centrifuge 1, in this case a tabletop device for placement on a worktop, which has a rotor device 10 and a centrifuge vessel 100.
  • the rotor device has an outer surface 11, the centrifuge vessel has a Inner surface 101 on.
  • the rotor device is connected via a shaft 15 to a drive device 16, which may have an electric motor.
  • the centrifuge also has a cooling device 17, with which the centrifuge vessel 100 is cooled controlled during operation.
  • the cooling of the centrifuge bowl cools the fluid, here air, in the inner volume of the centrifuge bowl, and via the fluid also the rotor means, which rotates in the inner volume of the centrifuge bowl and heats the fluid and itself via the air friction.
  • the centrifuge also has an electrical control device 18.
  • the control means controls the drive means for bringing the rotational speed of the rotor means at the predetermined acceleration to the number of revolutions desired by the user, and also for shutting down again after the predetermined centrifuging time has elapsed.
  • the inputs are made by the user via a user interface 19 of the centrifuge.
  • Fig. 2 shows an embodiment of a rotor device 20 according to the invention, which is cut in this view along a plane containing the axis of rotation A.
  • the rotor device 20 extends concentrically to the axis of rotation A and substantially rotationally symmetrical, whereby an imbalance is avoided.
  • the rotor device 20 has a base body 22, for example made of aluminum, a cover portion 23 which covers and closes the inner region of the rotor device, and a closure element 24, with which the lid portion 23 arranged in the closure position is securely fastened to the drive shaft 25, also on the base body 22 is securely fastened.
  • the rotor device 20 is designed as a fixed angle rotor.
  • the rotor device 20 has a holding device for holding tubular sample vessels, whose tube containers are inserted through the openings of the holding frame of the holding device, and whose vessel caps are supported on the holding frame, so that the sample vessels are securely held by the holding device under the effect of gravity and centrifugal force ,
  • the outer surface 21 of the rotor device 20 has a surface portion 27.
  • This has a microgroove structure for reducing the air friction, as described for example in the following figures.
  • the other regions of the outer surface 21 of the rotor device preferably also have a microgroove structure.
  • Fig. 3 shows a perpendicular to the longitudinal direction of the rib considered cross section through the microgroove structure of a surface portion of the outer surface 31 of a rotor device according to the invention according to a preferred embodiment.
  • the grooves are formed as depressions of the outer surface 31.
  • the result of such a simulation is with respect to an inventively designed rotor device 200 according to an embodiment in Fig. 8 shown.
  • This rotor device has a maximum outer diameter D max of 24.5 cm.
  • the predetermined number of revolutions was 15000 rpm.
  • this maximum number of revolutions which are determined in particular maximum thrust velocities in dependence on the position on the outer surface of the rotor device, ie the local shear stress velocities, in particular their magnitudes and directions.
  • the angle ⁇ was indicated by the near-surface flow, and thus the shear stress, and thus the shear stress at each surface point of the surface of the rotor device.
  • this angle ⁇ is between 7.6 ° and 10 , 3 °, which is a good approximation of 9 °.
  • the angle ⁇ can, for example, be between 7.6 ° and -14.1 ° or -here in the innermost region- also partially between 10.3 ° and 13 °.
  • the boundary layer theory states that in a body flow, the flow velocity directly on the body surface must be zero, otherwise there would be no friction. Therefore, if the distance to the surface were set equal to zero in the calculation program when determining the velocity vectors, all the velocities would result in zero.
  • a sufficiently small distance between the surface and the computing plane to obtain even finite values for the velocity vectors. If this distance is increased, essentially only the absolute speed amount changes in accordance with the boundary layer profile. The situation is different with the shear stress. It is a measure of friction and greatest directly on the surface, with its direction coinciding with that of the velocity vectors.
  • Fig. 4 shows a cross section through the microgroove structure of a surface portion of the outer surface 41 of a rotor device according to the invention according to a further preferred embodiment.
  • Fig. 5 shows in perspective a microgroove structure of a surface portion of the outer surface of a rotor device according to the invention according to a further preferred embodiment.
  • the microgroove structure 64 has grooves 65 which extend parallel to an orbit about the axis of rotation and parallel to each other at a distance d of adjacent grooves less than 1 mm.
  • An orbit can generally completely or partially revolve around the axis of rotation.
  • a tangent C to the orbit is also a tangent C to the groove in the longitudinal direction.
  • FIG. 6 shows a diagram which describes the position of the angle ⁇ , which includes a groove of a micro groove structure, according to the invention embodiment, in a point of its longitudinal course, and thus with respect to this tangent C, with a plane of rotation Re +, which is perpendicular to the axis of rotation.
  • the optimum value for ⁇ , at which the air friction of the outer surface of the rotor device 21 is optimal, was calculated by means of a finite element simulation to ⁇ 9 °.
  • the angle ⁇ preferably varies along the longitudinal direction of a groove.
  • at least one of the parameters s, B, T also varies along the longitudinal direction of a groove.
  • 90 ° - ⁇ .
  • is the relative resistance reduction in%, as a function of the flank angle ⁇ or ⁇ , the partition. Accordingly, the grooves in the respective surface portion are arranged on the outer surface of the rotor device.
  • Fig. 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g and 7h each show a cross section through the microgroove structure according to a respective preferred embodiment of the invention, wherein the cross section is considered perpendicular to the longitudinal direction of the rib / groove.
  • the contour of a rib or a groove in this cross section or the profile is preferably rectangular ( Fig. 7a and Fig. 3 ), has angled side surfaces ( Fig. 7b and Fig. 4 ), is triangular, or the profile partially jagged ( Fig. 7c ) or quite jagged or from isosceles triangles ( Fig. 7h ), has rounded edges between side surfaces of the groove and the groove bottom ( Fig.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

The rotor device (20) has an internal area for receiving a sample to be centrifuged. An outer wall provided with an outer surface (21) is arranged around rotation of the rotor assembly of the fluid. The surface portion of the outer surface is provided with a micro-channeled structure. The grooves are extended at a distance less than 2mm of adjacent grooves. Independent claims are included for the following: (1) a centrifuge bowl for receiving rotor; (2) a centrifuge; and (3) a method of manufacturing a rotor assembly.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotoreinrichtung, einen die Rotoreinrichtung aufnehmenden Zentrifugenkessel und eine Zentrifuge, welche diese Rotoreinrichtung und/oder den Zentrifugenkessel aufweist, sowie das Herstellungsverfahren dieser Teile.The invention relates to a rotor device, a rotor device receiving centrifuge vessel and a centrifuge having this rotor device and / or the centrifuge vessel, and the manufacturing method of these parts.

Zentrifugen werden insbesondere als Laborzentrifugen dazu benutzt, um Proben mit Bestandteilen unterschiedlicher Dichte aufzutrennen, z.B. um in Fluiden enthaltene Teilchen vom Fluid zu trennen oder um Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte voneinander zu trennen. Man nutzt dabei die Massenträgheit der Teilchen aus, die im Vergleich zu dem sie umgebenden Fluid eine größere Dichte (Masse pro Volumen) aufweisen. Durch die Rotation der Probe um eine Rotationsachse der Zentrifuge wird eine Zentrifugalkraft erzeugt, durch die die dichteren Bestandteile innerhalb der Probe radial, d.h. senkrecht zur Rotationsachse nach außen getrieben werden. In biochemischen und biomedizinischen Laboratorien werden auf diese Weise insbesondere Makromoleküle, lebende Zellen oder Zellfragmente von Flüssigkeiten getrennt, oder Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte voneinander getrennt. Die Probe kann zum Beispiel eine Lösung von DNA in wässriger Lösung sein. Zur Durchführung einer Zentrifugation wird der Probenbehälter mit der Probe im innerhalb des Zentrifugenrotors vorgesehenen Bereich zur Aufnahme der zu zentrifugierenden Probe platziert. Dann wird die Probe je nach Erfordernis mit zum Beispiel bis zu 14000 Umdrehungen pro Minute rotiert. Bei solchen Umdrehungszahlen lässt sich zum Beispiel bei einer Probe bestehend aus einer wässrigen DNA-Lösung die DNA von der wässrigen Phase abtrennen. Zentrifugieren mit bis zu 500000 Umdrehungen pro Minute wird als Ultrazentrifugation bezeichnet. Damit lassen sich z.B. Lipoproteine aus einer wässrigen Lösung isolieren.Centrifuges are used in particular as laboratory centrifuges to separate samples with components of different densities, e.g. to separate particles contained in fluids from the fluid or to separate liquids of different densities from each other. It uses the inertia of the particles, which have a greater density (mass per volume) compared to the surrounding fluid. The rotation of the sample about an axis of rotation of the centrifuge produces a centrifugal force whereby the denser constituents within the sample become radial, i. be driven outwards perpendicular to the axis of rotation. In biochemical and biomedical laboratories, in particular, macromolecules, living cells or cell fragments are separated from liquids, or liquids of different densities are separated from one another. The sample may be, for example, a solution of DNA in aqueous solution. To carry out a centrifugation, the sample container with the sample is placed in the area provided inside the centrifuge rotor for receiving the sample to be centrifuged. Then, as required, the sample is rotated at, for example, 14,000 rpm. For example, with such a number of revolutions, the DNA can be separated from the aqueous phase in the case of a sample consisting of an aqueous DNA solution. Centrifugation at up to 500,000 revolutions per minute is referred to as ultracentrifugation. This can be used e.g. Isolate lipoproteins from an aqueous solution.

Wegen dieser hohen Umdrehungszahlen müssen Zentrifugenrotoren aus einem Material gefertigt werden, das eine ausreichende Stabilität gegenüber den auftretenden Zentrifugalkräften bietet. Meist bestehen die Rotoren aus Aluminium, manchmal auch aus Kunststoff, und weisen eine der erforderlichen Festigkeit entsprechende hohe Masse auf. Aufgrund ihrer großen Oberfläche und der hohen Drehzahl erfahren die Rotoren eine hohe Luftreibung, die sich zum einen in einer unerwünscht hohen Erwärmung des Rotors und damit der rotierten Proben und zum anderen in einem erhöhten Leistungsverbrauch der Zentrifuge bemerkbar macht. Es ist deshalb wünschenswert, die durch Luftreibung bewirkte, auf eine vorbestimmte Umdrehungszahl bezogene Verlustleistung der Zentrifugen zu reduzieren.Because of these high rotational speeds, centrifuge rotors must be made of a material that provides sufficient stability to the centrifugal forces encountered. Most of the rotors are made of aluminum, sometimes made of plastic, and have a high strength corresponding to the required strength on. Due to their large surface area and the high speed, the rotors experience high air friction, which is noticeable on the one hand in an undesirably high heating of the rotor and thus of the rotated samples and on the other in an increased power consumption of the centrifuge. It is therefore desirable to reduce the power dissipation caused by air friction, based on a predetermined number of revolutions of the centrifuges.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rotoreinrichtung für eine Zentrifuge, einen Zentrifugenkessel und eine Zentrifuge mit wenigstens einem dieser Teile und eine Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, wobei sich bei Verwendung der Zentrifuge oder wenigstens eines der Teile eine geringere, auf eine vorbestimmte Umdrehungszahl bezogene Verlustleistung der Zentrifuge ergibt.The object of the present invention is to provide a rotor device for a centrifuge, a centrifuge vessel and a centrifuge with at least one of these parts and a method for the production thereof, wherein, when using the centrifuge or at least one of the parts, a lower, related to a predetermined number of revolutions Power loss of the centrifuge results.

Die Erfindung löst diese Aufgabe insbesondere durch den Zentrifugenrotor gemäß Anspruch 1, den Zentrifugenkessel zur Aufnahme des Zentrifugenrotors nach Anspruch 13, und das Verfahren zur Herstellung zumindest eines dieser Bestandteile nach Anspruch 15. Bevorzugte Ausgestaltungen sind insbesondere Gegenstände der Unteransprüche.The invention solves this object in particular by the centrifuge rotor according to claim 1, the centrifuge vessel for holding the centrifuge rotor according to claim 13, and the method for producing at least one of these components according to claim 15. Preferred embodiments are in particular subject matters of the subclaims.

Der Erfindung liegen Messungen und Computersimulationen zugrunde, in denen überraschend festgestellt wurde, dass bei großen Festwinkelrotoren eine Verlustleistung von mehr als 500 Watt nur durch Luftreibung produziert wird. Dabei stellte sich heraus, dass fast der gesamte Luftwiderstand durch Luftreibung am Rotor und an den Kesselwänden erzeugt wird. Es ist diese Luftreibung, durch die sich der Rotor bei hohen Umdrehungszahlen stark aufheizt und dann aufwändig über die Kesselwand gegengekühlt werden muss. Durch die Gegenkühlung wächst die Luftdichte im Kessel und damit wiederum die Luftreibung.The invention is based on measurements and computer simulations in which it was surprisingly found that with large fixed-angle rotors a power loss of more than 500 watts is produced only by air friction. It turned out that almost the entire air resistance is generated by air friction on the rotor and on the boiler walls. It is this air friction that causes the rotor to heat up considerably at high speeds and then has to be counter-cooled by the boiler wall. The countercooling increases the air density in the boiler and thus the air friction.

Erfindungsgemäß ist die der Fluidströmung ausgesetzte Kontaktfläche der Zentrifuge, insbesondere die Außenfläche der Rotoreinrichtung und/oder die Innenfläche des Zentrifugenkessels, zumindest abschnittsweise mit einer Mikrorillenstruktur versehen. Durch die Lokalisierung der turbulenten Strömungsanteile innerhalb der Rillen wird der Energieaustausch zwischen den turbulenten Strömungsbereichen und der freien Strömung in einigem Abstand von der Außenfläche vermindert , so dass die Fluidreibung bzw. die Verlustleistung der Zentrifuge bis zu ca. 10% verringert werden kann. Die Optimierung der Mikrorillenstruktur kann, vorzugsweise in Abhängigkeit von den Erfordernissen des Einsatzzwecks und der Umdrehungszahlen der Zentrifuge, durch Einstellung verschiedener geometrischer Parameter erfolgen, was nachfolgend beschrieben wird. Die Anordnung von Rillenstrukturen an Oberflächen zur Reibungsreduktion sind nach Analysen der Haut von Haifischen in anderen Bereichen der Technik vorgeschlagen worden ( Bechert, DW. et al.; Experiments on drag-reducing surfaces and their optimization with an adjustable geometry; J. Fluid Mech. 338 (1997), S. 59-87 ).According to the invention, the contact surface of the centrifuge exposed to the fluid flow, in particular the outer surface of the rotor device and / or the inner surface of the centrifuge Centrifuge vessel, at least partially provided with a microgroove structure. By locating the turbulent flow components within the grooves, the energy exchange between the turbulent flow regions and the free flow is reduced at some distance from the outer surface, so that the fluid friction or the power loss of the centrifuge can be reduced by up to about 10%. The optimization of the microgroove structure can be carried out, preferably as a function of the requirements of the intended use and the number of revolutions of the centrifuge, by setting various geometric parameters, which will be described below. The arrangement of groove structures on surfaces for friction reduction have been proposed after analyzes of the skin of sharks in other fields of technology ( Bechert, DW. et al .; Experiments on drag-reducing surfaces and their optimization with an adjustable geometry; J. Fluid Mech. 338 (1997) p. 59-87 ).

Als Rillenstruktur, insbesondere gleichbedeutend auch als Mikrorillenstruktur, wird im Rahmen dieser Erfindung eine Vielzahl vorzugsweise im wesentlichen parallel verlaufender Rillen der Außenfläche bezeichnet, die insbesondere in einem Abstand d benachbarter Rillen kleiner als 2 mm verlaufen. Dieser Abstand d kann konstant sein, er kann sich aber insbesondere auch entlang des Längsverlaufs benachbarter Rillen ändern, insbesondere kontinuierlich ändern. Zwei im wesentlichen parallel verlaufende Rillen sind benachbart, wenn zwischen ihnen keine dritte Rille verläuft oder wenn die beiden Rillen durch eine einzige Trennwand, bezeichnet als Rippe, getrennt sind. Die Seitenwände einer Rippe bilden also die Seitenwände benachbarter Rillen. Die Breite B einer Rippe kann insbesondere dem Abstand d entsprechen.As a groove structure, in particular synonymous as a microgroove structure, a plurality of preferably substantially parallel grooves of the outer surface is referred to in the context of this invention, which extend in particular at a distance d of adjacent grooves less than 2 mm. This distance d may be constant, but it may in particular also change along the longitudinal course of adjacent grooves, in particular change continuously. Two substantially parallel grooves are adjacent when there is no third groove between them, or when the two grooves are separated by a single partition called a rib. The side walls of a rib thus form the side walls of adjacent grooves. The width B of a rib may in particular correspond to the distance d.

Als laminare Strömung und als turbulente Strömung werden in der Strömungsmechanik zwei grundsätzlich unterschiedliche Strömungsformen eines Fluids beschrieben. Die meisten Strömungen, die bei technischen Anwendungen auftreten, sind turbulent. Turbulente Strömungen weisen in der Regel höhere Reibungsverluste auf als laminare. Die erhöhte Reibung in der turbulenten Strömung entsteht durch Impulstransport quer zur Hauptströmungsrichtung in der Grenzschicht. Die Strömung unmittelbar an der überströmten Oberfläche wird durch Wirbelstrukturen dominiert, die energiereiches Fluid an die Wandoberfläche transportieren. Dieser - im Vergleich zur laminaren Strömung - zusätzliche Austausch von Impuls ist der Grund für die in der turbulenten Grenzschicht erhöhten Wandreibung. Die umströmte Oberfläche ist vorliegend insbesondere ein Abschnitt der Außenfläche einer Rotoreinheit oder der Innenfläche eines Zentrifugenkessels.As laminar flow and as turbulent flow, two fundamentally different flow forms of a fluid are described in fluid mechanics. Most of the currents that occur in technical applications are turbulent. Turbulent flows generally have higher friction losses than laminar flows. The increased friction in the turbulent flow is created by momentum transport transverse to the main flow direction in the boundary layer. The flow directly at the overflowed surface is dominated by vortex structures, the high-energy fluid transport to the wall surface. This additional exchange of momentum compared to the laminar flow is the reason for the increased wall friction in the turbulent boundary layer. In the present case, the surface around which it flows is in particular a section of the outer surface of a rotor unit or the inner surface of a centrifuge vessel.

Vorzugsweise ist die Mikrorillenstruktur so angepasst, dass ungefähr oder genau die lokale Reynoldszahl Re+ = 17. Dabei ist Re + = u τ s ν

Figure imgb0001
Preferably, the microgroove structure is adapted such that approximately or exactly the local Reynolds number Re + = 17. In this case re + = u τ s ν
Figure imgb0001

Die einzelnen Formelzeichen stehen für folgende Größen:

  • ν - charakteristische kinematische Viskosität des Fluids (m2 s-1). Die kinematische Viskosität von Luft ist temperaturabhängig, und beträgt bei Raumtemperatur etwa ν = 15 m2 s-1;
  • uτ - charakteristische lokale Schubspannungsgeschwindigkeit des Fluids gegenüber dem Körper (m s-1) wobei u τ = T w ρ ,
    Figure imgb0002

    mit Tw der lokalen Wandschubspannung und ρ der Dichte des Fluids.
    s - Rillenbreite.
The individual formula symbols stand for the following sizes:
  • ν - characteristic kinematic viscosity of the fluid (m 2 s -1 ). The kinematic viscosity of air is temperature-dependent, and at room temperature is approximately ν = 15 m 2 s -1 ;
  • u τ - characteristic local shear stress velocity of the fluid relative to the body (ms -1 ) where u τ = T w ρ .
    Figure imgb0002

    with T w the local wall shear stress and ρ the density of the fluid.
    s - groove width.

Die relative Widerstandsreduktion RR ist definiert als RR = (FR1 - FR2) / FR2, wobei FR1 der Reibungswiderstand einer Oberfläche mit der Mikrorillenstruktur und FR2 der Reibungswiderstand einer Oberfläche ohne die Mikrorillenstruktur ist. Der erzielte Wert für RR hängt von der Reynoldszahl Re+ ab. RR als Funktion der Reynoldszahl hat ein Minimum bei etwa Re+ = 17, d.h. die größte Widerstandsreduktion wird bei einer lokalen Reynoldszahl von 17 erreicht.The relative reduction resistance RR is defined as RR = (FR 1 - FR 2) / FR 2, wherein FR 1 is the friction resistance of a surface with the micro-groove structure and FR 2, the frictional resistance of a surface without the microgrooves structure. The value obtained for RR depends on the Reynolds number Re + . RR as a function of the Reynolds number has a minimum at about Re + = 17, ie the largest drag reduction is achieved at a local Reynolds number of 17.

Eine Widerstandsreduktion ist insbesondere in solchen Abschnitten einer umströmten Oberfläche von Bedeutung, in der die größten Reibungsverluste auftreten.A reduction in resistance is particularly important in those sections of a surface around which the greatest friction losses occur.

Generell kann man die Wandschubspannung, d.h. die Reibungskraft, die eine Strömung eines normalviskosen Fluids (Newton'sches Fluid) auf eine Fläche ausübt, charakterisieren durch: T w = μ * δu / δy

Figure imgb0003

wobei die Wandschubspannung tangential zur Kontaktfläche wirkt. Dabei ist µ die dynamische Viskosität, u ist die Strömungsgeschwindigkeit mit Bezug auf die angeströmte Kontaktfläche, die mit zunehmendem Abstand von der Kontaktfläche in Richtung y senkrecht von der Kontaktfläche weg größer wird.In general, the wall shear stress, ie the frictional force which a flow of a normal viscosity fluid (Newtonian fluid) exerts on a surface, can be characterized by: T w = μ * .DELTA.U / Dy
Figure imgb0003

wherein the wall shear stress acts tangentially to the contact surface. Here μ is the dynamic viscosity, u is the flow velocity with respect to the flowed contact surface, which increases with increasing distance from the contact surface in the direction y perpendicularly away from the contact surface.

Oberhalb einer viskosen Unterschicht y+ = ut * y / ν gilt die universelle turbulente Geschwindigkeitsverteilung: u + = 1 / k * lny + + 5 ,

Figure imgb0004

wobei k= 0,41 und u+ = U0 / ut. Hierbei bedeuten U0 die Geschwindigkeit der freien Anströmung und ut die Schubspannungsgeschwindigkeit, die definiert ist als: u t = T w / ρ
Figure imgb0005

wobei ρ die Dichte des Fluids ist, und ν = µ / ρ.Above a viscous sublayer y + = u t * y / v, the universal turbulent velocity distribution applies: u + = 1 / k * lny + + 5 .
Figure imgb0004

where k = 0.41 and u + = U 0 / u t . Here U 0 is the velocity of the free flow and u t is the shear stress, which is defined as: u t = T w / ρ
Figure imgb0005

where ρ is the density of the fluid, and ν = μ / ρ.

An der Oberseite eines eine Rille füllenden Wirbels mit dem Durchmesser Dw = 2h = s gilt bei optimaler Widerstandsreduktion y + = u τ * s / ν = 17 ,

Figure imgb0006

s und h, wie nachfolgend noch definiert.At the top of a vortex filling a groove with the diameter D w = 2h = s applies with optimal resistance reduction y + = u τ * s / ν = 17 .
Figure imgb0006

s and h, as defined below.

Durch Experiment und Simulation von typischen Laborzentrifugen, deren Rotoren und Zentrifugenkesseln wurde eine mögliche Näherungsformel zur Berechnung von uτ entwickelt zur Bestimmung von uτ in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit u0 der freien Strömung u τ u 0 / 11 , 9

Figure imgb0007
By experiment and simulation of typical laboratory centrifuges, their rotors and centrifuge boilers, a possible approximation formula for the calculation of u τ was developed for the determination of u τ as a function of the velocity u 0 of the free flow u τ u 0 / 11 . 9
Figure imgb0007

Die Schubspannungsgeschwindigkeit uτ ist ein Maß für die auftretende Reibungskraft. Sie lässt sich z.B. mittels einer Finite-Elemente-Simulation und - Modellierung der kompletten Strömung um die infragekommende umströmte Oberfläche ermitteln. Somit lassen sich die Abschnitte erhöhter Luftreibung anhand der Schubspannungsgeschwindigkeit ermitteln.The shear stress velocity u τ is a measure of the friction force occurring. It can be determined, for example, by means of a finite element simulation and modeling of the complete flow around the surface in question. Thus, the sections of increased air friction can be determined on the basis of the shear stress velocity.

Vorzugsweise weist die Rotoreinrichtung einen unteren Rotorabschnitt auf und vorzugsweise einen oberen Rotorabschnitt, welcher entlang der Rotationsachse oberhalb des unteren Rotorabschnitts angeordnet ist. Bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Rotoreinrichtung ist der untere Rotorabschnitt mit Bezug auf die Richtung der Gravitation unterhalb des oberen Rotorabschnitts angeordnet. Der untere und der obere Rotorabschnitt können separate Teile sein, können insbesondere verbunden oder verbindbar ausgebildet sein, oder können einstückig ausgebildet sein. Der untere Rotorabschnitt und der obere Rotorabschnitt sind vorzugsweise durch einen mittleren Rotorabschnitt verbunden, wobei der maximale Durchmesser des mittleren Rotorabschnitts vorzugsweise dem maximalen Durchmesser der Rotoreinrichtung Dmax entspricht und vorzugsweise der maximale Durchmesser des mittleren Rotorabschnitts vorzugsweise größer ist als der maximale Durchmesser des oberen Rotorabschnitts und vorzugsweise größer ist als der maximale Durchmesser des unteren Rotorabschnitts, wobei jeweils der Durchmesser in einer Rotationsebene der Rotoreinrichtung gemeint ist.The rotor device preferably has a lower rotor section and preferably an upper rotor section which is arranged along the axis of rotation above the lower rotor section. When the rotor device is used as intended, the lower rotor section is arranged below the upper rotor section with respect to the direction of gravity. The lower and the upper rotor section may be separate parts, in particular may be connected or connectable, or may be formed in one piece. The lower rotor section and the upper rotor section are preferably connected by a central rotor section, wherein the maximum diameter of the central rotor section preferably corresponds to the maximum diameter of the rotor device D max and preferably the maximum diameter of the central rotor section is preferably greater than the maximum diameter of the upper rotor section and is preferably greater than the maximum diameter of the lower rotor section, wherein in each case the diameter in a plane of rotation of the rotor device is meant.

Vorzugsweise weist die Rotoreinrichtung einen radial innen gelegenen Bereich und einen radial außen gelegenen Bereich auf. Der radial innen gelegene Bereich umfasst die Abschnitte der Rotoreinrichtung, die innerhalb des gedachten, konzentrisch zur Rotationsachse gelegenen Zylinders mit dem Außendurchmesser DA = c * Dmax liegen, wobei Dmax der maximale Durchmesser der Rotoreinrichtung in einer Rotationsebene senkrecht zur Rotationsachse ist, und wobei vorzugsweise c eine Zahl mit 0,1 <= c <= 0,9 ist, vorzugsweise 0,4 <= c <= 0,9, vorzugsweise 0,5 <= c <= 0,9, vorzugsweise etwa c= 0,5. Der radial außen gelegene Bereich umfasst die Abschnitte der Rotoreinrichtung, die außerhalb des radial innen gelegenen Bereichs liegen.Preferably, the rotor device has a radially inner region and a radially outer region. The radially inward region comprises the sections of the rotor device that lie within the imaginary cylinder, concentric with the axis of rotation, with the outer diameter D A = c * D max , where D max is the maximum diameter of the rotor device in a plane of rotation is perpendicular to the axis of rotation, and wherein preferably c is a number with 0.1 <= c <= 0.9, preferably 0.4 <= c <= 0.9, preferably 0.5 <= c <= 0.9 , preferably about c = 0.5. The radially outward region includes the portions of the rotor assembly which are outside the radially inward region.

Der maximale Durchmesser der Rotoreinrichtung Dmax liegt vorzugsweise zwischen D1max <= Dmax <= D2max, wobei vorzugsweise die untere Grenze D1max aus der Gruppe von bevorzugten Werten {10 cm, 20 cm; 30 cm; 50 cm; 100 cm} entnommen ist und wobei vorzugsweise die obere Grenze D2max aus der Gruppe von bevorzugten Werten {20 cm, 30 cm; 50 cm; 100 cm; 300 cm} entnommen ist.The maximum diameter of the rotor device D max is preferably between D1 max <= D max <= D 2 max , wherein preferably the lower limit D1 max is selected from the group of preferred values {10 cm, 20 cm; 30 cm; 50 cm; 100 cm} and preferably wherein the upper limit D2 max is selected from the group of preferred values {20 cm, 30 cm; 50 cm; 100 cm; 300 cm} is taken.

Vorzugsweise ist der mindestens eine Abschnitt, der die Mikrorillenstruktur aufweist, im oberen Rotorabschnitt angeordnet. Hier treten bei Rotoreinrichtungen von Zentrifugen besonders große Schubspannungsgeschwindigkeiten auf, wie sich in Finite-Elemente-Simulationen herausgestellt hat. Dabei ist es möglich und bevorzugt, dass der mindestens eine Abschnitt, der die Mikrorillenstruktur aufweist, im unteren Rotorabschnitt angeordnet ist, alternativ oder zusätzlich. Vorzugsweise ist der mindestens eine Abschnitt, der die Mikrorillenstruktur aufweist, im radial außen gelegenen Bereich der Rotoreinrichtung angeordnet, da auch hier bei den berechneten Rotorformen die größeren Schubspannungsgeschwindigkeiten auftreten; dies ist unmittelbar verständlich, denn im äußeren Bereich sind Bahnumlaufgeschwindigkeiten bei gleicher Winkelgeschwindigkeit höher. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich und bevorzugt, dass der mindestens eine Abschnitt, der die Mikrorillenstruktur aufweist, im radial innen gelegenen Bereich der Rotoreinrichtung angeordnet ist. Indem die Mikrorillenstruktur nur abschnittsweise auf der vom Fluid zu umströmenden Oberfläche angeordnet wird, wird insbesondere eine effiziente Abwägung aus Herstellungsaufwand und Reibungsverminderung getroffen. Das gilt auch für die bevorzugt erfindungsgemäß mit Mikrorillen versehene Innenfläche des Zentrifugenkessels.Preferably, the at least one section, which has the microgroove structure, is arranged in the upper rotor section. Centrifuges rotor devices have particularly high shear stress velocities, as has been shown in finite element simulations. It is possible and preferred that the at least one section, which has the microgroove structure, is arranged in the lower rotor section, alternatively or additionally. Preferably, the at least one section, which has the microgroove structure, is arranged in the radially outer region of the rotor device, since the larger shear stress velocities also occur here in the calculated rotor shapes; this is immediately understandable, because in the outer area, web speeds are higher at the same angular velocity. Alternatively or additionally, however, it is also possible and preferred for the at least one section, which has the microgroove structure, to be arranged in the radially inner region of the rotor device. By arranging the microgroove structure only in sections on the surface to be flowed around by the fluid, in particular an efficient balancing of production expenditure and reduction of friction is achieved. This also applies to the preferably provided according to the invention with microgrooves inner surface of the centrifuge vessel.

Vorzugsweise ist der mindestens eine Abschnitt, der die Mikrorillenstruktur aufweist, in dem Bereich der vom Fluid zu umströmenden Oberfläche, insbesondere Außenfläche der Rotoreinrichtung oder Innenfläche des Zentrifugenkessels, angeordnet, in dem bezogen auf diese Oberfläche A ein Anteil AF mit 40% <= AF/A <= 60% der größten Schubspannungsgeschwindigkeiten auftreten. Vorzugsweise 5% <= AF/A <= 95%, vorzugsweise 40% <= AF/A <= 60% und besonders bevorzugt 40% <= AF/A <= 60%. Dadurch wird der Aufwand bei der Bereitstellung der Mikrorillenstruktur reduziert, während die durch die Mikrorillenstruktur bewirkte Verminderung der Luftreibung in ausreichendem Maße erreicht wird.Preferably, the at least one section, which has the microgroove structure, is arranged in the region of the surface to be flowed around by the fluid, in particular outer surface of the rotor device or inner surface of the centrifuge vessel, in which based on this surface A, a proportion A F with 40% <= A F / A <= 60% of the greatest shear stress rates occur. Preferably 5% <= A F / A <= 95%, preferably 40% <= A F / A <= 60% and more preferably 40% <= A F / A <= 60%. As a result, the expense of providing the microgroove structure is reduced, while the reduction in air friction caused by the microgroove structure is sufficiently achieved.

Vorzugsweise ist im Wesentlichen die gesamte Außenfläche der Rotoreinrichtung mit der Mikrorillenstruktur versehen. Dadurch kann die Fluidreibung besonders stark reduziert werden.Preferably, substantially the entire outer surface of the rotor device is provided with the microgroove structure. As a result, the fluid friction can be greatly reduced.

Vorzugsweise sind die Rillen als Vertiefungen in der Oberfläche ausgebildet. Dies kann durch eine Bearbeitung der Außenfläche der Rotoreinrichtung oder der Innenfläche des Zentrifugenkessels erreicht werden, z.B. mittels Abtragungstechniken, z.B. mittels Spanen, mittels Laserablation, mittels Naß- oder Trockenätzen, insbesondere unter zu Hilfenahme von photolithographischen Verfahren. Es ist auch möglich und bevorzugt, dass die Rillen durch Rippenelemente auf der Außenwand gebildet werden, zwischen denen die Rillen ausgebildet sind. Solche Rippen können z.B. als zusätzliches Material mit der zu strukturierenden Oberfläche in einem Auftragungsverfahren verbunden werden, z.B. durch Aufdampfen von Material auf die Oberfläche, insbesondere unter zu Hilfenahme von photolithographischen Verfahren, insbesondere mittels Aufsputtern oder CVD (chemical vapor deposition). Ferner ist bevorzugt, dass die Mikrorillenstruktur durch Aufdrucken eines Materials, insbesondere eines Lacks, auf die Außenfläche der Rotoreinrichtung bzw. Innenfläche des Zentrifugenkessels erzeugt wird. Die beiden geometrischen Strukturen, die durch ein Abtragungsverfahren und ein Auftragungsverfahren erzeugt werden, können ununterscheidbar sein. Die Mikrorillenstruktur der Oberfläche kann auch durch Befestigen einer mit einer Mikrorillenstruktur versehenen Folie auf der Oberfläche und/oder Innenfläche hergestellt werden.Preferably, the grooves are formed as depressions in the surface. This can be achieved by machining the outer surface of the rotor means or the inner surface of the centrifuge bowl, e.g. by ablation techniques, e.g. by means of machining, by means of laser ablation, by wet or dry etching, in particular with the aid of photolithographic methods. It is also possible and preferable that the grooves are formed by rib members on the outer wall between which the grooves are formed. Such ribs may e.g. as an additional material to the surface to be patterned in a coating process, e.g. by vapor deposition of material onto the surface, in particular with the aid of photolithographic processes, in particular by means of sputtering or CVD (chemical vapor deposition). Furthermore, it is preferred that the microgroove structure is produced by printing a material, in particular a lacquer, on the outer surface of the rotor device or inner surface of the centrifuge vessel. The two geometric structures created by a removal process and a deposition process can be indistinguishable. The microgroove structure of the surface may also be made by attaching a microgroove patterned film to the surface and / or inside surface.

Vorzugsweise ist die Mikrorillenstruktur so ausgebildet, dass benachbarte Rillenwände in einem Abstand SR voneinander angeordnet sind, wobei der Abstand SR in der maximalen Höhe h - oder alternativ der halben Höhe h, z.B. falls eine Messung in maximaler Höhe nicht sinnvoll ist - benachbarter Rillenwände und parallel zum Flächenabschnitt mit dieser Rille bzw. zur Außenfläche oder Innenfläche gemessen wird, wobei die Höhe h ausgehend von dem Punkt geringster Höhe der Rille in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Rille und senkrecht von der Außenfläche der Rotoreinrichtung weg, oder der Innenfläche des Zentrifugenkessels weg, gemessen wird, wobei vorzugsweise s 1 < = s R < = s 2 ,

Figure imgb0008

wobei s1 = (1-f) * s und s2 = (1+f) * s, f ausgewählt aus der Gruppe von Zahlen {0,01; 0,02; 0,2; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 0,98; 0,99}, und
vorzugsweise s = Re + * ν / u τ ,
Figure imgb0009

insbesondere s = Re + * ν / u 0 / 11 , 9 ,
Figure imgb0010

wobei Re+ die lokale Reynoldszahl für die rotierende Rille ist, ν die kinematische Viskosität des Fluids und u0 eine durchschnittliche Anströmgeschwindigkeit des Fluids gegenüber der Rille, wobei insbesondere die Reynoldszahl Re+ = 17 ist und wobei insbesondere bei Raumtemperatur 21°C die Viskosität von Luft ν = 15 * 10^-6 m2 / s ist.Preferably, the microgroove structure is formed so that adjacent groove walls are arranged at a distance S R from each other, wherein the distance S R in the maximum Height h - or alternatively half the height h, for example, if a measurement at maximum height is not meaningful - adjacent groove walls and parallel to the surface portion with this groove or the outer surface or inner surface is measured, the height h starting from the point of lowest height of Groove in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the groove and perpendicular from the outer surface of the rotor device away, or the inner surface of the centrifuge vessel away, is measured, preferably s 1 < = s R < = s 2 .
Figure imgb0008

where s1 = (1-f) * s and s2 = (1 + f) * s, f selected from the group of numbers {0.01; 0.02; 0.2; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9; 0.98; 0.99}, and
preferably s = re + * ν / u τ .
Figure imgb0009

in particular s = re + * ν / u 0 / 11 . 9 .
Figure imgb0010

where Re + is the local Reynolds number for the rotating groove, ν is the kinematic viscosity of the fluid and u 0 is an average flow velocity of the fluid relative to the groove, in particular the Reynolds number Re + = 17 and in particular at room temperature 21 ° C the viscosity of Air ν = 15 * 10 ^ -6 m 2 / s.

Die Rillenbreite s wird demnach vorzugsweise in Abhängigkeit von der Schubspannungsgeschwindigkeit ausgewählt, die in dem die Mikrorillenstruktur aufweisenden Abschnitt zu erwarten ist. Die Schubspannungsgeschwindigkeit hängt insbesondere auch von der Umdrehungsgeschwindigkeit eines Punktes der Außenfläche v = r * ω ab, ω die Winkelgeschwindigkeit der Rotation und r der Abstand des Punktes von der Rotationsachse. Die Geschwindigkeit u0 der freien Strömung kann angenommen werden zu u0 = v oder u0 = 0,5 * v. Insbesondere wird die Rillenbreite s demnach vorzugsweise in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Schubspannungsgeschwindigkeit und/oder vorbestimmten Umdrehungszahl ausgewählt.Accordingly, the groove width s is preferably selected as a function of the shear stress rate to be expected in the section having the microgroove structure. The shear stress depends in particular on the rotational speed of a point of the outer surface v = r * ω, ω the angular velocity of the rotation and r the distance of the point from the axis of rotation. The velocity u 0 of the free flow can be assumed to be u 0 = v or u 0 = 0.5 * v. In particular, the groove width s becomes accordingly preferably selected as a function of a predetermined shear stress velocity and / or predetermined rotational speed.

Die vorbestimmte Schubspannungsgeschwindigkeit kann jene sein, die durchschnittlich in Bezug auf die typischen Umdrehungszahlen zu erwarten ist, oder die in Bezug auf den Durchschnitt der höheren Umdrehungszahlen der Zentrifuge zu erwarten ist, wobei als höhere Umdrehungszahlen jene im Bereich der 0,5-fachen oder 0,75-fachen maximalen Umdrehungszahl bis zur maximalen Umdrehungszahl der Zentrifuge und/oder der Rotoreinrichtung gelten, oder die in Bezug auf den Durchschnitt der maximal auftretenden Schubspannungsgeschwindigkeit bei maximaler Umdrehungszahl zu erwarten ist, oder die in Bezug auf den Durchschnitt der für den Betrieb der Rotoreinrichtung und/oder des Zentrifugenkessels und/oder der Zentrifuge am häufigsten erwarteten Umdrehungszahlen verwendet wird. Die vorbestimmte Schubspannungsgeschwindigkeit kann auch so bestimmt werden, dass der im praktischen Betrieb einer so ausgestalteten Zentrifuge eine maximale Reibungsreduktion erzielt wird. Das kann z.B. experimentell oder durch numerische Simulation ermittelt werden. Vorzugsweise wird mindestes einer - oder jeder - der hier beschriebenen Rillenparameter {s; h; T; B; α; β} in Abhängigkeit von der vorbestimmten Schubspannungsgeschwindigkeit ausgewählt.The predetermined shear stress velocity may be that which is expected on average with respect to the typical revolution numbers, or which is to be expected in relation to the average of the higher revolution numbers of the centrifuge, where as higher revolution numbers those in the range of 0.5 times or 0 , 75 times the maximum number of revolutions up to the maximum number of revolutions of the centrifuge and / or the rotor device, or which is to be expected in relation to the average of the maximum occurring shear stress speed at maximum rpm, or that with respect to the average of those for the operation of the rotor device and / or the centrifuge bowl and / or the centrifuge most frequently expected number of revolutions is used. The predetermined shear stress velocity can also be determined so that the maximum friction reduction is achieved in the practical operation of a centrifuge designed in this way. This can e.g. be determined experimentally or by numerical simulation. Preferably, at least one - or each - of the groove parameters {s; H; T; B; α; β} is selected as a function of the predetermined shear stress velocity.

Die lokale Wandschubspannung und damit die Schubspannungsgeschwindigkeit ändern sich bezüglich ihrer Richtung und ihres Betrags in Abhängigkeit von der Position auf der Außenfläche der Rotoreinrichtung oder der Innenfläche des Zentrifugenkessels. Die Richtungen der Wandschubspannung, der Schubspannungsgeschwindigkeit und der oberflächennahen Strömung des Fluids sind gleich. Eine optimale Widerstandsreduktion wird erreicht, wenn die Rillenbreite s in jedem Punkt entlang der Längsrichtung der Rille gemäß der Gleichung s = Re+ * ν / uτ bestimmt wird. Ein ausreichendes Maß der Widerstandsreduktion wird aber auch schon erreicht, wenn die Rillenbreite dem Optimalfall angenähert wird. Die Rillenbreite s kann z.B. über den Längsverlauf einer Rille konstant sein, ist aber vorzugsweise über den Längsverlauf einer Rille veränderlich. Insbesondere ist die Rillenbreite vorzugsweise mit steigender Schubspannungsgeschwindigkeit kleiner gewählt. Insbesondere wird die Rillenbreite vorzugsweise mit steigender Schubspannungsgeschwindigkeit kleiner gewählt.The local wall shear stress and thus the shear stress velocity vary with respect to their direction and magnitude depending on the position on the outer surface of the rotor means or the inner surface of the centrifuge bowl. The directions of wall shear stress, shear stress velocity, and near-surface flow of the fluid are the same. Optimal drag reduction is achieved when the groove width s at each point along the lengthwise direction of the groove is determined according to the equation s = Re + * ν / u τ . However, a sufficient degree of resistance reduction is already achieved if the groove width is approximated to the optimum case. The groove width s may for example be constant over the longitudinal course of a groove, but is preferably variable over the longitudinal course of a groove. In particular, the groove width is preferably increasing Shear stress speed chosen smaller. In particular, the groove width is preferably selected to be smaller with increasing shear stress velocity.

Vorzugsweise ist die Rillenbreite si zumindest in einem ersten Abschnitt der Außenfläche der Rotoreinrichtung kleiner als die Rillenbreite sii in einem zweiten Abschnitt der Außenfläche der Rotoreinrichtung, wobei der erste Abschnitt mit Bezug auf die Rotationsachse radial weiter außen liegt als der zweite Abschnitt. Da radial weiter außen in der Regel größere Schubspannungsgeschwindigkeiten auftreten, kann so die Widerstandsreduktion weiter optimiert werden.Preferably, the groove width s i is at least in a first portion of the outer surface of the rotor device smaller than the groove width s ii in a second portion of the outer surface of the rotor device, wherein the first portion with respect to the axis of rotation radially outward than the second portion. Since radially outward, as a rule, larger shear stress velocities occur, the resistance reduction can thus be further optimized.

Vorzugsweise ist die Mikrorillenstruktur so ausgebildet, dass benachbarte Rillenwände in einem Abstand s voneinander angeordnet sind, wobei der Abstand s in der maximalen Höhe h benachbarter Rillenwände, oder in der mittleren Höhe, senkrecht zur Längsrichtung der Rille und parallel zur Außenfläche der Rotoreinrichtung gemessen wird, wobei die Höhe h ausgehend von dem Punkt geringster Höhe der Rille in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Rille und senkrecht von der Außenfläche der Rotoreinrichtung weg gemessen wird, wobei s aus einem Bereich für s mit einem unteren Limit s1 und einem oberen Limit s2 gewählt ist, so dass s1 <= s <= s2, wobei s1 ausgewählt ist aus den Werten {1,0 µm; 5,0 µm; 10,0 µm; 20,0 µm; 30,0 µm; 40,0 µm} und s2 ausgewählt ist aus den Werten {40,0 µm; 50,0 µm; 60,0 µm; 70,0 µm; 80,0 µm; 100,0 µm; 200,0 µm; 500,0 µm}.Preferably, the microgroove structure is formed such that adjacent groove walls are spaced from each other by a distance s, the distance s being measured at the maximum height h of adjacent groove walls, or in the middle height, perpendicular to the longitudinal direction of the groove and parallel to the outer surface of the rotor means, the height h being measured from the point of least height of the groove in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the groove and perpendicularly away from the outer surface of the rotor device, where s is selected from a range for s with a lower limit s1 and an upper limit s2, such that s1 <= s <= s2, where s1 is selected from the values {1.0 μm; 5.0 μm; 10.0 μm; 20.0 μm; 30.0 μm; 40.0 μm} and s2 is selected from the values {40.0 μm; 50.0 μm; 60.0 μm; 70.0 μm; 80.0 μm; 100.0 μm; 200.0 μm; 500.0 μm}.

Besonders bevorzugt ist in dem radial innen gelegenen Bereich der Rotoreinrichtung ein erster Abstand benachbarter Rillenwände sinnen vorgesehen, und im radial außen gelegenen Bereich der Rotoreinrichtung ein zweiter Abstand Saußen vorgesehen, wobei vorzugsweise Sinnen ungleich saußen, und besonders bevorzugt Sinnen> Saußen, was sich aus der genannten Abhängigkeit von s(ut) ergibt. In einem besonders bevorzugten Fall, der bei einer Simulation einer typischen Laborzentrifuge modelliert wurde, ist 60 µm <= sinnen <= 85 µm und/oder 40 µm <= saußen < 60 µm. Dadurch ergeben sich optimale Effekte der Reibungsverminderung. Vorzugsweise liegt der mittlere Abstand Smittel der Rillen auf einer Rotoreinrichtung bei 40 µm <= smittel < = 80 µm, vorzugsweise 50 µm <= smittel < =70 µm, und besonders bevorzugt 55 µm <= smittel < = 65 µm, vozugsweise smittel ≈ 60 µm.More preferably in the radially inner region of the rotor means, a first distance between adjacent groove walls wherein preferably S inside unequal s outside, and more preferably S inside> S S is provided inside, and a second distance provided S outward in the radially outer region of the rotor device, on the outside , which results from the mentioned dependence of s (u t ). In a particularly preferred case, which was modeled in a simulation of a typical laboratory centrifuge, 60 μm <= s inside <= 85 μm and / or 40 μm <= s outside <60 μm. This results in optimal effects of friction reduction. Preferably, the average distance S means of the grooves on a rotor device at 40 microns <= s medium <= 80 microns, preferably 50 microns <= s medium <= 70 microns, and more preferably 55 microns <= s average <= 65 microns, preferably s medium ≈ 60 microns.

Die Tiefe T einer Rille entspricht ihrer Höhe h. Die Höhe h einer Rippe entspricht einer Höhe der benachbarten Rille. Vorzugsweise ist die Mikrorillenstruktur so ausgebildet, dass die Höhe h einer Rille aus einem Bereich für h mit einem unteren Limit h1 und einem oberen Limit h2 gewählt ist, so dass h1 <= h <= h2, wobei h1 = (1-f2) * s und h2 = (1+f2) * s, f2 ausgewählt aus der Gruppe von Zahlen {0,2; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9}, vorzugsweise h = 0,5 * s, s wie oben definiert.The depth T of a groove corresponds to its height h. The height h of a rib corresponds to a height of the adjacent groove. Preferably, the microgroove structure is formed such that the height h of a groove is selected from a range for h having a lower limit h1 and an upper limit h2 such that h1 <= h <= h2, where h1 = (1-f2) * s and h2 = (1 + f2) * s, f2 selected from the group of numbers {0,2; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9}, preferably h = 0.5 * s, s as defined above.

Vorzugsweise ist die Mikrorillenstruktur so ausgebildet, dass Höhe h einer Rille aus einem Bereich für h mit einem unteren Limit h1 und einem oberen Limit h2 gewählt ist, so dass h1 <= h <= h2, wobei h1 ausgewählt ist aus den Werten {2,0 µm; 5,0 µm; 10,0 µm; 20,0 µm; 30,0 µm; 40,0 µm} und h2 ausgewählt ist aus den Werten {40,0 µm; 50,0 µm; 60,0 µm; 70,0 µm; 80,0 µm; 100,0 µm; 200,0 µm; 300,0 µm}.Preferably, the microgroove structure is formed such that height h of a groove is selected from a range for h having a lower limit h1 and an upper limit h2 such that h1 <= h <= h2, where h1 is selected from the values {2, 0 μm; 5.0 μm; 10.0 μm; 20.0 μm; 30.0 μm; 40.0 μm} and h2 is selected from the values {40.0 μm; 50.0 μm; 60.0 μm; 70.0 μm; 80.0 μm; 100.0 μm; 200.0 μm; 300.0 μm}.

Vorzugsweise ist B = 0,02 * s, wobei s der Abstand benachbarter Rillenwände ist, wie oben definiert. Dadurch ergeben sich optimale Effekte der Reibungsverminderung. In einem besonders bevorzugten Fall, der bei einer Simulation einer typischen Laborzentrifuge modelliert wurde, ist 60 µm <= sinnen <= 85 µm und/oder 40 µm <= saußen < 60 µm.Preferably, B = 0.02 * s, where s is the spacing of adjacent groove walls, as defined above. This results in optimal effects of friction reduction. In a particularly preferred case, which was modeled in a simulation of a typical laboratory centrifuge, 60 μm <= s inside <= 85 μm and / or 40 μm <= s outside <60 μm.

Vorzugsweise ist h = 0,5 * s, wobei s der Abstand benachbarter Rillenwände ist, wie oben definiert. Dadurch ergeben sich optimale Effekte der Reibungsverminderung. In einem besonders bevorzugten Fall, der bei einer Simulation einer typischen Laborzentrifuge modelliert wurde, ist 30 µm <= h <= 42 µm und/oder 20 µm <= h < 30 µm. Vorzugsweise ist die durchschnittliche Tiefe Tmittel , gleich der die durchschnittlichen Höhe hmittel , aller Rillen der Rotoreinrichtung Tmittel ≈ 30 µm.Preferably, h = 0.5 * s, where s is the spacing of adjacent groove walls, as defined above. This results in optimal effects of friction reduction. In a particularly preferred case, which was modeled in a simulation of a typical laboratory centrifuge, 30 μm <= h <= 42 μm and / or 20 μm <= h <30 μm. Preferably, the average depth T middle , equal to the average height h medium , of all grooves of the rotor device T medium ≈ 30 microns.

Vorzugsweise ist die Mikrorillenstruktur so ausgebildet, dass die Rippe, die zwei benachbarte Rillen trennt und somit die Trennwand bildet, eine Breite B aufweist, die vorzugsweise dem Abstand d entspricht, wobei die Breite B in der maximalen Höhe h - oder alternativ in der halben Höhe h - der Trennwand, senkrecht zur Längsrichtung der Rille oder Rippe und parallel zur Außenfläche der Rotoreinrichtung bzw. Innenfläche des Zentrifugenkessels gemessen wird, wobei B aus einem Bereich für B mit einem unteren Limit B1 und einem oberen Limit B2 gewählt ist, so dass B1 <= B <= B2, wobei B1 ausgewählt ist aus den Werten {0,05 µm; 0,1 µm; 0,5 µm; 1,0 µm; 10,0 µm} und B2 ausgewählt ist aus den Werten {0,5 µm; 1,0 µm; 1,5 µm; 3,0 µm; 5,0 µm; 10,0 µm; 50,0 µm; 100,0 µm }, wobei vorzugsweise B = 0,02 * s, wobei s der Abstand benachbarter Rillenwände ist, wie oben definiert. In einem besonders bevorzugten Fall, der bei einer Simulation einer typischen Laborzentrifuge modelliert wurde, ist 0,5 µm <= B <= 4 µm und/oder 1 µm <= B < 2 µm. Die Breite B ist insbesondere gleich dem Abstand d benachbarter Rillen.Preferably, the microgroove structure is formed such that the rib separating two adjacent grooves and thus forming the dividing wall has a width B which preferably corresponds to the distance d, the width B being at the maximum height h - or alternatively at half the height h - the partition wall, perpendicular to the longitudinal direction of the groove or rib and parallel to the outer surface of the rotor device or inner surface of the Centrifugal vessel is measured, where B is selected from a range for B with a lower limit B1 and an upper limit B2, so that B1 <= B <= B2, where B1 is selected from the values {0.05 microns; 0.1 μm; 0.5 μm; 1.0 μm; 10.0 μm} and B2 is selected from the values {0.5 μm; 1.0 μm; 1.5 μm; 3.0 μm; 5.0 μm; 10.0 μm; 50.0 μm; 100.0 μm}, where preferably B = 0.02 * s, where s is the spacing of adjacent groove walls, as defined above. In a particularly preferred case, modeled on a simulation of a typical laboratory centrifuge, 0.5 μm <= B <= 4 μm and / or 1 μm <= B <2 μm. The width B is in particular equal to the distance d of adjacent grooves.

Vorzugsweise ist die Mikrorillenstruktur so ausgebildet, dass die Rippe, die zwei benachbarte Rillen trennt, mindestens eine Seitenfläche aufweist, die mit einer Normalen des Flächenabschnitts der Außenfläche einen spitzen Winkel α einschließt, wobei vorzugsweise α aus einem Bereich für α mit einem unteren Limit α1 und einem oberen Limit α2 gewählt ist, so dass α1 <= α <= α2, wobei α1 ausgewählt ist aus den Werten {0,0°; 5,0°; 10,0°; 20,0°} und α2 ausgewählt ist aus den Werten {0,0°; 5,0°; 10,0°; 20,0°; 45,0°}, vorzugsweise α = 0°. Dadurch ergeben sich optimale Effekte der Reibungsverminderung. Mindestens eine Seitenfläche der Rippe, / oder beide Seitenflächen, verläuft / verlaufen vorzugsweise nicht parallel zu einer Rotationsebene, die senkrecht zur Rotationsachse A verläuft. Es ist aber auch möglich und bevorzugt, dass eine oder beide Seitenflächen parallel zu einer Rotationsebene verlaufen.Preferably, the microgroove structure is formed such that the rib separating two adjacent grooves has at least one side surface which subtends an acute angle α with a normal of the surface portion of the outer surface, preferably α from a range for α with a lower limit α1 and an upper limit α2 is chosen so that α1 <= α <= α2, where α1 is selected from the values {0,0 °; 5.0 °; 10.0 °; 20,0 °} and α2 is selected from the values {0,0 °; 5.0 °; 10.0 °; 20.0 °; 45.0 °}, preferably α = 0 °. This results in optimal effects of friction reduction. At least one side face of the rib, or both side faces, preferably does not run parallel to a plane of rotation which is perpendicular to the axis of rotation A. However, it is also possible and preferred that one or both side surfaces extend parallel to a plane of rotation.

Vorzugsweise ist die Mikrorillenstruktur so ausgebildet, dass die Rippe, die zwei benachbarte Rillen trennt, in einem senkrecht zur Längsrichtung der Rippe betrachteten Querschnitt eine im wesentlichen rechteckförmige Kontur aufweist. Dadurch ergibt sich der größte Effekt der Reibungsverminderung, die 90° zwischen Rillenboden und Rillenwand, entsprechend dem Winkel α = 0° entsprechen dem bevorzugtesten Fall.Preferably, the microgroove structure is formed so that the rib, which separates two adjacent grooves, has a substantially rectangular contour in a cross section considered perpendicular to the longitudinal direction of the rib. This results in the largest effect of friction reduction, the 90 ° between groove bottom and groove wall, corresponding to the angle α = 0 ° correspond to the most preferred case.

Es ist aber auch möglich und bevorzugt, dass die Kontur der Rippe und/oder der Rippen und/oder der Rillenstruktur, in einem senkrecht zur Längsrichtung der Rippe betrachteten Querschnitt, mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: eine Kante am Übergang zwischen Rillenboden und Rillenseitenwand; eine Rundung am Übergang zwischen Rillenboden und Rillenseitenwand; eine Kante am Übergang zwischen Rillenseitenwand und Rippenaußenwand; eine Rundung am Übergang zwischen Rillenseitenwand und Rippenaußenwand; einen geraden oder gerundeten Rillenboden; eine gerade oder gerundete Rippenaußenwand. Die Kontur der Rippe(n) und/oder der Rille(n) in diesem Querschnitt kann dreieckig sein, insbesondere betreffend ein Dreieck mit gleichen Seiten. Die Kontur der Rillenstruktur kann gezackt sein, gewellt, mit periodischem oder nicht-periodischem Verlauf entlang der Außenfläche, senkrecht zur Längsrichtung der Rille. Mögliche Profile der Rillenstruktur sind beispielhaft in den Figuren 7a bis 7h gezeigt.However, it is also possible and preferred for the contour of the rib and / or the ribs and / or the groove structure, in a cross section considered perpendicular to the longitudinal direction of the rib, to have at least one of the following features: an edge at the transition between groove bottom and groove sidewall; a rounding at the transition between groove bottom and groove side wall; an edge at the junction between the groove side wall and the rib outer wall; a rounding at the transition between groove side wall and rib outer wall; a straight or rounded groove bottom; a straight or rounded rib outer wall. The contour of the rib (s) and / or the groove (s) in this cross-section may be triangular, in particular with respect to a triangle with equal sides. The contour of the groove structure may be serrated, wavy, with periodic or non-periodic progression along the outer surface, perpendicular to the longitudinal direction of the groove. Possible profiles of the groove structure are exemplary in the FIGS. 7a to 7h shown.

Vorzugsweise ist die Längsrichtung der Rille oder der Rillen, und/oder deren Umlaufbahn, zu der die Rillen der Mikrorillenstruktur des Flächenabschnitts parallel ausgerichtet sind, so ausgebildet, dass sie in jedem Punkt ihres Längsverlaufs einen Winkel β zur Fläche einer Rotationsebene aufweist, die senkrecht zur Rotationsachse verläuft. Vorzugsweise ist β ungleich Null. Es ist aber auch möglich und bevorzugt, dass β = 0 zumindest abschnittsweise oder im ganzen Bereich des Flächenabschnitts, der die Mikrorillenstruktur aufweist, oder insbesondere der ganzen Oberfläche, die die Mikrorillenstruktur aufweist.Preferably, the longitudinal direction of the groove or grooves, and / or its orbit, to which the grooves of the microgroove structure of the surface portion are aligned parallel, is formed so that at each point of its longitudinal course it has an angle β to the plane of a plane of rotation which is perpendicular to Rotation axis runs. Preferably, β is not equal to zero. However, it is also possible and preferred that β = 0 at least in sections or in the entire region of the surface section which has the microgroove structure, or in particular the entire surface which has the microgroove structure.

Vorzugsweise ist β über den ganzen Abschnitt, der die Mikrorillenstruktur aufweist, im Wesentlichen konstant. Unabhängig davon ist vorzugsweise β aus einem Bereich für β mit einem unteren Limit β1 und einem oberen Limit β2 gewählt, so dass β1 <= β <= β2, wobei β1 ausgewählt ist aus den Werten {0,0°; 5,0°; 10,0°; 20,0°} und β2 ausgewählt ist aus den Werten {0,0°; 5,0°; 10,0°; 20,0°; 45,0°; 60°}. Dadurch ergeben sich optimale Effekte der Reibungsverminderung.Preferably, β is substantially constant over the entire section having the microgroove structure. Independently thereof, β is preferably selected from a range for β with a lower limit β1 and an upper limit β2, so that β1 <= β <= β2, where β1 is selected from the values {0.0 °; 5.0 °; 10.0 °; 20,0 °} and β2 is selected from the values {0,0 °; 5.0 °; 10.0 °; 20.0 °; 45.0 °; 60 °}. This results in optimal effects of friction reduction.

Für Laborzentrifugen ergeben sich, ermittelt durch eine Finite-Elemente-Simulation, die Bereiche von vorzugsweise 5° <= β <= 20°, 7° <= β <= 15°, und besonders bevorzugt 7° <= β <= 12° , besonders bevorzugt β ≈ 9°. Neben einer Berechnung durch Simulation, insbesondere einer Finite-Elemente-Simulation, lässt sich der Winkel β auch experimentell bestimmen, z.B. durch das China-Clay Verfahren, das ein Kaolin-Aufsprühverfahren ist, oder durch Rauch-Visualisierungen. Die Richtung der Schubspannungsgeschwindigkeit entspricht insbesondere der Richtung der oberflächennahen Fluidströmung.For laboratory centrifuges determined by a finite element simulation, the ranges of preferably 5 ° <= β <= 20 °, 7 ° <= β <= 15 °, and particularly preferably 7 ° <= β <= 12 ° , more preferably β ≈ 9 °. In addition to a calculation by simulation, in particular a finite element simulation, the angle β can also be determined experimentally, for example by the China-Clay method, which is a kaolin spray-on method is, or by smoke visualizations. The direction of the shear stress velocity corresponds in particular to the direction of the near-surface fluid flow.

Vorzugsweise ist die Mikrorillenstruktur so ausgebildet, dass mindestens zwei benachbarte Rillen sich in mindestens einem Parameter zur Bestimmung der Rillengeometrie unterscheiden, wobei dieser Parameter aus der Gruppe von Parametern {s; h; T; B; α; β} ausgewählt ist. Mindestens einer dieser Parameter, oder alle diese Parameter, können sich entlang des Längsverlaufs einer Rille oder Rippe ändern, oder können konstant sein.Preferably, the microgroove structure is designed so that at least two adjacent grooves differ in at least one parameter for determining the groove geometry, this parameter being selected from the group of parameters {s; H; T; B; α; β} is selected. At least one of these parameters, or all of these parameters, may change along the length of a groove or rib, or may be constant.

Vorzugsweise ist die Mikrorillenstruktur so ausgebildet, dass die vorbestimmte Längsrichtung der Rillen der Richtung der an diesem Flächenabschnitt vorbeiströmenden Fluidströmung angepasst ist, insbesondere der lokal anliegenden Richtung der Wandschubspannung oder der Schubspannungsgeschwindigkeit entspricht, und insbesondere von der konzentrischen Umlaufrichtung abweicht, mit der jeder Punkt der Außenfläche in einer zur Rotationsachse senkrechten Rotationsebene rotiert.The microgroove structure is preferably designed such that the predetermined longitudinal direction of the grooves is adapted to the direction of the fluid flow flowing past this surface section, in particular corresponds to the locally applied direction of wall shear stress or the shear stress velocity, and in particular deviates from the concentric circulation direction with which each point of the outer surface rotated in a plane perpendicular to the rotation axis rotation plane.

Der Innenbereich der Rotoreinrichtung kann eine Halteeinrichtung zur Halterung von Laborprobengefäßen, insbesondere verschließbaren Probenröhrchen aufweisen. Die Halteeinrichtung kann gegenüber der Rotationsachse A der Rotoreinrichtung einen während der Rotation festen Winkel aufweisen, wobei die Halteeinrichtung in diesem Fall aber zur Verstellung dieses Winkels durch den Benutzer ausgebildet sein kann. Eine solche Rotoreinrichtung bezeichnet man als Festwinkelrotor. Die Halteeinrichtung kann aber auch gegenüber der Rotationsachse A der Rotoreinrichtung einen während der Rotation veränderlichen Winkel aufweisen, indem die Halteeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Probengefäße radial auswärts um eine Schwenkachse senkrecht zur Rotationsachse A ausschwenken zu lassen, der Zentrifugalkraft und/oder der Gravitation folgend. Eine solche Rotoreinrichtung bezeichnet man als Ausschwingrotor.The inner region of the rotor device can have a holding device for holding laboratory sample containers, in particular closable sample tubes. The holding device can have a fixed angle during rotation relative to the axis of rotation A of the rotor device, but in this case the holding device can be designed to adjust this angle by the user. Such a rotor device is called a fixed angle rotor. However, the retaining device can also have an angle which is variable during rotation relative to the axis of rotation A of the rotor device, in that the retaining device is designed to allow the sample vessels to swing radially outward about a pivot axis perpendicular to the axis of rotation A, following the centrifugal force and / or gravitation. Such a rotor device is called a swing-bucket rotor.

Besonders bevorzugt ist die Rotoreinrichtung ein Festwinkelrotor. Es ist aber auch möglich und bevorzugt, dass die Rotoreinrichtung ein Ausschwingrotor ist, der eine mindestens eine, vorzugsweise drei, vier oder mehrere Becherelemente aufweisende Halteeinrichtung aufweist, wobei ein Becherelement rotierbar um eine Schwenkachse am Basisteil der Rotoreinrichtung gelagert sind. Das Basisteil ist vorzugsweise zentral entlang der Rotationsachse A der Rotoreinrichtung angeordnet, vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Rotationsachse A ausgebildet. Ein Becherelement ist zur Aufnahme mindestens einer zu zentrifugierenden Probe ausgebildet. Das mindestens eine Becherelement weist eine Außenfläche mit mindestens einem Flächenabschnitt auf, der die Mikrorillenstruktur aufweist. Es ist auch möglich und bevorzugt, dass der Ausschwingrotor ein Hülleneinrichtung aufweist, die die Halteeinrichtung für die Proben teilweise oder vollständig umhüllt, einerseits in Umfangsrichtung um die Rotationsachse teilweise oder vollständig umhüllt und/oder nach oben und/oder nach unten teilweise oder vollständig umhüllt. Der Flächenabschnitt mit der Mikrorillenstruktur kann in diesem Fall auf der Außenseite der Hülleneinrichtung angeordnet sein.Particularly preferably, the rotor device is a fixed angle rotor. But it is also possible and preferred that the rotor device is a swing-bucket rotor, the one Has at least one, preferably three, four or more cup elements holding device, wherein a cup element rotatably mounted about a pivot axis on the base part of the rotor device. The base part is preferably arranged centrally along the axis of rotation A of the rotor device, preferably rotationally symmetrical to the axis of rotation A. A cup element is designed to receive at least one sample to be centrifuged. The at least one cup element has an outer surface with at least one surface portion which has the microgroove structure. It is also possible and preferable for the swing-bucket rotor to have a casing device which partially or completely encloses the holding device for the samples, partially or completely enveloped in the circumferential direction about the rotation axis and / or partially or completely enveloped upwardly and / or downwardly. The surface portion with the microgroove structure may in this case be arranged on the outside of the sheath device.

Vorzugsweise weist die Rotoreinrichtung oder die Hülleneinrichtung einen Außenwandabschnitt auf, der zylinderartig geformt ist, und der insbesondere diesen Flächenabschnitt mit Mikrorillenstruktur trägt. Eine zylinderartige Form lässt sich besonders einfach mit einer Mikrorillenstruktur versehen, deren Rillen in einem Abstand d benachbarter Rillen insbesondere kleiner als 2 mm verlaufen.The rotor device or the casing device preferably has an outer wall section which is shaped in the manner of a cylinder and in particular carries this surface section with a microgroove structure. A cylinder-like shape can be particularly easily provided with a microgroove structure whose grooves extend at a distance d of adjacent grooves, in particular smaller than 2 mm.

Die Rotoreinrichtung kann eine Deckeleinrichtung aufweisen, mit dem der Innenbereich der Rotoreinrichtung bedeckbar und/oder verschliessbar ist. Die Deckeleinrichtung kann ein Verschlusselement aufweisen, mit dem der Deckel an der Rotoreinrichtung befestigbar ist. Die Deckeleinrichtung und/oder das Verschlusselement kann eine Außenfläche mit mindestens einem Flächenabschnitt aufweisen, der eine Mikrorillenstruktur aufweist, deren Rillen in einem Abstand d benachbarter Rillen kleiner als 2 mm verlaufen.The rotor device can have a cover device with which the inner region of the rotor device can be covered and / or closed. The cover device can have a closure element with which the cover can be fastened to the rotor device. The cover device and / or the closure element can have an outer surface with at least one surface section which has a microgroove structure whose grooves extend at a distance d between adjacent grooves of less than 2 mm.

Der Flächenabschnitt, der eine Mikrorillenstruktur aufweist, insbesondere der Flächenabschnitt der Außenfläche der Rotoreinrichtung und/oder der Flächenabschnitt der Innenfläche des Zentrifugenkessels, läuft vorzugsweise teilweise oder vollständig um die Rotationsachse um. Eine Rille weist somit insbesondere die Form vorzugsweise einer offenen oder vorzugsweise einer geschlossenen Schleife auf. Die Mikrorillenstruktur weist vorzugsweise die Form einer Schale auf, die jeweils vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Rotationsachse A ausgebildet ist oder, alternativ, vorzugsweise nicht rotationssymmetrisch zur Rotationsachse A ausgebildet ist.The surface portion, which has a microgroove structure, in particular the surface portion of the outer surface of the rotor device and / or the surface portion of the inner surface of the centrifuge vessel, preferably runs partially or completely around the axis of rotation. A groove thus has, in particular, the shape preferably an open or preferably a closed loop. The microgroove structure preferably has the shape of a shell, which is in each case preferably rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation A or, alternatively, is preferably not rotationally symmetrical to the axis of rotation A.

Die Erfindung betrifft ferner den Zentrifugenkessel zur Aufnahme einer Rotoreinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend eine Innenwand mit einer Innenfläche, die bei Rotation der Rotoreinrichtung von dem Fluid umströmt wird, wobei die Innenfläche zumindest abschnittsweise eine Mikrorillenstruktur aufweist, deren Rillen - insbesondere im wesentlichen parallel zueinander - in einem Abstand d benachbarter Rillen kleiner als 2 mm verlaufen. Die Innenfläche des Zentrifugenkessels, und/oder der Zentrifugenkessel selbst, ist vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere einem Stahl, oder aus Kunststoff, oder aus Keramik gefertigt, oder weist ein solches Material auf. Der Zentrifugenkessel kann ein aus einem oder mehreren Bestandteilen zusammengesetztes Bauteil sein, dass das Innenvolumen, welches das Fluid enthält, in dem sich die Rotoreinrichtung dreht, teilweise oder vollständig umhüllt. Vorzugsweise ist zumindest ein Abschnitt einer Seitenwand des Zentrifugenkessels dazu ausgebildet, die Rotationsachse A konzentrisch und hohlzylinderförmig zu umgeben. Vorzugsweise ist die Seitenwand des Zentrifugenkessels dazu ausgebildet, die Rotationsachse A konzentrisch und hohlzylinderförmig zu umgeben. Dieser hohlzylinderförmige Bereich weist vorzugsweise eine Innenfläche mit einer Mikrorillenstruktur auf, die die Rotationsachse vorzugsweise teilweise oder vollständig umläuft. Der Zentrifugenkessel kann eine Bodenwand aufweisen, die eine Öffnung aufweisen kann, durch die die Antriebswelle der Rotoreinrichtung in das Innenvolumen des Zentrifugenkessels geführt sein kann. Der Zentrifugenkessel kann eine Deckenwand aufweisen.The invention further relates to the centrifuge vessel for receiving a rotor device according to one of the preceding claims, comprising an inner wall, which is surrounded by the fluid during rotation of the rotor device, the inner surface at least partially having a microgroove structure whose grooves - in particular substantially parallel to each other - at a distance d adjacent grooves smaller than 2 mm. The inner surface of the centrifuge vessel, and / or the centrifuge vessel itself, is preferably made of a metal, in particular a steel, or of plastic, or of ceramic, or comprises such a material. The centrifuge vessel may be a component composed of one or more components such that the internal volume, which contains the fluid in which the rotor device rotates, is partially or completely enveloped. Preferably, at least a portion of a side wall of the centrifuge tank is adapted to surround the axis of rotation A concentric and hollow cylindrical. Preferably, the side wall of the centrifuge tank is designed to surround the axis of rotation A concentric and hollow cylindrical. This hollow cylindrical region preferably has an inner surface with a microgroove structure which preferably partially or completely circumscribes the axis of rotation. The centrifuge vessel may have a bottom wall which may have an opening through which the drive shaft of the rotor means may be guided into the interior volume of the centrifuge vessel. The centrifuge bowl may have a top wall.

Die Erfindung betrifft ferner die Zentrifuge, aufweisend eine erfindungsgemäße Rotoreinrichtung und/oder den erfindungsgemäßen Zentrifugenkessel. Die Zentrifuge ist vorzugsweise eine Laborzentrifuge, insbesondere zur Zentrifugation von chemischen, biochemischen, biologischen und/oder medizinischen Proben. Die Zentrifuge ist vorzugsweise ein Tischgerät mit einem Gesamtvolumen von weniger als 0,5 m3, wobei das Gesamtvolumen als das Volumen des kleinsten Quaders aufgefasst wird, der die Laborzentrifuge vollständig aufnehmen kann.The invention further relates to the centrifuge, comprising a rotor device according to the invention and / or the centrifuge vessel according to the invention. The centrifuge is preferably a laboratory centrifuge, in particular for the centrifugation of chemical, biochemical, biological and / or medical samples. The centrifuge is preferably a tabletop device with a total volume of less than 0.5 m 3 , wherein the total volume is considered to be the volume of the smallest cuboid that can completely accommodate the laboratory centrifuge.

Die Zentrifuge weist vorzugsweise eine Lagereinrichtung zur drehbeweglichen Lagerung der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung innerhalb des erfindungsgemäßen Zentrifugenkessels auf. Die Lagereinrichtung kann eine Kugellager, Wälzlager, oder Gleitlager umfassen. Sie kann ferner eine Drehwelle aufweisen, die mit der (gedachten) Rotationsachse zusammenfällt.The centrifuge preferably has a bearing device for rotatably supporting the rotor device according to the invention within the centrifuge vessel according to the invention. The bearing device may comprise a ball bearing, roller bearings, or plain bearings. It may also have a rotating shaft which coincides with the (imaginary) axis of rotation.

Die Zentrifuge kann ferner eine elektrische Steuereinrichtung, insbesondere programmgesteuerte Steuereinrichtung aufweisen, durch der Betrieb der Zentrifuge gesteuert wird. Die Zentrifuge kann eine Datenspeichereinrichtung aufweisen und/oder eine Recheneinheit, z.B. CPU oder einen Mikroprozessor zum Verarbeiten/Speichern digitaler Daten. Vorzugsweise ist in der Datenspeichereinrichtung ein angepasster Satz von Steuerungsdaten gespeichert oder nachträglich speicherbar. Dieser Datensatz ist vorzugsweise so angepasst, dass die Temperatur im Inneren der Zentrifuge, und/oder die Geschwindigkeit der Zentrifuge auf zuvor bestimmte Werte eingestellt werden, die dann vom Benutzer der Zentrifuge oder dem Steuerungsprogramm der Zentrifuge automatisch ausgewählt werden, und insbesondere in Abhängigkeit von der Wahl des Benutzers, optimal ausgewählt werden. Der Datensatz enthält Steuerungsdaten, bei denen, angepasst an die vorliegende Mikrorillenstruktur der Rotoreinrichtung und/oder des Zentrifugenkessels, eine minimale Luftreibung zwischen Fluid im Inneren der Zentrifuge und der Oberfläche der Rotoreinrichtung und/oder des Zentrifugenkessels auftritt. Diese Werte können durch Berechnung, insbesondere eine Finite-Elemente-Simulation, und/oder durch Experimente ermittelt werden, wobei die Luftreibung z.B. über die auftretende Abwärme gemessen werden kann.The centrifuge may further comprise an electrical control device, in particular program-controlled control device, is controlled by the operation of the centrifuge. The centrifuge may comprise a data storage device and / or a computing unit, e.g. CPU or a microprocessor for processing / storing digital data. Preferably, an adapted set of control data is stored in the data storage device or can be stored subsequently. This data set is preferably adjusted so that the temperature inside the centrifuge, and / or the speed of the centrifuge are set to predetermined values, which are then automatically selected by the user of the centrifuge or the control program of the centrifuge, and in particular depending on the Choice of the user, to be optimally selected. The data set contains control data in which, based on the present microgroove structure of the rotor means and / or the centrifuge bowl, there is minimal air friction between fluid inside the centrifuge and the surface of the rotor means and / or the centrifuge bowl. These values can be determined by calculation, in particular a finite element simulation, and / or by experiments, wherein the air friction e.g. can be measured by the occurring waste heat.

Vorzugsweise weist die Zentrifuge eine Gehäuseeinrichtung auf, die ihre Komponenten, insbesondere den Zentrifugenkessel, teilweise oder vollständig zur Umgebung hin abschirmt. Vorzugsweise weist die Gehäuseeinrichtung eine Deckeleinrichtung auf, durch die der Innenraum der Zentrifuge geöffnet und sicher geschlossen werden kann. Vorzugsweise weist die Zentrifuge ein Mittel zum Kühlen des Zentrifugenkessels und damit indirekt zum Kühlen der Rotoreinrichtung auf. Es kann sich um ein Wärmetauschmittel handeln, z.B. eine Kühlfluid, dass die zu kühlenden Teile umströmt und die Wärme, insbesondere die auftretende Fluidreibungswärme abtransportiert, die zwischen Fluid in der Zentrifuge und der Außenfläche der Rotoreinrichtung und/oder der Innenfläche des Zentrifugenkessels auftritt.Preferably, the centrifuge has a housing device which partially or completely shields its components, in particular the centrifuge vessel, from the environment. Preferably, the housing device has a lid device, through which the interior of the centrifuge can be opened and securely closed. Preferably, the centrifuge has a means for cooling the centrifuge bowl and thus indirectly for cooling the rotor means. It can be a heat transfer medium, for example a cooling fluid, which flows around the parts to be cooled and removes the heat, in particular the occurring fluid friction heat, which occurs between fluid in the centrifuge and the outer surface of the rotor device and / or the inner surface of the centrifuge vessel.

Die Zentrifuge kann ferner eine Benutzerschnittstelle aufweisen, z.B. ein Display, Touchscreen, sonstige Eingabe oder Ausgabeelemente, über die der Benutzer die wichtigsten Betriebsparameter einstellen kann, insbesondere die Umdrehungszahl(en), die Zentrifugierzeit(en) und/oder Zentrifugiersequenzen einstellen kann, die durch eine bestimmte Umdrehungszahl und/oder Zentrifugierzeit gekennzeichnet ist, oder über die der Benutzer ein Zentrifugierprogramm auswählen kann oder die Parameter eines Zentrifugierprogramms festlegen kann, wobei ein Zentrifugierprogramm die Umdrehungszahl(en), die Zentrifugierzeit(en) und/oder Zentrifugiersequenzen enthalten kann, sowie Pausenzeiten, die absolute Start-und/oder Endzeit, die zeitlich konstante oder variable Kühl- und/oder Temperiereinstellung des Innenbereichs der Rotoreinrichtung zur Aufnahme der Proben, und dergleichen.The centrifuge may further comprise a user interface, e.g. a display, touch screen, other input or output elements, via which the user can set the most important operating parameters, in particular the number of revolutions (s), the centrifugation (s) and / or Zentrifugiersequenzen can set, which is characterized by a certain number of revolutions and / or centrifugation or via which the user can select a centrifuging program or set the parameters of a centrifuging program, wherein a centrifuging program may include the number of revolutions, the centrifuging time (s) and / or centrifuging sequences, as well as pause times, the absolute start and / or end time , the time constant or variable cooling and / or tempering adjustment of the interior of the rotor device for receiving the samples, and the like.

Die Zentrifuge kann eine Sensoreinrichtung zur Erfassung der tatsächlichen Umdrehungsgeschwindigkeit und/oder von Vibrationen aufweisen. Sie kann eine elektrische Regeleinrichtung zum Regeln der Umdrehungszahl in Abhängigkeit von der gemessenen Wertes aufweisen. Möglicherweise gemessene, einen Toleranzwert überschreitende Umdrehungszahlen und/oder Beschleunigungen/Vibrationen können z.B. das sofortige Abbremsen der Rotation auf eine tolerierbare Umdrehungszahl oder auf Null bewirken.The centrifuge may have a sensor device for detecting the actual rotational speed and / or vibrations. It may have an electrical control device for controlling the number of revolutions in dependence on the measured value. Possibly measured rotational speeds and / or accelerations / vibrations exceeding a tolerance value may be indicated e.g. cause the instantaneous braking of the rotation to a tolerable number of revolutions or to zero.

Vorzugsweise ist die Zentrifuge eine Laborzentrifuge, die maximale Umdrehungszahlen bis zu 25000 U/min erreicht. Vorzugsweise ist die Zentrifuge eine Hochgeschwindigkeitszentrifuge, die maximale Umdrehungszahlen bis zu 50000 U/min erreicht. Vorzugsweise ist die Zentrifuge eine Ultrazentrifuge, die maximale Umdrehungszahlen bis zu 500000 U/min erreicht, insbesondere wenn deren Rotoreinrichtung in einem Vakuum rotiert. Auch im letztgenannten Fall kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit Mikrorillenstruktur die Verlustleistung der Zentrifuge verringern.Preferably, the centrifuge is a laboratory centrifuge that achieves maximum revolutions up to 25,000 rpm. Preferably, the centrifuge is a high-speed centrifuge that achieves maximum revolutions up to 50,000 rpm. Preferably, the centrifuge is an ultracentrifuge that achieves maximum speeds of up to 500,000 rpm, especially when the latter Rotor device rotates in a vacuum. Also in the latter case, the inventive design with microgroove structure can reduce the power loss of the centrifuge.

Die Erfindung betrifft ferner das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung oder des erfindungsgemäßen Zentrifugenkessels, wobei die Mikrorillenstruktur durch eine Oberflächenbearbeitung, insbesondere durch ein Abtragungsverfahren oder eine Auftragungsverfahren, wie oben erläutert, oder durch ein Gussverfahren erzeugt wird.The invention further relates to the method for producing a rotor device according to the invention or the centrifuge vessel according to the invention, wherein the microgroove structure is produced by a surface treatment, in particular by a removal method or a deposition method, as explained above, or by a casting method.

Bevorzugte Merkmale des erfindungsgemäßen Zentrifugenkessels und der erfindungsgemäßen Zentrifuge können, wo sinnvoll, der Beschreibung der bevorzugten Merkmale der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung abgeleitet werden, insbesondere betreffend die Gestaltung der Mikrorillenstruktur.Preferred features of the centrifuge vessel according to the invention and the centrifuge according to the invention can, where appropriate, be derived from the description of the preferred features of the rotor device according to the invention, in particular with regard to the design of the microgroove structure.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung, des erfindungsgemäßen Zentrifugenkessels und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den Figuren und deren Beschreibung. Gleiche Bauteile der Ausführungsbeispiele werden im Wesentlichen durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet, falls dies nicht anders beschrieben wird oder sich nicht anders aus dem Kontext ergibt. Es zeigen:

  • Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zentrifuge, die eine Rotoreinrichtung und einen Zentrifugenkessel gemäß erfindungsgemäßer bevorzugter Ausgestaltungen aufweist.
  • Fig. 2 ist die perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung, die in dieser Ansicht entlang einer Ebene abgeschnitten ist, welche die Rotationsachse A enthält.
  • Fig. 3 zeigt einen senkrecht zur Längsrichtung der Rippe betrachteten Querschnitt durch die Mikrorillenstruktur eines Flächenabschnitts der Außenfläche einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung.
  • Fig. 4 zeigt einen senkrecht zur Längsrichtung der Rippe betrachteten Querschnitt durch die Mikrorillenstruktur eines Flächenabschnitts der Außenfläche einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung, in einem senkrecht zur Längsrichtung der Rippe betrachteten Querschnitt.
  • Fig. 5 zeigt perspektivisch eine Mikrorillenstruktur eines Flächenabschnitts der Außenfläche einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung.
  • Fig. 6 zeigt eine Diagramm, das die Lage des Winkels β beschreibt, den eine Rille einer Mikrorillenstruktur, gemäß erfindungsgemäßer Ausgestaltung, in einem Punkt ihres Längsverlaufs mit einer Rotationsebene Re+ einschließt, die zur Rotationsachse senkrecht steht.
  • Fig. 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g und 7h zeigen jeweils einen Querschnitt durch die Mikrorillenstruktur gemäß einer jeweils bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, wobei der Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung der Rippe betrachtet wird.
  • Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei der die Schubspannungsgeschwindigkeiten durch eine Finite-Elemente-Simulation ermittelt wurden, wobei die Richtungen dieser lokalen Schubspannungsgeschwindigkeiten als Pfeile eingezeichnet sind.
Further preferred embodiments of the rotor device according to the invention, the centrifuge vessel according to the invention and the method according to the invention will become apparent from the following description of the embodiments in conjunction with the figures and their description. Like components of the embodiments will be denoted essentially by like reference numerals, unless otherwise described or otherwise indicated by context. Show it:
  • Fig. 1 schematically shows an embodiment of a centrifuge according to the invention, which has a rotor device and a centrifuge vessel according to the invention preferred embodiments.
  • Fig. 2 is a perspective view of an embodiment of the rotor device according to the invention, which is cut in this view along a plane containing the axis of rotation A.
  • Fig. 3 shows a perpendicular to the longitudinal direction of the rib considered cross section through the microgroove structure of a surface portion of the outer surface of a rotor device according to the invention according to a preferred embodiment.
  • Fig. 4 shows a cross-section considered perpendicular to the longitudinal direction of the rib through the microgroove structure of a surface portion of the outer surface of a rotor device according to the invention according to a further preferred embodiment, in a cross section considered perpendicular to the longitudinal direction of the rib.
  • Fig. 5 shows in perspective a microgroove structure of a surface portion of the outer surface of a rotor device according to the invention according to a further preferred embodiment.
  • Fig. 6 shows a diagram which describes the position of the angle β, which includes a groove of a micro groove structure, according to the invention embodiment, at a point of its longitudinal course with a plane of rotation Re +, which is perpendicular to the axis of rotation.
  • Fig. 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g and 7h each show a cross section through the microgroove structure according to a respective preferred embodiment of the invention, wherein the cross section is considered perpendicular to the longitudinal direction of the rib.
  • Fig. 8 shows a perspective view of a rotor device according to the invention according to another embodiment, in which the shear stress velocities were determined by a finite element simulation, wherein the directions of these local shear stress velocities are plotted as arrows.

Fig. 1 zeigt eine Laborzentrifuge 1, vorliegend ein Tischgerät zur Anordnung auf einer Arbeitsplatte, die eine Rotoreinrichtung 10 und einen Zentrifugenkessel 100 aufweist. Die Rotoreinrichtung weist eine Außenfläche 11 auf, der Zentrifugenkessel weist eine Innenfläche 101 auf. Die Rotoreinrichtung ist über eine Welle 15 mit einer Antriebseinrichtung 16 verbunden, die einen Elektromotor aufweisen kann. Die Zentrifuge weist ferner eine Kühleinrichtung 17 auf, mit der der Zentrifugenkessel 100 im Betrieb geregelt gekühlt wird. Durch die Kühlung des Zentrifugenkessels wird das Fluid, hier Luft, im Innenvolumen des Zentrifugenkessels gekühlt, und über das Fluid auch die Rotoreinrichtung, die im Innenvolumen des Zentrifugenkessels rotiert und über die Luftreibung das Fluid und sich selbst erwärmt. Die Zentrifuge weist ferner eine elektrische Steuereinrichtung 18 auf. Die Steuereinrichtung regelt die Antriebseinrichtung, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotoreinrichtung mit der vorbestimmten Beschleunigung auf die vom Benutzer gewünschte Umdrehungszahl zu bringen, und nach Ablauf der vorbestimmten Zentrifugierzeit auch wieder herunterzufahren. Die Eingaben nimmt der Benutzer über eine Benutzerschnittstelle 19 der Zentrifuge vor. Fig. 1 shows a laboratory centrifuge 1, in this case a tabletop device for placement on a worktop, which has a rotor device 10 and a centrifuge vessel 100. The rotor device has an outer surface 11, the centrifuge vessel has a Inner surface 101 on. The rotor device is connected via a shaft 15 to a drive device 16, which may have an electric motor. The centrifuge also has a cooling device 17, with which the centrifuge vessel 100 is cooled controlled during operation. The cooling of the centrifuge bowl cools the fluid, here air, in the inner volume of the centrifuge bowl, and via the fluid also the rotor means, which rotates in the inner volume of the centrifuge bowl and heats the fluid and itself via the air friction. The centrifuge also has an electrical control device 18. The control means controls the drive means for bringing the rotational speed of the rotor means at the predetermined acceleration to the number of revolutions desired by the user, and also for shutting down again after the predetermined centrifuging time has elapsed. The inputs are made by the user via a user interface 19 of the centrifuge.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung 20, die in dieser Ansicht entlang einer Ebene geschnitten ist, welche die Rotationsachse A enthält. Die Rotoreinrichtung 20 verläuft konzentrisch zur Rotationsachse A und im wesentlichen mit rotationssymmetrisch, wodurch eine Unwucht vermieden wird. Die Rotoreinrichtung 20 weist einen Basiskörper 22 z.B. aus Aluminium auf, einen Deckelabschnitt 23, der den Innenbereich der Rotoreinrichtung bedeckt und verschließt, und ein Verschlusselement 24, mit dem der in der Verschlussposition angeordnete Deckelabschnitt 23 sicher an der Antriebswelle 25 befestigt wird, an der auch der Basiskörper 22 sicher befestigt ist. Fig. 2 shows an embodiment of a rotor device 20 according to the invention, which is cut in this view along a plane containing the axis of rotation A. The rotor device 20 extends concentrically to the axis of rotation A and substantially rotationally symmetrical, whereby an imbalance is avoided. The rotor device 20 has a base body 22, for example made of aluminum, a cover portion 23 which covers and closes the inner region of the rotor device, and a closure element 24, with which the lid portion 23 arranged in the closure position is securely fastened to the drive shaft 25, also on the base body 22 is securely fastened.

Die Rotoreinrichtung 20 ist als Festwinkelrotor ausgebildet. Die Rotoreinrichtung 20 weist eine Halteeinrichtung zum Halten von rohrförmigen Probengefäßen auf, deren Rohrbehälter durch die Öffnungen des Halterahmens der Halteeinrichtung gesteckt werden, und deren Gefäßkappen sich am Halterahmen abstützen, so dass die Probengefäße unter der Wirkung der Gravitation und Zentrifugalkraft sicher von der Halteeinrichtung gehalten werden.The rotor device 20 is designed as a fixed angle rotor. The rotor device 20 has a holding device for holding tubular sample vessels, whose tube containers are inserted through the openings of the holding frame of the holding device, and whose vessel caps are supported on the holding frame, so that the sample vessels are securely held by the holding device under the effect of gravity and centrifugal force ,

Die Außenfläche 21 der Rotoreinrichtung 20 weist einen Flächenabschnitt 27 auf. Dieser weist eine Mikrorillenstruktur zur Verminderung der Luftreibung auf, wie sie z.B. in den nachfolgenden Figuren beschrieben ist. Der Flächenabschnitt mit der Mikrorillenstruktur ist in einem radial außen gelegenen Bereich angeordnet, der außerhalb des gedachten, konzentrisch zur Rotationsachse gelegenen Zylinders 28 mit dem Außendurchmesser DA = 0,75 * Dmax liegt und innerhalb des konzentrisch zur Rotationsachse gelegenen Zylinders 29 mit dem Durchmesser Dmax, wobei Dmax der maximale Durchmesser der Rotoreinrichtung in einer Rotationsebene senkrecht zur Rotationsachse ist. Vorzugsweise weisen auch die anderen Bereiche der Außenfläche 21 der Rotoreinrichtung eine Mikrorillenstruktur auf.The outer surface 21 of the rotor device 20 has a surface portion 27. This has a microgroove structure for reducing the air friction, as described for example in the following figures. The surface section with the microgroove structure is arranged in a radially outer region which lies outside the imaginary cylinder 28 concentric with the axis of rotation with the outer diameter D A = 0.75 * D max and within the diameter of the cylinder 29 concentric with the axis of rotation D max , where D max is the maximum diameter of the rotor device in a plane of rotation perpendicular to the axis of rotation. The other regions of the outer surface 21 of the rotor device preferably also have a microgroove structure.

Fig. 3 zeigt einen senkrecht zur Längsrichtung der Rippe betrachteten Querschnitt durch die Mikrorillenstruktur eines Flächenabschnitts der Außenfläche 31 einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung. Die Rillen der Mikrorillenstruktur sind in gleichen Abständen d=s voneinander entfernt und verlaufen zueinander parallel. Die Rillen sind als Vertiefungen der Außenfläche 31 ausgebildet. Fig. 3 shows a perpendicular to the longitudinal direction of the rib considered cross section through the microgroove structure of a surface portion of the outer surface 31 of a rotor device according to the invention according to a preferred embodiment. The grooves of the microgroove structure are at equal distances d = s apart and parallel to each other. The grooves are formed as depressions of the outer surface 31.

Die optimalen Werte für den Rillenabstand s lassen sich über die Gleichung s = Re + * ν / u τ , und Re + = 17

Figure imgb0011

bestimmen, und die Schubspannungsgeschwindigkeit uτ , vorzugsweise auch deren Winkel β, wird durch eine Finite-Elemente-Simulation bestimmt. Das Ergebnis einer solchen Simulation ist in Bezug auf eine erfindungsgemäß gestaltete Rotoreinrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel in Fig. 8 gezeigt. Diese Rotoreinrichtung weist einen maximalen Außendurchmesser Dmax von 24,5 cm auf. Die vorbestimmte Umdrehungszahl war 15000 U/min. Auf diese Weise konnten für die vorbestimmte Umdrehungszahl der Rotoreinrichtung, z.B. diese maximale Umdrehungszahl, die - insbesondere maximalen- Schubspannungsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Position an der Außenfläche der Rotoreinrichtung ermittelt werden - also die lokalen Schubspannungsgeschwindigkeiten, insbesondere deren Beträge und Richtungen.The optimum values for the groove spacing s can be calculated using the equation s = re + * ν / u τ . and re + = 17
Figure imgb0011

determine, and the shear stress velocity u τ , preferably also the angle β, is determined by a finite element simulation. The result of such a simulation is with respect to an inventively designed rotor device 200 according to an embodiment in Fig. 8 shown. This rotor device has a maximum outer diameter D max of 24.5 cm. The predetermined number of revolutions was 15000 rpm. In this way, for the predetermined number of revolutions of the rotor device, for example this maximum number of revolutions, which are determined in particular maximum thrust velocities in dependence on the position on the outer surface of the rotor device, ie the local shear stress velocities, in particular their magnitudes and directions.

In der Simulation in Fig. 8 wurde insbesondere der Winkel β angegeben, den die oberflächennahe Strömung, und damit die Schubspannungsgeschwindigkeit, und somit die Schubspannung an jedem Oberflächenpunkt der Oberfläche der Rotoreinrichtung aufweist. Über große Teile der Oberfläche, in konzentrisch um die Rotationsachse gelegenen Bereichen der Oberfläche, insbesondere im radial zwischen der Rotationsachse und der äußersten Wand gelegenen Bereichen, die in einem Winkel ungleich Null zur Rotationsachse verlaufen, beträgt dieser Winkel β zwischen 7,6° und 10,3°, und liegt damit in guter Näherung bei 9°. In den Oberflächenbereichen weiter innen und außen, die mit der Rotationsachse insbesondere Winkel von etwa Null einschließen, also im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse verlaufen, kann der Winkel β z.B. zwischen 7,6° und -14,1° oder -hier im innersten Bereich- auch teilweise zwischen 10,3° und 13° liegen.In the simulation in Fig. 8 In particular, the angle β was indicated by the near-surface flow, and thus the shear stress, and thus the shear stress at each surface point of the surface of the rotor device. Over large parts of the surface, in areas of the surface concentric with the axis of rotation, in particular in the regions located radially between the axis of rotation and the outermost wall, which extend at an angle not equal to zero to the axis of rotation, this angle β is between 7.6 ° and 10 , 3 °, which is a good approximation of 9 °. In the surface regions further inwards and outwards, which in particular enclose angles of approximately zero with the axis of rotation, ie extend essentially parallel to the axis of rotation, the angle β can, for example, be between 7.6 ° and -14.1 ° or -here in the innermost region- also partially between 10.3 ° and 13 °.

Die Berechnung in der Simulation gemäß Fig. 8 erfolgt z.B. unter Berücksichtigung eines hinreichend kleinen Abstands da, z.B. da = 1 µm, gemessen senkrecht zur äußeren Oberfläche der Rotoreinrichtung, aus folgendem Grund: Die Grenzschichttheorie sagt aus, dass bei einer Körperströmung die Strömungsgeschwindigkeit direkt auf der Körperoberfläche gleich Null sein muss, sonst gäbe es auch keine Reibung. Würde daher in dem Rechenprogramm bei der Ermittlung der Geschwindigkeitsvektoren der Abstand zur Oberfläche gleich Null gesetzt werden, würden alle Geschwindigkeiten zu Null resultieren. Um ein Geschwindigkeitsfeld zu visualisieren, muss man also eine hinreichend kleine Distanz zwischen Oberfläche und Rechenebene lassen, um überhaupt endliche Werte für die Geschwindigkeitsvektoren zu erhalten. Vergrößert man diesen Abstand, so verändert sich entsprechend dem Grenzschichtprofil im Wesentlichen nur der absolute Geschwindigkeitsbetrag. Anders verhält es sich mit der Schubspannung. Sie ist ein Maß für die Reibung und eben direkt auf der Oberfläche am größten, wobei ihre Richtung mit der der Geschwindigkeitsvektoren übereinstimmt.The calculation in the simulation according to Fig. 8 takes place, for example, taking into account a sufficiently small distance d a , for example d a = 1 μm, measured perpendicular to the outer surface of the rotor device, for the following reason: The boundary layer theory states that in a body flow, the flow velocity directly on the body surface must be zero, otherwise there would be no friction. Therefore, if the distance to the surface were set equal to zero in the calculation program when determining the velocity vectors, all the velocities would result in zero. In order to visualize a velocity field, one has to leave a sufficiently small distance between the surface and the computing plane to obtain even finite values for the velocity vectors. If this distance is increased, essentially only the absolute speed amount changes in accordance with the boundary layer profile. The situation is different with the shear stress. It is a measure of friction and greatest directly on the surface, with its direction coinciding with that of the velocity vectors.

Im Beispiel der Fig. 3 ergibt sich im radial außen gelegenen Bereich der Rotoreinrichtung 20 ein Wert uτ = 5,0 m/s und im radial innen gelegenen Bereich ein Wert uτ = 3,5 m/s. Deshalb ist der optimale Wert für den Rillenabstand s im radial außen gelegenen Bereich saußen = 51 µm und im radial innen gelegenen Bereich sinnen = 73 µm. Die optimale Rillentiefe h=T wird zu T= 0,5 * s angesetzt, also Taußen = 26 µm und Tinnen = 36 µm. Der optimale Abstand zwischen den Rillen d=B, und damit die Breite B der Rippen, welche benachbarte Rillen trennen, ergibt sich zu B=0,02 * s, und damit zu B = 1,0 -1,5 µm. Der Winkel zwischen einer Rillenwand 32 und einer Normalen zur Außenfläche 31 schließt hier einen Winkel α = 0° ein. Dies entspricht einer bevorzugten Ausführungsform für α.In the example of Fig. 3 results in the radially outer region of the rotor device 20, a value u τ = 5.0 m / s and in the radially inner region of a value u τ = 3.5 m / s. Therefore, the optimum value for the groove pitch s is in the radially outward region s = 51 microns and outside the radially inner region inside s = 73 microns. The optimum groove depth h = T is set to T = 0.5 * s, ie T outward = 26 μm and T inward = 36 μm. The optimum distance between the grooves d = B, and thus the width B of the ribs separating adjacent grooves, is B = 0.02 * s, and thus B = 1.0 -1.5 μm. The angle between a groove wall 32 and a normal to the outer surface 31 includes here an angle α = 0 °. This corresponds to a preferred embodiment for α.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Mikrorillenstruktur eines Flächenabschnitts der Außenfläche 41 einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung. Die Rillenwände schließen hier mit der Normalen zur Außenfläche 41 einen Winkel α > 0° ein, nämlich insbesondere einen spitzen Winkel, also α < 90°, und vorliegend etwa α = 7°. Auch dies entspricht einer bevorzugten Ausführungsform für α, denn solche Rillen lassen sich einfacher fertigen, z.B. mittels Laserablation, als solche mit senkrechten Wänden (α = 0°). Fig. 4 shows a cross section through the microgroove structure of a surface portion of the outer surface 41 of a rotor device according to the invention according to a further preferred embodiment. The groove walls include here with the normal to the outer surface 41 an angle α> 0 °, namely in particular an acute angle, ie α <90 °, and in the present case about α = 7 °. This also corresponds to a preferred embodiment for α, because such grooves can be finished more easily, for example by means of laser ablation, than those with vertical walls (α = 0 °).

Fig. 5 zeigt perspektivisch eine Mikrorillenstruktur eines Flächenabschnitts der Außenfläche einer erfindungsgemäßen Rotoreinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung. Die Mikrorillenstruktur 64 weist Rillen 65 auf, die parallel einer Umlaufbahn um die Rotationsachse und parallel zueinander in einem Abstand d benachbarter Rillen kleiner als 1 mm verlaufen. Eine Umlaufbahn kann generell vollständig oder teilweise um die Rotationsachse umlaufen. Eine Tangente C an die Umlaufbahn ist auch eine Tangente C an die Rille in Längsrichtung. Fig. 6 zeigt eine Diagramm, das die Lage des Winkels β beschreibt, den eine Rille einer Mikrorillenstruktur, gemäß erfindungsgemäßer Ausgestaltung, in einem Punkt ihres Längsverlaufs, und damit bezüglich dieser Tangente C, mit einer Rotationsebene Re+ einschließt, die zur Rotationsachse senkrecht steht. Der optimale Wert für β, bei dem die Luftreibung der Außenfläche der Rotoreinrichtung 21 optimal ist, wurde mittels einer Finite-Elemente-Simulation errechnet zu β = 9°. Der Winkel β variiert vorzugsweise entlang der Längsrichtung einer Rille. Vorzugsweise variiert auch mindestens einer der Parameter s, B, T entlang der Längsrichtung einer Rille. Fig. 5 shows in perspective a microgroove structure of a surface portion of the outer surface of a rotor device according to the invention according to a further preferred embodiment. The microgroove structure 64 has grooves 65 which extend parallel to an orbit about the axis of rotation and parallel to each other at a distance d of adjacent grooves less than 1 mm. An orbit can generally completely or partially revolve around the axis of rotation. A tangent C to the orbit is also a tangent C to the groove in the longitudinal direction. Fig. 6 shows a diagram which describes the position of the angle β, which includes a groove of a micro groove structure, according to the invention embodiment, in a point of its longitudinal course, and thus with respect to this tangent C, with a plane of rotation Re +, which is perpendicular to the axis of rotation. The optimum value for β, at which the air friction of the outer surface of the rotor device 21 is optimal, was calculated by means of a finite element simulation to β = 9 °. The angle β preferably varies along the longitudinal direction of a groove. Preferably, at least one of the parameters s, B, T also varies along the longitudinal direction of a groove.

Der Effekt des Winkels α einer Seitenwand der Rippe mit der Normalen zur Außenfläche auf die Luftreibung kann abgeschätzt werden mittels der Näherungsgleichung Δ = - 0 , 00003 * Φ 2 - 0 , 0583 * Φ + 10 ,

Figure imgb0012

wobei Φ = 90° - α. Δ ist die relative Widerstandsreduktion in %, als Funktion des Flankenwinkels Φ bzw. α, der Trennwand. Entsprechend sind die Rillen in dem betreffenden Flächenabschnitt auf der Außenfläche der Rotoreinrichtung angeordnet.The effect of the angle α of a side wall of the rib with the normal to the outer surface on the air friction can be estimated by means of the approximate equation Δ = - 0 . 00003 * Φ 2 - 0 . 0583 * Φ + 10 .
Figure imgb0012

where Φ = 90 ° - α. Δ is the relative resistance reduction in%, as a function of the flank angle Φ or α, the partition. Accordingly, the grooves in the respective surface portion are arranged on the outer surface of the rotor device.

Fig. 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g und 7h zeigen jeweils einen Querschnitt durch die Mikrorillenstruktur gemäß einer jeweils bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, wobei der Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung der Rippe / Rille betrachtet wird. Die Kontur einer Rippe bzw. einer Rille in diesem Querschnitt bzw. das Profil ist vorzugsweise rechteckig (Fig. 7a und Fig. 3), weist abgewinkelte Seitenflächen auf (Fig. 7b und Fig. 4), ist dreieckig, bzw. das Profil teilweise zackenförmig (Fig. 7c) oder ganz zackenförmig bzw. aus aneinander gereihten gleichschenkligen Dreiecken (Fig. 7h), weist abgerundete Kanten zwischen Seitenflächen der Rille und dem Rillenboden auf (Fig. 7d) und/oder weist insbesondere zusätzlich dazu abgerundete Kanten zwischen Außenwand der Rippe und Seitenwänden der Rippe auf (Fig. 7e), weist einen gerundeten Rillenboden auf, insbesondere mit einer kreisförmigen Kontur (Fig. 7f) und/oder weist insbesondere zusätzlich dazu eine gerundete Außenwand der Rippe auf, insbesondere mit einer kreisförmigen Kontur (Fig. 7g), wobei das Profil wellenförmig sein kann. Die Merkmale dieser Profile können auch kombiniert werden. Fig. 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g and 7h each show a cross section through the microgroove structure according to a respective preferred embodiment of the invention, wherein the cross section is considered perpendicular to the longitudinal direction of the rib / groove. The contour of a rib or a groove in this cross section or the profile is preferably rectangular ( Fig. 7a and Fig. 3 ), has angled side surfaces ( Fig. 7b and Fig. 4 ), is triangular, or the profile partially jagged ( Fig. 7c ) or quite jagged or from isosceles triangles ( Fig. 7h ), has rounded edges between side surfaces of the groove and the groove bottom ( Fig. 7d ) and / or in particular additionally has rounded edges between outer wall of the rib and side walls of the rib ( Fig. 7e ), has a rounded groove bottom, in particular with a circular contour ( Fig. 7f ) and / or in particular in addition to a rounded outer wall of the rib, in particular with a circular contour ( Fig. 7g ), wherein the profile can be wavy. The characteristics of these profiles can also be combined.

Claims (16)

Rotoreinrichtung (10; 20; 200) einer Zentrifuge (1), insbesondere Laborzentrifuge, ausgebildet zur Rotation um eine Rotationsachse A in einem Fluid, aufweisend einen Innenbereich zur Aufnahme einer zu zentrifugierenden Probe,
eine Außenwand mit einer Außenfläche (21; 31; 41), die bei Rotation der Rotoreinrichtung von dem Fluid umströmt wird,
wobei zumindest ein Flächenabschnitt der Außenfläche eine Mikrorillenstruktur (34; 44; 64) aufweist, deren Rillen (35; 45; 65) insbesondere in einem Abstand d benachbarter Rillen verlaufen, insbesondere mit d < 2 mm.
Rotor device (10, 20, 200) of a centrifuge (1), in particular a laboratory centrifuge, designed for rotation about an axis of rotation A in a fluid, having an inner region for receiving a sample to be centrifuged,
an outer wall having an outer surface (21; 31; 41), which is surrounded by the fluid during rotation of the rotor device,
wherein at least one surface portion of the outer surface has a microgroove structure (34; 44; 64) whose grooves (35; 45; 65) extend in particular at a distance d of adjacent grooves, in particular with d <2 mm.
Rotoreinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen als Vertiefungen in der Außenwand der Rotoreinrichtung ausgebildet sind und/oder durch Rippenelemente auf der Außenwand, zwischen denen die Rillen ausgebildet sind.Rotor device according to claim 1, characterized in that the grooves are formed as depressions in the outer wall of the rotor device and / or by rib elements on the outer wall, between which the grooves are formed. Rotoreinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen so angeordnet sind, dass sie jeweils im wesentlichen in Längsrichtung parallel der Richtung der Wandschubspannung verlaufen, die sich aus der Reibung des Fluids an der Außenwand ergibt, wenn das Fluid bei einer vorbestimmten Umdrehungszahl der rotierenden Rotoreinrichtung an der Außenfläche entlang strömt.A rotor device according to claim 1, characterized in that the grooves are arranged so that they each extend in a substantially longitudinal direction parallel to the direction of wall shear stress resulting from the friction of the fluid on the outer wall when the fluid at a predetermined number of revolutions of the rotating Rotor device along the outer surface flows along. Rotoreinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rille jeweils zwei benachbarte Rillenwände aufweist, die in einem Abstand s voneinander angeordnet sind, wobei der Abstand in der maximalen Höhe h benachbarter Rillenwände, senkrecht zur Längsrichtung der Rille und parallel zur Außenfläche der Rotoreinrichtung gemessen wird, wobei die Höhe h ausgehend von dem Punkt geringster Höhe der Rille in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Rille und senkrecht von der Außenfläche der Rotoreinrichtung weg gemessen wird, wobei s aus einem Bereich für s mit einem unteren Limit s1 und einem oberen Limit s2 gewählt ist, so dass s1 <= s <= s2, wobei s1 ausgewählt ist aus den Werten {1,0 µm; 5,0 µm; 10,0 µm; 20,0 µm; 30,0 µm; 40,0 µm} und s2 ausgewählt ist aus den Werten {40,0 µm; 50,0 µm; 60,0 µm; 70,0 µm; 80,0 µm; 100,0 µm; 200,0 µm; 500,0 µm}.Rotor device according to one of the preceding claims, characterized in that a groove each having two adjacent groove walls, which are arranged at a distance s from each other, wherein the distance in the maximum height h of adjacent groove walls, perpendicular to the longitudinal direction of the groove and parallel to the outer surface of the rotor device is measured, the Height h is measured starting from the point of least height of the groove in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the groove and perpendicular away from the outer surface of the rotor device, where s is selected from a range for s with a lower limit s1 and an upper limit s2, so that s1 <= s <= s2, where s1 is selected from the values {1.0 μm; 5.0 μm; 10.0 μm; 20.0 μm; 30.0 μm; 40.0 μm} and s2 is selected from the values {40.0 μm; 50.0 μm; 60.0 μm; 70.0 μm; 80.0 μm; 100.0 μm; 200.0 μm; 500.0 μm}. Rotoreinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Rillenwände in einem Abstand sR voneinander angeordnet sind, wobei der Abstand in der maximalen Höhe h benachbarter Rillenwände, senkrecht zur Längsrichtung der Rille und parallel zur Außenfläche der Rotoreinrichtung gemessen wird, wobei die Höhe h ausgehend von dem Punkt geringster Höhe der Rille in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Rille und senkrecht von der Außenfläche der Rotoreinrichtung weg gemessen wird, wobei s 1 < = s R < = s 2 ,
Figure imgb0013

wobei s1 = (1-f) * s und s2 = (1+f) * s, f ausgewählt aus der Gruppe von Zahlen {0,2; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9}, und
s = Re+ * ν / (u+), wobei Re+ die lokale Reynoldszahl für die rotierende Rille ist, ν die kinematische Viskosität des Fluids und u+ die Schubspannungsgeschwindigkeit bei einer vorbestimmten Umdrehungszahl am Ort der Abstandsbestimmung ist, wobei insbesondere die Reynoldszahl Re+ = 17 ist und wobei insbesondere ν = 15 * 10^-6 m2 / s ist.
Rotor device according to one of the preceding claims, characterized in that adjacent groove walls are arranged at a distance s R from each other, wherein the distance in the maximum height h of adjacent groove walls, perpendicular to the longitudinal direction of the groove and parallel to the outer surface of the rotor device is measured, the height h is measured starting from the point of least height of the groove in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the groove and perpendicularly away from the outer surface of the rotor device, wherein s 1 < = s R < = s 2 .
Figure imgb0013

where s1 = (1-f) * s and s2 = (1 + f) * s, f selected from the group of numbers {0,2; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9}, and
s = Re + * ν / (u + ), where Re + is the local Reynolds number for the rotating groove, ν is the kinematic viscosity of the fluid and u + the shear stress velocity at a predetermined revolution number at the location of the distance determination, in particular the Reynolds number Re + = 17 and in particular ν = 15 * 10 ^ -6 m 2 / s.
Rotoreinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe h einer Rille aus einem Bereich für h mit einem unteren Limit h1 und einem oberen Limit h2 gewählt ist, so dass h1 <= h <= h2, wobei h1 ausgewählt ist aus den Werten {2,0 µm; 5,0 µm; 10,0 µm; 20,0 µm; 30,0 µm; 40,0 µm} und h2 ausgewählt ist aus den Werten {40,0 µm; 50,0 µm; 60,0 µm; 70,0 µm; 80,0 µm; 100,0 µm; 200,0 µm; 300,0 µm}.Rotor device according to one of the preceding claims, characterized in that the height h of a groove is selected from a range for h with a lower limit h1 and an upper limit h2, so that h1 <= h <= h2, where h1 is selected from the Values {2.0 μm; 5.0 μm; 10.0 μm; 20.0 μm; 30.0 microns; 40.0 μm} and h2 is selected from the values {40.0 μm; 50.0 μm; 60.0 μm; 70.0 μm; 80.0 μm; 100.0 μm; 200.0 μm; 300.0 μm}. Rotoreinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche und Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe h einer Rilleaus einem Bereich für h mit einem unteren Limit h1 und einem oberen Limit h2 gewählt ist, so dass h1 <= h <= h2, wobei h1 = (1-f2) * s und h2 = (1+f2) * s, f2 ausgewählt aus der Gruppe von Zahlen {0,2; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9}, vorzugsweise T = 0,5 * s.Rotor device according to one of the preceding claims and claim 3 or 4, characterized in that the height h of a groove is selected from a range for h with a lower limit h1 and an upper limit h2, so that h1 <= h <= h2, where h1 = (1-f2) * s and h2 = (1 + f2) * s, f2 selected from the group of numbers {0,2; 0.5; 0.6; 0.7; 0.8; 0.9}, preferably T = 0.5 * s. Rotoreinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe, die zwei benachbarte Rillen trennt, eine Breite B aufweist, die dem Abstand d entspricht, wobei die Breite B in der maximalen Höhe h der Trennwand, senkrecht zur Längsachse der Rippe und parallel zur Außenfläche gemessen wird, wobei die Höhe h ausgehend von dem Punkt geringster Höhe der Rille in Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Rille und senkrecht von der Außenfläche der Rotoreinrichtung weg gemessen wird, wobei B aus einem Bereich für B mit einem unteren Limit B1 und einem oberen Limit B2 gewählt ist, so dass B1 <= B <= B2, wobei B1 ausgewählt ist aus den Werten {0,01; 0,02; 0,05 µm; 0,1 µm; 0,5 µm; 1,0 µm; 10,0 µm} und B2 ausgewählt ist aus den Werten {0,5 µm; 1,0 µm; 1,5 µm; 3,0 µm; 5,0 µm; 10,0 µm; 50,0 µm; 100,0 µm }.Rotor device according to one of the preceding claims, characterized in that the rib separating two adjacent grooves has a width B corresponding to the distance d, the width B being at the maximum height h of the partition, perpendicular to the longitudinal axis of the rib and parallel is measured to the outer surface, wherein the height h is measured starting from the point of least height of the groove in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the groove and perpendicularly away from the outer surface of the rotor device, wherein B from a range for B with a lower limit B1 and an upper Limit B2 is selected such that B1 <= B <= B2, where B1 is selected from the values {0.01; 0.02; 0.05 μm; 0.1 μm; 0.5 μm; 1.0 μm; 10.0 μm} and B2 is selected from the values {0.5 μm; 1.0 μm; 1.5 μm; 3.0 μm; 5.0 μm; 10.0 μm; 50.0 μm; 100.0 μm}. Rotoreinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe, die zwei benachbarte Rillen trennt, mindestens eine Seitenfläche aufweist, die mit einer Normalen des Flächenabschnitts der Außenfläche einen spitzen Winkel α einschließt, wobei vorzugsweise α aus einem Bereich für α mit einem unteren Limit α1 und einem oberen Limit α2 gewählt ist, so dass α1 <= α <= α2, wobei α1 ausgewählt ist aus den Werten {0,0°; 5,0°; 10,0°; 20,0°} und α2 ausgewählt ist aus den Werten {0,0°; 5,0°; 10,0°; 20,0°; 45,0°}, vorzugsweise α = 0°.Rotor device according to one of the preceding claims, characterized in that the rib separating two adjacent grooves has at least one side surface which forms an acute angle α with a normal of the surface portion of the outer surface, preferably α from a range for α with a lower one Limit α1 and an upper limit α2 is selected such that α1 <= α <= α2, where α1 is selected from the values {0,0 °; 5.0 °; 10.0 °; 20,0 °} and α2 is selected from the values {0,0 °; 5.0 °; 10.0 °; 20.0 °; 45.0 °}, preferably α = 0 °. Rotoreinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe, die zwei benachbarte Rillen trennt, in einem senkrecht zur Längsrichtung der Rippe betrachteten Querschnitt eine im wesentlichen rechteckförmige Kontur aufweist.Rotor device according to one of the preceding claims, characterized in that the rib, which separates two adjacent grooves, in a cross-section considered perpendicular to the longitudinal direction of the rib has a substantially rectangular contour. Rotoreinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei benachbarte Rillen sich in mindestens einem Parameter zur Bestimmung der Rillengeometrie unterscheiden, wobei dieser Parameter aus der Gruppe von Parametern {s; h; T; B; α; β} ausgewählt ist.Rotor device according to one of the preceding claims, characterized in that at least two adjacent grooves differ in at least one parameter for determining the groove geometry, said parameter being selected from the group of parameters {s; H; T; B; α; β} is selected. Rotoreinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen so angeordnet sind, dass ihre Längsrichtung von der konzentrischen Umlaufrichtung abweicht, mit der jeder Punkt der Außenfläche in einer zur Rotationsachse senkrechten Rotationsebene rotiert.Rotor device according to one of the preceding claims, characterized in that the grooves are arranged so that their longitudinal direction deviates from the concentric circumferential direction with which each point of the outer surface rotates in a plane perpendicular to the axis of rotation plane of rotation. Rotoreinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zylinderförmigen Außenwandabschnitt aufweist, der diesen Flächenabschnitt mit der Mikrorillenstruktur trägt.Rotor device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a cylindrical outer wall portion which carries this surface portion with the microgroove structure. Zentrifugenkessel (100) zur Aufnahme einer Rotoreinrichtung (10; 20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend
eine Innenwand mit einer Innenfläche (101), die bei Rotation der Rotoreinrichtung (10; 20) von dem Fluid umströmt wird,
wobei zumindest ein Flächenabschnitt der Innenfläche eine Mikrorillenstruktur (34;
44; 64) aufweist, deren Rillen (35; 45; 65) in einem Abstand d benachbarter Rillen verlaufen, insbesondere mit d < 2 mm.
A centrifuge vessel (100) for receiving a rotor device (10; 20) according to any one of the preceding claims comprising
an inner wall with an inner surface (101), which is surrounded by the fluid during rotation of the rotor device (10, 20),
wherein at least a surface portion of the inner surface of a microgroove structure (34;
44; 64) whose grooves (35; 45; 65) extend at a distance d between adjacent grooves, in particular with d <2 mm.
Zentrifuge (1), aufweisend eine Rotoreinrichtung (10; 20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 und/oder den Zentrifugenkessel (100) nach Anspruch 14.A centrifuge (1) comprising a rotor device (10; 20) according to any one of claims 1 to 13 and / or the centrifuge vessel (100) according to claim 14. Verfahren zur Herstellung einer Rotoreinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 oder des Zentrifugenkessel nach Anspruch 14, wobei die Rillenstruktur durch eine Oberflächenbearbeitung oder durch ein Gussverfahren erzeugt wird, insbesondere durch Aufdrucken der Mikrorillenstruktur auf die Außenfläche bzw. Innenfläche, oder durch Aufbringen einer Folie mit dieser Mikrorillenstruktur.A method of manufacturing a rotor device according to any one of claims 1 to 13 or the centrifuge vessel of claim 14, wherein the groove structure is produced by a surface treatment or by a casting process, in particular by printing the microgroove structure on the outer surface or by applying a film with this microgroove structure.
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