169352. lajstromszámú szabadalom • Mérőcella foglalat

3 169352 4 furat és a közte, valamint a rotor külső határoló felülete között elhelyezkedő anyagrész kiszakad. Ez a jelenség arra vezethető vissza, hogy a nagy igénybevétel hatására a rotor anyagának kristályrács szerkezetében mikroszkopikus nagyságrendű „el- 5 csúszások" jönnek létre, és ezek egymásra halmozódása végül is a robbanásszerű tönkremenetelhez vezet. Az első analitikai célokra szolgáló ultracentrifugákat a svéd származású Svedberg készítette. Az 10 ő nevéhez fűződnek az első mérőcella konstrukciók is. A mérés az analitikai cellákban helyet foglaló vizsgálati folyadékon áthaladó fénysugárnyalábbal történik. Az említett nagy mesterséges gravitációs térerők 15 miatt az analitikai vizsgálóteret határoló kvarc ablakokat gondosan tömíteni kell. A cella, valamint a rotor anyagára ható igénybevétel csökkentése érdekében elvileg a fordulatszámot kellene csökkenteni, ez azonban az ultracentrifuga használhatóságát kor- 20 látozná. Ugyancsak igénybevétel-csökkentő hatása van azonban annak is, ha a mérőcella átmérőjét csökkentjük. A kis átmérőjű mérőcellákat és az azokban elhelyezkedő mérőtereket tömíteni is könnyebb. 25 Svedberg ezért megpróbált szokatlanul kicsi - 15 mm átmérőjű - cellákat alkalmazni. A megoldás nem váltotta be a hozzáfűzött reményeket, mert az optikai feloldó képesség csekély volta miatt az analitikai vizsgálóteret, az ún. cella- 30 szektort meg kellett növelni, és ezáltal a cellaátmérő is növekedett. Az említett szempontok együttes figyelembevétele következtében a kb. 25 mm átmérőjű cellaméret alakult ki. Ezek a cellák már aránylag nagy 35 igénybevételt jelentettek a rotor számára, és ezért Svedberg nagyszilárdságú acélból készítette őket. Az acél esetében azonban a szakítószilárdság és a fajsúly viszonyszáma nem kedvező. Emiatt a későbbiekben áttértek a nagyszilárdságú alumínium- 40 ból - vagy kivételesen titánötvözetből - készült rotortok alkalmazására. Szilárdsági megfontolásokból próbálkoztak cinkötvözetű alumínium rotorok készítésével is. A cinkötvözetű alumínium azonban a kétségtelenül meg- 45 levő nagy szilárdsága mellett rendkívül rideg anyag és mint ilyen, sokkal érzékenyebb a feszültségcsúcsokra, mint az egyéb rotoranyagok. Ezért igen gyakori jelenség volt a rotorok fölrobbanása. A nagy fordulatszám esetleges további növelése, 50 és a rotorok élettartamának növelése érdekében próbálkoztak már azzal is, hogy a hagyományos hengeres cellatesteket olyanokkal helyettesítsék, amelyeknél a cella — alaprajzi értelemben — a rotor tengelye felé szélesedik. Ilyen megoldást ír le a 55 163 618 lajstromszámú magyar szabadalmi leírás. A mérőcella súlypontjának ily módon végrehajtott „hátrahelyezése" azonban ugyancsak nem váltotta be a hozzáfűzött reményeket. Mind a rotorok, mind pedig a cellatestek kialakítása bonyolultabbá 60 és költségesebbé vált, ugyanakkor az élettartam számottevően nem javult. Ezért ezek a „tárcsabetétek" nem tudtak elterjedni. A találmány célja olyan mérőcellafoglalat kifejlesztése nagyfordulatszámú ultracentrifugákhoz, 65 amely az optikai úton végrehajtott mérésék szempontjából elegendően nagy cellaátmérő esetén is és a szükséges élettartamon belül -ez általában a maximais fordulatszámon járatva 1000 óra üzemidőt jelent - biztosítja azt, hogy a rotor nagyszilárdságú anyaga nem fog robbanásszerűen tönkremenni. A találmányi gondolat alapja az a felismerés, hogy a rotoranyagban a robbanás akár a rotor és/vagy a cella meg nem felelő geometriai kialakítása, akár a rotor anyagának saját kristályszerkezeti hibája -lokális inhomogenitása - miatt következik be, ez mindenképpen szoros okozati összefüggésben van azzal a körülménnyel, hogy a mérőcella számára készített furat falára nagy erővel támaszkodó mérőcella a furatfal szélei közelében feszültségcsúcsokat eredményez. Ez annyit jelent, hogy a rotor élettartamának meghosszabbítása, tehát a robbanásszerű tönkremenetel megelőzése érdekében nem kell egyebet tenni, mint e feszültségcsúcsokat le kell építeni. A felismeréshez tartozik az is, hogy a feszültségcsúcsokat a furat széle közelében legegyszerűbben azáltal lehet leépíteni, ha magát a mérőcellát alakítjuk oly módon ki, hogy az a furat szélei közelében eleve ne is legyen alkalmas túlságosan nagy erők átadására. Ez pedig azáltal érhető el, ha a mérőcella fala a cellavégek közelében nagyobb alakváltozásra képes, mint a közbenső szakaszon. A kitűzött célnak megfelelően a találmány szerinti mérőcella-foglalat analitikai célokra szolgáló ultracentrifugák rotorjaihoz - amely foglalat a rotortestben kialakított egyenes körhenger alakú egy vagy több, a rotor forgástengelyével párhuzamos tengelyű házfuratba cserélhető módon beültetett, egyenes körhenger alakú cellaházat tartalmaz, a cellaház belsejében ugyancsak cserélhető belső- szelencében foglal helyet az analitikai vizsgálótér, az analitikai vizsgálótér átlátszó záróablakokkal tömítetten van határolva, a rotortestben pedig páros számú cella van elhelyezve, és ezek páronként egy-egy a rotor tengelyén átmenő közös átmérő mentén és a rotor tengelyétől egymással azonos távolságban helyezkednek el — oly módon van kialakítva, hogy a hengerpalást alakú cellaház falának egyik vagy mindkét vége a külső átmérő megtartása mellett hosszának legalább 1/80 részén le van gyöngítve, előnyösen azáltal, hogy a falvastagságot csökkentő bemunkálás útján nyúlványként van kialakítva. A találmány szerinti mérőcellafoglalat további ismérve lehet, hogy a legyöngített szakaszon a cellaház fala hirtelen keresztmetszet változással, egy másik lehetséges kiviteli alak esetén pedig esetleg fokozatos keresztmetszetváltozással van elvékonyítva. A mérőcella célszerű kiviteli alakjánál a belső szelence falában kívülről tömítetten lezárható, az analitikai vizsgáló térrel közlekedő töltőnyílás van kialakítva. A találmány szerinti mérőcellafoglalat előnye, hogy a végrehajtott kísérletek és a tényleges sorozatgyártás egymással egybehangzó tanúsága szerint még a szokásosnál nagyobb szilárdságú alumíniumötvözetek esetében sem következik be soha a ro-2