CH629977A5 - Schwenkbecherzentrifugen-rotor. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwenkbecherzentrifugen-Rotor mit einer Nabe, einem äusseren Ring, der einen oberen, einen mittleren und einen unteren Teil aufweist, einer radialen Einrichtung, die die Nabe und den Ring für eine Drehung um eine im wesentlichen vertikale Achse verbindet, und Halterangen zum schwenkbaren Halten der Becher derart, dass jeder Becher während des Betriebs mit seinem unteren Teil nach aussen schwenkbar und von dem Ring gegen eine Radialverschiebung abstützbar ist.

Bei einer bekannten Schwenkbecherzentrifuge sind Becher oder Halter schwenkbar am Rotor angebracht. Die Becher dienen zur Aufnahme von Teströhren oder anderen Probenbehältern. Solange sich der Rotor in der Ruhelage befindet, hängen die Schwenkbecher nach unten. Mit zunehmender Drehzahl des Zentrifugenrotors werden die Becher jedoch unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft mit ihrem unteren Teil immer weiter nach aussen geschwenkt, bis sie im wesentlichen horizontal und radial nach aussen ausgerichtet sind. Wenn nach der Trennung der Probenbestandteile in den Probenbehältern die Drehzahl des Rotors wieder bis auf Null verringert wird, schwenken die Becher wieder in ihre vertikale Ausgangslage zurück.

Ein bekannter Rotor dieser Art weist eine Rotornabe und einen eingeschlossenen Bereich mit radialen Bauteilen auf, die an der Rotornabe befestigt sind. Diese Bauteile tragen bzw. halten nicht nur die Becher, sondern auch einen äusseren Windschirm,• so dass der Luftwiderstand der Schwenkbecher innerhalb zulässiger Grenzen gehalten wird. Gewöhnlich ist noch ein Deckel vorgesehen, um das Rotorgehäuse zu vervollständigen. Die radialen Bauteile verringern jedoch den verfügbaren Laderaum des Zentrifugenrotors.

Eine weitere Schwierigkeit entsteht dadurch, dass die Becher hauptsächlich durch Stifte an den Bechern selbst oder an dem Rotorkörper gehalten werden. Dies bedeutet, dass derjenige Teil der Becher, der die Stifte oder Stiftfassungen aufnimmt, erheblich stärker ausgebildet sein muss und daher sperrig ist. Dies verringert die Kapazität des Rotors noch weiter.

Es ist auch bekannt, eine Bandage oder einen Ring am Umfang der Zentrifuge als Bodenstütze für die Schwenkbecher vorzusehen. Dies hat den Vorteil, dass die Becher-Schwenkbolzen schwächer ausgebildet werden können. Schwenkbecherzentrifugen mit einer derartigen Umfangs-bandage sind in den deutschen Patentschriften 1 782 602 und 104 170, in der schweizerischen Patentschrift 296 421 und in der britischen Patentschrift 505 446 beschrieben. Obwohl die in diesen Patentschriften beschriebenen Zentrifugen Schwenkbecher-Rotoren aufweisen, bei denen schwächere Becher-Schwenkbolzen verwendet werden können, ist bei allen die Kapazität durch die radialen Arme beschränkt. Ausserdem neigen diese bekannten Umfangsbänder dazu, sehr schwer zu werden und sich zu verbiegen, insbesondere bei hoher Belastung. Diese Eigenschaften erfordern ein wesentlich grösseres Zentrifugengehäuse als es an sich erforderlich ist, um die Bedienungsperson hinreichend zu schützen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die genannten Schwierigkeiten beseitigt sind und der zur Aufnahme verhältnismässig grossvolumiger Ladungen geeignet ist und dennoch einen verhältnismässig leichtgewichtigen Aufbau hat.

Ein solcher Rotor ist erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.

Bevorzugt ist bei dem Schwenkbecherzentrifugen-Rotor der eingangs erwähnten Art die radiale Einrichtung nur am unteren Teil des Rings zur Abstützung des Rings gegen Schwerkraft befestigt, und der Ring hat einen Querschnitt mit einer radialen Dicke, die in seinem Mittelteil kleiner als im oberen und unteren Teil ist. Dieser Aufbau gestattet die Verwendung leichter Ringe und erhöht das verfügbare Volumen im Rotorhohlraum bei einem Rotor mit vorgegebenem Durchmesser.

Vorzugsweise ist der Querschnitt des Rings nach aussen gekrümmt. Jede Halterung ist am unteren und oberen Teil des Rings befestigt. Dadurch können radiale Arme im Rotorhohlraum entfallen, während gleichzeitig das verfügbare Rotorvolumen erhöht wird. Vorteilhaft ist auch ein Ring mit einer zylindrischen Aussenseite. Günstigerweise kann ein scheibenförmiger Deckel auf dem oberen Ringteil und der Nabe aufliegen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung bevorzugter Ausfiihrungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer aufgebrochenen Schwenkbecher-Zentrifuge mit zwei Bechern in einer Betriebslage,

Fig. 2 die Ansicht eines Querschnitts der Zentrifuge nach Fig. 1, teilweise in Blockform,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Becherhalter in der Ansichtslage nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt eines alternativen Umfangs-rings, der für den Rotor nach Fig. 1 verwendet werden kann,

Fig. 5 einen Querschnitt eines weiteren alternativen Umfangrings, der für den Zentrifugenrotor nach Fig. 1 verwendet werden kann, und

Fig. 6 einen Axialschnitt eines Bechers und Adapters für diesen gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 stellen eine Schwenkbecher-Zentrifuge dar. Die Zentrifuge weist einen Hochleistungs-Rotorkreisel oder -dreharm 18 auf, der mittels herkömmlicher (nicht dargestellter) Lager usw. gelagert ist, so dass er von einer als

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Block 12 dargestellten Antriebseinrichtung angetrieben werden kann. Bei der Antriebseinrichtung 12 kann es sich um irgendeinen herkömmlichen Antrieb, zum Beispiel einen Elektromotor, eine Ölturbine u.dgl. handeln. Die Antriebsleistung wird über eine herkömmliche Antriebsverbindung 14 übertragen, mittels der der Rotor so gelagert ist, dass er um eine vertikale Achse angetrieben werden kann. Die Verbindung 14 endet im Dreharm 18. Die Oberseite des Dreharms 18 kann Antriebsstifte 20 aufweisen, die in entsprechende Ausnehmungen 22 in einer Antriebsbuchse 24 eingreifen können, die, z.B. mittels Schrauben 26, an einer Rotornabe 28 befestigt ist. Die Rotornabe 28 kann konisch ausgebildet und mit einer Ausnehmung 30 versehen sein, die genau auf den Dreharm 18 passt. Die Oberseite des Dreharms 18 hat ebenfalls eine Ausnehmung 32, die mit Innengewinde zur Aufnahme eines mit Aussengewinde versehenen Verriegelungsstifts 34 versehen ist, der am gegenüberliegenden Ende einen Knopf 36 aufweist. Der Knopf 36 ist an einem Blechstück drehbar angeordnet, das einen Deckel 38 für den Rotorhohlraum bildet. Der Deckel 38 ist im wesentlichen scheibenförmig. Bis hierhin ist die Zentrifuge in herkömmlicher Weise ausgebildet. Zweckmässig ist ein geformter unterer Ring 42, der vorzugsweise aus einem geschleuderten Leichtmetall, z.B. Aluminium oder Titan, hergestellt ist, mittels Schrauben und Unterlagscheiben 40 an der Nabe 28 befestigt. Die Schrauben 40 sind vorzugsweise in gleichen Abständen über den Umfang der Nabe verteilt angeordnet. Am äusseren Umfang des unteren Schlüsselrings 42 ist ein Um-fangsband oder -ring 44 befestigt. Dieser Ring 44 hat einen Querschnitt, der nach aussen gekrümmt ist, und kann aus Aluminium oder Titan oder einem anderen Leichtmetall hoher Zug- und Biegefestigkeit hergestellt sein. Stattdessen kann er auch aus einem Kunststoff hergestellt sein, der mit Fasern verstärkt ist, z.B. Glas-, Graphit-, borhochfesten Aramit- oder anderen geeigneten Fasern.

Der mittlere Teil 47 des an seiner Aussenseite konvexen, an seiner Innenseite konkaven Rings 44 ist in radialer Richtung dünner als der obere End- oder Randteil 46 und der untere End- oder Randteil 48. Der untere Randteil 48 ist durch gleichmässig über den Umfang verteilte Schrauben 50 am Umfangsteil des schüsseiförmigen Rings 42 befestigt.

Die Trag- oder Haltearme 54 für die Becher sind oben und unten jeweils am oberen Rand 46 und unteren Rand 48 des Umfangrings 44 befestigt, z.B. mittels Schrauben 56. Am Mittelteil der in Fig. 3 deutlicher dargestellten Haltearme 54 ist je ein Y-förmiger Sattel 60 vertikal, z.B. mit einer Abschrägung 58 im Haltearm, befestigt, wobei der mittlere Teil 59 des Y so geschlitzt ist, dass er am Haltearm mittels Bolzen 62 od.dgl. befestigt werden kann. Die Zinken oder Arme 64 bzw. 66 der Gabel oder des Sattels 60 weisen jeweils eine Bohrung 68 zur Aufnahme von Schwenkstücken 70 auf. Die Schwenkstücke sind jeweils mit einem rechteckigen Tragschaft 72 versehen, der durch Druckfedern 74, zum Beispiel Tellerfedern, und eine der Bohrungen 68 hindurchgeführt und befestigt ist, z.B. mittels einer Mutter 76. Hierbei ist der sonst rechteckige Schaft an seinem unteren Ende mit einem Gewinde zur Aufnahme der Mutter versehen. Auf diese Weise kann sich das Schwenkstück nicht leicht in der Bohrung 68 drehen.

Jedes Schwenkstück 70 hat einen Schwenkzapfen 80, der in Aufnahmen 82 an den Seiten der Becher 84 eingreifen kann. Die Becher 84 können in herkömmlicher Weise ausgebildet sein, also mit einem hohlen Aufnahmeraum und einem der Kontur des nach aussen gekrümmten Umfangrings 44 weitgehend angepassten Boden, wenn die Becher in die in Fig. 2 gestrichelt dargestellte Lage mit ihrem unteren Teil nach aussen geschwenkt sind. Die Ruhelage ist in Fig. 2 durch ausgezogene Linien dargestellt. Die Becher können aus irgendeinem geeigneten steifen, leichten Metall hoher Festigkeit, z.B. Aluminium oder Titan, hergestellt sein. In der Regel werden mit Blut oder anderen Flüssigkeiten gefüllte Behälter in den Bechern angeordnet. Statt die Aufnahmen für die Schwenkzapfen in den Bechern auszubilden, ist auch die umgekehrte Ausbildung möglich, bei der die Schwenkzapfen in den Bechern und die Aufnahmen in den Schwenkstücken ausgebildet sind.

Während des Betriebs hängen die Becher 84 zunächst nach unten (in der durch die ausgezogenen Linien in Fig. 2 dargestellten Lage), wobei sie in das verhältnismässig grosse Volumen ragen, das durch den haltearmfreien Innenraum des Rotorrings gebildet ist. Auf diese Weise können sehr viel grössere Becher und mithin grössere Volumen von Materialien, die zentrifugiert werden sollen, untergebracht werden. Ferner hat der Rotoraufbau ein verhältnismässig geringes Gewicht. Für den unteren schüsseiförmigen Ring 42 und den Deckel kann ein verhältnismässig dünnes Metallblech verwendet werden, weil der Ring 42 die einzige Aufgabe hat, den Umfangsring zu tragen. Im beladenen Zustand sorgt der Umfangsring 44 für die gesamte erforderliche Festigkeit. Wenn der Rotor z.B. mit Blutbehältern beladen ist, so dass sich in allen Bechern Blut befindet (oder in weniger als allen Bechern Jedoch so, dass die Belastung symmetrisch bzw. im Gleichgewicht ist), werden die Becher mit zunehmender Rotordrehzahl so lange mit ihren unteren Teilen nach aussen geschwenkt, bis sie die in Fig. 1 dargestellte horizontale Lage einnehmen. Mit steigender Zentrifugalkraft werden die Druckfedern 74 zusammengedrückt, so dass sich die Becher soweit nach aussen verschieben können, bis sie mit ihrem Boden auf dem Umfangsring 44 aufsitzen und mithin in der gewünschten Weise radial abgestützt werden. Die Form der Böden der Becher ist der Kontur der Innenseite des Rings sowohl in Umfangs- als auch in Axialrichtung angepasst.

Aufgrund seiner nach aussen gekrümmten Form lässt sich der Umfangsring leichter ausbilden als es bislang möglich war. Bei diesem Ring ist die Beanspruchung im oberen und unteren Randteil 46 und 48 am grössten. An diesen Rand- oder Endteilen 46,48 ist der Ring zur Aufnahme dieser Beanspruchung am dicksten ausgebildet. Die übrigen Teile des Rotors können daher aus weniger dickem Material hergestellt werden, so dass eine geringere Antriebsleistung als bislang bei diesen Rotoren erforderlich ist. Ferner erhöht die vertikale Krümmung des Umfangrings die mechanische Festigkeit des Ringkörpers, gegenüber einer unerwünschten Verbiegung unter der Last der verschiedenen, gegen den Ring drückenden Behälter.

Gemäss einer anderen Ausführung, die in Fig. 4 dargestellt ist, kann der Umfangsring 90 einen Querschnitt aufweisen, bei dem die Innenseite 92 so gekrümmt ist, dass sie der Kontur des Bodens der Behälter angepasst ist, während die Aussenseite 94 der Aussenseite eines Zylinders entspricht, d.h. die Schnittlinie der Aussenseite des Rings parallel zur Achse des Rotors verläuft. Diese Form lässt sich leichter herstellen und weist dennoch oben und unten einen verstärkten Rand auf, um die höhere Festigkeit ohne wesentliche Gewichtserhöhung zu erzielen.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Form des Umfangrings noch einfacher. Hier hat ein Querschnitt des Umfangrings 96 eine zylindrische Aussenseite 98 und eine Innenseite 100, deren mittlerer Teil in Radialrichtung dünner als die oberen und unteren Teile 102 ist. Auf diese Weise bleibt das Gewicht der Bandage oder des Rings gering und dennoch ist die Herstellung sehr einfach, weil keine vertikal gekrümmte Fläche wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 hergestellt werden muss. Die Innenseite hat einen zylindrischen Mittelteil und eine Abschrägung zu den dickeren zylindri-

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sehen Aussenteilen 102 hin, um die gewünschte Randverdickung zu erzielen.

Bei diesen beiden Ausführungsbeispielen müssen die Böden der Becher anders geformt werden, als es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, und zwar so, dass sie der jeweiligen Kontur nach den Fig. 4 und 5 angepasst sind.

Die Form der Behälter kann gegenüber der nach den Fig. 1 und 2 so abgewandelt werden, dass die Becher einen offenen Boden aufweisen, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Diese Becher 84' mit offenem Boden werden mit Adaptern 108 versehen, die aus Kunststoff oder anderen Materialien hergestellt sind und die Blutbeutel u. dgl. aufnehmen können.

Die Böden dieser Adapter 108 sind der Form des Umfangrings ebenso wie die Böden der Behälter nach den vorhergehenden Ausführungsbeispielen angepasst. Dies hat den Vorteil, dass das Gewicht der Becher noch weiter verringert s wird.

Insgesamt ergibt sich ein hochbelastbarer Rotor mit èi-nem Umfangsring besonderer Form. Der Umfangsring nimmt praktisch die gesamte Radialbelastung durch die Becher auf. Er ermöglicht eine spezifisch verhältnismässig io leichte Ausbildung der anderen Rotorteile und dennoch ist der Rotor verhältnismässig hoch belastbar. Der Aufbau des Rotors ist ferner verhältnismässig einfach.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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1. Schwenkbecherzentrifugen-Rotor mit einer Nabe (28), einem äusseren Ring (44), der einen oberen (46), einen mittleren (47) und einen unteren Teil (48) aufweist, einer radialen Einrichtung (42, 50), die die Nabe und den Ring für eine Drehung um eine im wesentlichen vertikale Achse verbindet, und Halterungen (60, 80) zum schwenkbaren Halten der Becher (84) derart, dass jeder Becher während des Betriebs mit seinem unteren Teil nach aussen schwenkbar und von dem Ring (44) gegen eine Radialverschiebung abstützbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass alle Halterungen (60, 80) nur an dem Ring (44) befestigt sind.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Rings (44) im mittleren Teil (47) eine geringere radiale Dicke als im oberen (46) und unteren Teil (48) aufweist und alle Halterungen (60, 80) am oberen (46) und unteren (48) Teil des Rings (44) befestigt sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Einrichtung (42, 50) nur am unteren Teil (48) des Rings (44) zum Halten des Rings (44) befestigt ist.

4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen (42, 50) je einen Sattel (60) aufweisen, in dem zwei Schwenkgelenke (80) zur Lagerung benachbarter Becher (84) angeordnet sind.

5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (44) einen nach aussen gekrümmten Querschnitt aufweist.