CN102441502B - 用于离心机转子的回转桶 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于离心机转子(10)的桶(12)。桶(12)包括具有侧壁(72)和底壁(74)的桶体(70)。一对突出部件(80)从桶体(70)的相对侧上的侧壁(72)延伸，且配置成啮合离心机转子(10)。桶体(12)还包括耦合至突出部件(80)的加强材料(102)，用于限制在离心机转子(10)离心期间桶体(70)相对于突出部件(80)的移动。突出部件(80)可以包括衬套，其从侧壁(72)向外延伸，用于啮合离心机转子(10)上的相应栓销(92)。突出部件(80)可以作为选择或附加地包括栓销，用于啮合离心机转子(10)上的相应轴颈。桶体(70)可以包括一对直径上相对的孔穴(90)，每个突出部件(80)延伸通过孔穴(90)之一。

Description

用于离心机转子的回转桶
本申请是申请日为2010年4月20日、申请号为201010167612.1、发明名称为“用于离心机转子的回转桶”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请总体上涉及与本申请同日提交的题为“离心机转子”的共同未决美国专利申请序列号No.___(代理人案卷代号TFFBLT-03)，所述文献以引用的方式全文并入本文中。
技术领域
本发明总体上涉及离心机转子，并且尤其涉及一种用于高速离心机转子的回转桶。
背景技术
离心机用于分离收集得的生物学和其它材料的样本的成分。通常将样本置于配置成接收在离心机转子中用于在离心机中快速旋转的试管或者其它容器中。一种离心机转子包括回转桶，其枢转地耦合至转子体，以允许承载于桶上的样本试管或容器的纵轴，在离心期间随着转子自旋而从基本上垂直方向旋转至基本上水平方向。为了平衡在离心期间承受的动力，回转桶转子通常设计以围绕旋转轴基本上对称的设置而支撑回转桶。
回转桶离心转子的一种结构通过桶支撑装置支撑回转桶，允许回转桶在离心期间的枢转运动。离心引起回转桶的下端相对于转子的桶支撑装置向外枢转，由此向桶支撑装置和/或耦合至桶支撑装置的桶的部件施加应力。该应力可以导致桶支撑装置和/或桶的部件发生故障，由此缩短了转子和/或桶的有效寿命。
因而，需要改进回转桶，以克服常规离心机转子和回转桶的这些和其它缺点。
发明内容
本发明克服了迄今已知的回转桶类型的离心机转子的前述和其它不足和缺点。虽然将参考某些实施例讨论本发明，但是应当理解，本发明不局限于这些实施例。相反地，本发明包括可以包括在本发明的精神和范围中的所有替代、修改和等效方案。
在一个实施例中，提供一种用于离心机转子的回转桶。桶包括桶体，其具有侧壁和底壁。一对突出部件在桶体的相对侧上从侧壁上延伸，并且配置用于与离心机转子啮合。桶还包括加强材料，其耦合至突出部件，用于在使用离心机转子进行离心期间限制桶体相对于突出部件的移动。在一个方面，突出部件可以包括衬套，其从侧壁向外延伸，用于啮合离心机转子上的相应栓销。突出部件可以备选或附加地包括栓销，用于啮合离心机转子上的相应轴颈。桶体可以包括一对直径方向相对的孔穴，其中每个突出部件延伸通过孔穴之一。
在另一方面，桶体和/或加强材料可以包括碳化纤维。例如，加强材料可以包括连续的碳化纤维绳索。作为选择或附加地，加强材料可以围绕每个突出部件延伸。加强材料可以设置成基本上U形结构，该U形结构沿着侧壁并且跨越底壁延伸。
在另一实施例中，提供了一种用于离心机转子的回转桶。桶包括桶体，其具有侧壁和底壁、以及一对衬套，所述衬套在桶体的相对侧上从侧壁延伸并且配置以啮合离心机转子的一对相应的栓销。加强材料围绕每个衬套延伸，并且沿着侧壁和跨越底壁延伸，以得到基本上U形结构，用于在离心机转子的离心期间限制桶体相对于衬套的移动。加强材料可以包括连续的碳化纤维绳索。
在又一实施例中，提供了一种形成用于离心机转子中的回转桶的方法。该方法包括获得具有侧壁、底壁以及第一和第二突出部件的桶体，所述第一和第二突出部件在桶体的相对侧上从侧壁延伸，用于啮合离心机转子。将加强材料耦合至第一和第二突出部件以及桶体，以在离心机转子的旋转期间限制突出部件的偏转。该方法可以包括将碳化纤维缠绕在第一和第二突出部件的每一个的周围。
作为选择或附加地，该方法可以包括从第一突出部件、跨越桶体的底壁、并且朝向第二突出部件缠绕碳化纤维。该方法可以包括从第二突出部件、跨越桶体的底壁、并且朝向第一突出部件缠绕碳化纤维。该方法可以包括将加强材料定位在桶体上，以限制桶体相对于第一和第二突出部件的移动。该方法可以包括固化加强材料的涂覆树脂的碳化纤维，以使得加强材料与桶体整体形成。
根据随附附图及说明书，本发明的上述和其它目的和优点应当显而易见。
附图说明
随附附图包括在本说明书中并且构成其一部分，示出了本发明的实施例，并且与上面给出发明内容以及下文给出的具体实施方式一同用于解释本发明。
图1是根据本发明一个实施例的典型回转桶型离心机转子组件的透视图；
图2是图1的组件的典型回转桶的透视图；
图3是示出用于形成图2的回转桶的典型方法的透视图；
图4是示出用于形成图2的回转桶的典型方法中另一步骤的透视图；
图5是示出用于形成图2的回转桶的典型方法中又一步骤的透视图；
图5A是类似于图5的透视图，示出了局部已形成的回转桶的备选实施例；
图5B是类似于图5和5A的透视图，示出了局部已形成的回转桶的又一备选实施例；
图6是局部已形成的回转桶的另一实施例的透视图；
图7是局部已形成的回转桶的又一实施例的透视图；
图8是示出用于施加加强材料以形成图2的回转桶的典型方法的透视图；以及
图9是示出了用于施加加强材料以形成图2的回转桶的图8中的典型方法中另一步骤的透视图。
具体实施方式
参考附图，并且尤其参考图1、1A和2，示出了根据本发明一个实施例的典型回转桶型离心机转子组件10。转子组件10是基本上圆柱形的，并且支撑多个回转桶12，每个回转桶12配置以固定样本试管或类似实验室型容器13，用于围绕旋转中心轴14进行离心旋转。
转子组件10包括支撑桶12的转子体16，并且包括包含轴14的中心轴毂18。中心轴毂18可被离心机心轴(未示出)啮合，用于旋转转子组件10。更特别地，中心轴毂18配置用于通过连接器22与心轴啮合，所述连接器22可以耦合至转子体16或与其集成，如下将更详细说明的。转子体16可以通过例如压模形成，并且可以包括碳化纤维或其它适当选择的材料。
虽然本文所述的实施例包括四个桶12，应当预期，作为代替，可以存在其它任意数量的桶。中心轮毂18与转子体16协同限定多个壁凹30，每个壁凹30配置以接收一个桶12。在这点上，在该实施例中，中心轮毂18包括四个臂34，其从中心轮廓18中心向外径向延伸，以限定每个壁凹30的弯曲前壁36，同时转子体16的其它部分限定每个壁凹30的相对侧壁40、42以及后壁46。
继续参考图1、1A和2，转子组件10包括多个负载转移部件50，所述负载转移部件围绕轴14对称设置并且邻近壁凹30。在该典型实施例中，负载转移部件50形状基本为Y形，并且配置以支撑桶12。更特别地，每个负载转移部件50包括中心支柱52以及从其延伸的一对臂54，其中每个臂54具有桶体支撑装置92(图2)，用于支撑桶12，如下更详细所述。桶支撑装置92允许桶12在离心期间的枢转运动，从而例如但不限制地，桶12可以从图1中所示的基本上垂直方向枢转成基本上水平方向。在离心期间，与桶12的重力及其各自内容物的重力相关的径向向外力，从桶12通过桶支撑装置92转移至负载转移部件50。负载转移部件50继而将力转移至转子体16。
特别参考图2，示出了转子组件10(图1)的典型回转桶12。桶12包括限定内部固定腔71的桶体70。在本实施例中，桶12包括单一管状侧壁72以及底壁74，两者共同限定了桶体70的基本上圆柱形的形状。在这点上，可以预期桶体70可以作为选择具有其它形状，例如具有一个以上的侧壁。例如但不限制于，桶体70可以具有椭圆形、正方形或矩形横截面形状。在该实施例中，桶12包括一对突出部件，其形式为在桶体70的相对侧上从侧壁72向外延伸的基本上U形衬套80。衬套80延伸通过形成在侧壁72中的相应孔穴84，基本上邻近桶12的开放端88。
衬套80限定各个桶开口90，其配置以啮合转子组件10的一对相应的桶支撑装置92。在本实施例中，例如，桶支撑装置92可以包括栓销(图2中以虚线所示)，其接收在桶开口90中。在准备过程期间以及在离心之前，桶12接收在转子组件10的各个壁凹30中(图1)，其中每个桶12定向以允许桶支撑装置92的栓销啮合桶开口90。在该特定实施例中，桶12定向在基本上垂直方向上(如图1中所示)，从而桶支撑装置92的栓销接收在基本上U形衬套80的开放部分中。在离心期间，随着桶12旋转朝向基本上水平方向，衬套80的封闭部分啮合桶支撑装置92，并且将桶12固定在其栓销上。
桶12还包括加强材料102，其耦合至衬套80，以限制桶体70相对于衬套80以及相对于桶支撑装置92的栓销的移动。在所示实施例中，加强材料102在衬套80之间延伸，沿着桶体70的直径方向上相对侧上的侧壁72，并且跨越底壁74，由此防止桶体70在高速离心旋转期间的相对移动。将加强材料102施加成桶体70周围的基本上U形结构。而且，在该典型实施例中，将加强材料102缠绕在衬套80周围，更特别地，越过衬套80的封闭部分，也限定围绕每个衬套80的基本上U形结构。应当预期，加强材料102可以通过其它方法和/或部件而耦合至衬套80，并且本实施例的所示的将其缠绕围绕衬套80是示意性的，而不是限制性的。
在离心期间，桶体70向外移动的动力趋势，由加强材料102抵抗或消除，这限制桶体70相对于衬套80的径向向外移动。该限制由此限制衬套80的偏转，以及延伸通过桶开口90的桶支撑装置92的栓销的偏转。限制材料102由合适的所选材料支撑，所选材料的抗张强度足以抵抗桶12承受的动力负载。在特定实施例中，例如，加强材料102包括细长碳化纤维绳，但是作为选择地也可以使用其它材料。
参考图3-6，示出了用于形成回转桶12的典型方法。特别参考图3-4，第一模型部件140包括突出部分142，其相应于桶体70的内部固定腔71的形状(图2)，并且从基底144延伸。适当选择材料的一层或多层160设置在突出部分142上，并且缠绕以例如在任意所选方向上安套在突出部分142上，由此以覆盖突出部分142，如图4中所示。将意识到，层160的数量、尺寸和/或方向可以作为选择地与图4中所示不同。例如，一个实施例可以包括单一层160，而不是所示的多层。同样，一个实施例可以包括定向成非随机设置的层。
第二模型部件178与第一模型部件140匹配以向层160施加压力和/或热。更特别地，第二模型部件178包括阴内腔部分180，其形状紧密地匹配第一模型部件140的突出部分142的形状，从而当第一和第二模型部件140、178匹配在一起时，压力可以施加在层160上，由此限定桶体70的最终形状。
特别参考图5、5A、5B和6，其中相同的附图标记指示相同的特征，除了上述方法之外或在其中，在侧壁72上形成孔穴84，由此产生图5中所示的典型桶体70。随后，可以将衬套80插入通过孔穴84，并且如果需要(箭头186)，重新定向以使得其开口部分大体朝向底壁74。虽然图5基本上示出了通过压模方法形成的桶体70，如上所述，但是应当预期，作为选择地或附加地，桶体70可以通过不同的方法形成。例如但不局限于，桶体70可以由注模方法形成，如典型的桶体70a所示(图5A)；由长丝缠绕方法形成，如典型桶体70b所示(图5B)；或者通过树脂传递模塑(RTM)方法形成。
特别参考图5A，典型模制桶体70a可以例如包括填充材料，诸如玻璃填充物、切碎的碳化纤维或者其它合适的填充材料。作为选择，可以形成不具有填充材料的模制的桶体70a。特别参考图5B，典型桶体70b可以例如通过将一根或多根单丝(f)缠绕在心轴(未示出)上而形成。桶体70b的封闭端可以包括塞子p(以虚线示出)。作为选择，可以模制单丝缠绕的桶体70b的部分，由此以限定内部固定腔71。通过RTM方法形成桶体70可包括或可不包括使用填充材料填充桶体70的部分，例如，所述填充材料包括玻璃填充物或切碎的纤维。
再参考图5，虽然附图示出了在形成桶体70之后将衬套80与桶体70耦合，这是示意性的，而不是限制性的。更特别地，例如，在如上参考图3-4所述的模制方法期间，衬套80可以耦合至桶体70。使衬套80与桶体70耦合产生图6所示的局部已形成的桶12a。
参考图7，示出了局部已形成的桶12b的备选实施例。为了易于理解，图7中相同的附图标记指示前述附图中相同的特征。局部已形成的桶12b包括呈现为栓销190形式的一对突出部件，其配置以接收在离心机转子的相应轴颈中(例如，位于图1的负载转移部件50上)。本领域普通技术人员将易于理解，局部已形成的桶12b的该实施例可以与本文参考其它附图的实施例所述的一个或多个其它特征组合。
参考图8-9，示出了用于施加加强材料102以形成桶12的典型方法。在该实施例中，诸如涂覆树脂的碳化纤维绳196的材料的连续绳索，导向依次从第一衬套80a，纵向沿着侧壁72在桶体70的第一侧200a上的一部分，跨越底壁74，并且纵向沿着侧壁72在桶体70的第二相对侧200b上的一部分，朝向第二衬套80b(箭头210)。随后，将绳196导向围绕第二衬套80b，并且纵向沿着侧壁82位于第二侧200b上的一部分，远离第二衬套80b(箭头212)。
在从第二侧200b朝向第一侧200a并且纵向沿着侧壁72在第一侧200a上的一部分朝向第一衬套80a的方向上(箭头214)，引导绳196跨越底壁74。最终，将绳196导向围绕第一衬套80a，并且如上所述，同样导向朝向第二衬套80b(箭头210)。重复进行将绳196缠绕在衬套80a、80b周围的方法，直到已经施加足够的加强材料102以抵抗桶12在离心期间可能经受的动力。
在本文所示和所述的典型实施例中，可以向绳196施加压力和/或热，以固化覆盖绳196的树脂，由此使得加强材料102与桶体70和/或衬套80集成。适于上述加强材料102的一种典型绳是，但不局限于，可从日本东京的Toray工业公司可获得的24K碳化纤维绳。应当意识到，作为选择，可以使用各种其它材料以形成加强材料102。例如但不局限于，加强材料102可以由高强度纤维形成，诸如芳香尼龙纤维或UHMW(超高分子量)聚烯烃，其可以覆有或可以不覆有热塑性或热固性树脂。而且，通过以上述方式施加未覆盖或“干”纤维，并且例如通过树脂传递模塑(RTM)方法将树脂注射在纤维上，可以形成备选加强材料102。
虽然通过描述各个实施例已经描述了根据本发明的原则的各个方面，并且虽然已经相当详细地描述了实施例，但是它们并不意于以任何方式将本发明的范围限制于这些细节。本文所示和所述的各种特征可以独立或任意组合使用。其它优点和修改方法对于本领域技术人员将易于显现。因而，本发明在其更宽泛的范围内，不局限于所示和所述的特定细节、代表性装置和方法以及示意性实施例。因此，可以对这些细节进行改变，而不脱离基本发明性概念的范围。

Claims (10)

1.一种用于离心机转子的桶，包括：
桶体，所述桶体包括侧壁和底壁；
一对突出部件，所述突出部件在所述桶体的相对侧上从所述侧壁延伸，并且配置用于与离心机转子上的对应桶支撑装置啮合，所述突出部件包括下面中的一种：
用于与离心机转子上的相应栓销啮合的衬套，或
用于与离心机转子上的相应轴颈啮合的栓销；以及
加强材料，所述加强材料耦合至所述突出部件，并且延伸跨越底壁，用于在离心机转子离心期间限制所述桶体相对于所述突出部件的移动。
2.根据权利要求1所述的桶，其特征在于，所述桶体包括一对直径上相对的孔穴，每个所述突出部件延伸通过所述孔穴之一。
3.根据权利要求1所述的桶，其特征在于，所述桶体包括碳化纤维。
4.根据权利要求1所述的桶，其特征在于，所述加强材料包括碳化纤维。
5.根据权利要求4所述的桶，其特征在于，所述加强材料包括碳化纤维的连续绳索。
6.根据权利要求1所述的桶，其特征在于，加强材料围绕每个所述突出部件延伸。
7.根据权利要求1所述的桶，其特征在于，所述加强材料设置成基本上U形结构，所述U形结构沿着所述侧壁延伸并且跨越所述底壁。
8.一种用于离心机转子的桶，包括：
桶体，所述桶体包括侧壁和底壁；
一对衬套，所述衬套在所述桶体的相对侧上从所述侧壁延伸，并且配置用于与离心机转子的一对相应栓销啮合；以及
加强材料，所述加强材料围绕所述衬套延伸、沿着所述侧壁延伸并跨越所述底壁，并且具有基本上U形结构，用于在离心机转子的旋转期间限制所述桶体相对于所述衬套的移动。
9.根据权利要求8所述的桶，其特征在于，所述加强材料包括碳化纤维的连续绳索。
10.一种用于离心机转子的桶，包括：
桶体，所述桶体包括底壁、与所述底壁相对的开放端、延伸在所述底壁和开放端之间的侧壁；
第一和第二突出部件，它们在所述桶体的相对侧上从所述侧壁延伸；以及
加强材料，所述加强材料耦合至所述第一和第二突出部件，并且围绕所述第一突出部件、在靠近所述第一突出部件的桶体一侧沿着所述侧壁、跨越所述底壁、在靠近所述第二突出部件的桶体一侧沿着所述侧壁以及围绕所述第二突出部件延伸。
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