CN105289858B - 驱动头、包括该驱动头的套件、以及离心机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于驱动件和离心机转子的可拆卸连接的驱动头(1)，包括：可绕旋转轴线(R)旋转的基体(2)和至少两个联接元件(3，3'，4，4')，所述至少两个联接元件安装在基体(2)上以便能绕相应的转动轴线(30，40)向外转动到外侧。转动轴线(30，40)相对于旋转轴线(R)倾斜一定角度(α)，联接元件(3，4)在其转动端(31，41)处具有垂直于旋转轴线(R)伸展的抵靠表面(32，42，42')。本发明还涉及包括所述驱动头的套件、以及包括所述驱动头或所述套件的离心机。

Description

驱动头、包括该驱动头的套件、以及离心机

技术领域

本发明涉及离心机，该离心机保持样品储存器并用于在离心机转子的转速高时分离容纳在样品储存器中的样品的成分。更具体地，本发明涉及用于驱动件和离心机转子的可拆卸连接的驱动头，该驱动头包括基体和至少两个联接元件，所述至少两个联接元件安装在基体上以便能在释放位置和锁定位置之间转动。联接元件在锁定位置处比在释放位置处更多地突起超出基体的外圆周并且抵靠住转子，从而将转子锁定到驱动头上，使得不能从驱动头上移除转子。本发明还涉及用于离心机的套件，所述套件包括驱动头和用于转子的至少一个轮毂。最后，本发明还涉及包括驱动头或所述套件的离心机。

背景技术

现有技术公开了多种解决方案，通过这些解决方案能够将离心机的转子牢固地安装在驱动轴上。例如，通过螺纹连接将转子压装在驱动轴的锥形座上是已知的。

例如还可从欧洲专利文献EP0911080Al中了解到自锁式附接件。但是，所述系统仅适于特定类型的转子，其不会产生任何与联接方向相反的作用力(例如浮力)。

德国专利文献DE102008045556A1在欧洲专利文献EP0911080Al的基本原理的基础上进行了改进，将转动式联接元件用于锁定，该联接元件由于倾斜的摩擦表面而在转子的空闲状态下就已产生自锁效果，从而能防止意外的轴向解锁。但是，在非常高的转速下，转子可能由于高离心力而被卡住，并且联接元件不能始终易于释放。

德国专利文献DE102012011531A1公开了适于以自锁方式将各种不同的转子安装在驱动头上的通用系统。驱动头具有各种类型的联接元件，根据要连接的相应的转子，所述联接元件单独地或相互组合地转动到转子上的相关凹部中。通过将倾斜面合适地布置在联接元件和转子上即可实现所述自锁。但是制造成本相对较高。

发明内容

因此，本发明的目的是克服现有技术的上述缺点。更具体地，本发明的目的是提供包括可快速拆卸的自锁联接件的驱动头、用于离心机的套件、以及包括所述驱动头的离心机，其能够以低成本制造，而稳定性和操作简便性不会降低。

通过独立权利要求1、8、11中所述的主题可实现本发明的目的。从属权利要求中描述了本发明的特别有利的实施例。

根据第一方面，本发明涉及用于驱动件和离心机转子的可拆卸连接的驱动头，该驱动头包括基体和至少两个联接元件，基体可绕旋转轴线旋转，所述至少两个联接元件安装在基体上以便能向外转动。因此，联接元件可在释放位置和锁定位置之间移动，在锁定位置处比在释放位置处更多地突起超出基体的外圆周。出现锁定的情况大致与德国专利文献DE102012011531A1或DE102008045556A1中的情况相同，即，联接元件在其锁定位置处突起超出基体的外圆周，接合转子，并通过该接合将转子固定至驱动头。

与前述的公开文献相比，根据本发明的联接元件的取向不同。更具体地，联接元件的转动轴相对于旋转轴线的倾斜角不等于90°，驱动头绕所述旋转轴线旋转且所述旋转轴线通常竖直地取向。相应地，联接元件不水平地转动，而是在相对于水平面倾斜的平面中转动。位于联接元件的转动端处的抵靠表面设计成在垂直于旋转轴线的水平面上伸展；各联接元件通过该抵靠表面接触转子的轮毂并锁定转子的轮毂。因此，转子轮毂的锁定表面能够类似地设计成水平表面，这样就能显著地简化制造并降低成本。

联接元件在朝向转子的方向上向外转动以锁定联接元件和驱动头所处的平面优选地从转子的安装侧倾斜向下伸展。相应地，转动轴线(联接元件绕该转动轴线转动)相对于旋转轴线朝着转子的安装侧向外倾斜。因此，当向外转动到锁定位置时，联接元件的转动端倾斜远离转子的安装侧。抵靠表面(联接元件经由该抵靠表面接触转子轮毂)适当地定位在联接元件的背离安装侧的侧部上。

根据联接元件和转子轮毂的材料来适当地选择相应的联接元件的转动轴线与旋转轴线之间的倾斜角。这种选择一方面要考虑联接元件的抵靠表面的摩擦系数，另一方面要考虑转子轮毂的相关联的锁定表面的摩擦系数，其中，联接元件的抵靠表面抵靠在转子轮毂的相关联的锁定表面上。通过联接元件的抵靠表面接触转子轮毂的相关联的锁定表面而得到的自锁的稳定性一方面取决于选定的材料组合，另一方面取决于两接触表面压靠彼此所成的角度。正如在德国专利文献DE102008045556A1中参照图3和4所述的那样，如果角度α小于arctan(μ₀)，则会出现自锁，角度α描述了接触表面的倾斜程度，其中，μ₀是所使用的材料组合的摩擦系数。通常，钢用于联接元件，也用于转子及其轮毂。对于钢/钢组合而言，用于干燥表面的摩擦系数μ₀为0.3。这意味着，对于本发明而言，转动轴线相对于旋转轴线的特别优选的倾斜角α最大为17°，具体而言在13°至17°的范围内。但是，对于其他的材料组合而言，可以选择其他的倾斜角度α。总的来说，本发明的优选倾斜角度在5°至30°的范围内，更优选地在10°至20°的范围内。与现有技术中所述的水平转动相比，由于联接元件以总体更陡的角度抵靠在转子的锁定表面上，因此，能进一步增强自锁，并且降低了接触表面被卡住的风险。这就允许选择比现有的倾斜角更大的倾斜角并且没有自动解锁的风险。

联接元件的倾斜布置允许抵靠表面(联接元件通过该抵靠表面抵靠在转子上)被水平地设计。从而，转子的至少一个锁定表面同样可以被水平地构造，其中，联接元件的抵靠表面抵靠在转子的该至少一个锁定表面上。这样便于制造转子和显著降低成本。例如，转子的锁定表面可被制造成使得在径向方向上的截面形状为矩形的圆形凹槽可被铣削或以其他方式被加工到转子轮毂的侧表面中，该侧表面围绕转子上的用于容纳驱动头的中央开口。可选地，联接元件的抵靠表面能够仅抵靠在转子轮毂的顶部边缘上，以这种方式将转子锁定到驱动头上。在任何情况下，形成水平的锁定表面都比现有技术中所必须的形成具有特定倾斜度的锁定表面要简单得多。

除了倾斜转动轴线的倾斜式布置以外，联接元件在其他方面可以与德国专利文献DE102008045556A1和DE102012011531Al中所述的内容相同。例如，联接元件可以在朝向转动端的方向上渐缩，其中，更具体地，它们具有上覆盖面，上覆盖面指向朝着转子的安装侧的方向并在朝着转动端的方向上向下倾斜地延伸。从而形成大致为楔形的整体形状。

驱动头的至少两个联接元件可以相同或彼此不同。在本发明的一个变型中，两个或三个相同的联接元件均匀地分布在圆周方向上，特别地，它们环绕驱动头的外圆周位于驱动头的相同高度处，以便确保均匀、倾斜地释放转子的制动。但是，也可以使用如德国专利文献DE102012011531Al中所述的不同的联接元件。如果采用两个以上的联接元件，特别地采用三个以上的联接元件，其中至少一个联接元件在驱动头上的高度与其他的联接元件不同，那么，使用不同的联接元件将是特别优选的。如果至少两个联接元件彼此不同，那么它们优选地在下述特性中的至少一种特性上彼此不同：它们的外形、它们的质量、它们的材料或者它们相对于旋转轴线安装在基体上的安装高度。特别优选地，一个联接元件比另一个联接元件更大和/或更重。

从现有技术可知，联接元件适当地布置在基体内相应的合适凹部中，使得在释放位置处它们完全容纳在凹部中，并尽可能与容纳它们的基体的外轮廓平齐。联接元件适当地设有弹性元件(例如弹簧)，弹性元件将联接元件推送到锁定位置。以这种方式，如果转子在驱动头上位于锁定位置，即可实现自动锁定。为了将转子从驱动头释放，需要推送联接元件抵抗弹簧力以从锁定位置返回到释放位置。为此，可使用释放装置，通过释放装置能够推送联接元件抵抗弹簧力以从锁定位置返回到释放位置。例如，释放装置可以构造成合适的定位元件(譬如现有技术中已经公知的滑动件)。

驱动头自身的基本形状也可与现有技术中公知的驱动头的形状相同。在转子的安装方向上，驱动头优选地包括上部区域和截锥形区域，上部区域具有大致为圆柱形的外轮廓，截锥形区域邻接上部区域。圆柱形区域和截锥形区域的组合能够易于将转子定位在驱动头上的中心处。特别地，如果另一圆柱形区域邻接截锥形区域，即可实现特别可靠的定位。

除了驱动头以外，本发明还涉及用于离心机的套件，该套件包括驱动头和用于转子的轮毂。用于转子的轮毂可以集成在转子自身中以形成单一元件，或者可以是插入转子的内部开口中的单独部件。在后一种情况下，轮毂通常被设计成套筒形。轮毂具有至少一个锁定表面，该锁定表面垂直于驱动头的旋转轴线伸展，起到容纳联接元件的抵靠表面的作用。如果轮毂定位在驱动头上，由此使联接元件位于其锁定位置，那么抵靠表面就抵靠在至少一个锁定表面上，从而以这种方式将与轮毂相关联的转子锁定到驱动头上。在一个可能的变型中，对于联接元件的每个抵靠表面而言，都存在单独的的锁定表面。但是，为了易于制造，优选地设置一个共同的锁定表面以用于若干或所有的抵靠表面。这种共同的锁定表面能够特别地设计成环形，以使得在轮毂定位在驱动头上的时候，该锁定表面在锁定位置处接触驱动头的至少两个联接元件的抵靠表面。因此，在轮毂或转子上，仅需形成一个锁定表面，而且其接触表面可以水平地伸展，从而，与现有技术相比，大大方便了轮毂或转子的制造。如果凹部形成在轮毂上，就能进一步有助于制造，其中，轮毂的一个壁面形成锁定表面，并且该锁定表面在径向上具有矩形截面。

最后，本发明还涉及一种离心机，该离心机包括根据本发明所述的驱动头或套件。

附图说明

下面将参照附图更详细地解释本发明。附图仅是示意性的，仅用于描述几个优选的实施例，但是这些优选实施例不应理解为限制本发明。相同的附图标记表示相同的部件。在示意图中：

图1是根据本发明的驱动头的透视图；

图2是图1中的驱动头沿着线B-B的局部截面图；

图3示出了图2中的驱动头以及附接的转子轮毂；

图4示出了可选的驱动头以及附接的转子的局部截面图；并且

图5是根据本发明的离心机的截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的驱动头1的透视图。该驱动头固定到离心机的马达的驱动轴上，在此未示出驱动轴，其作用是驱动离心机转子。驱动头1包括基体2，基体2具有大致为圆柱形的上部区域20和成形为截锥形的邻接区域21，邻接区域21进而与圆柱形下部区域22相邻接。在圆柱形上部区域20中，两个长形开口设置在基体2的外圆周上，它们沿圆周伸展以容纳相应的联接元件，在此仅示出了前侧的联接元件3及其相关联的接收口23。未示出用于容纳联接元件4(参见图2)的开口，该开口以类似的方式在基体2的后侧伸展。联接元件3和4转动地安装在开口23、24中，在相应的弹簧元件35的帮助下被偏压，以使得它们从接收口被推送到其锁定位置。在图1和2中，这两个联接元件3和4位于其锁定位置，在锁定位置处，它们的外端31、41伸出到外侧，超出基体2的圆柱形区域22的外圆周，使得它们的抵靠表面32、42在基体2上突出。

当在安装方向A上将转子附接到驱动头1上时或者当进行解锁时，联接元件3和4在一定程度上被推回到基体2中，使得联接元件3和4的端部31、41都不再突起超出基体2的外圆周；或者，联接元件3和4仅在一定程度上被推回到基体2中，以使得能从驱动头1上移除转子。联接元件3的外轮廓弯曲并遵循基体2的圆柱形区域20的外轮廓的演变。因此，在释放位置处，转子能从驱动头上移除，联接元件3完全脱离基体2的开口23，两表面相互平齐地伸展。这也同样适用于在此未示出的联接元件4。销状突起25用于对准转子并将转子保持在驱动头1上，该转子具有用于容纳突起25的相应凹部。驱动头1的上部区域中的中央开口10允许进入驱动头的内部区域，从而便于在驱动头1中安装和维护联接元件3和4。

图2在驱动头的上部区域沿线B-B示出了图1中的驱动头1的截面图。联接元件3和4分别转动地安装在附接到基体2上的相应支撑杆34、44上，以使联接元件3和4能在图示的释放位置和锁定位置之间转动。支撑杆34、44相对于旋转轴线R(驱动头绕该旋转轴线R旋转)倾斜，从而转动轴线30、40(联接元件3和4能够绕转动轴线30、40转动)相对于旋转轴线R倾斜，使得转动轴线30、40从安装侧A以V形方式彼此相向伸展，V形的顶部远离安装侧。因此，联接元件3和4在相应的平面E中转动，相对于与旋转轴线R垂直相交并以一定角度从旋转轴线R开始的平面而言，平面E远离安装方向A向外倾斜。所述平面和水平面之间的倾斜角等于旋转轴线和转动轴线30、40相交的角度，在此标记为“α”。选择联接元件内的任一点并在转动过程期间观察该点，即可确定平面E。平面E包括该点在绕转动轴线转动期间的运动路径。相比较而言，抵靠表面31、41是水平的并且位于与旋转轴线垂直相交的截面平面S上，其中，联接元件3和4通过抵靠表面31、41而抵靠在转子轮毂的相关联的锁定表面上。

如德国专利文献DE102008045556Al中所述的那样，一方面，支撑力(驱动头和转子通过该支撑力相互附连)取决于转子和驱动头的接触表面之间的静摩擦系数(在这种情况下，接触表面为联接元件的抵靠表面和转子轮毂的锁定表面)，从而取决于两表面的材料属性；另一方面，支撑力取决于相对于外加力的方向的倾斜角。钢通常被用作接触表面所用的材料。对于联接元件的抵靠表面和转子的锁定表面而言，如果采用钢-钢组合，则摩擦系数μ₀大致为0.3。为了在两接触表面之间实现自锁定并由此防止两表面意外地相互分离，倾斜角α应该小于arctan(μ₀)。因此，对于钢-钢组合而言，最大的角α为17°。在图示的情况下，角α被设定成约为15°。但是，对于其他的材料组合而言，可以选择不同的角度。

与上述现有技术相比，根据本发明的倾斜的联接元件的最大优点在于，联接元件3和4的抵靠表面32和42可以设计成水平的。因此，转子轮毂的锁定表面也是水平的。与现有技术相比，这明显有助于它们的制造。例如，可以将转子轮毂的水平的上边缘用作联接元件的锁定表面。在图3和4所示的另一种变型中，转子轮毂的水平凹槽用作锁定表面，而不是必须将具有特定倾斜度的凹槽用作锁定表面。

图3和4示出了根据本发明的套件6的不同实施例，该套件包括驱动头1和相关联的轮毂50，轮毂50通常安装在相关联的转子的内孔中。图3示出了用于图2中的驱动头的轮毂50。轮毂50基本为套筒形状，其内腔具有中央通孔，其内轮廓遵循驱动头1的外轮廓，以使轮毂50在安装状态下紧装配在驱动头上，在该安装状态下，轮毂50能够锁定在驱动头上。在此仅示出了驱动头和轮毂的上部分，即，圆柱形上部区域和截锥区域的一部分。当安装上轮毂50的渐缩的截锥形护套53时，该护套53抵抗弹簧元件35(其在图3中未示出)的弹性载荷而朝内推动联接元件3和4，直到联接元件3和4随着它们到达轮毂50的通孔的圆柱形区域而被完全插入驱动头1的基体2中(从而处于释放位置)为止。如果在驱动头1上进一步向下推动轮毂50，从而环状锁定表面52经过联接元件3和4，则联接元件被释放，绕支撑杆34、44向外转动到锁定位置，转入凹部51中，从而与抵靠表面32和42平齐地抵靠在轮毂50的环状锁定表面52上。通过联接元件向外转入凹部51中，从而无需使用者的任何帮助即可将轮毂50锁定在驱动头1上，凹部51在径向方向上具有矩形截面且因此易于制造。轮毂和驱动头不会再意外地相互分离。只有通过致动装置(在此未示出，但基本上是现有技术所公知的)的致动才能分离这两个部件，联接元件3和4借助于致动装置抵抗由弹簧35施加的弹性载荷而移动到释放位置。

图4示出了图3中的套件的改进。除了联接元件3和4(其与图1至3中的联接元件相同)，还设置有第二类型的联接元件，该第二类型的联接元件的尺寸和质量与其他的联接元件不同。两个更小的联接元件(在此标记为3和3')对应于图1至3中的联接元件3和4。除此之外，驱动头1的上端还具有另外两个联接元件4、4'，它们比联接元件3、3'更大和更重。因此，设有两对联接元件，一方面为联接元件3、3'，另一方面为联接元件4、4'。使用哪一对联接元件则取决于预期用途并由转子轮毂50的合适选择而定。因此，在这种情况下，对于所示的驱动头而言，设有一个以上的轮毂即两个或三个轮毂。图4中所示的轮毂的目的是在离心机的低转速下在套件6中使用。甚至在低的转速下也要求牢固的自锁定，通过使用更大和更重的联接元件来实现这种牢固的自锁定。轮毂50被设计成仅允许重的联接元件4，4'转动到凹部51中，而没有为较小的联接元件3，3'配置凹部，因此，较小的联接元件3，3'保持在其非转动的释放位置处。另一方面，在高速下，使用具有环形凹部的轮毂(如图3所示)，而在联接元件4、4'的区域中未配置凹部，从而，在这种情况下，重的联接元件仍保持在释放位置处。较轻的联接元件在高的转速下更不易被楔入，从而在离心操作之后允许转子安全地从驱动头上移除。第三种变型可以具有用于联接元件3、3'和用于联接元件4、4'的凹部，从而，所有四个联接元件都有助于将转子锁定在驱动头上。对于其他可能的细节内容，请参照德国专利文献DE102012011531Al。

最后，图5以非常简化的形式示出了根据本发明的离心机7，该离心机例如是落地式离心机。将本发明在更小的设备(例如台式离心机)中使用也基本上可行。在外壳70内设置有转子壳体71，离心机转子5设置在转子壳体71内。所述转子进而连接至轮毂50，轮毂50装配到驱动头1上，通过联接元件(在此未示出)如上所述地在驱动头1上锁定就位。通过马达72经由驱动轴73使转子5旋转。

Claims (13)

1.一种驱动头(1)，所述驱动头用于驱动件和离心机转子的可拆卸连接，其包括：

基体(2)，所述基体能够绕旋转轴线(R)旋转；以及

至少两个联接元件(3，3'，4，4')，所述至少两个联接元件安装在基体(2)上以便能绕相应的转动轴线(30，40)向外转动到外侧，

其特征在于：

转动轴线(30，40)相对于旋转轴线(R)倾斜的角度(α)不等于90°，联接元件(3，4)在其转动端(31，41)具有垂直于旋转轴线(R)伸展的抵靠表面(32，42)。

2.根据权利要求1所述的驱动头(1)，其特征在于：

所述角度(α)在5°至30°之间。

3.根据权利要求1或2所述的驱动头(1)，其特征在于：

抵靠表面(32，42，42')设置在联接元件(3，3'，4，4')的与转子(5)的安装侧(A)相对的侧部上。

4.根据权利要求1或2所述的驱动头(1)，其特征在于：

联接元件(3，3'，4，4')在朝向转动端(31，41)的方向上渐缩，并且具有上覆盖面(33，43)，所述上覆盖面指向朝着转子(5)的安装侧(A)的方向并且被实施为在朝向转动端(31，41)的方向上向下倾斜。

5.根据权利要求1或2所述的驱动头(1)，其特征在于：

至少两个联接元件(3，3'，4，4')在下述特性中的至少一种特性上彼此不同：

它们的外形，

它们的质量，

它们的材料，

它们相对于旋转轴线(R)在基体(2)上的安装高度。

6.根据权利要求5所述的驱动头(1)，其特征在于：

一个联接元件(4，4')比另一个联接元件(3，3')更大和/或更重。

7.根据权利要求1或2所述的驱动头(1)，其特征在于：

多个联接元件(3，4，3'，4')设置成：在旋转轴线(R)的方向上，一个联接元件设置在另一个联接元件上方。

8.根据权利要求1或2所述的驱动头(1)，其特征在于：

基体(2)在转子的安装方向上包括上部区域(20)和邻接所述上部区域(20)的邻接区域(21)，所述上部区域具有大致为圆柱形的外轮廓，所述邻接区域(21)成形为截锥形且与圆柱形的下部区域(22)邻接，联接元件(3，3'，4，4')被设置在上部区域(20)的至少一个凹部(23，24)中，所述凹部靠近截锥形的所述邻接区域(21)。

9.一种用于离心机的套件(6)，其特征在于：

所述套件包括根据前述任一权利要求的驱动头(1)和用于转子(5)的轮毂(50)。

10.根据权利要求9所述的套件，其特征在于：

轮毂(50)具有在圆周方向上延伸的凹部(51)。

11.根据权利要求10所述的套件，其特征在于：

所述凹部(51)是在径向方向上具备矩形截面的环形凹部。

12.根据权利要求9至11中的任意一项所述的套件，其特征在于：

所述套件还包括转子(5)，所述转子能与所述套件的轮毂(50)相连或者已与所述套件的轮毂相连。

13.一种离心机(7)，其特征在于：

所述离心机包括根据权利要求1至8中的任意一项所述的驱动头(1)或者根据权利要求9至12中的任意一项所述的套件。