DE102004062231A1

DE102004062231A1 - Rotor für Laborzentrifugen

Info

Publication number: DE102004062231A1
Application number: DE102004062231A
Authority: DE
Inventors: Frank Eigemeier; Raimund Grothaus; Susanne Kroll
Original assignee: Kendro Laboratory Products GmbH
Current assignee: Thermo Electron LED GmbH
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: US7371206B2; GB0526398D0; DE102004062231B4; GB2421451A; GB2421451B; CN1820855A; JP2006175439A; US20060183620A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor für Laborzentrifugen mit einem nach oben geöffneten Rotorgehäuse mit wenigstens einer Aussparung zur Aufnahme von Zentrifugierbehältern, wobei die Aussparung im Peripheriebereich des Rotors als konzentrisch umlaufende Ringwanne mit einer Innenwand und einer Außenwand vorgesehen ist und wobei die Ringwanne durch radial und über ihren Umfang verteilt angeordnete Zentrifugierbehälter in der Weise speichenartig versteift ist, dass die Zentrifugierbehälter die Innen- und Außenwand biegefest gegeneinander abstützen. Außerdem wird ein Adapter zur Aufnahme eines Probengefäßes und zum Einsatz in einem solchen Rotor vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für Laborzentrifugen mit einem nach oben geöffneten Rotorgehäuse mit wenigstens einer Aussparung zur Aufnahme von Zentrifugierbehältern, wobei die Aussparung im Peripheriebereich des Rotors als konzentrisch umlaufende Ringwanne mit einer Innenwand und einer Außenwand vorgesehen ist sowie einen Adapter zur Aufnahme eines Probengefäßes und zum Einsatz in einem solchen Laborzentrifugenrotor.
Im vorliegenden Zusammenhang kann ein Zentrifugierbehälter zum einen ein Probengefäß sein, in dem die zu zentrifugierenden Proben angeordnet sind. Zum anderen kann ein Zentrifugierbehälter auch ein Adapter sein, der in einen Rotor einsetzbar ist und in den wiederum ein Probengefäß eingesetzt werden kann.

Ein Rotor für eine Laborzentrifuge wird verwendet, um Zentrifugierbehälter aufzunehmen, in welchen zu zentrifugierendes Material enthalten ist. Ein Zentrifugierbehälter, wie zum Beispiel ein Reagenzglas, kann dazu in einer zylinderförmigen Aussparung plaziert sein, welche vorzugsweise mehrfach in einem Rotor vorgesehen sind, wie dies in US 5,411,465 offenbart ist.

In DE 37 03 514 A1 ist ein Winkelkopf für Zentrifugen mit einer Aussparung zur Aufnahme von Probenmaterial beschrieben. Die Aussparung ist im Peripheriebereich des Rotors als konzentrisch umlaufende Ringnut ausgebildet, die an ihrem Rand in Richtung Rotorachse gesehen von einem axialsymmetrisch angeordneten, sich nach oben verjüngenden Kegelstumpf begrenzt ist. Die Außenwand der Ringnut ist in Form eines sich nach oben verjüngenden Hohlkegelstumpfes ausgebildet. Zentrifugierbehälter sind in Aneinanderreihung in der Aussparung des Rotors angeordnet. Durch die Ausbildung der Aussparung als Ringnut wird das Gewicht des Rotors reduziert, was sich vorteilhaft auf die Zentrifugiereigenschaften des Rotors auswirkt; so wird beispielsweise bei gleichbleibender Drehgeschwindigkeit die auf den Rotor wirkende Zentripetalkraft reduziert. Auf der anderen Seite verringert die umlaufende Aussparung die Stabilität des Rotors, da durch die geringere Masse und die Ausbildung als Hohlkegelstumpf der Widerstand des Rotorperipheriebereichs gegen die Zentrifugalkraft verringert wird. So kann es besonders im unteren, über die Rotornabe vorstehenden Peripheriebereich der Ringnut zu Beschädigungen und Brüchen am Rotorgehäuse kommen. Auch kann es aufgrund der Ausbildung als Ringnut, beispielsweise bei ungleichmäßiger Befüllung der Zentrifugierbehälter oder ungleichmäßiger Beladung der Zentrifuge, zu einer Ovalisierung der Rotorkörpers während des Zentrifugiervorgangs kommen. Dies erzeugt Unwuchten und bewirkt ein unsicheres Zentrifugieren.

Weiterhin ist durch die erforderliche hohe Fertigungsgenauigkeit bei dieser Konstruktion die Gefahr gegeben, dass Ungenauigkeiten in der Passung der Zentrifugierbehälter in der Ringnut auftreten, was wiederum zu ständig wechselnden Unwuchten und bei bestimmten Drehzahlen zu Resonanzschwingungen führen kann.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotor sowie einen Adapter der eingangs genannten Arten zu schaffen, welcher eine verbesserte Stabilität und eine höhere Laufruhe aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem Rotor gemäß Anspruch 1 sowie dem Adapter gemäß Anspruch 13. Bevorzugte Ausführungsformen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Der erfindungsgemäße Rotor für Laborzentrifugen weist ein nach oben geöffnetes Rotorgehäuse mit wenigstens einer Aussparung zur Aufnahme mindestens eines Zentrifugierbehälters auf, wobei die Aussparung im Peripheriebereich des Rotors als konzentrisch umlaufende Ringwanne mit einer Innenwand und einer Außenwand vorgesehen ist. Bevorzugterweise sind die Innenwand in Richtung Rotorachse gesehen als ein axialsymmetrisch angeordneter, sich nach oben verjüngender Kegelstumpf und die Außenwand als sich nach oben verjüngender Hohlkegelstumpf ausgebildet. Weiterhin ist die Ringwanne durch radial und über ihren Umfang verteilt angeordnete Zentrifugierbehälter in der Weise speichenartig versteift, dass die Zentrifugierbehälter die Innen- und Außenwand biegefest gegeneinander abstützen. Die Zentrifugierbehälter sind zur Aussteifung der Ringwanne ausgebildet, so dass die mit im Wesentlichen gleichmäßig verteilten Zentrifugierbehältern bestückte Ringwanne ähnlich einem "Speichenrad" wirkt. Eine Ovalisierung des Rotorkörpers wird vermieden. Durch die Abstützung der Innen- und Außenwand gegeneinander, kann die Ringwanne stärkeren Zentrifugalkräften widerstehen. Besonders vorteilhaft ist die Speichenwirkung der Zentrifugierbehälter bei Schalenrotoren.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die maximale Wandstärke der Zentrifugierbehälter in Rotorumfangsrichtung größer als die maximale Wandstärke der Zentrifugierbehälter in Rotorradi alrichtung. Durch die Vergrößerung der Wandstärke der Zentrifugierbehälter in Umfangsrichtung, wird die Stabilität des Rotors insofern weiter verbessert, als dass die Aufnahmefähigkeit des Rotorgehäuses von in Radialrichtung wirkenden Zentrifugalkräften zunimmt. Die auf das Rotorgehäuse wirkenden Zentrifugalkräfte sind, durch die größere maximale Wandstärke in Umfangsrichtung, auf eine größere Querschnittsfläche verteilbar, wodurch insgesamt die Spannung an den einzelnen, als Speichen wirkenden Zentrifugierbehältern abnimmt. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Wandstärke in Umfangsrichtung über die gesamte Länge des Zentrifugierbehälters vergrößert ist und das die Wandstärken sowohl in Radial- als auch in Umfangsrichtung im Wesentlichen konstant ausgebildet sind. Die Form der Wände der Zentrifugierbehälter kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein, solange die maximale Wandstärke in Umfangsrichtung größer als in Radialrichtung ist. Weiterhin wird durch die Verstärkung der Speichenwirkung der Zentrifugierbehälter die Gefahr von Beschädigungen am Rotor verringert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegen die Zentrifugierbehälter flächig an der Innenseite der Außenwand der Ringwanne an. Hierdurch wird sichergestellt, dass auf die als Speichen wirkenden Zentrifugierbehälter keine punktuellen Belastungen einwirken. Statt dessen können die Zentrifugalkräfte über die Anlagefläche abgetragen werden, was die Stabilität des Rotors insgesamt verbessert und die Gefahr von Beschädigungen an den Zentrifugierbehälter verringert. Zusätzlich zur flächigen Anlage an der Innenseite der Außenwand können die Zentrifugierbehälter auch an der Innenseite der Innenwand der Ringwanne flächig anliegen.

Um eine flächige Anlage der Zentrifugierbehälter an der Innenseite der Außenwand zu gewährleisten, ist es bevorzugt, dass in der Innenseite der Außenwand Ausnehmungen vorgesehen sind, die zur Aufnahme der Zentrifugierbehälter ausgebildet sind. Außerdem werden durch Ausbildung von Ausnehmungen die Zentrifugierbehälter in Umfangsrichtung der Ringwanne positioniert. Dies führt zu einer Reduzierung von Unwuchten und einer besseren Laufruhe. Zusätzlich ist es bevorzugt, korrespondierende Ausnehmungen an der Innenseite der Innenwand der Ringwanne auszubilden.

Bevorzugt weisen die Ausnehmungen jeweils einen ersten Radius auf, der größer als der halbe Abstand zwischen der Außenseite der Innenwand und der Außenseite der Außenwand der Ringwanne ist. Dies ist vorteilhaft, da somit für die in die Ringwanne einzusetzenden Zentrifugierbehälter eine größere Anlagefläche geschaffen wird. Die Zentrifugierbehälter sind so auszubilden, dass sie formschlüssig in die Ausnehmung einpassbar sind. Somit wird der Materialverlust, der durch die größeren Ausnehmungen in der Ringwanne entsteht, durch entsprechende Ausbildung der Zentrifugierbehälter wieder ausgefüllt. Bei einer sicheren Anlage für die Zentrifugierbehälter können somit hohe Drehzahlen bei geringer Lagerbelastung des Rotors erzielt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erste Radius zu einem ersten Kreisbogensegment zugehörig, an dessen Enden sich jeweils ein weiteres Kreisbogensegment mit einem zweiten Radius anschließt, welcher kleiner als der erste Radius ist. Mittels des Kreisbogensegmentes mit dem zweiten Radius können somit Kräfte in Umfangsrichtung der Ringwanne noch besser aufgenommen werden, so dass die Zentrifugierbehälter noch sicherer gehalten werden. Ferner ist es dadurch möglich, eine maximale Anlagefläche zu schaffen, bei welcher die Zentrifugierbehälter sowohl in radialer Richtung des Rotors als auch in Umfangsrichtung des Rotors sicher anliegen können. Mittels der Radien wird erreicht, dass nur geringe Spannungskonzentrationen im Werkstoff der Ringwanne bzw. des Rotorgehäuses entstehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Ausnehmungen so ausgebildet, dass sie sich in Richtung zum Boden der Ringwanne konisch verjüngen. Damit wird ein noch besserer Sitz der Zentrifugierbehälter in der Ringwanne erreicht.

Zur Verstärkung der Speichenwirkung der über den Umfang der Ringwanne verteilten Zentrifugierbehälter, ist es zweckmäßig, mindestens einen Niederhalter vorzusehen, durch die Zentrifugierbehälter im Rotor gehalten und gegen längsaxiale Verschiebung gesichert sind. Durch das Vorhandensein eines Niederhalters, werden die Zentrifugierbehälter in Axialrichtung fixiert und sind damit gegen unbeabsichtigte oder unbefugte Entnahme gesichert. Zusätzlich zum reinen Sichern gegen Axialverschiebung, kann mittels des Niederhalters ein Anpressdruck der Zentrifugierbehälter auf den Rotor erzeugt werden. Zu diesem Zweck wird über den mindestens einen Niederhalter eine längsaxial wirkende Kraft auf die Zentrifugierbehälter aufgebracht. Die Aufbringung einer längsaxialen Kraft auf die Zentrifugierbehälter durch den mindestens einen Niederhalter verstärkt die Speichenwirkung und verbessert weiter die Aussteifung der Zentrifuge. Gleichzeitig wird die Stabilität der Lagerung der Zentrifugierbehälter im Rotor verbessert.

Durch die auf den Rotor wirkende Zentrifugalkraft, kann es nicht nur beim Rotorkörper, sondern auch bei den einzelnen Zentrifugierbehältern zu Ovalisierungseffekten während des Zentrifugiervorganges kommen. Um diese, die Stabilität des gesamten Rotors verringernden, Ovalisierungseffekte an den Zentrifugierbehältern zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Zentrifugierbehälter mit einem biegesteifen Deckel zu versehen. Durch den Deckel werden die Zentrifugierbehälter ausgesteift und eine Ovalisierung wird vermieden. Bevorzugterweise sind die Deckel auch dazu ausgebildet, die Zentrifugierbehälter dicht zu verschließen. Die Befestigung des Deckels am Zentrifugierbehälter kann beispielsweise durch Schraubgewinde oder Clips erfolgen. Der Deckel ist vorteilhafterweise aus karbonfaserverstärktem Kunststoff oder aus Metall ausgebildet. Alternativ ist vorteilhaft, den Deckel aus bruchfestem, durchsichtigem Kunststoff auszubilden. Hierdurch kann bei einem als Adapter ausgebildeten Zentrifugierbehälter vor dem Öffnen des Deckels gesehen werden, ob beispielsweise das im Adapter befindliche Probengefäß während des Zentrifugiervorgangs beschädigt wurde. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Deckel ausgebildet ist, den Zentrifugierbehälter biodicht abzuschließen. Hierdurch wird vermieden, dass biologisch gefährliches Material aus dem Zentrifugierbehälter auslaufen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Rotorgehäuse aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet. Bei einer Ausbildung aus Metall oder einer Metalllegierung ist es besonders bevorzugt, ein Leichtmetall bzw. eine Leichtmetalllegierung zu verwenden. Dadurch lässt sich eine leichte und sehr robuste Konstruktion des Rotorgehäuses bzw. des erfindungsgemäßen Rotors herstellen und somit ein geringes Trägheitsmoment erzielen. Als Leichtmetallwerkstoff eignen sich beispielsweise Aluminium oder Titan. Dies ist vorteilhaft, da somit nur ein geringes Gewicht in Rotation versetzt werden muss und damit das Trägheitsmoment des Rotorgehäuses einen niedrigen Wert aufweist. Falls eine genügende Stabilität sichergestellt werden kann, ist auch ein kohlefaserverstärkter Kunststoff als Werkstoff für das Rotorgehäuse verwendbar. Um die Unwucht des rotierenden Rotorgehäuses möglichst gering zu halten, ist es sinnvoll, sämtliche Ausnehmungen in der Ringwanne mit Zentrifugierbehältern zu bestücken. Die Ausnehmungen sind vorzugsweise in einem regelmäßigen Abstand zueinander, zum Beispiel im Winkel von 60° auf die Rotorachse bezogen, vorgesehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Zentrifugierbehälter zumindest teilweise aus Metall oder einer Metalllegierung hergestellt. Durch die Verwendung von Metall oder einer Metalllegierung ist eine selbsttragende Struktur der Zentrifugierbehälter gewährleistet und die Kraftaufnahmefähigkeit der Behälter wird verbessert. Zur Herstellung können beispielsweise Stahl, Aluminium oder Titan verwendet werden.

Alternativ oder zusätzlich sind die Zentrifugierbehälter zumindest teilweise in Kohlefaserverbundbauweise hergestellt. Hierdurch kann das Gewicht der Zentrifugierbehälter reduziert und gleichzeitig eine hohe Stabilität der einzelnen Behälter erreicht werden. Es ist bevorzugt, die Bereiche der Zentrifugierbehälter, die in Karbonfaserverbundbauweise ausgeführt sind, durch die sogenannte "Wickeltechnik" herzustellen. Hierbei wird ein Kern oder eine Hülse, auch "Liner" genannt, mit Kohlefasern bewickelt. Der Liner verbleibt im Bauteil und kann aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden. Er kann weiterhin unterschiedliche Wandstärken in Rotorradialrichtung und in Rotorumfangsrichtung aufweisen. Nach der Wicklung verbleibt der Liner im Zentrifugierbehälter und bildet ein Teil desselben. Durch diese Hybridbauweise wird die Stabilität der Zentrifugierbehälter weiter verbessert und gleich zeitig wird ein relativ geringes Gewicht erreicht, was wiederum die Zentrifugiereigenschaften des Rotors insgesamt verbessert. Der Liner kann alternativ auch nach Herstellung des Zentrifugierbehälters in diesen eingepresst oder eingeklebt werden. Er kann die gesamte Innenfläche des Zentrifugierbehälters bedecken oder nur in Abschnitten vorhanden sein. Weiterhin kann der Liner ausgebildet sein, den Deckel des Zentrifugierbehälters aufzunehmen. Hierfür ist es bevorzugt, wenn der Liner im Öffnungsbereich des Zentrifugierbehälters ein Gewinde aufweist, das mit einem Gegengewinde am Deckel korrespondiert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Ringwanne an ihrem Bodenbereich Positioniermittel zur Positionierung der Zentrifugierbehälter auf. Diese Positionierung kann alternativ oder zusätzlich zur Positionierung der Zentrifugierbehälter durch die Ausnehmungen in den Innenseiten der Außen- und Innenwand erfolgen. Die Positioniermittel sind beispielsweise als Vorsprünge oder Rastnasen ausgebildet, die in damit korrespondierende Vertiefungen oder Löcher im Bodenbereich der Zentrifugierbehälter eingreifen. Die Positionierung erfolgt vorzugsweise in Rotorumfangsrichtung. Daneben ist auch eine Positionierung in Rotorradialrichtung möglich.

Die Erfindung betrifft ferner einen Adapter für ein Probengefäß, welcher in ein wie zuvor beschriebenes Rotorgehäuse eines Rotors einsetzbar ist. Ferner ist die maximale Wandstärke des Adapters in Rotorumfangsrichtung größer als die maximale Wandstärke des Adapters in Rotorradialrichtung. Dadurch wird die Speichenwirkung des Adapters verbessert und infolgedessen die Stabilität des Rotors erhöht.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Adapter eine ovalförmige Außenkontur auf. In diesem Zusammenhang ist die Außenkontur in einer Querschnittsbetrachtung des Adapters relevant. Bevorzugt ist es, wenn die ovalförmige Ausbildung im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des Adapters vorhanden ist. Im in die Rotorwanne eingesetzten Zustand ist der Adapter so ausgerichtet, dass die Langseiten des ovalförmigen Adapters, zumindest im Bereich ihrer Scheitelpunkte, an den Rotorwanneninnenwänden anliegen. Die Anlage kann direkt an der Rotorwand oder in dafür vorgesehenen Ausnehmungen erfolgen. Zumindest im Bereich der Innenseite der Außenwand liegt der Adapter flächig an der Wand an. Durch die ovalförmige Ausbildung des Adapters wird die Anlagefläche des Adapters an der Innenseite der Außenwand vergrößert, so dass Kräfte über eine größere Fläche verteilt auf den Adapter eingeleitet werden können und sich eine sicherere Lagerung des Adapters ergibt. Besonders gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten kreisförmigen Außenkontur, wird also die Gesamtstabilität verbessert. Gleichzeitig kann durch die ovalförmige Ausformung auf einfach herzustellende Weise die Wandstärke der Wand in Umfangsrichtung vergrößert werden.

Alternativ ist es bevorzugt, dass der Adapter eine im Wesentlichen dreiecksförmige Außenkontur aufweist. Hierbei ist sicherzustellen, dass der Adapter im in die Ringwanne eingesetzten Zustand mit einer Seite flächig an der Innenseite der Außenwand der Ringwanne anliegt. Dies ist vorteilhaft, da diese Ausbildungsform des Adapters zum einen leicht herzustellen ist und zum anderen zur flächigen Anlage des Adapters an der Innenseite der Außenwand besonders geeignet ist. Durch die dreiecksförmige Außenkontur kann die Wandstärke in Umfangsrichtung ohne größeren Aufwand verstärkt ausgebildet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Adapter exzentrisch zu seiner Mittelachse mit einer Aussparung versehen, in welche ein Probengefäß einsetzbar ist. Der Adapter wird dabei im Rotor so angeordnet, dass der mittlere Abstand der Mittelachse des Probengefäßes zur Innenseite der Außenwand kleiner ist als ihr mittlerer Abstand zur Innenseite der Innenwand. Dadurch lässt sich im Vergleich zu der Situation, in der die Mittelachse des Probengefäßes mit der Mittelachse des Adapters übereinstimmt, ein größerer Abstand von Probengefäß zu Rotormittelachse und somit höhere Rotationsgeschwindigkeiten im Bereich des Zentrifugiergutes erzielen.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Adapter in die Ringwanne eingeklebt. Durch eine Verklebung der Anlagefläche des Adapters an der Ringwanne wird die Aussteifungswirkung des Adapters weiter erhöht. Neben Druckkräften können durch die Verklebung auch Zug- und Schärkräfte vom Adapter aufgenommen werden. Bei in der Ringwanne umlaufend angeordneten Adaptern ist es auch möglich, nur einige Adapter zu verkleben und andere unverklebt in die Ringwanne einzuschieben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:
1 einen Längsschnitt durch einen Rotor mit einer in der Schnittfläche liegenden Ausnehmung;
2 eine perspektivische Ansicht eines Längsschnittes durch einen Rotor mit eingesetzten Adaptern;
3 einen Teilausschnitt des Rotorgehäuses in Draufsicht mit ovalförmigem Adapter;
4 einen Teilausschnitt des Rotorgehäuses in Draufsicht mit dreiecksförmigen Probengefäß;
5 einen Teilausschnitt des Rotorgehäuses in Draufsicht mit trapezförmigem Probengefäß;
6 einen Teilausschnitt des Rotorgehäuses in Draufsicht mit trapezförmigem Adapter
7 einen Teilausschnitt des Rotorgehäuses in Draufsicht mit aus zwei Kreisbogensegmenten bestehenden Ausnehmungen;
8 einen Adapter mit einem exzentrisch angeordneten Probengefäß;
9 eine geschnittene Seitenansicht eines Adapters mit biegesteifem Deckel; und
10 eine geschnittene Seitenansicht eines Adapters mit Liner.
In den Figuren sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist ein Längsschnitt durch ein monolithisches Rotorgehäuse 1 dargestellt, dessen Rotornabe 2 im mittleren Teil eines sich nach oben verjüngenden Kegelstumpfes 3 zentrisch angeordnet ist, welcher zusammen mit der Rotornabe 2 den mittleren Bereich des Rotorgehäuses bildet. Der Kegelstumpf 3 ist Teil einer Ringwanne 4 und bildet einen Großteil deren Innenwand 40. Weiterhin weist die Ringwanne einen sich nach oben verjüngenden Hohlkegelstumpf 5 auf der dem Kegelstumpf 3 gegenüberliegenden Seite auf, wobei der Hohlkegelstumpf 5 die Außenwand 30 des Rotorgehäuses 1 bildet. Die Ringwanne 4 besitzt eine Innenseite der Innenwand 41 und eine Innenseite der Außenwand 31 sowie eine Außenseite der Innenwand 42 und eine Außenseite der Außenwand 32. Der äußere Peripheriebereich wird durch die Ringwanne 4 gebildet. Die Rotordrehachse 20 verläuft mittig durch die Rotornabe 2, wobei die Mittenachse 21 der Ringwanne 4 mit der Rotordrehachse 20 einen Winkel α von ungefähr 45° bildet. Der Winkel α kann bei anderen Ausführungsformen einen anderen Betrag aufweisen. Die Ringwanne 4 weist mehrere Ausnehmungen 10 auf, welche an der Innenseite der Außenwand 31 vorgesehen sind.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Längsschnitts durch einen Rotor, in welchen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt Adapter 24d angeordnet sind. Die Adapter 24d sind im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und liegen in Ausnehmungen 10 an, die in der Innenseite der Außenwand 31 ausgebildet sind. Durch die umlaufende Aneinanderreihung der Adapter 24d in der Ringwanne 4, wird diese speichenartig ausgesteift. Selbst bei ungleichmäßiger Beladung des Rotors, wenn beispielsweise nur einige der Adapter 24d mit Probengefäßen (hier nicht dargestellt) beladen werden und andere leer bleiben, stellt sich keine Ovalisierung des Rotorkörpers 1 ein, da die Adapter 24d wie Speichen wirken. Die Adapter 24d nehmen sind sowohl zur Aufnahme von Druck- als auch von Zugkräften ausgebildet. Konzentrisch um die Rotornabe 2 ist ein als Ringscheibe ausgebildeter Niederhalter 26 vorhanden. Der Niederhalter 26 ist zwischen zwei Anschlägen hin und her drehbar und gibt in einer Frei gabestellung die Adapter 24d frei und fixiert dieselben in einer Haltestellung. Der Niederhalter 26 ist so ausgebildet, dass er in der Haltestellung eine Normalkraft auf die Adapter 24d aufbringt, wodurch diese gegen die Ringwanne 4 gepresst werden. Dadurch wird die Speichenwirkung der Adapter 24d erhöht. Der Niederhalter 26 ist so dimensioniert, dass Probengefäße jederzeit, auch in der Haltestellung, in die Adapter 24d ein- und ausgeführt werden können.
3 zeigt einen Teilausschnitt des Rotorgehäuses in Draufsicht. In der Innenseite der Außenwand 31 ist eine Ausnehmung 10a ausgebildet, welcher einer in der Innenseite der Innenwand 41 ausgebildeten Ausnehmung 12a gegenüberliegt. In diesen Ausnehmungen 10a, 12a liegt ein als Adapter 24a ausgebildeter Zentrifugierbehälter flächig an. Im Adapter 24a ist eine zylinderförmige Aussparung 25 ausgebildet, in die ein Probengefäß 11a formschlüssig eingesetzt ist. Die Mittelachsen des Adapters 24a und des Probengefäßes 11a fallen zusammen, d.h das Probengefäß 11a ist im Zentrum des Adapters 24a angeordnet. Es genügt, wenn das Probengefäß 11a mit Spielpassung im zugehörigen Adapter 24a eingesetzt ist. Der Adapter 24a weist eine ovalförmige Außenkontur auf, wobei er jeweils im Bereich der Scheitelpunkte seiner Langseiten in den Ausnehmungen 10a, 12a anliegt. Es ist zu erkennen, dass die maximale Wandstärke b des Adapter 24a in Unfangsrichtung der Ringwanne 4 größer ist als die Wandstärke c in Rotorradialrichtung. Weiterhin weist die Ausnehmung 10a in der Draufsicht die Form eines Kreisbogensegmentes auf, wobei der Kreisbogen einen ersten Radius R1 besitzt. Der zu diesem ersten Radius R1 zugehörige Mittelpunkt M1 ist außerhalb der Ringwanne angeordnet und befindet sich auf der in Richtung zur Mittelachse des Rotors hin orientierten Seite. Der erste Radius R1 ist größer als der halbe Abstand zwischen der Außenseite der Innenwand 42 und der Außenseite der Außenwand 32. Der Abstand zwischen den beiden Außenseiten 32, 42 ist in 2 mit "a" bezeichnet. Die Ausnehmung 12a an der Innenseite der Innenwand 41 der Ringwanne 4 kann auch mit einem Radius R1 vorgesehen sein. Dies ist vorteilhaft, da somit ein Probengefäß, welches in die Ringwanne 4 so eingesetzt wird, dass es im Bereich der Ausnehmung 12a mit dieser Ausnehmung 12a möglichst vollflächig in Kontakt kommt, insgesamt eine noch größere Kontaktfläche und somit einen noch sichereren Halt in der Ringwanne 4 erreichen kann.
Der Zentrifugierbehälter kann auch dreiecksförmig ausgebildet sein. Ein entsprechend geformter Adapter 24b ist in 4 dargestellt. Sowohl Innen- als auch Außenkontur des Adapters 24b sind dreiecksförmig ausgestaltet. Demzufolge ist auch das in den Adapter 24b eingesetzte Probengefäß 11b drei ecksförmig ausgebildet. Die maximale Wandstärke b in Umfangsrichtung ist auch hier größer als die maximale Wandstärke c in Radialrichtung. Die Seiten des Dreieckes sind nicht als Gerade, sondern als Kreisbogensegment vorgesehen. Dabei kann eine Spitze des Dreiecks in der Innenseite der Innenwand 31 eingreifen, wobei die Spitze auch abgerundet ausgebildet sein kann, siehe Ausnehmung 12b in 3. Grundsätzlich kann das Kreisbogensegment auch durch eine kreisbogenähnliche Geometrie ersetzt werden. Statt der Dreiecksform mit Dreiecksseiten, welche kreisbogenförmig ausgebildet sind, können auch Dreiecksseiten verwendet werden, welche eine Zykloide darstellen. Die Außenkontur eines solchen Zentrifugierbehälters entspricht dann im Wesentlichen einer dreibogigen Epitrochoide. Eine Dreiecksseite des Adapters 24b liegt im Wesentlichen vollständig in der Ausnehmung 10b an. Auch hier weist die Ausnehmung 10b einen ersten Radius R1 auf.
Um Kräfte in Radialrichtung und in Umfangsrichtung des Rotors gut aufnehmen zu können, wird eine Ausführungsform gemäß 5 vorgeschlagen. Die Innenseiten 31 und 41 der Ringwanne 4 sind dabei mit Ausnehmungen 10c, 12c versehen, welche durch eine Kombination unterschiedlicher Radien entsteht. Die Ausnehmung 10c weist dabei ein erstes Kreisbogensegment mit einem Kreisbogenwinkel φ1 auf, wobei sich an den Enden dieses Kreisbogensegmentes jeweils ein zusätzliches Kreisbogensegment mit einem zweiten Radius R2 anschließt, welcher kleiner als der erste Radius R1 ist. Das jeweils zweite Kreisbogensegment 15 weist einen Kreisbogenwinkel φ2 auf. Im Extremfall ist der Radius R1 unendlich, so dass zwischen den beiden Kreisbogensegmenten 15 eine Gerade vorliegt. Geht der Anteil des Kreisbogenwinkels φ1 im Grenzfall gegen 0°, berühren sich die beiden Kreisbogensegmente mit der Kontur 15 miteinander und es ergeben sich die in 7 dargestellten Ausnehmungen 10d, 12d. Die Kreisbogensegmente 15 können auch als Rollkurve (Zykloide) oder Kurve vierter Ordnung (z.B. Kardiode) ausgebildet sein. Das Probengefäß 11c aus 5 weist eine annähernd trapezförmige Außenkontur auf, wobei die in den Ausnehmungen 10c, 12c anliegenden Seiten als Kreisbogensegmente ausgebildet sind. In 6 ist ein Adapter 24f dargestellt, dessen Außenkontur der des Probengefäßes 11c aus 5 ähnelt. Im Adapter 24f ist eine kreisrunde Ausnehmung 25 ausgebildet, die zur Aufnahme eins zylindrischen, handelsüblichen Probengefäßes (hier nicht dargestellt) ausgebildet ist. Durch die relativ großen Anlageflächen des Adapters 24f an den Innenseiten 31 und 41 können Kräfte in Radialrichtung besonders gut aufgenommen und abgetragen werden.
8 zeigt einen Adapter 24c mit ovalförmiger Außenkontur in Draufsicht. Im Adapter 24c ist eine Aussparung 25 zur formschlüssigen Aufnahme eines zylinderförmigen Probengefäßes (hier nicht dargestellt) ausgebildet. Die Position der kreisförmigen Aussparung 25 innerhalb des Adapters 24c ist exzentrisch. Die Aussparung 25 ist außerhalb der Mitte 18 des ovalförmigen Adapters 24c angeordnet. Die Aussparung 25 ist weiterhin so angeordnet, dass ihre Mittelachse im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des Adapters 24c ausgerichtet ist.
9 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Adapters 24e, welcher durch einen biegesteifen, aus karbonfaserverstärktem Kunststoff hergestellten Deckel 26 versteift wird. Der Deckel 26 wird mittels eines Gewindes 27 mit dem Adapter 24e verschraubt. Der Deckel 26 wirkt als Druckstütze und verhindert so eine Ovalisierung des Adapters 24e. Zusätzlich zu seiner Stützwirkung, schließt der Deckel 26 den Adapter 24e dichtend ab.
10 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Adapters 24g. Der Adapter 24g weist einen als Hülse ausgebildeten und innen liegenden Liner 28 auf. Der Liner 28 ist durchgängig ausgebildet und deckt die gesamte Innenoberfläche des Adapters 24g ab. Im vorliegenden Beispiel ist der Liner 28 aus Metall hergestellt und weist eine zylindrische Geometrie auf. Der Liner kann aber grundsätzlich auch in jeder anderen geometrischen Form, beispielsweise elliptisch, trapezförmig, dreieckig, etc hergestellt werden. Um den Liner 28 herum ist ein Kohlefaserverbundmantel 29 angeordnet, der in Wickeltechnik hergestellt ist. Bei Herstellung des Adapters 24g werden die Kohlefasern um den Liner 28 herumgewickelt, so dass sie den Mantel 29 bilden und den Liner 28 vollständig bedecken.

Claims

Rotor für Laborzentrifugen mit einem nach oben geöffneten Rotorgehäuse (1) mit wenigstens einer Aussparung zur Aufnahme von Zentrifugierbehältern (11a, 11b, 11c, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e), wobei die Aussparung im Peripheriebereich des Rotors als konzentrisch umlaufende Ringwanne (4) mit einer Innenwand (40) und einer Außenwand (30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringwanne (4) durch radial und über ihren Umfang verteilt angeordnete Zentrifugierbehälter (11a, 11b, 11c, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f, 24g) in der Weise speichenartig versteift ist, dass die Zentrifugierbehälter (11a, 11b, 11c, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e) die Innen- und Außenwand (30, 40) biegefest gegeneinander abstützen.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Wandstärke (b) der Zentrifugierbehälter (11c, 24a, 24b, 24c) in Rotorumfangsrichtung größer ist als die maximale Wandstärke (c) der Zentrifugierbehälter (11c, 24a, 24b, 24c) in Rotorradialrichtung.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugierbehälter (11c, 24a, 24b, 24d) an der Innenseite der Außenwand (31) flächig anliegen.
Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Ringwanne (4) im Bereich der Innenseite ihrer Außenwand (31) Ausnehmungen (10, 10a, 10b, 10c, 10d) aufweist, in der die Zentrifugierbehälter (11c, 24a, 24b, 24d) anliegen.
Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (10a, 10b, 10c, 10d) jeweils einen ersten Radius (R1) aufweisen, der größer als der halbe Abstand (a) zwischen der Außenseite der Innenwand (42) und der Außenseite der Außenwand (32) der Ringwanne (4) ist.
Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Radius (R1) zu einem ersten Kreisbogensegment (15) zugehörig ist, an dessen Enden sich jeweils ein weiteres Kreisbogensegment (15) mit einem zweiten Radius (R2) anschließt, welcher kleiner als der erste Radius (R1 ) ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausnehmungen (10, 10a, 10b, 10c, 10d) in Richtung zum Boden der Ringwanne (4) konisch verjüngen.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Niederhalter (26) vorhanden ist, durch den die Zentrifugierbehälter (24d) im Rotor gehalten und gegen axiale Verschiebung gesichert sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugierbehälter (24e) jeweils einen biegesteifen Deckel (26) zum Verschließen und Aussteifen der Zentrifugierbehälter (24e) aufweisen.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorgehäuse (1) aus einem Metall, einer Metalllegierung oder faserverstärktem Kunststoff ausgebildet ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugierbehälter (24e) zumindest teilweise aus Metall hergestellt sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugierbehälter (24e) aus zumindest teilweise in Kohlefaserverbundbauweise hergestellt sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Bodenbereich der Ringwanne (4) Positioniermittel zur Positionierung der Zentrifugierbehälter (11a, 11b, 11c, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f, 24g) vorhanden sind.
Adapter zur Aufnahme eines Probengefäßes (11a, 11b) und zum Einsatz in einen Rotor für Laborzentrifugen, welcher ein nach oben geöffnetes Rotorgehäuse (1) mit wenigstens einer Aussparung zur Aufnahme mindestens eines Adapters (24a, 24b, 24c) aufweist, wobei die Aussparung im Peripheriebereich des Rotors als konzentrisch umlaufende Ringwanne (4) mit einer Innenwand (40) und einer Außenwand (30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Wandstärke (b) des Adapters (24a, 24b, 24c) in Rotorumfangsrichtung größer ist als die maximale Wandstärke (c) des Adapters (24a, 24b, 24c) in Rotorradialrichtung.
Adapter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (24a, 24c) eine ovalförmige Außenkontur aufweist, wobei er im Bereich der Scheitelpunkte seiner Langseiten an den Innenseiten (31, 41) der umlaufenden Ringwanne (4) anliegt.
Adapter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter eine dreiecksförmige Außenkontur (24b) aufweist, wobei er mit einer Seite flächig an der Innenseite der Außenwand (31) der umlaufenden Ringwanne (4) anliegt.
Adapter nach einem der Ansprüche 14 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (24c) exzentrisch zu seiner Mittelachse eine Aussparung (25) aufweist, in welche das Probengefäß (11a, 11b, 11c) einsetzbar ist.
Adapter nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (24a, 24b, 24c), fest mit der Innenfläche der Ringwanne 4 verklebt ist.