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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Konkret betrifft die Erfindung eine Zentrifuge, insbesondere Laborzentrifuge, mit einem einen Zentrifugendeckel umfassenden Gehäuse, das die Zentrifuge nach außen begrenzt, einem Rotor und einem Rotordeckel zum Verschließen des Rotors.
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Derartige Zentrifugen sind in Laboratorien, insbesondere der Biowissenschaften und angrenzender Fachgebiete, weit verbreitet. Sie werden zur Trennung von Stoffgemischen, beispielweise Suspensionen, Emulsionen oder Gasgemischen, eingesetzt. Neben organischen und anorganischen Stoffen können beispielsweise auch Mikroorganismen oder Zellen aus Suspensionen abgetrennt werden. Die zu trennenden Gemische werden in Behältern auf dem Rotor fixiert und auf einer Kreisbahn beschleunigt. Aufgrund unterschiedlicher Massenträgheit werden dann Bestandteile höherer Dichte und Bestandteilen niedrigerer Dichte des Gemisches voneinander getrennt.
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Zentrifugen des Standes der Technik weisen üblicherweise ein äußeres Gehäuse auf, das einen als Klappdeckel ausgeführten Zentrifugendeckel umfasst, der zumeist nach oben geöffnet werden kann. Im Inneren des Gehäuses befindet sich ein Rotor, in den die zu zentrifugierenden Gemische in dafür vorgesehenen Behältern eingesetzt werden können. Der Rotor kann häufig von einem separaten Rotordeckel verschlossen werden. Der Rotordeckel verhindert zum Einen, dass Stoffe der zu trennenden Gemische aus dem Rotor entweichen können und sorgt zum Anderen dafür, dass der Rotor auf der oberen Seite eine möglichst glatte Oberfläche aufweist. Durch die glatte Oberfläche wird die Luftreibung des Rotors im Arbeitsbetrieb deutlich verringert, wodurch die Zentrifuge weniger Energie verbraucht. Gerade bei größeren Zentrifugen, die zur Trennung größerer Gemischvolumina eingesetzt werden, kann durch den Verschluss des Rotors durch einen Rotordeckel der Stromverbrauch um mehr als die Hälfte reduziert werden. Nachteilig an den Rotordeckeln ist allerdings, dass sie durch einen Bediener manuell auf den Rotor aufgesetzt und auch wieder von diesem entfernt werden müssen. Bei großen Zentrifugen kann der Deckel zwischen zwei und drei Kilogramm wiegen und muss zudem in einer meist unergonomischen Körperhaltung am Rotor angebracht oder von diesem entfernt werden. Darüber hinaus muss ein Lagerplatz freigehalten werden, auf dem der Rotordeckel bei geöffnetem Rotor abgelegt werden kann. Für einen Bediener ist das Abnehmen bzw. Auflegen des Rotordeckels auf dem Rotor also unangenehm und zeitraubend.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Konkret ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Zentrifuge der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Vorteile des Einsatzes eines Rotordeckels genutzt werden können, ohne dass diese Bedienung für einen Benutzer unangenehm oder zeitraubend ist. Mit anderen Worten soll mit der Erfindung die Bedienung einer gattungsgemäßen Zentrifuge vereinfacht und beschleunigt werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt in einer Zentrifuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Konkret gelingt die Lösung in einer gattungsgemäßen Zentrifuge dadurch, dass eine Verbindungseinrichtung vorhanden ist, über die der Rotordeckel und der Zentrifugendeckel derart lösbar miteinander verbindbar sind, dass der Rotordeckel beim Öffnen des Zentrifugendeckels vom Rotor abgehoben und beim Schließen des Zentrifugendeckels auf dem Rotor abgelegt wird. Die Verbindungseinrichtung stellt also eine lösbare Verbindung zwischen dem Rotordeckel und dem Zentrifugendeckel her. Diese Verbindung bewirkt, dass der Rotordeckel der Bewegung des Zentrifugendeckels, beispielsweise beim Öffnen und/oder Schließen des Zentrifugendeckels, folgt. Wird der Zentrifugendeckel also von einem Bediener geöffnet, sprich nach oben geklappt, so wirkt die Verbindungseinrichtung derart, dass der Rotordeckel mit dem Zentrifugendeckel aufgeklappt und damit vom Rotor abgehoben wird. In geöffnetem Zustand des Zentrifugendeckels hängt der Rotordeckel über die Verbindungseinrichtung derart am Zentrifugendeckel, dass ein Bediener freien Zugang zum Rotor hat und dort Behälter mit zu zentrifugierendem Gemisch einbringen oder entfernen kann. Beim Schließen des Zentrifugendeckels folgt der Rotordeckel ebenfalls dessen Bewegung und wird wieder auf dem Rotor abgelegt. Bei geschlossenem Zentrifugendeckel liegt der Rotordeckel auf dem Rotor auf, die Zentrifuge ist betriebsbereit. Das Öffnen und das Schließen des Rotordeckels erfolgt automatisch in dem Sinne, dass ein Bediener den Rotordeckel nicht gesondert manuell vom Rotor entfernen oder auf diesem ablegen muss. Der Bediener öffnet lediglich in herkömmlicher Weise den Zentrifugendeckel, wobei die Verbindungseinrichtung als Mitnehmer fungiert und den Rotordeckel in Öffnungsrichtung des Zentrifugendeckels mitnimmt. Der Rotor wird ohne weiteres Zutun des Bedieners freigegeben. Auch beim Schließen des Zentrifugendeckels muss der Bediener zuvor nicht den Rotordeckel auf dem Rotor ablegen. Der Rotordeckel wird vielmehr automatisch auf dem Rotor abgelegt, wenn der Bediener den Zentrifugendeckel schließt.
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Das Ablegen des Zentrifugendeckels auf dem Rotor reicht für den Verschluss des Rotors während des Zentrifugenlaufes im Allgemeinen aus. Da der Rotordeckel den Rotor nicht hermetisch verschließt, entweicht bei der Beschleunigung des Rotors Luft aus dem Rotor am Rotordeckel vorbei, wodurch ein Unterdruck im Rotor entsteht. Dieser Unterdruck zieht den Rotordeckel auf den Rotor und fixiert ihn so stark, dass der Rotordeckel üblicherweise nicht zusätzlich am Rotor befestigt werden muss. Eine Gefahr, dass der Rotordeckel während des Zentrifugenlaufs vom Rotor getrennt werden könnte und einen Unfall verursacht, besteht also in der Regel nicht. Dennoch ist es im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich, den Rotordeckel beispielsweise mittels Schnappverbindungen oder in ähnlicher Weise am Rotor zu befestigen und Mittel vorzusehen, die beim Betätigen des Zentrifugendeckels die Verbindungen zur Befestigung des Rotordeckels am Rotor wieder lösen.
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Generell kann die Verbindungseinrichtung in verschiedenster Art und Weise gestaltet werden. Es wäre einerseits beispielsweise denkbar, eine magnetische, insbesondere elektromagnetische, Verbindungseinrichtung vorzusehen, über die der Zentrifugendeckel und der Rotordeckel lösbar miteinander verbindbar sind. Andererseits wird bei einigen modernen Zentrifugen beim Öffnen und Schließen des Zentrifugendeckels ein Verschluss über einen Stellmotor entweder geöffnet oder geschlossen. Es wäre dadurch ebenso möglich, diesen oder einen weiteren Stellmotor zu nutzen, um eine lösbare Verbindung zwischen dem Zentrifugendeckel und dem Rotordeckel herzustellen. Dies könnte beispielsweise eine Klickverbindung sein, die beim Verschluss des Zentrifugendeckels durch den Stellmotor geöffnet und beim Öffnen des Verschlusses wieder geschlossen werden kann.
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Bevorzugt ist es allerdings, wenn die Verbindungseinrichtung einen Haltearm und eine Halterung umfasst, wobei der Haltearm beim Öffnen und Schließen des Zentrifugendeckels lösbar und beweglich in der Halterung gelagert ist. Der Haltearm überwindet den Abstand zwischen Zentrifugendeckel und Rotordeckel bei geschlossener Zentrifuge. Der Haltearm wird bei geschlossener lösbarer Verbindung zweckmäßig formschlüssig in der Halterung gelagert. Die bewegliche Lagerung dient dem Ausgleich von Toleranzen beim Schließen des Zentrifugendeckels und dem damit einhergehenden Ablegen des Rotordeckels auf dem Rotor.
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Im Allgemeinen ist es sowohl möglich, den Haltearm am Rotordeckel und die Halterung am Zentrifugendeckel oder den Haltearm am Zentrifugendeckel und die Halterung am Rotordeckel anzuordnen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Ende des Haltearms am Rotordeckel und das andere Ende des Haltearms in der Halterung am Zentrifugendeckel angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich eine besonders präzise Führung des Rotordeckels durch den Zentrifugendeckel erreichen. Diese Ausführung ermöglicht außerdem weitere, später beschriebene Ausführungsformen und ist deshalb besonders flexibel.
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Der Rotor der erfindungsgemäßen Zentrifuge dreht sich im Arbeitsbetrieb. Bei einer außerhalb der Mitte des Rotors liegenden Verbindungseinrichtung wäre es notwendig, eine weitere Einrichtung vorzusehen, die sicherstellt, dass der Rotor immer in derselben Position zum Stehen kommt, in der die Verbindungseinrichtung derart orientiert ist, dass sie den Zentrifugendeckel und den Rotordeckel lösbar verbinden kann. Um die Konstruktion möglichst einfach zu halten und zusätzliche Einrichtungen wenn möglich zu vermeiden, ist es deshalb bevorzugt, die Verbindungseinrichtung in der Deckelmitte des Zentrifugendeckels und des Rotordeckels anzuordnen. Damit ist die Verbindungseinrichtung auch in der Mitte des Rotors angeordnet. Die Begriffe Mitte bzw. Deckelmitte beziehen sich vorliegend auf alle Punkte des jeweiligen Teiles, die auf der Rotationsachse des Rotors liegen. Die Mitte des Rotors bzw. die Deckelmitte des Zentrifugendeckels und des Rotordeckels liegen somit auf einer Geraden vertikal übereinander. Die Verbindungseinrichtung liegt somit ebenfalls zumindest teilweise auf der Rotationsachse der Zentrifuge bzw. des Rotors oder umgibt diese zumindest teilweise. Dadurch wird nicht nur die Verbindungseinrichtung unabhängig von der jeweiligen Rotationsstellung des Rotors und damit des Rotordeckels, sondern es wird ebenfalls die exakte Platzierung des Rotordeckels auf dem Rotor beim Ablegen des Rotordeckels durch die Schließbewegung des Zentrifugendeckels erleichtert.
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Um eine freie Rotation des Rotors mit dem Rotordeckel und dem Haltearm zu ermöglichen, ist es bevorzugt, dass der Haltearm und die Halterung bei geschlossenem Zentrifugendeckel über einen Freiraum voneinander beabstandet sind. Die lösbare Verbindung zwischen Haltearm und Halterung soll bei geschlossenem Zentrifugendeckel also derart getrennt sein, dass zwischen Haltearm und Halterung ein Abstand bzw. Freiraum vorhanden, der verhindert, dass der Haltearm und die Halterung beim Betrieb der Zentrifuge und Rotation des Rotors miteinander kollidieren oder in sonstiger Art und Weise in Berührung geraten. Der Freiraum muss also auch groß genug gestaltet sein, um einen unregelmäßigen Lauf oder Vibrationen des Rotors und damit des Rotordeckels, insbesondere beim Resonanzdurchlauf während des Beschleunigungsvorganges, zu ermöglichen, ohne dass es zur Berührung zwischen dem Haltearm und der Halterung kommt. Praktisch wird dieser Freiraum erreicht, indem der Haltearm und die Halterung derart ausgebildet sind, dass der Rotordeckel schon auf dem Rotor abgelegt ist, bevor der Zentrifugendeckel komplett geschlossen ist. Durch die weitere Schließbewegung des Zentrifugendeckels, die erfolgt, nachdem der Rotordeckel auf dem Rotor abgelegt wurde, wird die lösbare Verbindung zwischen Haltearm und Halterung getrennt und der Haltearm aus der Halterung gehoben. Die Beabstandung zwischen Halterung und Haltearm bildet den Freiraum. Wird der Zentrifugendeckel im Anschluss an den Betrieb wieder geöffnet, so bewegen sich der Haltearm und die Halterung zuerst ein Stück weit berührungsfrei aneinander entlang, bis es schließlich zum Eingriff der beiden Teile der Verbindungseinrichtung ineinander kommt, wodurch die lösbare Verbindung hergestellt wird. Bei einem weiteren Öffnen des Zentrifugendeckels bis in seine komplett geöffnete Position wird der Rotordeckel der Bewegung des Zentrifugendeckels folgend durch die Verbindungseinrichtung an diesem mitgeführt. Bei komplett geöffnetem Zentrifugendeckel hängt der Rotordeckel also lösbar verbunden am Zentrifugendeckel. Bei komplett geschlossenem Zentrifugendeckel ist dieser über den Freiraum vom Rotordeckel entkoppelt, und die lösbare Verbindung ist gelöst. Der erfindungsgemäße Freiraum ermöglicht also einen ordnungsgemäßen Betrieb der Zentrifuge und trägt zu deren Sicherheit bei.
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Der Zentrifugendeckel kann demnach insgesamt zwischen drei Positionen bewegt werden: Die erste Position ist die geöffnete Position, in der der Rotordeckel über die Verbindungseinrichtung lösbar am Zentrifugendeckel befestigt ist und den Rotor für einen Benutzer freigibt. Die zweite Position ist die Kupplungsposition, in der die lösbare Verbindung der Verbindungseinrichtung gerade gelöst oder hergestellt wird, je nachdem, in welche Richtung der Zentrifugendeckel bewegt wird. Die dritte Position ist die geschlossene Position, in der der Zentrifugendeckel das Gehäuse und der Rotordeckel den Rotor verschließt. Beim Öffnen und Schließen des Zentrifugendeckels werden alle drei Positionen nacheinander durchlaufen, wobei der Benutzer die Kupplungsposition in der Regel nicht bewusst wahrnehmen wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Haltearm einen verbreiterten Kopf aufweist, wobei der Kopf eine Gelenkfläche aufweist, die formschlüssig zu einer Gelenkfläche an der Halterung ausgebildet ist, bevorzugt derart, dass der Haltearm und die Halterung ein Pendelgelenk bilden. Der Haltearm greift also mit seinem verbreiterten Kopf in die Halterung ein. Die Halterung ist als Mitnehmer ausgestaltet, der beim Öffnen des Zentrifugendeckels am Kopf des Haltearms anschlägt und den Haltearm und damit den Rotordeckel bei der weiteren Öffnungsbewegung des Zentrifugendeckels mitnimmt. Die in Anschlag geratenden Gelenkflächen des Kopfes des Haltearms und der Halterung sind aufeinander zu gerichtet. Die Gelenkflächen bilden, sobald sie aneinander anliegen, die lösbare und bewegliche Verbindung zwischen Haltearm und Halterung. Die Ausbildung eines Pendelgelenkes zwischen Haltearm und Halterung ermöglicht es, die Gewichtskraft des Rotordeckels zur Zentrierung des Rotordeckels auf dem Rotor zu nutzen. So wird eine exaktere Platzierung des Rotordeckels auf dem Rotor als bei einer starren Verbindung ermöglicht. Die Länge des Haltearms beeinflusst dabei maßgeblich die Größe der möglichen Pendelstrecke des Rotordeckels. Je länger der Haltearm ist, desto größere Pendelbewegungen des Rotordeckels werden ermöglicht. Generell ist es bevorzugt, einen möglichst kurzen Haltearm einzusetzen, um ein zu starkes Pendeln des Rotordeckels zu verhindern. Gleichzeitig ist eine minimale Länge des Haltearmes notwendig, damit der Rotordeckel sich über seine eigene Gewichtskraft exakt auf dem Rotor positioniert. Für ein störungsfreies Öffnen und Schließen des Zentrifugendeckels und des Rotordeckels miteinander ist es also von Vorteil, wenn der Rotordeckel gegenüber dem Zentrifugendeckel pendeln kann, diese Pendelbewegung allerdings so klein gehalten wird wie möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Kopf des Haltearms die Form eines Kegels bzw. Kegelstumpfes. Die Mantelfläche des Kegels bildet die Gelenkfläche des Haltearms. Diese kann auf der Gelenkfläche der Halterung, je nach relativer Verkippung des Haltearms zur Halterung, eine Zweipunkt- oder Dreipunktauflage bilden. Durch diese Auflage wird die notwendige Beweglichkeit zur Bildung eines Pendelgelenks bereitgestellt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht allerdings vor, dass die Gelenkfläche der Halterung eine Gelenkpfanne und die Gelenkfläche des Haltearms ein Gelenkkopf eines Kugelgelenks ist. Hierzu weist der Kopf des Haltearms auf seiner der Halterung zugewandten Seite die Form einer Kugelkalotte auf, die die Gelenkfläche des Kopfes darstellt. Die Gelenkfläche der Halterung ist dazu komplementär als kugelförmige Ausnehmung ausgeführt. Durch die Ausführung des Pendelgelenks zwischen dem Zentrifugendeckel und dem Rotordeckel als Kugelgelenk kann das Pendeln des Rotordeckels in besonders genau vorgegebenen Bahnen gehalten werden. Das Kugelgelenk ermöglicht somit eine besonders exakte Positionierung des Rotordeckels auf dem Rotor. Damit wird ein fehlerfreier Betrieb der Zentrifuge gewährleistet und deren Sicherheit erhöht.
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Zwischen den Läufen einer Zentrifuge muss diese manchmal komplett gereinigt werden. Dies gilt insbesondere für den Rotor, die Rotorkammer, den Zentrifugendeckel und den Rotordeckel. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn die Verbindung zwischen Zentrifugendeckel und Rotordeckel manuell gelöst werden kann. Der Rotordeckel ist also so am Zentrifugendeckel befestigt, dass ein Bediener diesen abnehmen kann. Sodann kann der Rotordeckel als separates Teil gereinigt werden. Danach kann der Rotordeckel wieder am Zentrifugendeckel befestigt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dann wieder einsatzbereit, und der Rotordeckel kann wieder mit dem Zentrifugendeckel automatisch geschlossen und auf dem Rotor abgelegt werden. Ein manuelles Ablegen des Rotordeckels auf dem Rotor bleibt zusätzlich weiterhin möglich.
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Bevorzugt ist der Zentrifugendeckel ein Klappdeckel und die Halterung am Zentrifugendeckel angeordnet, wobei die Halterung im Wesentlich U-förmig ausgebildet und an ihrer zum freien Ende des Zentrifugendeckels gerichteten Seite offen ist, um dort eine Entnahmeöffnung für den Haltearm zu bilden. Die beiden Schenkel der U-förmigen Halterung weisen mit ihren freien Enden also zum freien Ende des Zentrifugendeckels. Auf der vom Zentrifugendeckel weg gerichteten Seite der Halterung sind die Enden der Schenkel senkrecht aufeinander zu umgebogen und bilden hier eine parallel zur Oberfläche des Zentrifugendeckels angeordnete Schiene. Der Kopf des Haltearms greift hinter diese Schiene und wird von dieser am Zentrifugendeckel fixiert. Der Rotordeckel wird mit anderen Worten mit dem Kopf seines Haltearms in die U-förmige Halterung, hinter die Schiene, eingehängt. Auf der offenen Seite der U-förmigen Halterung bildet sich dadurch eine Entnahmeöffnung, durch die der Haltearm aus der Halterung und damit der Rotordeckel vom Zentrifugendeckel entfernt werden kann. Ein Bediener kann also bei geöffnetem Zentrifugendeckel den an diesem hängenden Rotordeckel einfach durch ein Anheben in Richtung der freien Seite des Zentrifugendeckels von diesem lösen. Um den Rotordeckel wieder am Zentrifugendeckel zu befestigen, muss einfach der Kopf des Haltearms hinter die Schiene der Halterung geführt werden, wodurch der Rotordeckel am Zentrifugendeckel eingehängt wird. Der Rotordeckel kann damit einfach vom Zentrifugendeckel getrennt und gereinigt werden. Einem Bediener entstehen so durch die erfindungsgemäße Vorrichtung keinerlei Nachteile, da er nicht auf eine manuelle Trennbarkeit des Rotordeckels vom Zentrifugendeckel verzichten muss.
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Um die Positionierung des Rotordeckels auf dem Rotor noch verlässlicher zu gestalten, ist es von Vorteil, wenn eine Zentriervorrichtung vorhanden ist, die den Rotordeckel beim Schließen des Zentrifugendeckels auf dem Rotor zentriert. Grundsätzlich kann eine derartige Zentrierung auf verschiedenen Wegen erreicht werden. Bevorzugt ist allerdings, dass ein Zentrierstift vorhanden ist, der entweder am Rotor oder am rotorseitigen Ende des Haltearms angeordnet ist, und der bei geschlossenem Zentrifugendeckel in einen komplementär ausgebildeten Kanal eingreift, der entweder im rotorseitigen Ende des Haltearms oder im Rotor angeordnet ist und bevorzugt zu seinem zum Zentrierstift gerichteten Ende hin aufgeweitet ist. Der Zentrierstift und der komplementär zum Zentrierstift ausgebildete Kanal zentrieren also den Rotordeckel durch den Eingriff des Zentrierstiftes in den Kanal auf dem Rotor. Dabei ist es unerheblich, ob der Zentrierstift am Rotordeckel und der Kanal am Rotor oder der Zentrierstift am Rotor und der Kanal am Rotordeckel ausgebildet ist. Wichtig ist nur, dass der Zentrierstift und der Kanal derart zueinander positioniert sind, dass, wenn der Zentrierstift in den Kanal eingeführt wird, der Rotordeckel exakt in der dafür vorgesehenen Position auf dem Rotor zum liegen kommt. Die bevorzugte Aufweitung des Kanals an seinem zum Zentrierstift gerichteten Ende dient dazu, Toleranzen auszugleichen und eine exakte Positionierung auch dann zu erreichen, wenn der Zentrierstift nicht vollständig passgenau zur Mündung des Kanals bewegt wird. Die Aufweitung weist zweckmäßig trichterförmige Schrägen auf, die den Zentrierstift beim Schließen des Zentrifugendeckels in den Kanal hinein leiten. Auch Ungenauigkeiten durch die Pendelbewegung des Rotordeckels am Zentrifugendeckel werden so ausgeglichen.
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Um diesen Effekt noch weiter zu unterstützen, ist es bevorzugt, dass der Zentrierstift an seinem freien Ende eine sich verjüngende, insbesondere abgerundete, Zentrierfläche aufweist. Insbesondere in Kombination mit der als Trichter ausgebildeten Aufweitung des Kanals, an deren schrägen Flächen die Zentrierfläche des Zentrierstiftes entlang gleiten kann, wird ein treffsicherer Eingriff des Zentrierstiftes in den Kanal erreicht. Der Rotordeckel wird exakt auf dem Rotor positioniert und beispielsweise durch die Pendelbewegung entstehende Toleranzen ausgeglichen. Insgesamt wird so einem Verkanten vorgebeugt und ein störungsfreier Ablauf des Öffnens und Schließens der erfindungsgemäßen Zentrifuge sichergestellt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in den Figuren gezeigter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf diese Beispiele beschränkt wäre. Es zeigen schematisch:
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1 eine seitliche Schnittdarstellung einer Zentrifuge im geschlossenen Zustand;
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2 die Zentrifuge der 1 in halb geöffnetem/halb geschlossenem Zustand;
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3 die Zentrifuge der 1 im geöffneten Zustand;
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4 die Zentrifuge der 3 aus der Blickrichtung eines Bedieners auf den Rotor;
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5 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Haltearms und einer Halterung;
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6 eine perspektivische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Haltearms und einer Halterung;
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7 eine Detaildarstellung einer Ausführungsform eines Haltearms und einer Halterung;
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8 eine Detaildarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Haltearms und einer Halterung;
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9 eine Detaildarstellung des Sektors A gemäß 5 und 6;
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10 eine perspektivische Ansicht von schräg hinten auf eine Halterung;
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11 eine perspektivische Seitenansicht der Halterung aus 10 mit gelöstem Rotordeckel.
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente. Sich wiederholende Elemente sind nicht in jeder Figur gesondert bezeichnet.
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1 zeigt eine Zentrifuge 1 mit einem Gehäuse 23, das einen Zentrifugendeckel 2 umfasst. Der Zentrifugendeckel 2 ist ein Klappdeckel und kann über das Deckelgelenk 8 nach oben geöffnet bzw. weggeklappt werden. Innerhalb des Gehäuses 23 befinden sich ein Panzerring 24, der als Berstschutz ausgestaltet ist, und ein Rotor 5. Ebenfalls innerhalb des Gehäuses 23 befinden sich weitere, nicht dargestellte Komponenten wie ein Antriebsmotor, ein Kühlungskompressor und eine Belüftungsanlage, die allerdings von untergeordneter Bedeutung für die vorliegende Erfindung sind und sich von entsprechenden Einrichtungen des Standes der Technik nicht unterscheiden. Der Rotor 5 weist eine Aufnahme 7 für den Antriebsschaft des Motors (beide nicht dargestellt) auf. Vom Zentrifugenmotor kann der Rotor 5 um die Rotationsachse 27 rotiert werden. Der Rotor 5 weist ein Rotorkreuz 6, einen Kessel 4 und Zentrifugenbecher 9 zur Aufnahme von Probengefäßen auf. Auf dem Rotor 5 sitzt ebenfalls ein Zentrierstift 10, auf den später noch näher eingegangen wird.
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Die in 1 dargestellte Zentrifuge 1 befindet sich im geschlossenen Zustand. Das heißt, der Rotordeckel 3 liegt zentral auf dem Rotor 5 auf. In der Mitte des Rotordeckels 3 ist ein Ende eines Haltearmes 10 befestigt, der über den Rotordeckel nach oben vorsteht und mit seinem anderen Ende in eine mittig am Zentrifugendeckel 2 angebrachte Halterung 12 eingeschoben ist. Die Halterung 12 und der Haltearm 11 befinden sich zwar im Eingriff ineinander, sind allerdings voneinander beabstandet und somit entkoppelt. Die Zentrifuge 1 ist in einem betriebsbereiten Zustand, der Rotor 5 könnte also beschleunigt werden.
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Die 1, 2 und 3 zeigen einen Öffnungs- oder Schließvorgang der Zentrifuge 1. Während die Zentrifuge 1 in 1 geschlossen ist, ist der Zentrifugendeckel 2 in 2 in leicht geöffnetem oder fast geschlossenem Zustand dargestellt. Der Haltearm 11 und die Halterung 12 sind in Kontakt miteinander, der Rotordeckel 3 wird durch die Öffnungsbewegung des Zentrifugendeckels 2 vom Rotor 5 abgehoben und nach oben weg bewegt bzw. mit der Schließbewegung des Zentrifugendeckels 2 auf den Rotor 5 zu bewegt, um ihn in der Position gemäß 1 abzulegen. In 3 und 4 ist die Zentrifuge 1 mit komplett geöffnetem Zentrifugendeckel 2 dargestellt. In 4 wurde aus Gründen der Übersicht das Gehäuse 23 weggelassen. Sie zeigt die Zentrifuge 1 aus dem Blickpunkt eines Bedieners, der auf den Rotor 5 mit dessen Zentrifugenbechern 9 für Probengefäße blickt. Der Rotordeckel 3 hängt über den Haltearm 11 an der Halterung 12 des Zentrifugendeckels 2. Wird der Zentrifugendeckel 2 von einem Bediener aus der geschlossenen Position gemäß 1 heraus geöffnet, so ergibt sich zuerst die Situation gemäß 2 und dann diejenige der 3. Der Rotordeckel 3 folgt dabei der Bewegung des Zentrifugendeckels 2, ohne dass der Bediener den Rotordeckel 3 berühren muss. Beim Schließen des Zentrifugendeckels 2 aus der Situation gemäß 3 heraus werden die Stadien der 2 und 1 rückwärts durchlaufen, bis sowohl der Rotordeckel 3 auf dem Rotor 5 aufliegt als auch der Zentrifugendeckel 2 geschlossen ist. Auch hierfür ist es nicht notwendig, dass der Bediener den Rotordeckel 3 berührt. Das Abheben vom Rotor 5 bzw. das Auflegen auf den Rotor 5 geschieht vielmehr automatisch durch die Bewegung des Zentrifugendeckels 2 und die Mitnahme des Haltearms 11 bzw. des Rotordeckels 3 durch die Halterung 12 am Zentrifugendeckel 2.
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Die 5 und 6 zeigen eine perspektivische Schnittansicht durch die Halterung 12 und den Haltearm 11, sowie einen Teil des Rotors 5 der Zentrifuge 1. Der Haltearm 11 weist einen Kopf 13, einen Körper 26 und einen Fuss 29 auf. Mit dem Fuss 29 ist der Haltearm 11 am Rotordeckel 3 befestigt. In den 5 und 6 ist eine Situation abgebildet, in der der Haltearm 11 und die Halterung 12 aneinander anliegen und der Rotordeckel 3 über den Haltearm 11 und die Halterung 12 am Zentrifugendeckel 2 (in 5 und 6 nicht dargestellt) hängt. Der Haltearm 11 greift in die Halterung 12 ein und liegt mit seinem Kopf 13 auf der Schiene 28 der Halterung 12 auf. Konkret weist der Kopf 13 gemäß 5 die Form eines Kegelstumpfes auf und liegt mit dessen Mantelfläche, der Gelenkfläche 17, auf der Gelenkfläche 18 der Halterung 12 auf. Die Auflage der Gelenkfläche 17 auf der Gelenkfläche 18 erfolgt, je nach Relativwinkel zwischen Haltearm 11 und Halterung 12, als Zweipunkt- oder Dreipunktauflage. Zusammen bilden die Gelenkflächen 17, 18 das Pendelgelenk 19, über das der Rotordeckel 3 mit dem Zentrifugendeckel 2 verbunden ist.
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In 6 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, in der der Kopf 13 die Form einer Kugelkalotte aufweist und mit der abgerundeten Mantelfläche, die die Gelenkfläche 17' darstellt, auf der Gelenkfläche 18' der Halterung 12 aufliegt. Die Gelenkfläche 18' ist komplementär zur kugeligen Gelenkfläche 17' ausgebildet und bildet eine Gelenkpfanne. Die beiden Gelenkflächen 17', 18' bilden ein Pendelgelenk 19', das gemäß 6 als Kugelgelenk ausgebildet ist und damit eine besonders präzise Pendelbewegung des Rotordeckels 3 relativ zum Zentrifugendeckel 2 und zum Rotor 5 erlaubt. Die lösbare Verbindung zwischen Zentrifugendeckel 2 und Rotordeckel 3 ist in den 5 und 6 jeweils geschlossen. Der Rotordeckel 3 hängt mit seinem ganzen Gewicht über das Pendelgelenk 19, 19' am Zentrifugendeckel 2. Wird der Zentrifugendeckel 2 weiter geschlossen oder weiter geöffnet, folgt der Rotordeckel 3 der Bewegung des Zentrifugendeckels 2.
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Die 7 und 8 zeigen die Relativposition des Haltearms 11 zur Halterung 12 bei komplett geschlossenem Zentrifugendeckel 2. Die lösbare Verbindung zwischen Zentrifugendeckel 2 und Rotordeckel 3 ist gelöst. In der dargestellten Situation liegt der Rotordeckel 3 auf dem Rotor 5 auf. Aus Gründen der Einsehbarkeit ist der Zentrifugendeckel 2 nicht dargestellt. Der Haltearm 11 ist über einen Freiraum 21 von der Halterung 12 beabstandet. Der Freiraum 21 setzt sich aus einem vertikalen Überstand 22 und einer seitlichen Beabstandung 25 zusammen. Der vertikale Überstand 22 kommt durch eine Überlänge des Haltearms 11, insbesondere des Körpers 26 des Haltearms 11, zustande. Da der Haltearm 11, insbesondere der Körper 26 des Haltearms 11, dünner ist als die mittlere Ausnehmung der U-förmigen Halterung 12 ergibt sich die seitliche Beabstandung 25. Der Haltearm 11 ist also sowohl horizontal als auch vertikal über den Freiraum 21 von der Halterung 12 beabstandet. Dies gibt dem Haltearm 11 die Möglichkeit, zusammen mit dem Rotor 5 und dem auf diesem aufliegenden Rotordeckel 3 im Betrieb der Zentrifuge 1 zu rotieren, ohne dass es zu einer Kollision oder einer sonstigen Berührung des Haltearms 11 mit der Halterung 12 kommt.
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Ebenfalls in den 7 und 8 dargestellt ist die Schiene 28 der Halterung 12, die den Bereich zwischen den beiden U-Schenkeln der Halterung 12 derart einengt, dass der verbreiterte Kopf 13 des Haltearms 11 die Schiene 28 hintergreift und es beim Öffnen des Zentrifugendeckels 2 und einer im Wesentlichen vertikalen Anhebung der Halterung 12 zum Anschlag zwischen den Gelenkflächen 17, 17' des Kopfes 13 und den Gelenkflächen 18, 18' der Halterung 12 kommt. Durch die Kippbewegung des Zentrifugendeckels 2 und die Gewichtskraft des Rotordeckels 3 wird dieser bei geöffnetem Zentrifugendeckel 2 auf die geschlossene Seite der U-förmigen Halterung gezogen. Der Kopf 13 des Haltearms 11 ist größer als die von der Schiene 28 begrenzte und vom Zentrifugendeckel 2 weggerichtete Öffnung der U-förmigen Halterung 12. Der Haltearm 11 ist somit in der Halterung 12 eingehängt und kann von alleine weder beim Öffnen noch beim Schließen der Zentrifuge 1 aus der Halterung 12 herausrutschen.
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9 ist eine Detailansicht des Sektors A der 5 und 6 und zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des rotorseitigen Endes des Haltearmes 11 mit einer erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung. Im Körper 26 des Haltearms 11 befindet sich ein Kanal 14, in den ein Zentrierstift 10, der am Rotor 5 angeordnet ist, eingesteckt werden kann. Der Kanal 14 durchdringt den Haltearm 11 vollständig von einem bis zum anderen Ende. Es ist allerdings ebenfalls möglich, den Kanal 14 den Haltearm 11 nur teilweise durchdringen zu lassen, so dass der Kanal 14 blind im Haltearm 11 endet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen durchdringt der Haltearm 11 mit seinem Fuss 29 den Rotordeckel 3. Es ist allerdings ebenfalls möglich den Haltearm 11 nur auf einer Seite des Rotordeckels 3 anzuordnen. In diesem Fall durchdringt der Kanal 14 ebenfalls den Rotordeckel 3 oder ist am Rotor 5 angeordnet, während am Rotordeckel 3 der Zentrierstift 10 angeordnet ist.
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1 zeigt den Zentrierstift 10 im in den Kanal 14 eingesteckten Zustand. Durch das Einstecken des Zentrierstiftes 10 in den Kanal 14 wird der Rotordeckel 3 zentral über dem Rotor 5 ausgerichtet und in der richtigen, dafür vorgesehenen Position auf dem Rotor 5 abgelegt. Die 5, 6 und 9 zeigen die Situation kurz vor dem Eindringen des Zentrierstiftes 10 in den Kanal 14. An seinem dem Zentrierstift 10 zugewandten Ende weist der Kanal 14 eine Aufweitung 15 auf. Diese Aufweitung 15 hat die Form und die Funktion eines Trichters und soll den Zentrierstift 10 auch bei nicht ganz genauer Platzierung des Rotordeckels 3 bzw. des Haltearms 11 über dem Zentrierstift 10 in den Kanal 14 leiten. Die exakte Positionierung des Rotordeckels 3 gegenüber dem Rotor 5 wird dadurch erreicht, dass der Kanal 14 komplementär zum Zentrierstift 10 ausgebildet ist und einen Durchmesser aufweist, der dem Durchmesser des Zentrierstifts 10 derart entspricht, dass der Zentrierstift 10 beim Ablegen des Rotordeckels 3 auf dem Rotor 5 eng an der Innenoberfläche des Kanals 14 entlang gleitet. Dadurch wird der Rotordeckel 3 auf dem Rotor 5 positioniert bzw. zentriert.
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Um das Einführen des Zentrierstiftes 10 in den Kanal 14 weiter zu vereinfachen und insbesondere ein Verkeilen und Verklemmen zu vermeiden, weist der Zentrierstift 10 an seinem freien Ende, mit dem er in den Kanal 14 eindringt, eine Zentrierfläche 16 auf. Die Zentrierfläche 16 stellt eine Abrundung des Zentrierstiftes 10 dar und gleitet an den trichterförmigen Flächen der Aufweitung 15 des Kanals 14 entlang. Auch bei einer nicht exakten Positionierung des Rotordeckels 3 über dem Rotor 5 gelingt so eine genaue Zentrierung und ein sicherer Verschluss des Rotors 5.
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Die 10 und 11 zeigen, dass der Rotordeckel 3 von einem Bediener über die Entnahmeöffnung 20 auf der offenen Seite der U-förmigen Halterung 12 vom Zentrifugendeckel 2, der in den 10 und 11 zu Veranschaulichung durchsichtig dargestellt ist, entfernt werden kann. Hierfür muss ein Bediener den Rotordeckel 3 lediglich in Richtung zum freien Ende des Zentrifugendeckels 2 hin anheben. Der verbreiterte Kopf 13 des Haltearms 11 wird an der Schiene 28 der Halterung 12 entlang bzw. vorbeigeführt, bis der Haltearm 11 außer Eingriff mit der Halterung 12 gebracht ist und von dieser entfernt werden kann. Der Rotordeckel 3 und die Oberfläche des Zentrifugendeckels 2 mit der Halterung 12 können sodann gereinigt werden. Zur erneuten Befestigung des Rotordeckels 3 am Zentrifugendeckel 2 wird lediglich in umgekehrter Reihenfolge der Haltearm 11 in die Halterung 12 eingehängt.
