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Die vorliegende Erfindung begrifft eine Auffangvorrichtung für eine Reaktionsgefäßeinheit sowie eine Reaktionsgefäßeinheit.
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Es ist bekannt, dass Reaktionsgefäßeinheiten, die mehrere Reaktionsgefäße aufweisen, wie etwa Mikrotiterplatten (MTP, engl. well plates) mit ihre Näpfchen (engl. wells), durch Zentrifugieren gereinigt werden. Dabei werden die MTPs an einem Rotor in einer Rotorkammer einer Zentrifuge so aufgenommen, dass Öffnungen der Reaktionsgefäße von einer Drehachse des Rotors weg weisen, und mit einer Drehzahl von bis zu einigen 1000 U/min zentrifugiert.
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Beim Zentrifugieren wird der ausgeschleuderte Inhalt der Reaktionsgefäße von einer Wandung der Rotorkammer aufgefangen. An den Wandungen und Oberflächen der Rotorkammer verbleibende Substanzen fließen zum Teil daran ab und sammeln sich im unteren Bereich, können aber auch von oben herabtropfen und dabei auch in eine in der Rotorkammer befindliche MTP gelangen. Werden mehrere MTPn nacheinander in der Zentrifuge gereinigt, besteht hierdurch auch die Gefahr einer Kreuzkontamination, indem Zentrifugat einer MTP in eine andere MTP tropft.
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Durch die Rotation des Rotors entstehen in jeder Zentrifuge Luftwirbel. Werden während der Rotation flüssige Inhalte aus den Reaktionsgefäßen ausgeschleudert, sorgen diese Luftwirbel für die Entstehung von Aerosolen. Diese sind ebenfalls Verursacher von Kreuzkontaminationen. In genomischen Anwendungen (typischerweise amplifikationsbasiert wie z.B durch PCR) sind die Aerosole deshalb treibende Kraft für Kontaminationen.
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Auch hat sich gezeigt, dass in der Zentrifuge gereinigte MTPn auch dann, wenn die Näpfchen vollständig geleert sind, noch an der Oberfläche benetzt sein können. Das kann eine weitere Verwendung erschweren, beispielsweise wenn die MTPn anschließend mit einer Folie verschlossen werden. Dabei wird die Folie typischerweise aufgeklebt wird, um die Öffnungen der Näpfchen zu bedecken. Dies kann zur sterilen Zwischenlagerung der MTPn vor einer weiteren Verwendung oder nach Befüllung mit einer Testflüssigkeit zur Isolierung des Testregimes sein. Die benetzte Oberfläche erschwert aber das Bekleben der MTPn mit einer Folie.
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Aus der
DE 10 2017 113 583 A1 ist eine Zentrifuge bekannt, bei welcher das Gehäuse unterhalb des Rotors eine Ablaufrinne aufweist und die Innenflächen des Gehäuses benachbart zu der Rinne einen Trichter ausbilden, welcher in die Rinne mündet. Dadurch kann das in der Rotorkammer anfallende Zentrifugat gesammelt und besser abgeführt werden.
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Aus der zum Zeitpunkt dieser Anmeldung noch unveröffentlichten
DE 10 2021 124 023.9 ist es bekannt, dem Rotorraum eine Reinigungslösung derart zuzuführen, dass die Reinigungslösung durch Drehen des Rotors im Rotorraum verteilt wird. Reste des Zentrifugats können so durch regelmäßige häufige Spülgänge mit Reinigungsmitteln von den Wandungen und Oberflächen der Rotorkammer entfernt werden.
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Aus Gründen der Hygiene sind vergleichsweise häufige Reinigungszyklen erforderlich, was zu Leerzeiten und hohen Betriebskosten führt. Insbesondere für diagnostische Anwendungen wird diese Vorgehensweise unvermeidlich sein.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Gefahr einer Kontamination einer Reaktionsgefäßeinheit in einer Zentrifuge zu verringern oder zuverlässig zu verhindern.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Benetzung einer Reaktionsgefäßeinheit in einer Zentrifuge zu minimieren oder zuverlässig zu verhindern.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Verweildauer für Aerosole in der Zentrifuge zu minimieren bzw. das Auftreten von Aerosolen zu verhindern.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die inneren Oberflächen in der Umhausung, die mit der ausgeschleuderten Flüssigkeit in Kontakt kommen können zu minimieren.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es das Volumen es Raumes in den Flüssigkeitsteilchen eindringen können zu minimieren.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufwand für die Reinigung der Rotorkammer einer Zentrifuge für MTP zu verringern oder zu beseitigen.
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Eine weiter Aufgabe der Erfindung ist es, ausgeschleudertes Fluid von allen Elementen der Vorrichtung, wie z.B. der Umhausung, des Rotors und der Rotorachse abzuhalten, so dass diese Teile nicht korrodieren oder sonstigen chemischen Wechselwirkungen mit dem ausgeschleuderten Fluid ausgesetzt werden, um u.a. Kosten, die durch Oberflächenbehandlungen der Elemente der Vorrichtung zum chemischen Schutz entstehen, zu minimieren und den Fertigungsprozess zu beschleunigen und zu vereinfachen.
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Eine oder mehrere der Aufgaben wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Auffangvorrichtung für eine Reaktionsgefäßeinheit, welche mehrere Reaktionsgefäße aufweist, wobei die Reaktionsgefäße jeweils eine Öffnung aufweisen, die in einer gemeinsamen Öffnungsebene liegen, vorgeschlagen. Die Auffangvorrichtung weist eine Auffangplatte auf, welche derart ausgebildet ist, dass sie in einer Zentrifuge den Öffnungen der Reaktionsgefäße gegenüberliegend anordenbar oder angeordnet ist, und derart ausgebildet ist, dass sie beim Zentrifugieren mit der Reaktionsgefäßeinheit rotiert und aus den Reaktionsgefäßen austretende Flüssigkeit aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung von der Auffangplatte aufgefangen wird.
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Eine Auffangplatte ist im Sinne der Erfindung eine Struktur, die eine der Öffnungsebene der Reaktionsgefäße gegenüberliegende Fläche aufweist. An der Fläche kann durch Zentrifugalbeschleunigung aus den Reaktionsgefäßen ausgeschleuderte Flüssigkeit aufgefangen und unter der Wirkung der Zentrifugalbeschleunigung entlang fließen. Im einfachsten Fall kann die Auffangplatte eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet sein, parallel zu der Öffnungsebene angeordnet sein und am Rand, insbesondere den Flanken, offen sein. Die Auffangfläche ist vorzugsweise drehfest mit der Einheit, welche den Rotor und die Reaktionsgefäßeinheit umfasst, verbunden und dreht sich somit mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit wie der Rotor. Da flankenseitigen Ränder der Auffangplatte radial am weitesten von der Rotationsachse entfernt sind, wird die aufgefangene Flüssigkeit aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung von der Mitte zu den flankenseitigen Rändern der Auffangplatte getrieben und von dort in die Rotorkammer geschleudert.
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Enden des Rotors und damit auch der darauf angeordneten Reaktionsgefäßeinheit sowie der Auffangvorrichtung, die in axialer Richtung der Rotationsachse einander gegenüberliegen, werden im Rahmen der Anmeldung als Stirnseiten bezeichnet, währen diejenigen Enden des Rotors und der darauf angeordneten Reaktionsgefäßeinheit sowie der Auffangvorrichtung, die quer zur Rotationsachse einander gegenüberliegen, im Rahmen der Anmeldung als Flankenseiten bzw. Längsseiten bezeichnet werden. Im Gebrauch sind die Stirnseiten quer zur Achse des Rotors und die Flanken- bzw. Längsseiten parallel zur Achse des Rotors angeordnet.
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In Abwandlungen kann die Auffangplatte auch gekrümmt oder geknickt oder geneigt sein, solange die aufgefangene Flüssigkeit von einem Bereich, der der Öffnungsebene der Reaktionsgefäße gegenüber liegt, weg geleitet wird. Die von der Auffangvorrichtung abgegebene Flüssigkeit kann an den Wänden der Rotorkammer aufgefangen werden. Da die Auffangplatte den Öffnungen der Reaktionsgefäße gegenüberliegend angeordnet ist, kann die Auffangplatte auch von einer Wand, insbesondere oberen Wand, der Rotorkammer herabtropfende Flüssigkeit abfangen und verhindern, dass die Reaktionsgefäßeinheit von der Flüssigkeit kontaminiert wird. Auch wenn mehrere Reaktionsgefäßeinheiten nacheinander gereinigt werden, kann so eine Kreuzkontamination wirksam und auf einfache Weise verhindert werden. Die Auffangvorrichtung kann nach Reinigung wieder verwendet werden. Die Auffangvorrichtung kann beispielsweise aus Kunststoff oder aus Metall hergestellt sein. Zur Reinigung können beispielsweise Chemikalien, welche organische Moleküle zerlegen oder inaktivieren, verwendet werden, sofern der Werkstoff der Auffangvorrichtung gegenüber der Chemikalie beständig ist. Zur Reinigung kann auch ein Autoklav verwendet werden, sofern der Werkstoff der Auffangvorrichtung gegenüber den zur Anwendung kommenden Temperaturen beständig ist.
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Die Auffangplatte kann bezüglich der Öffnungsebene schräg anordenbar bzw. angeordnet sein, sodass aufgefangene Flüssigkeit aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung in der Zentrifuge entlang der schräg angeordneten Auffangplatte in axialer Richtung einer Rotationsachse eines Rotors der Zentrifuge abgeleitet wird. Die axiale Richtung bezieht sich auf eine Rotationsachse eines Rotors der Zentrifuge. Schräg heißt im Sinne der Erfindung, dass eine Höhe oder ein Abstand der Auffangplatte gegenüber der Öffnungsebene der Reaktionsgefäße variiert. Die Schräge kann kontinuierlich oder diskontinuierlich (geknickt), konstant (gerade) oder über die Länge variabel (gekrümmt) sein. Sie kann von einer Stirnseite der Auffangvorrichtung bzw. der Reaktionsgefäßeinheit zur anderen Stirnseite (einseitig) oder von der Mitte aus zu beiden Stirnseiten (beidseitig) verlaufen. Da die Öffnungsebene der Reaktionsgefäße in der Regel parallel zur Rotationsachse verläuft, wenn die Reaktionsgefäßeinheit in der Zentrifuge aufgenommen ist, verläuft die Schräge auch schräg zur Rotationsachse. Da die Auffangplatte in axialer Richtung schräg gegenüber der Öffnungsebene oder der Rotationsachse ausgebildet ist, wird die aufgefangene Flüssigkeit durch die Zentrifugalbeschleunigung entlang der Schräge zu einer Stirnseite des Rotors bzw. der Rotorkammer getrieben, wo sie gesammelt oder ausgeschleudert werden kann. Die Wandung der Rotorkammer, welche den Rotor umgibt, wird weniger benetzt, daher kann die Gefahr von Kreuzkontaminationen weiter herabgesetzt werden.
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Die Auffangvorrichtung kann ein Saugmittel aufweisen, das derart an der Auffangplatte angeordnet und ausgebildet ist, dass es die aufgefangene Flüssigkeit aufsaugen kann.
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Ein solches Saugmittel kann beispielsweise ein poröses Material, wie zum Beispiel eine Zelluloseschicht, und/oder ein offenzelliger Schaum sein. Die beim Zentrifugieren aus den Reaktionsgefäßen entleerte Flüssigkeit kann von dem Saugmittel aufgenommen werden, sodass ein Zurückfließen bzw. Zurücktropfen in die Reaktionsgefäße ausgeschlossen ist. Durch das Zentrifugieren wird die Flüssigkeit in das Saugmittel gedrückt und durch die Kapillarwirkung derselben darin gehalten.
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Eine solche Auffangvorrichtung ist besonders für Zentrifugen geeignet, die von Haus aus nicht zum Reinigen für Reaktionsgefäßeinheiten vorgesehen sind und deren Rotorkammer beispielsweise schwer zugänglich und deshalb entsprechend aufwendig zu reinigen ist.
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Die Auffangvorrichtung kann Flanken aufweisen, die vorzugsweise umlaufend entlang der Stirnseiten und Flankenseiten angeordnet sind, sodass die Auffangvorrichtung eine Art Wanne bildet, in welcher die aus den Reaktionsgefäßen beim Zentrifugieren entleerte Flüssigkeit aufgenommen wird.
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Ist der Raum oberhalb der Reaktionsgefäßeinheit innerhalb der Auffangvorrichtung vollkommen geschlossen, so wird die Rotorkammer nicht mit Flüssigkeit in Kontakt kommen und diesbezüglich ist eine Kontamination ausgeschlossen.
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Es sei angemerkt, dass die Ableitung in axialer Richtung eine überlagerte Bewegung der Flüssigkeit quer zur Rotationsachse nicht ausschließt. Mit anderen Worten, die gesamte Ableitbewegung der Flüssigkeit an der Auffangplatte eine Kombination der axialen Ableitung mit der Ableitung quer zur Achse darstellt. Daher kann es von Vorteil sein, wenn Flanken der Auffangvorrichtung, die seitlich entlang der Rotationsachse verlaufen, von der Auffangplatte aus nach unten gezogen sind, um ein Hindernis für eine Bewegung der Flüssigkeit quer zur Rotationsachse zu bilden. So kann eine Sammlung der aufgefangenen Flüssigkeit an einem axialen Ende kann begünstigt werden, indem die quer zur Achse abgeleitete Flüssigkeit an den nach unten gezogenen Flanken ebenfalls axial abgeleitet wird. Hierdurch kann die Konzentration der Flüssigkeiten an einer Stirnseite weiter verbessert werden.
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Insbesondere können Flanken und Stirnseiten der Auffangvorrichtung mit einem Rand der Reaktionsgefäßeinheit abschließend ausgebildet sein. Mit anderen Worten, wenn die Reaktionsgefäßeinheit mit der Auffangvorrichtung auf dem Rotor der Zentrifuge platziert ist, kann mit der so ausgebildeten Auffangvorrichtung ein abgeschlossener Auffangraum geschaffen werden, der von der Rotorkammer isoliert ist. Die Rotorkammer wird nicht oder kaum benetzt, daher kann der Aufwand für die Reinigung der Rotorkammer einer Zentrifuge für Reaktionsgefäßeinheit verringert oder minimiert werden. Da die Auffangvorrichtung mitrotiert, wird die Luft in der Rotorkammer nicht oder kaum verwirbelt, daher kann eine Benetzung von Oberflächen der Reaktionsgefäßeinheiten beim Zentrifugieren vermieden werden. Bei geringer oder verhinderter Wirbelbildung wird in Folge die Aerosolbildung im Auffangraum reduziert oder ganz vermieden.
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An einer Stirnseite, zu welcher hin die Auffangplatte ansteigt, kann wenigstens eine Ausleitöffnung ausgebildet sein. Die Ausleitöffnung ist vorzugsweise mit der Innenseite der Auffangplatte bündig oder im Wesentlichen bündig. Aufgefangene und abgeleitete Flüssigkeit wird nach außen getrieben und kann an der Stirnseite gesammelt oder weiter abgeleitet werden. Da die äußeren (flankenseitigen) Enden bei der Zentrifugierung radial weiter außen als die Mitte der Stirnseite liegen, wird sich die Flüssigkeit bevorzugt dort sammeln, sodass sie dort am besten abgeführt werden kann. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn zwei Ausleitöffnungen jeweils an äußeren (flankenseitigen) Enden der Stirnseite vorgesehen sind. Die Ausleitöffnung können dabei stirnseitig, also axial, oder flankenseitig, also quer zur Achse ausgebildet sein. Eine Öffnung nach oben ist grundsätzlich auch denkbar, allerdings wären dann Mittel zur Verhinderung eines Rücktropfen von oben vorzusehen, und eine Kontamination zu vermeiden.
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Die Ausleitöffnung kann eine Tülle aufweisen, die über die Stirnseite hinausragt. Eine solche Tülle bewegt sich während des Zentrifugierens auf einer Kreisbahn. Aufgefangene und abgeleitete Substanz wird nach außen getrieben und kann über die Tülle in eine ringförmigen Auffangrinne abgegeben werden, in welcher die Tülle läuft. Verunreinigungen der Rotorkammer können noch besser vermieden werden, Reinigungsaufwand weiter verringert werden. Wie zuvor ausgeführt, ist es vorteilhaft, wenn zwei Ausleitöffnungen mit jeweils einer solchen Tülle vorgesehen sind.
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In Ausführungsformen kann die Auffangvorrichtung auf die Reaktionsgefäßeinheit locker, vorzugsweise formschlüssig, aufsetzbar sein. Dabei kann die Auffangvorrichtung von der Zentrifuge separat bereitgestellt werden. Die Reaktionsgefäßeinheit kann außerhalb der Zentrifuge mit der Auffangvorrichtung zum Zentrifugieren vorbereitet werden.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Auffangvorrichtung mit der Reaktionsgefäßeinheit in lösbarer Weise verbindbar sein. Auch hier kann die Auffangvorrichtung von der Zentrifuge separat bereitgestellt werden. Die Reaktionsgefäßeinheit kann mit der Auffangvorrichtung zum Zentrifugieren verliersicher vorbereitet werden. Die Verbindung kann beispielsweise eine Clip-Verbindung, eine Steckverbindung, eine Schnappverbindung, eine Schiebeverbindung sein.
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In anderen Ausführungsformen kann die Auffangvorrichtung an einem Rotor einer Zentrifuge in lösbarer Weise verbindbar sein. So kann der Rotor zur Aufnahme einer Reaktionsgefäßeinheit vorbereitet werden. Zur Reinigung kann die Auffangvorrichtung entfernt werden und ist danach wieder einsatzfähig. Auch der Rotor kann bei entfernter Auffangvorrichtung vorteilhaft gereinigt.
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In weiteren Ausführungsformen kann die Auffangvorrichtung mit einem Rotor einer Zentrifuge integriert ausgebildet sein. Hier ist der Rotor ohne weitere Vorbereitung zur Aufnahme einer Reaktionsgefäßeinheit bereit, Arbeitsschritte im Labor können vereinfacht werden. Die Reinigung der Auffangvorrichtung und/oder der Rotorkammer kann gemeinsam oder getrennt durch Spülgänge in der Zentrifuge oder extern erfolgen.
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Die Auffangvorrichtung kann zur einfachen Abnahme und Reinigung auch mehrteilig ausgestaltet sein.
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In noch weiteren Ausführungsformen kann die Auffangvorrichtung mit einer Rotorwelle einer Zentrifuge verbunden oder verbindbar sein. Die Verbindung kann beispielsweise durch einen in der Zentrifuge (an der Rotorwelle) montierbaren oder angeflanschten Käfig oder Gabelkörper oder Haltebügel, welcher die Auffangvorrichtung aufnimmt, erfolgen, oder die Auffangvorrichtung selbst weist einen Ausleger auf, der an der Rotorwelle drehfest montierbar ist. Auch hier ist Rotor ist ohne weitere Vorbereitung zur Aufnahme einer Reaktionsgefäßeinheit bereit, ein Hantieren mit der Abdeckung an der Reaktionsgefäßeinheit oder am Rotor ist nicht erforderlich. Rotor und Auffangvorrichtung können getrennt voneinander gereinigt werden. Arbeitsschritte im Labor können vereinfacht werden. Die Reinigung kann durch Spülgänge in der Zentrifuge oder (nach Demontage von der Rotorwelle) extern erfolgen.
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Die Auffangvorrichtung kann mit einer umlaufenden Kontur ausgebildet sein, die an die Form einer entsprechenden Reaktionsgefäßeinheit angepasst ist, sodass die Auffangvorrichtung vorzugsweise formschlüssig und insbesondere umlaufend formschlüssig auf die Reaktionsgefäßeinheit aufsetzbar ist. Hierdurch wird ein im Wesentlichen geschlossenen Auffangraum geschaffen, der gegebenenfalls lediglich mittels der Ausleitöffnung geöffnet ist, sodass beim Drehen in der Zentrifuge die darin befindliche Atmosphäre vollständig mitgenommen wird und es zu keinen Verwirbelungen kommt, die eine Aerosolbildung verursachen.
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Die Auffangvorrichtung kann eine Kontaktkontur aufweisen, um hiermit eine Reaktionsgefäßeinheit zu kontaktieren, welche eine entsprechende Komplementärkontur aufweist, wobei die Kontaktkontur und die Komplementärkontur so ausgebildet sind, dass die Auffangvorrichtung nur in einer einzigen bzw. eindeutigen Position auf der Reaktionsgefäßeinheit anordbar ist, sodass die Kombination aus Reaktionsgefäßeinheit und Auffangvorrichtung in einer Zentrifuge angeordnet werden kann.
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Die Kontaktkontur und die Komplementärkontur sind somit nach dem Schlüssel-/Schloss-Prinzip zusammensetzbar. Hierdurch kann sichergestellt sein, dass die Auffangvorrichtung nur in einer bestimmten Position bezüglich der Reaktionsgefäßeinheit anordbar ist, um ein falsches Aufsetzen zu verhindern. So können die Kontaktkontur und die Komplementärkontur derart ausgebildet sein, dass bei einer nicht korrekten Anordnung der Auffangvorrichtung auf der Reaktionsgefäßeinheit, die Auffangvorrichtung weiter nach oben an der Reaktionsgefäßeinheit vorsteht, sodass die Kombination aus Reaktionsgefäßeinheit und Auffangvorrichtung beispielsweise nicht durch eine Öffnung der Zentrifuge oder in einen Auffangbereich des Rotors der Zentrifuge passt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Auffangvorrichtung nicht mit einer falschen Anordnung auf der Reaktionsgefäßeinheit in eine Zentrifuge eingesetzt und rotiert wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine entsprechende Reaktionsgefäßeinheit vorgesehen, welche eine solche Komplementärkontur aufweist, die passend zur Kontaktkontur ausgebildet ist.
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Die Komplementärkontur und die Kontaktkontur können beispielsweise wellenförmig, Zick-Zackförmig oder aus Stiften und entsprechenden Aufnahmelöchern ausgebildet sein. Es sind jedoch jegliche beliebige andere Konturen möglich, welche eine eindeutige Zuordnung bewerkstelligen.
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Die Reaktionsgefäßeinheit kann auch eine asymmetrische Einführkontur aufweisen, welche an eine entsprechende Aufnahmekontur eines Rotors einer Zentrifuge derart formschlüssig angepasst ist, dass die Reaktionsgefäßeinheit nur in einer einzigen Position im Rotor anordbar ist.
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Eine solche asymmetrische Einführkontur sind zum Beispiel Stege, welche seitlich entlang der Flankenseiten der Reaktionsgefäßeinheit vorstehen ohne in eine entsprechende Nuten des Rotors einzugreifen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Reaktionsgefäßeinheit nur in einer eindeutigen Position im Rotor eingeführt wird. Dies entspricht wiederum dem Schlüssel-/Schlossprinzip.
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Eine solche Ausgestaltung der Reaktionsgefäßeinheit ist insbesondere vorteilhaft in Kombination mit der oben erläuterten Kontaktkontur der Auffangvorrichtung und der entsprechenden Komplementärkontur der Reaktionsgefäßeinheit sowie der Ausleitöffnung der Auffangvorrichtung, denn hierdurch wird sichergestellt, dass die Ausleitöffnung immer an der richtigen Seite des Rotors angeordnet ist, an welcher die Zentrifuge zum Ableiten der Flüssigkeit entsprechend ausgebildet ist.
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Weiterhin kann die Auffangvorrichtung im Bereich einer Kontaktkontur zum Kontaktieren einer Reaktionsgefäßeinheit Vorsprünge aufweisen, welche derart seitlich vorstehen, dass sie von Führungen eines Rotors hintergriffen werden können und so die Auffangvorrichtung und die Reaktionsgefäßeinheit im Rotor drehfest fixieren.
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Diese Vorsprünge können beispielsweise seitlich entlang der Flankenseite abstehende Stege sein, die flach auf der Reaktionsgefäßeinheit aufliegen.
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Es ist jedoch auch möglich, dass anstelle der Stege lediglich einige seitlich vorstehende einzelne Vorsprünge bzw. kleine Füße ausgebildet sind, die für die Führung des Rotors hintergriffen werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist eine entsprechende Reaktionsgefäßeinheit eine oder mehrere Ausnehmung auf, zum Aufnehmen der entsprechenden Vorsprünge der Auffangvorrichtung, sodass die von der Reaktionsgefäßeinheit wegweisende Seite der Vorsprünge bündig mit der übrigen Oberfläche der Reaktionsgefäßeinheit abschließen. Bei einer solchen Ausgestaltung der Reaktionsgefäßeinheiten ist es möglich, die Reaktionsgefäßeinheiten mit und ohne Auffangvorrichtung im Rotor anzuordnen, wobei die Reaktionsgefäßeinheit ohne Auffangvorrichtung und die Reaktionsgefäßeinheit mit Auffangvorrichtung mit etwa dem gleichen geringen Spiel von der Führung des Rotors hintergriffen werden und so drehfest im Rotor fixiert sind. Eine solche Kombination aus Auffangvorrichtung und Reaktionsgefäßeinheit lässt sich auch in entsprechenden Zentrifugen verwenden, welche von Haus aus nicht zur Aufnahme von Auffangvorrichtungen ausgebildet sind. Diese Kombination ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit einer ein Saugmittel aufweisenden Auffangvorrichtung, welche insbesondere keine Ausleitöffnung aufweist und den Auffangraum innerhalb der Auffangvorrichtung hermetisch gegenüber dem übrigen Bereich der Rotorkammer abschließt.
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Die Auffangvorrichtung und/oder die Reaktionsgefäßeinheit, ist vorzugsweise aus einem Polymermaterial ausgebildet. Sie werden insbesondere als Spritzgussteil hergestellt.
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Es kann eine Ableitvorrichtung vorgesehen sein, welche in einer Rotorkammer der Zentrifuge, in welcher der Rotor rotiert, angeordnet ist und welche ausgebildet ist, von der Auffangvorrichtung abgegebene Flüssigkeit aufzufangen. Dabei kann die Auffangvorrichtung je nach der Art der Abgabe der Flüssigkeit von der Auffangvorrichtung ausgebildet sein. Insbesondere kann die Auffangvorrichtung zum Auffangen von Flüssigkeit ausgebildet sein, die beim Zentrifugieren aus einer Ausleitöffnung oder Tülle der Auffangvorrichtung austritt.
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Beispielsweise kann die Ableitvorrichtung eine zur Rotorkammer offene und zur Rotationsachse konzentrische ringförmige Rinne aufweisen, welche einer Ausleitöffnung der Auffangvorrichtung gegenüber liegt. Die Rinne kann die aufgefangenen und abgeleiteten Substanzen aus der Auffangvorrichtung aufnehmen, ohne dass die Rotorkammer verschmutzt wird. Insbesondere kann die Rinne eine Ringöffnung aufweisen, in welcher eine Tülle der Auffangvorrichtung, aus welcher beim Zentrifugieren Flüssigkeit austritt, aufnehmbar ist. Auch ohne Tülle können die abgeleiteten Substanzen gegebenenfalls allein aufgrund der Geschwindigkeit der Flüssigkeit und geeigneter Anordnung in die Rinne gelangen.
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Die Rinne der Ableitvorrichtung kann der Ausleitöffnung der Auffangvorrichtung in axialer Richtung gegenüber liegen. So kann die Rinne eine Tülle aufnehmen, die sich in axialer Richtung von der Auffangvorrichtung erstreckt und bei Rotation des Rotors kreisförmig umläuft. Die Aufnahme der Flüssigkeit kann noch sauberer und sicherer erfolgen. Da die Rinne die Tülle axial außerhalb der Stirnwand der Auffangvorrichtung aufnimmt, kann Flüssigkeit zwar von der Rinne auf die Tülle, aber nicht auf eine Außenfläche der Auffangvorrichtung gelangen.
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Die Rinne kann eine axial zur Rotorkammer hin ausgebildete Ringöffnung aufweisen, wobei die Ringöffnung aus nach radial innen und/oder nach radial außen einen Hinterschnitt aufweist. Hierdurch können Flüssigkeiten noch sicherer aufgefangen werden und können in der Rinne frei und ungestört nach unten abfließen, wo sie aufgefangen und gegebenenfalls abgeleitet oder abgezogen werden können.
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Mit einer Auslaufvorrichtung, die an einem unteren Ende der Ableitvorrichtung ausgebildet ist, kann Flüssigkeit aus der Auffangvorrichtung unmittelbar nach außen abgeleitet werden.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen einer Reaktionsgefäßeinheit, welche mehrere Reaktionsgefäße aufweist, wobei die Reaktionsgefäße jeweils eine Öffnung aufweisen, die in einer gemeinsamen Öffnungsebene liegen, wobei die Reaktionsgefäßeinheit auf einem Rotor der Zentrifuge mit ihren Öffnungen von einer Rotationsachse des Rotors nach außen weisend aufgenommen wird, und der Rotor mit der darauf angeordneten Reaktionsgefäßeinheit in der Zentrifuge rotiert wird, so dass eine in den Reaktionsgefäßen enthaltene Flüssigkeit ausgeschleudert wird. Mit einer Auffangvorrichtung mit einer Auffangplatte, welche der Öffnungsebene der Reaktionsgefäße radial außerhalb gegenüberliegend angeordnet ist und zusammen mit der Reaktionsgefäßeinheit rotiert, wird die ausgeschleuderte Flüssigkeit aufgefangen und entlang der Auffangplatte abgeleitet wird. Dabei ist die Auffangvorrichtung und/oder die Zentrifuge vorzugsweise gemäß der Beschreibung der vorstehenden Gesichtspunkte der Erfindung ausgebildet. Das Verfahren weist im Wesentlichen die gleichen Vorzüge und Wirkungen wie die vorstehend beschriebene Auffangvorrichtung bzw. Zentrifuge auf. Die Aufnahme der Reaktionsgefäßeinheit auf dem Rotor kann in an sich bekannter Weise durch Formschluss-Elemente, etwa schienenartige Klammern, in welche die Reaktionsgefäßeinheit geschoben wird, erfolgen. Zu diesem Zweck kann eine Stirnwand der Rotorkammer ein Beladefenster aufweisen, durch welches hindurch die Reaktionsgefäßeinheit in die Rotorkammer hinein geschoben und heraus gezogen werden kann. Die Verwendung der Auffangvorrichtung und die Ausführung des Verfahrens richtet sich nach der Art der Ausbildung und Anordnung der Auffangvorrichtung und kann eine lose oder feste Anbringung der Auffangvorrichtung an der Reaktionsgefäßeinheit vor oder nach dem Anordnen der Reaktionsgefäßeinheit auf dem Rotor, eine lösbare oder unlösbare Anbringung der Auffangvorrichtung an dem Rotor vor oder (nur im Falle einer lösbaren Anbringung) nach Anordnung der Reaktionsgefäßeinheit auf dem Rotor, eine Anbringung der Auffangvorrichtung an einer Rotorwelle des Antriebs separat oder zusammen mit dem Rotor umfassen. Beispielsweise kann eine Auffangvorrichtung fest an dem Rotor der Zentrifuge vorgesehen sein. In diesem Fall wird die Reaktionsgefäßeinheit einfach in der Zentrifuge auf dem Rotor unter der Auffangplatte der Auffangvorrichtung platziert. In anderen Fällen kann die Auffangvorrichtung mit der Reaktionsgefäßeinheit eine Baugruppe bilden, die außerhalb der Zentrifuge zusammengesetzt wird und gemeinsam in die Zentrifuge geladen und von dieser entladen wird.
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Die Auffangvorrichtung kann nach einem oder mehreren Zentrifugiervorgängen gereinigt werden. Dabei kann die Reinigung durch Autoklavierung und/oder durch chemische Mittel und/oder durch Bestrahlung erfolgen. Die Reinigung der Auffangvorrichtung ist einfacher und kostengünstiger als die Reinigung der ganzen Zentrifuge bzw. der ganzen Rotorkammer mit Rotor. Da die Auffangvorrichtung vorgesehen ist, können Reinigungsintervalle der Zentrifuge selbst bzw. der Rotorkammer verlängert werden, insbesondere dann, wenn die Auffangvorrichtung einen abgeschlossenen Auffangraum bildet, aus welchem keine oder nur wenig Flüssigkeit in die Rotorkammer selbst gelangt. Eine Auffangvorrichtung, die innerhalb der Rotorkammer der Zentrifuge zum Auffangen von abgeleiteter Flüssigkeit aus der Auffangvorrichtung vorgesehen ist, kann mit der Auffangvorrichtung zusammen oder getrennt davon durch das gleiche oder ein anderes Verfahren gereinigt werden. Auf besonders einfache Weise kann die Auffangvorrichtung durch Zentrifugieren einer Reaktionsgefäßeinheit, die mit einer Reinigungslösung gefüllt ist, erfolgen. Dabei kann auch die Auffangvorrichtung über die aus der Auffangvorrichtung austretende Reinigungslösung gereinigt werden.
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Eine Rotorkammer der Zentrifuge kann nach einer vorgegebenen Anzahl von Zentrifugiervorgängen gereinigt werden. Dabei kann die Reinigung durch Spülen mit einer Spüllösung oder durch gesonderte Reinigung demontierter Teile der Zentrifuge, welche die Rotorkammer begrenzen, erfolgen. Beispiele für geeignete Reinigungsverfahren sind Autoklavierung, chemische Mittel (Biozide) oder Bestrahlung. Da die Auffangvorrichtung vorgesehen ist, kann die vorgegebene Anzahl der Zentrifugiervorgänge, nach denen eine Reinigung erfolgt, größer sein, Reinigungsintervalle der Zentrifuge bzw. der Rotorkammer also verlängert werden. Eine Auffangvorrichtung, die innerhalb der Rotorkammer zum Auffangen von abgeleiteter Flüssigkeit aus der Auffangvorrichtung vorgesehen ist, kann im gleichen Arbeitsgang oder separat durch ein anderes Verfahren gereinigt werden. Auch hier ist es möglich, die Rotorkammer durch Zentrifugieren einer Reaktionsgefäßeinheit, die mit einer Reinigungslösung gefüllt ist, zu Reinigen. Dieses Verfahren ist besonders einfach durchzuführen, wenn die Auffangvorrichtung an den Flanken offen ist, denn dann kann die Reinigungslösung ohne weiteres in die Rotorkammer gelangen. Wenn die Auffangvorrichtung geschlossen ist, kann die Auffangvorrichtung vor dem Reinigungsgang mit Reinigungslösung von dem Rotor entfernt werden, sodass die Reinigungslösung die Innenwände der Rotorkammer erreichen kann. Wenn der Rotor zwei Aufnahmeplätze für Reaktionsgefäßeinheiten aufweist, aber nur einer der Aufnahmeplätze mit einer Auffangvorrichtung, die einen geschlossenen Auffangraum bildet, versehen ist, kann zur Reinigung der Reaktionsgefäßeinheiten diese auf dem Aufnahmeplatz mit der Ableiteinrichtung platziert werden, während zur Reinigung der Rotorkammer die Reaktionsgefäßeinheit mit der Reinigungslösung auf dem Aufnahmeplatz ohne die Auffangvorrichtung platziert wird. Zur Reinigung der Auffangvorrichtung in der Rotorkammer kann auf eine Reinigungslösung verzichtet werden, wenn der Rotor oder die Ableiteinrichtung aerodynamisch so ausgebildet ist, dass die Auffangvorrichtung (beispielsweise eine vorstehend beschriebene Rinne) durch einen bei Rotation erzeugten Luftstrom gereinigt (ausgeblasen) wird.
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Nachstehend werden ausgewählte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es zeigt/zeigen:
- 1A eine Zentrifuge in einer Seitenansicht von außen;
- 1B die Zentrifuge von 1A in einer stirnseitigen Ansicht in Blickrichtung eines Pfeils „B“ in 1A;
- 2 einen Innenraum eines Rotorkastens der Zentrifuge von 1A, 1B mit einer Reaktionsgefäßeinheit ohne Auffangvorrichtung in einer stirnseitigen Ansicht bei entfernter Stirnwand;
- 3 den Innenraum des Rotorkastens von 2 mit einer Reaktionsgefäßeinheit und mit einer erfindungsgemäßen Auffangvorrichtung in einer stirnseitigen Schnittansicht entsprechend einer in 1A durch eine Linie „III“ angedeuteten Schnittebene;
- 4A die Zentrifuge in einer Seitenansicht entsprechend 1A mit entfernter Haube;
- 4B die Zentrifuge von 4A in einer stirnseitigen Ansicht in Blickrichtung eines Pfeils „B“ in 4A;
- 4C die Zentrifuge von 4A mit entfernter Haube, wobei ein Rotorkasten und darin befindliche Elemente entlang einer Ebene „C“ in 4B geschnitten sind;
- 4D den Rotorkasten der Zentrifuge aus 4A in einer vergrößerten Ansicht entsprechend einem Ausschnitt „D“ in 4C;
- 4E den Rotorkasten der 4A in einer Seitenansicht geschnitten entlang einer Ebene „E“ in 4B;
- 4F,4G,4H die Zentrifuge von 4A in einer stirnseitigen Ansicht in Blickrichtung eines Pfeils „F“, „G“ und „H“ in 4A;
- 5A den Rotorkasten der Zentrifuge aus 4A in einer perspektivischen Ansicht;
- 5B den Rotorkasten aus 5A in einer perspektivischen Ansicht geschnitten entlang der Ebene „E“ in 4B;
- 6A eine Baugruppe mit Rotorwelle, Rotor, Auffangvorrichtung und Auffangvorrichtung in der Zentrifuge mit darin aufgenommener Reaktionsgefäßeinheit in einer perspektivischen Ansicht;
- 6B die Baugruppe von 6A in einer anderen perspektivischen Ansicht;
- 6C die Baugruppe von 6A geschnitten entlang der Ebene „C“ in 4B;
- 7A eine Baugruppe mit Rotorwelle, Rotor und Auffangvorrichtung in der Zentrifuge mit darin aufgenommener Reaktionsgefäßeinheit in einer perspektivischen Ansicht;
- 7B die Baugruppe von 7A geschnitten entlang der Ebene „C“ in 4B;
- 8 Varianten (a) bis (g) einer Kontur der Auffangplatte mit Reaktionsgefäßeinheit auf einem Rotor im Querschnitt quer bzw. senkrecht zur Rotationsachse;
- 9 Varianten (a) bis (h) einer Kontur der Auffangplatte mit Reaktionsgefäßeinheit auf einem Rotor in einem Axialschnitt entlang der Rotationsachse;
- 10A, 10B eine Auffangvorrichtung und eine Reaktionsgefäßeinheit in einer Draufsicht und in einer Seitenansicht.
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Alle zeichnerischen Darstellungen sind schematisch zu verstehen. Größenverhältnisse können zur Verdeutlichung verzerrt sein. Richtungs- und Lagebezeichnungen beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf die gewöhnliche Verwendung des Erfindungsgegenstands.
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Eine Zentrifuge 1 weist einen Antriebskasten 2 und einen Rotorkasten 3 auf, die auf Füßen 4 ruhen (1A, 1B). Der Antriebskasten 2 beherbergt ein Antriebsaggregat, wie etwa einen Elektromotor (nicht näher dargestellt). Der Antriebskasten 2 weist eine Haube 5 auf, welche mittels Schrauben 6 an einer Tragstruktur des Rotorkastens 3 befestigt ist. Die Tragstruktur kann von einer Stirnwand 7 sowie von einer Basis 27 und einer Rückwand 28 des Rotorkastens 3 (vgl. beispielsweise 5A mit Schraublöchern 53 zur Montage der Haube 5) gebildet werden. Die Haube 5 kann zwei Seitenwände 13 und eine obere Wand 14 aufweisen, die als Einzelelemente oder als kontinuierliche abgewinkelte Blechstruktur ausgebildet sind (vgl. 2). Die Seitenwände 13 und die obere Wand 14 der Haube 5 sowie die Stirnwand 7, eine Basis 27 und eine Rückwand 28 des Rotorkastens 3 definieren bzw. umgreifen einen Innenraum des Rotorkastens 3, der auch als eine Rotorkammer 29 bezeichnet wird. Die Stirnwand 7 weist ein Beladefenster 8 auf (vgl. 1B), über welches ein Innenraum des Rotorkastens 3 zugänglich ist, um die Zentrifuge mit einer Reaktionsgefäßeinheit 21 (2) zu beladen, wie es an sich bekannt ist. Die Stirnwand 7 kann auch eine Achsöffnung 9 aufweisen (1B), welche eine Rotorwelle 10 der Zentrifuge 1 zur Drehung um eine Rotationsachse 11 aufnimmt. Die Achsöffnung 9 kann auch als Lagersitz für ein Lager 12 zur Lagerung der Rotorwelle ausgebildet sein, die Rotorwelle kann aber auch frei in der Achsöffnung 9 laufen.
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Die Rotorwelle 10 trägt einen Rotor 20, der mit der Rotorwelle 10 drehfest verbunden ist, um in einem Innenraum des Rotorkastens 3 zu rotieren (
2). Zu diesem Zweck ist die Rotorwelle 10 mit einer Abtriebswelle des Antriebsaggregats der Zentrifuge 1 verbunden. Es ist alternativ auch denkbar, dass die Rotorwelle 10 integraler Teil der Abtriebswelle des Antriebsaggregats ist. Der Rotor 20 ist zur Aufnahme wenigstens einer Reaktionsgefäßeinheit 21 ausgebildet, im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Rotor 20 zwei Reaktionsgefäßeinheiten 21 aufnehmen, von denen in der Figur aber nur eine dargestellt ist. Der Rotor 20 weist einen Rahmen 22 auf, der in etwa quaderförmig ausgebildet ist und drehfest mit der Rotorwelle 10 verbunden bzw. verbindbar ist. An zwei axial gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 22 ist jeweils ein Aufnahmeplatz 23 für eine Reaktionsgefäßeinheit 21 ausgebildet. In Ausführungsvarianten kann auch nur ein einziger Aufnahmeplatz 23 oder mehr als zwei Aufnahmeplätze 23 vorgesehen sein. Der Aufnahmeplatz 23 wird von zwei schienenartigen Klammern 24 begrenzt, die von dem Rahmen 22 abragen. Am Rahmen 22 selbst ist eine Auflagefläche 25 für die Reaktionsgefäßeinheit 21 ausgebildet, während an den Klammern 24 jeweilige Gegenflächen 26 ausgebildet sind, welche parallel zur Auflagefläche 25 ausgebildet sind und von dieser auf Passung gemäß einer Höhe der Reaktionsgefäßeinheit 21 beabstandet sind. Die Reaktionsgefäßeinheit 21 kann in an sich bekannter Weise über das Beladefenster 8 in der Stirnwand 7 auf dem Rotor 20 platziert oder von diesem entnommen werden, wenn der Rotor 20 sich in einer Stellung befindet, in welchem der Aufnahmeplatz 23 dem Beladefenster 8 genau gegenüber liegt. Der Beladevorgang kann mittels einer Beladeeinrichtung, wie sie aus der
WO 2017/125598 A1 , bekannt ist, automatisiert durchgeführt werden. Die Beladeeinrichtung weist hierzu eine automatisch betätigbare Verschiebestange (nicht dargestellt) zum Positionieren einer Reaktionsgefäßeinheit auf.
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Die Reaktionsgefäßeinheit 21 ist ein Körper mit einer Vielzahl von einzelnen Reaktionsgefäßen 37, die in der Reaktionsgefäßeinheit 21 nebeneinander angeordnet sind und nach einer Seite jeweils eine Öffnung 38 aufweisen (3). Die Öffnungen 38 liegen in einer gemeinsame Öffnungsebene 39 und weisen zu Reinigungszwecken nach radial außen. Die Klammern 24 der Aufnahmeplätze 23 sind so ausgebildet, dass sie die Reaktionsgefäßeinheit 21 nur am Rand fassen, so dass die Öffnungen 38 der einzelnen Reaktionsgefäße 37 der Reaktionsgefäßeinheit 21 frei liegen. Wenn sich der Rotor 20 mit einer geeigneten Drehgeschwindigkeit um die Rotationsachse 11 dreht, können Flüssigkeiten, die in den Reaktionsgefäßen 37 der Reaktionsgefäßeinheit 21 enthalten sind, nach radial außen weggeschleudert werden. Die aus der Reaktionsgefäßeinheit 21 ausgeschleuderte Flüssigkeit kann von den Wandungen der Rotorkammer 29, insbesondere den Innenseiten der Seitenwände 13 und der oberen Wand 14 der Haube 5 sowie einer Oberweite der Basis 27 aufgefangen werden, von dort nach unten ablaufen und gegebenenfalls aufgefangen und abgeführt werden, wie es an sich bekannt ist. Die Drehgeschwindigkeit beträgt hierzu einige 100 bis einige 1000 U/min.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Auffangvorrichtung 30 vorgesehen, welche radial außerhalb der Reaktionsgefäßeinheit 21 angeordnet ist (3). Die Auffangvorrichtung 30 weist eine Auffangplatte 31 auf, welche den Öffnungen 38 der Reaktionsgefäße 37 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Auffangplatte 31 erstreckt sich sowohl in Breitenrichtung w als auch in axialer Richtung (Richtung der Rotationsachse 11) über die Abmessungen des Rotors 20 hinaus. In Abwandlungen kann es ausreichend sein, wenn die Auffangplatte 31 wenigstens die Reaktionsgefäßeinheit 21 oder wenigstens alle Öffnungen 38 der Reaktionsgefäße 37 der Reaktionsgefäßeinheit 21 überdeckt. Wenn sich der Rotor 20 mit einer zur Zentrifugation geeigneten Drehgeschwindigkeit dreht, wird Flüssigkeit aus den Reaktionsgefäßen 37 durch die Wirkung der Zentrifugalkraft durch die Öffnungen 38 geschleudert und von der Auffangplatte 31 abgefangen. Im Bereich einer Mittelebene 36, die rechtwinklig durch die Öffnungsebene 39 der Reaktionsgefäßeinheit 21 und entlang der Rotationsachse 11 verläuft, ist ein radialer Abstand ro der Auffangplatte 31 zu der Rotationsachse 11 am kleinsten, während der radiale Abstand r in Breitenrichtung r zum Rand 32 der Auffangvorrichtung hin zunimmt. Entsprechend nimmt auch eine Zentrifugalbeschleunigung zum Rand 32 der Auffangvorrichtung 30 hin zu, so dass die aufgefangene Flüssigkeit entlang einer Fläche der Auffangplatte 31 in Breitenrichtung w zum Rand 32 hin getrieben wird. Eine an den Rand 32 der Auffangplatte 31 angrenzende Flanke 33 der Auffangvorrichtung 30 kann offen sein, so dass die nach außen getriebene Flüssigkeit durch die Zentrifugalbeschleunigung weiter über den Rand 32 hinaus getrieben und in die Rotorkammer 29 ausgeschleudert wird. Wenn der Rotor 20 in der Position stehen bleibt, in welcher die Reaktionsgefäßeinheit 21 über das Beladefenster 8 der Stirnwand 7 entnommen werden kann, verhindert die Auffangvorrichtung 32, dass von der oberen Wand 14 herabtropfende Flüssigkeit zurück in die Reaktionsgefäße 37 gelangen kann, so dass die Reaktionsgefäßeinheit 21 sauber entnommen werden kann. Dadurch können Kreuzkontaminationsvorgänge beim Zentrifugieren mehrerer Reaktionsgefäßeinheiten 21 mit unterschiedlicher Befüllung wirksam verhindert werden.
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Wenn der Rand 32 der Auffangplatte 31 zum einen seitlich von der Reaktionsgefäßeinheit 21 versetzt angeordnet ist und zum anderen nach unten, d. h. zum Rotor hin, gezogen ist, kann auch eine Abtropfkante gebildet werden, von welcher im Stillstand des Rotors 20 Flüssigkeit neben dem Rotor 20 herabtropfen kann.
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Der Rand 32 der Auffangplatte 31 kann auch soweit heruntergezogen sein, dass er die aus der Reaktionsgefäßeinheit 21 ausgeschleuderte Flüssigkeit während der Rotation zurückhält und diese erst bei Stillstand des Rotors seitlich am Rotor 20 herabtropft. Dadurch kann auch eine Benetzung der Innenwände der Rotorkammer 29 deutlich herabgesetzt werden.
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Die Auffangvorrichtung 30 kann mit dem Rotor 20 integral ausgebildet sein oder an diesem angebracht bzw. anbringbar sein. Die Auffangvorrichtung 30 kann insbesondere von dem Rotor 20 abnehmbar sein, so dass sie gesondert gereinigt werden kann. Die Auffangvorrichtung 30 kann auch unabhängig von dem Rotor 20 an der Rotorwelle 10 anbringbar sein (nicht näher dargestellt).
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In einem weitere Ausführungsbeispiel ist die Auffangplatte 31 der Auffangvorrichtung 30 von einer vorderen Stirnseite 41 zu einer gegenüberliegenden hinteren Stirnseite 42 der Auffangvorrichtung 30 ansteigend ausgebildet (4A bis 7B). Dieses Ausführungsbeispiel ist eine bevorzugte Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 3 und macht von dessen Merkmalen Gebrauch, soweit nachstehend nichts anderes beschrieben ist. Die vordere Stirnseite 41 ist dabei in axialer Richtung gesehen auf der Seite der Stirnwand 7 des Rotorkastens 3 gelegen, und die hintere Stirnseite 42 der Auffangvorrichtung 30 ist in axialer Richtung gesehen auf der Seite der Rückwand 28 des Rotorkastens 3 gelegen. Mit anderen Worten, die Auffangplatte 31 weist eine Schräge auf, die in Bezug auf die Rotationsachse 11 des Rotors 20 zur hinteren Stirnseite 42 der Auffangvorrichtung 30 und damit zur Rückwand 28 des Rotorkastens 3 hin ansteigend ausgebildet ist. Dabei bildet eine Innenseite der Auffangplatte 31 mit der Rotationsachse 11 des Rotors 20 bzw. mit der Öffnungsebene 39 einer auf dem Rotor 20 aufgenommenen Reaktionsgefäßeinheit 21 einen Ableitwinkel α aus (4A, 4C). Beim Zentrifugiervorgang mit einer Drehgeschwindigkeit wird an der Auffangplatte 31 gefangene Flüssigkeit demzufolge entlang der Schräge (Pfeilrichtung a in 4C) zur hinteren Stirnseite 42 der Auffangvorrichtung 30 getrieben. In der hinteren Stirnseite 42 sind zwei Ablauföffnungen 43 ausgebildet, an welche sich jeweils eine Tülle 44 von der hinteren Stirnseite 42 in axialer Richtung abragend anschließen.
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An der Rückwand 28 des Rotorkastens 3, die an den Antriebskasten 2 angrenzt, ist eine Auffangvorrichtung 40 vorgesehen. Die Auffangvorrichtung 40 kann integral mit der Rückwand 28 ausgebildet oder separat hergestellt und mit der Rückwand 28 verbunden sein. (Es sei angemerkt, dass die Auffangvorrichtung schematisch auch in 2 und 3 dargestellt ist, dort aber funktional nicht erforderlich ist.) Die Auffangvorrichtung 40 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine ring- bzw. scheibenförmiges Struktur, die an einer Innenseite der Rückwand 28 angeordnet ist. Die Erfindung ist auf diese Form jedoch nicht beschränkt, und die Auffangvorrichtung 40 kann grundsätzlich jede beliebige Form aufweisen, welche zum Auffangen und Ableiten der Flüssigkeit geeignet ist.
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Auf der zum Rotor 20 hinweisenden Seite, d.h. der Innenseite, ist eine ringförmige Rinne 45 in der Auffangvorrichtung 40 ausgebildet. Die Rinne 45 weist eine in axialer Richtung zur Rotorkammer 29 weisende Ringöffnung 46 auf. Hinter der Ringöffnung 46 erweitert sich die Rinne 45 nach radial innen und radial außen, um mit der Ringöffnung 46 einen inneren Hinterschnitt 47 und einen äußeren Hinterschnitt 48 auszubilden. Am untersten Punkt weist die Auffangvorrichtung 40 eine Ablaufvorrichtung 49 auf, welche mit der Rinne 45 verbunden ist. Die beiden Tüllen 44 der Auffangvorrichtung 30 ragen durch die Ringöffnung 46 in die Rinne 45 hinein. Die durch die Auffangvorrichtung 30 am Auffangplatte 31 aufgefangene Flüssigkeit sammelt sich unter der Wirkung der Zentrifugalbeschleunigung an den in Breitenrichtung äußeren (flankenseitigen) Enden der hinteren Stirnseite 42 der Auffangvorrichtung 31. Von dort gelangt sie über die Ablauföffnungen 43 in die Tüllen 44 und wird von dort in die Rinne 45 abgegeben. In der Rinne 45 kann die Flüssigkeit nach unten abfließen und durch das Ablaufrohr 49 aus der Rotorkammer 29 entfernt werden.
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Da die gesamte aus der Reaktionsgefäßeinheit 21 ausgeschleuderte Flüssigkeit in der Rinne 45 aufgefangen wird, bleibt der Innenraum des Rotorkastens 3 (die Rotorkammer 29) von der Flüssigkeit weitgehend unbenetzt. Lediglich durch Verwirbelung entstehender Nebel kann aus der Rinne 45 in die Rotorkammer 29 gelangen und deren Wandungen benetzen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auffangvorrichtung 31 so ausgebildet, dass sie bündig mit den seitlichen Rändern der Reaktionsgefäßeinheit 21 und/oder dem Rotor mit Flanken 33 bzw. seitlichen Wandungen abschließt, so dass ein im wesentlicher abgeschlossener Raum gebildet wird. Hierdurch wird die Atmosphäre innerhalb der Auffangvorrichtung 31 beim Drehen des Rotors mitgenommen und nicht oder nur kaum verwirbelt. So wird verhindert, dass Aerosole entstehen, die sich in der Rotorkammer 29 verteilen.
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Lediglich, wenn die Entstehung eines solchen kontaminierten Nebels nicht verhindert werden kann, ist eine Reinigung des Innenraums des Rotorkastens 3 von Zeit zu Zeit erforderlich. Die Reinigungsintervalle können grundsätzlich im Vergleich mit einem Zentrifugiervorgang ohne die Auffangvorrichtung 30 und Auffangvorrichtung 40 beträchtlich verlängert werden. Die Auffangplatte 31 schützt die Reaktionsgefäßeinheit 21 zuverlässig vor jedweder Kontamination durch eventuell von der oberen Wand 14 der Haube 5 herabtropfender Flüssigkeit. Da die Auffangvorrichtung 30 auch an den Flanken 33 geschlossen ist, wird durch die Auffangvorrichtung 30 ein abgeschlossener Raum mit der Reaktionsgefäßeinheit 21 gebildet, so dass auch in der Rotorkammer 29 eventuell vorherrschende Flüssigkeitsnebel sich nicht auf einer Oberfläche der Reaktionsgefäßeinheit 21 absetzen können und Verwirbelungen aufgrund der Rotation im Raum zwischen der Reaktionsgefäßeinheit 21 und die Auffangplatte 31 wirksam verhindert werden können. Die Reaktionsgefäßeinheit 21 kann daher mit der Auffangvorrichtung 30 dieses Ausführungsbeispiels zuverlässig und vollständig durch Zentrifugation gereinigt und vor jeder Benetzung durch den Zentrifugiervorgang oder Kontamination durch herabfallende Tropfen geschützt werden.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass vielfältige Abwandlungen im Schutzumfang der Erfindung möglich sind. Die Form die Auffangplatte 31 richtet sich nach den gewünschten Wirkungen. 8 zeigt schematisch mehrere Varianten 8(a) bis 8(g) einer Kontur der Auffangplatte 31 mit Reaktionsgefäßeinheit 21 in einem Querschnitt (Radialschnitt) senkrecht bzw. radial zur Rotationsachse 11. 9 zeigt schematisch mehrere Varianten 9(a) bis 9(h) einer Kontur der Auffangplatte 31 mit Reaktionsgefäßeinheit 21 in einem Axialschnitt entlang der Rotationsachse 11. Es versteht sich, dass jeweils weitere Varianten denkbar sind. Die Querschnittsformen der 8 und 9 sind beliebig kombinierbar. Sie können mit offenen oder geschlossenen Flanken ausgeführt sein.
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Die Auffangplatte 31 kann im Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse (8) eben (8(a)), mit einem zentralen Knick 80 entlang der Rotationsachse (8(b), (e)), mit zwei seitlichen Knicken entlang der Rotationsachse (8(d, g) oder gewölbt (c, f), von außen gesehen konkav (8(b), (c), (d)) oder konvex (8(e), (f), (g)) ausgebildet sein. Wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben, wirkt die Zentrifugalbeschleunigung in der Querschnittsebene quer zur Rotationsachse 11 stets in Richtung des größeren Radius r, daher wird an der Innenseite der Auffangplatte 31 aufgefangene Flüssigkeit auch bei eben ausgebildeter Auffangplatte (8(a)) zu den flankenseitigen Rändern 32 getrieben werden. Dieser Effekt kann durch eine konkave Ausbildung, bei welchem die Ränder 32 von der Rotationsachse weg (nach oben) gezogen sind, verstärkt werden (8(b), (c), (d)), durch eine konvexe Ausbildung, bei welchem die Ränder 32 zu der Rotationsachse hin (nach unten) gezogen sind, jedoch abgeschwächt werden (8(b), (c), (d)). Bei einer konvexen Form mit zentralem Knick 80 (8(e)) fällt die Auffangplatte zunächst steiler ab als ein Umkreis 82 um die Rotationsachse. Daher kann sich in dem Bereich um den zentralen Knick 80 jeweils bis zu einem Umkehrpunkt 83, ab welchem die Auffangplatte 31 flacher als der Umkreis 82 abfällt, Flüssigkeit ansammeln. Um dies zu vermeiden, ist die Form mit zwei seitlichen Knicken 81, die jenseits des Umkehrpunkts 83 angeordnet sind, vorzuziehen, da dann die Flüssigkeit zuverlässig aus dem zentralen Bereich nach außen abgeleitet wird (8(g)). Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn bei die Krümmung einer im Querschnitt konvex gekrümmten Auffangplatte 31 (8(f)) der Krümmungsradius der Auffangplatte 31 größer als die radiale Entfernung der Auffangplatte 31 im achsnächsten Punkt, also im Bereich der Mittelebene 36.
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In einem Axialschnitt entlang der Rotationsachse (9) kann die Auffangplatte 31 eben, also mit gleichem Abstand von der Rotationsachse 11 (9(a)), einseitig schräg, also von einer ersten Stirnseite 41 zu einer zweiten Stirnseite 42 ansteigend (9(b)-(d)), beidseitig schräg, also zu beiden Stirnseiten 41, 42 hin ansteigend (9(e)-(g)) oder absteigend (9(h)) ausgebildet sein, wobei die Schräge jeweils gerade (9(b), (e), (h)) oder gewölbt (9(c), (d), (f), (g)), von außen gesehen konkav (9(d), (e), (f)) oder konvex (9(c), (g)) ausgebildet sein kann, und wobei die beidseitig schrägen Formen einen Knick 91 zwischen den Stirnseiten 41, 42 aufweisen können. Durch die axiale Schräge, die zu einer oder beiden Stirnseiten 41, 42 hin ansteigt, wird Flüssigkeit aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung entlang der Innen- oder Unterseite der Auffangplatte 31 zu der jeweiligen Stirnseite 41, 42, zu welcher hin die Schräge ansteigt, abgeleitet. Die Fließgeschwindigkeit kann durch eine konvexe Form zur jeweiligen Stirnseite hin verlangsamt, durch eine konkave Form beschleunigt werden. Bei axial schrägen Formen ist es sinnvoll, wenn die Flanken geschlossen oder zumindest soweit heruntergezogen sind, um der Strömung quer zur Rotationsachse ein Hindernis entgegenzusetzen, sodass die Flüssigkeit nur zu der oder den Stirnseite(n) abgeleitet wird, zu welcher die Schräge ansteigt, wo die Flüssigkeit aufgefangen werden kann, ohne die Rotorkammer zu benetzen. Bei einseitiger Schräge ist der bauliche Aufwand für das Auffangen der Flüssigkeit geringer, da eine Auffangvorrichtung für die abgeleitete Flüssigkeit nur auf einer Seite vorzusehen ist. Diese ist vorzugsweise an einer Rückwand der Rotorkammer vorgesehen, da dann die Flüssigkeit zuverlässig von der Stirnseite, von welcher aus die Beladung der Reaktionsgefäßeinheit erfolgt, weg abgeleitet werden kann. Bei sehr großen abzuleitenden Flüssigkeitsmengen kann eine beidseitige Schräge vorteilhaft sein, da dann die Flüssigkeit schneller aufgefangen werden kann. Eine beidseitige, von den Stirnseiten 41, 42 zu einem Querschnitt 90 hin ansteigende Kontor der Auffangplatte 31 kann die Flüssigkeit in einem Knick 91 an den beiden flankenseitigen Rändern konzentrieren. Dort kann die Flüssigkeit durch jeweilige Ableitöffnungen seitlich ausgeschleudert werden. Gegebenenfalls kann in der Rotorkammer im Bereich des Querschnitts 90 eine rinnenartige ringförmige Auffangvorrichtung vorgesehen sein, welche die dort ausgeschleuderte Flüssigkeit aufnimmt und nach unten ableitet.
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Weitere Varianten sind denkbar. Beispielsweise kann die Auffangvorrichtung 30 eine Wannenform aufweisen ohne weitere Ableitöffnungen. Bei dieser Variante ist es vorteilhaft, wenn die Auffangvorrichtung 30 außerhalb der Zentrifuge 1 auf der Reaktionsgefäßeinheit 21 angebracht und die Reaktionsgefäßeinheit 21 so in die Zentrifuge geladen wird. In diesem Fall ist das Verfahren so abzuwandeln, dass der Rotor beim Ende des Zentrifugiervorgangs in der unteren Position stehen bleibt, sodass die Auffangvorrichtung 30 unterhalb der Reaktionsgefäßeinheit 21 zu liegen kommt, und die Reaktionsgefäßeinheit 21 mit der Auffangvorrichtung 30 und der darin aufgefangenen Flüssigkeit durch ein Entladefenster (nicht näher dargestellt) in der Stirnwand 7 entladen und von der Auffangvorrichtung 30 getrennt wird und die Auffangvorrichtung 30 dann von der Flüssigkeit befreit, gereinigt und für einen weiteren Zentrifugiervorgang bereitgestellt wird. Mit einer solchen Variante bleibt die Rotorkammer auch ohne eine darin installierte Auffangvorrichtung von der ausgeschleuderten Flüssigkeit frei. Am Rotor ist keine Auffangvorrichtung vorzusehen, und die Reinigung der Rotorkammer und der Auffangvorrichtung kann noch einfacher gestaltet werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die in 2 gezeigte Ausführungsform einer Kombination der Querschnittsform 8(a) mit der Axialschnittform 9(a) mit offenen Flanken entspricht und die in 3A bis 7B gezeigte Ausführungsform einer Kombination der Querschnittsform 8(a) mit der Axialschnittform 9(b) mit geschlossenen Flanken entspricht.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Auffangvorrichtung 30 (10A, 10B) weist eine Auffangplatte 31 auf, welche mit umlaufenden Flanken 33 versehen ist, sodass die Auffangvorrichtung 30 etwa wannenförmig ausgebildet ist. An den freien Rändern der Flanken 33 sind jeweils seitlich vorstehende Vorsprünge 92 an der Auffangvorrichtung 30 ausgebildet. Die Vorsprünge 92 können auch als Füße bezeichnet werden.
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Die Reaktionsgefäßeinheit 21, welche mehrere Reaktionsgefäße 37 aufweist, besitzt einen umlaufenden Randbereich 93, in dem korrespondierende Ausnehmung 94 zur Aufnahme der Vorsprünge 92 vorgesehen sind (10B). Die Ausnehmung 94, welche auch als Positionierausnehmungen 94 bezeichnet werden können, sind so ausgebildet, dass die Vorsprünge 92 darin derart aufgenommen werden, dass die Vorsprünge 92 mit ihrer von der Reaktionsgefäßeinheit 21 wegweisenden Oberseite fluchtend zur Oberseite des übrigen Bereiches des Randbereiches 93 der Reaktionsgefäßeinheit 21 angeordnet sind. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Reaktionsgefäßeinheit 21 mit oder ohne Auffangvorrichtung 30 in einem Rotor 20 angeordnet werden kann und der Randbereich 93 der Reaktionsgefäßeinheit 21 und gegebenenfalls die Vorsprünge bzw. Füße 92 der Auffangvorrichtung 30 von einer Führung 95 hintergriffen werden, sodass die Reaktionsgefäßeinheit 21 mit oder ohne Auffangvorrichtung 30 sicher drehfest im Rotor 20 fixiert ist.
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Die Vorsprünge 92 sind an den beiden gegenüberliegenden Flanken 33 ungleichmäßig angeordnet. Hierdurch greifen die Vorsprünge 92 in die Ausnehmung 94 nach dem Schlüssel-/Schloss-Prinzip nur dann ein, wenn die Auffangvorrichtung 30 genau in einer vorbestimmten Position bzw. Anordnung auf der Reaktionsgefäßeinheit 21 angeordnet ist. Eine solche Ausgestaltung der Vorsprünge 92 und der Ausnehmung 94 ist besonders vorteilhaft, wenn die Auffangvorrichtung eine Ausleitöffnung aufweist, welche insbesondere mit einer geneigten Auffangplatte 31 zum Ableiten der aus den Reaktionsgefäßen 37 entleerten Flüssigkeit dient.
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Die Vorsprünge 92 und die Ausnehmung 94 bilden somit eine Kontaktkontur der Auffangvorrichtung 30 bzw. eine Komplementärkontur der Reaktionsgefäßeinheit 21, welche eine eindeutige Zuordnung der Auffangvorrichtung 30 zur Reaktionsgefäßeinheit 21 bewirkt, wobei die Kombination aus Reaktionsgefäßeinheit 21 und Auffangvorrichtung 30 nur im Rotor 20 der Zentrifuge angeordnet werden kann, wenn die Kontaktkontur und die Komplementärkontur korrekt zueinander zusammengefügt sind.
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Es kann auch zweckmäßig sein, eine eindeutig Anordnung mittels entsprechender Konturen zwischen der Reaktionsgefäßeinheit und dem Rotor bzw. der Zentrifuge vorzusehen. Hierdurch sind der Rotor, die Reaktionsgefäßeinheit und die Auffangvorrichtung eindeutig einander zugeordnet.
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Durch das Vorsehen der Kontaktkontur der Auffangvorrichtung bzw. der Komplementärkontur der Reaktionsgefäßeinheit wird sichergestellt, dass die Reaktionsgefäße korrekt abgedeckt sind.
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In dem in den 10A, 10B gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch keine Ausleitöffnung vorgesehen, sondern die Auffangvorrichtung 30 ist wannenförmig ausgebildet. An der zu den Reaktionsgefäßen 37 weisenden Seite der Auffangplatte 31 ist ein Saugmittel 96 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Saugmittel ein Cellulose-Pad. Derartige Cellulose-Pads können lösbar in der Auffangvorrichtung 30 angeordnet werden und nach Gebrauch entnommen und entsorgt werden. Die Cellulose-Pads können hierzu mit einer Haftschicht versehen sein. In der Auffangvorrichtung 30 können auch Rastelemente zum Fixieren des Saugmittels 96 vorgesehen sein.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel werden bei Gebrauch die Auffangvorrichtung 30 und die Reaktionsgefäßeinheit 21 mittels der Führung 95, welche als lang gestreckte Führungsschiene ausgebildet ist, im Rotor 20 einerseits zusammengehalten und andererseits im Rotor 20 fixiert.
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Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, Rastmittel sowohl an der Auffangvorrichtung als auch an der Reaktionsgefäßeinheit vorzusehen, sodass beide lösbar miteinander verbunden sind. Die Rastverbindung sollte jedoch derart stark ausgebildet sein, dass sie der in der Zentrifuge auftretenden Zentrifugalkraft widerstehen kann.
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Die Auffangvorrichtung und die Reaktionsgefäßeinheit sind für den Gebrauch in einer Zentrifuge ausgebildet. Sie können jedoch auch für eine manuelle Entleerung der Reaktionsgefäße der Reaktionsgefäßeinheit verwendet werden. Dies gilt insbesondere für die wannenförmige Ausgestaltung der Auffangvorrichtung.
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Mit der Auffangvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann eine Kreuzkontamination zwischen Reaktionsgefäßeinheiten verhindert, je nach Ausführung der Auffangvorrichtung eine Benetzung der Reaktionsgefäßeinheiten durch Aerosole in der Rotorkammer vermindert oder ganz vermieden, und auch eine Verunreinigung der Rotorkammer durch ausgeschleuderte Flüssigkeit deutlich reduziert oder ganz vermieden werden. Letzteres kann die Reinigung der Rotorkammer erheblich vereinfachen. Wenn die Flüssigkeiten in der Rinne 45 der Auffangvorrichtung 40 vollständig aufgenommen werden und ein Austreten in die Rotorkammer verhindert wird, kann gegebenenfalls auf eine geschlossene Rotorkammer verzichtet werden. Mit anderen Worten, die Stirnwand 7 und die Haube 5, gegebenenfalls auch die Basis 27 (sofern letztere nicht aus Gründen der Standfestigkeit erforderlich ist) des Rotorkastens 3 wegfallen. Dies kann den Belade- und Entladevorgang des Rotors 20 erheblich vereinfachen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zentrifuge
- 2
- Antriebskasten
- 3
- Rotorkasten
- 4
- Fuß
- 5
- Haube
- 6
- Schraube
- 7
- Stirnwand
- 8
- Beladefenster
- 9
- Achsöffnung
- 10
- Rotorwelle
- 11
- Rotationsachse
- 12
- Lager
- 13
- Seitenwand
- 14
- obere Wand
- 20
- Rotor
- 21
- Reaktionsgefäßeinheit
- 22
- Rahmen
- 23
- Aufnahmeplatz
- 24
- Klammer
- 25
- Auflagefläche
- 26
- Gegenfläche
- 27
- Basis
- 28
- Rückwand
- 29
- Rotorkammer
- 30
- Auffangvorrichtung
- 31
- Auffangplatte
- 32
- Rand
- 33
- Flanke
- 35
- Rand
- 36
- Mittelebene
- 37
- Reaktionsgefäß
- 38
- Öffnung
- 39
- Öffnungsebene
- 40
- Ableitvorrichtung
- 41
- vordere (erste) Stirnseite
- 42
- hintere (zweite) Stirnseite
- 43
- Ausleitöffnung
- 44
- Tülle
- 45
- Rinne
- 46
- Ringöffnung
- 47
- innerer Hinterschnitt
- 48
- äußerer Hinterschnitt
- 49
- Ablaufrohr
- 50
- Platte
- 51
- Rahmen
- 60
- Baugruppe
- 70
- Baugruppe
- 80
- zentraler Knick
- 81
- seitlicher Knick
- 82
- Umkreis
- 83
- Umkehrpunkt
- 84
- Flächennormale
- 90
- Mittelquerschnitt
- 91
- Knick
- 92
- Vorsprung
- 93
- Randbereich
- 94
- Ausnehmung
- 95
- Führung
- 96
- Saugmittel
- a
- Ableitrichtung
- r
- Radius
- r0
- kleinster Radius
- w
- Breitenrichtung
- α
- Ableitwinkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017113583 A1 [0006]
- DE 1020211240239 [0007]
- WO 2017125598 A1 [0061]
