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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingrotor eines Zentrifugal-Separators, der weitläufig auf medizinischen, pharmazeutischen, gentechnischen und anderen vielfätigen Gebieten verwendet wird.
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Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbesserung der Festigkeit und des Leistungsvermögens des Schwingrotors eines Zentrifugal-Separators.
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Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung die Energieeinsparung, konstruktive Vereinfachung und Kostenreduktion für Zentrifugal-Separatoren.
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Die Schwingrotoren, die üblicherweise auf dem Gebiet der klinischen Medizin zum Trennen von Blutproben, die zum Zweck vielfältiger Untersuchungen genommen werden, verwendet werden, müssen die maximalen Drehgeschwindigkeiten abdecken, die im Bereich von 2000 min
–1 bis 20000 min
–1 liegen. Diese Art von herkömmlichen Schwingrotoren ist beispielsweise in dem ungeprüften
japanischen Patent mit der Veröffentlichungsnummer 49-15066 , dem
japanischen Gebrauchsmuster Nr. 63-2110 , dem
japanischen Gebrauchsmuster Nr. 63-35797 und dem ungeprüften
japanischen Patent mit der Veröffentlichungsnummer 6-285390 offenbart.
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Die 7 bis 9 zeigen ein Beispiel dieses Typs herkömmlicher Schwingrotoren.
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In den 7 bis 9 weist ein Rotorkörper 1 ein zentrales Loch 1a auf. Eine Antriebswelle (nicht gezeigt) eines Motors (nicht gezeigt) ist in dem zentralen Loch 1a gekoppelt, um den Rotorkörper 1 zu drehen. Der Rotorkörper 1 besteht hauptsächlich aus symmetrisch verzweigten Armen 2, die sich in radialen Richtungen in gleichen Winkelintervallen (90°) erstrecken, um insgesamt vier Behälter 4 zwischen jeweiligen Armen 2 zu halten. An distalen Enden von jeweiligen Armen 2 sind Drehzapfen 3 angebracht. Jeder Behälter 4 ist durch zwei Drehzapfen 3 getragen, die sich koaxial von gegenüberliegenden Armen 2 aus erstrecken. Jeder Behälter 4 ist somit um eine Achse schwingfähig, die durch diese koaxialen Drehzapfen 3 definiert ist. Der Behälter 4 nimmt ein Zentrifugierröhrchengestell 6 auf. Eine Vielzahl von Zentrifugierröhrchen 5, die jeweils eine zu prüfende oder zu untersuchende Probenlösung speichern, ist in diesem Gestell 6 in einem vorbestimmten Muster angeordnet.
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Der Rotorkörper 1 ist aus einem rostfreien Stahl oder einer Aluminiumlegierung gebildet und durch Schmieden, Gießen, spanende Bearbeitung oder dergleichen hergestellt. Jeder Zapfen 3 ist einstückig mit dem Rotorkörper 1 aus dem gleichen Material gebildet. Alternativ ist jeder Zapfen 3 ein separates, von dem Rotorkörper 1 unabhängiges Teil. Beispielsweise kann der Zapfen 3 durch spanendes Bearbeiten aus einem rostfreien Stahl oder einem vergleichbaren Stahl hergestellt sein. Dann wird der Zapfen 3 in ein Eingriffsloch, das an einem vorbestimmten Abschnitt des Arms 2 ausgebildet ist, eingebaut oder eingesetzt. Der Behälter 4 ist aus einer Aluminiumlegierung gebildet und durch spanendes Bearbeiten oder Gießen hergestellt. Alternativ kann der Behälter 4 durch Pressen/Drücken aus einem Blech aus rostfreiem Stahl hergestellt sein.
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Die Garantiebedingungen oder die garantierte Lebensdauer sowie die zulässigen Drehgeschwindigkeiten jedes Schwingrotors werden vom Hersteller dieses Rotors vorgegeben. Benutzer können diesen Rotor sicher verwenden, insofern sie die durch den Hersteller vorgegebenen Beschränkungen und Bedingungen beachten. Wenn der Schwingrotor zwangsweise bei höheren Drehzahlen, die die zulässige obere Grenze übersteigen, verwendet wird oder wenn der Schwingrotor kontinuierlich über eine lange Zeit, die die garantierte Lebensdauer übersteigt, verwendet wird, wird der Schwingrotor brechen und der Zentrifugal-Separator beschädigt werden. Die beim Bruch des Schwingrotors hervorgerufene Energie ist so groß, dass sich der Zentrifugal-Separator plötzlich und dicht zum Bediener dieser Maschine verschiebt oder bewegt und den Bediener gefährdet.
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Wegen des Vorstehenden müssen alle Teile, die einen Schwingrotor bilden, das Leistungsvermögen dieses Schwingrotors garantieren und auch eine zufrieden stellende mechanische Festigkeit für die garantierten Betriebsdrehzahlen und die garantierte Lebensdauer sicherstellen.
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Andererseits wird von jüngeren Zentrifugal-Separatoren gefordert, fortschrittlichere Fliehkrafttrennungen bei höheren Drehzahlen und unter großen Fliehkräften durchzuführen und müssen auch gleichzeitig eine große Anzahl von zu prüfenden oder zu untersuchenden Proben verarbeiten.
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Die für die herkömmlichen Schwingrotoren verwendeten Behälter erfordern bei Herstellung durch spanendes Bearbeiten aus einem Metallmaterial im Allgemeinen viel Arbeitszeit und viel Arbeitseinsatz bei dem Prozess des Schneidens und Bearbeitens des Metallmaterials zu der Form eines Behälters. Dies erhöht die Herstellungskosten. Außerdem weist der Metallbehälter aufgrund der Metallmaterialien eigenen Natur eine große relative Dichte und eine große Dicke auf. Wenn eine Fliehkraft auf den Behälter aufgebracht wird, erfährt ein Rotorkörper eine große Fliehkraftlast. Dies wird möglicherweise das Leistungsvermögen eines Zentrifugal-Separators verschlechtern.
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Andererseits benötigen die Behälter für die herkömmlichen Schwingrotoren bei Herstellung durch Pressen aus einem rostfreien Stahl im Allgemeinen teure Presswerkzeuge sowie besondere Pressmaschineneinrichtungen. Dies erhöht die Herstellungskosten. Wenn rostfreier Stahl einem Pressen unterzogen wird, gibt es außerdem eine Wahrscheinlichkeit, dass ein hergestellter Behälter ungleichmäßige Abschnitte mit unterschiedlichen Dicken aufweist. Um beispielsweise den rostfrei hergestellten Behälter mit einem Schwingrotor zusammenzubauen, ist eine sehr komplizierte oder schwierige Verarbeitung erforderlich, um geeignete Kopplungs- oder Eingriffsabschnitte an diesem Behälter zu bilden. Diese Verarbeitung wird möglicherweise schwache Abschnitte mit unzureichenden Dicken an dem verarbeiteten Behälter zurücklassen. Infolgedessen wird der hergestellte Behälter eine schlechte Festigkeit aufweisen und kann während eines harten Zentrifugierbetriebes brechen.
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Wenn ein Schwingrotor mit Metallbehältern ausgerüstet ist, ist er außerdem aufgrund einer großen relativen Dichte der Metallbehälter einem großen Trägheitsmoment ausgesetzt. Dies erfordert es, dass ein Antriebsmotor eine große Antriebsleistung erzeugt. Der Antriebsmotor wird ferner eine lange Zeit benötigen, um den Rotor zu beschleunigen und zu verzögern. Die Rotationsenergie eines Schwingrotors nimmt proportional zum erhöhten Trägheitsmoment zu. Unter Berücksichtigung dieser Rotationsenergie muss ein Zentrifugal-Separator mit einer Schutzsperre (d. h. einer Sicherheitswand oder Trennwand) mit hinreichender Festigkeit ausgestattet sein, die in der Lage ist, einen Bediener vor dem Bruch eines Schwingrotors zu schützen.
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Aus der
DE 26 08 048 A1 ist beispielsweise eine Schwenkbecherzentrifuge bekannt, deren Becher aus einem faserverstärktem Kunstharz bestehen können. Die Becher dieser Schwenkzentrifuge werden von unten in die Becher verschließende Kappen eingeschraubt, welche ihrerseits in entsprechende Lagerzapfen am Zentrifugenrotor eingehängt werden können. Um die einzelnen Becher austauschen zu können, ist es erforderlich, die Gebilde aus Becher und Kappe zunächst von dem Zentrifugenrotor zu entfernen, so dass anschließend die Kappen von den Bechern abgeschraubt werden können.
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Eine andere Schwenkbecherzentrifuge wird beispielsweise in der
US 4,009,824 beschrieben. Diese Schwenkbecherzentrifuge weist mehrere rohrartige Hülsen auf, welche an sich radial erstreckenden Armen des Rotors der Schwenkbecherzentrifuge verschwenkbar eingehängt sind. Diese Hülsen dienen dabei dazu, um jeweils einen Probenbehälter aufnehmen zu können, welcher umfangsseitig mit einem Ring versehen ist, der ein Hindurchrutschen des Probenbehälters durch die Hülse verhindert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochleistungs-Schwingrotor bereitzustellen, der eine ausgezeichnete Festigkeit aufweist, ein kleines Trägheitsmoment besitzt und bezüglich der Sicherheit zuverlässig ist.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Behälter bereitzustellen, der zur Fliehkrafttrennung verwendet wird.
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Um die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe sowie andere damit in Beziehung stehende Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung einen Schwingrotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 für einen Fliehkraftseparator bereit.
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Der Metallring weist eine Innenwand auf, die zu einer Außenfläche des Probengefäß-Halteelements passt. Der Metallring weist eine Anordnung zum Aufnehmen einer auf das Probengefäß-Halteelement wirkenden Fliehkraft auf.
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Das Probengefäß-Halteelement weist eine offene Oberseite und einen geschlossenen Boden auf, wobei sich eine vertikale Wand senkrecht von einem Umfangsrand des Bodens erstreckt. An einem oberen Abschnitt des Probengefäß-Halteelements ist ein Flansch vorgesehen. Der Flansch steht mit dem Metallring in Eingriff, so dass der Metallring die auf das Probengefäß-Halteelement wirkende Fliehkraft aufnehmen kann. Der Flansch ist aus dem Verbundmaterial gebildet, das aus der Verstärkungsfaser und dem Harz besteht, und ist einstückig mit dem Probengefäß-Halteelement hergestellt.
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Es ist für den Schwingrotor bevorzugt, dass das Probengefäß-Halteelement eine Rippe aufweist, die sich entlang des Flansches erstreckt, um die Steifigkeit des Flansches zu steigern.
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Es ist für den Schwingrotor bevorzugt, dass der Metallring in das Probengefäß-Halteelement durch eine Klebung oder einen Presssitz integriert ist.
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Es ist für den Schwingrotor bevorzugt, dass eine Polyaramidfaser in einer Oberflächenschicht des Probengefäß-Halteelements vorgesehen ist.
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Das Probengefäß-Halteelement weist eine offene Oberseite und einen geschlossenen Boden auf, wobei sich eine vertikale Wand senkrecht von einem Umfangsrand des Bodens erstreckt.
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Der Unterstützungsmechanismus ist ein Flansch, der entlang der offenen Oberseite des Probengefäß-Halteelements gebildet ist.
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Es ist für den Schwingrotor bevorzugt, dass das Probengefäß-Halteelement eine Fläche aufweist, die rechtwinklig auf einer Achse des Probengefäß-Halteelements steht. Die Achse des Probengefäß-Halteelements ist identisch mit einer Richtung einer auf das Probengefäß-Halteelement wirkenden Fliehkraft. Das Metallelement weist eine Fläche auf, die in Kontakt mit der Fläche des Probengefäß-Halteelements gebracht ist, um den Unterstützungsmechanismus zu bilden.
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Außerdem stellt die vorliegende Erfindung einen Behälter für einen Schwingrotor bereit, der in einem Zentrifugal-Separator verwendet wird, umfassend ein Probengefäß-Halteelement, das aus einem Verbundmaterial gebildet ist, das aus einer Verstärkungsfaser und einem Harz besteht. Ein Metallelement ist mit dem Probengefäß-Halteelement gekoppelt. Es ist ein Eingriffsmechanismus vorgesehen, um das Probengefäß-Halteelement mit dem Metallelement in Eingriff zu bringen. Eine auf das Probengefäß-Halteelement wirkende Fliehkraft wird von dem Metallelement über den Eingriffsmechanismus aufgenommen.
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Es ist vorgesehen, dass das Metallelement dieses Behälters ein Metallring ist. Der Metallring weist eine Innenwand auf, die zu einer Außenfläche des Probengefäß-Halteelements passt. Der Metallring weist eine Fläche auf, die als ein Teil des Eingriffsmechanismus zum Aufnehmen der auf das Probengefäß-Halteelement wirkenden Fliehkraft dient.
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Es ist vorgesehen, dass das Probengefäß-Halteelement dieses Behälters eine offene Oberseite und einen geschlossenen Boden aufweist, wobei sich eine vertikale Wand senkrecht von einem Umfangsrand des Bodens erstreckt. An einem oberen Abschnitt des Probengefäß-Halteelements ist ein Flansch vorgesehen. Der Flansch steht mit der Fläche des Metallrings in Eingriff, um zusammenwirkend den Eingriffsmechanismus zum Aufnehmen der auf das Probengefäß-Halteelement wirkenden Fliehkraft zu bilden.
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Es ist vorgesehen, dass der Flansch dieses Behälters aus dem Verbundmaterial gebildet ist, das aus der Verstärkungsfaser und dem Harz besteht, und einstückig mit dem Probengefäß-Halteelement hergestellt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in diesen zeigt:
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1 eine Perspektivansicht, die das Aussehen eines Behälters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 eine Perspektivansicht, die das Aussehen eines Probengefäß-Halteelements zeigt, das einen Teil des Behälters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet,
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3 eine Perspektivansicht, die das Aussehen eines Metallrings zeigt, der einen Teil des Behälters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet,
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4 eine Perspektivansicht, die das Aussehen eines modifizierten Probengefäß-Halteelements zeigt, das ein Teil des Behälters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet,
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5 eine Perspektivansicht, die das Aussehen eines weiteren modifizierten Probengefäß-Halteelements zeigt, das ein Teil des Behälters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet,
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6 eine Perspektivansicht, die das Aussehen eines modifizierten Metallrings zeigt, der ein Teil des Behälters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet,
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7 eine Perspektivansicht, die das Aussehen eines Schwingrotors zeigt, der mit herkömmlichen Behältern ausgestattet ist,
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8 eine Perspektivansicht, die den Einbau eines herkömmlichen Behälters in den Schwingrotor erläutert, und
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9 eine Perspektivansicht, die das Aussehen eines herkömmlichen Behälters zeigt.
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Ein Schwingrotor eines Zentrifugal-Separators gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird anhand der 1 bis 6 erläutert. Identische Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 umfasst ein Behälter 4 ein Probengefäß-Halteelement 11, das zu einer vorbestimmten Korbform ausgestaltet ist, und einen Metallring 12, der mit dem Probengefäß-Halteelement 11 gekoppelt oder zusammengebaut ist. Das Probengefäß-Halteelement 11 weist eine offene Oberseite und einen geschlossenen Boden auf, wobei sich eine vertikale Wand senkrecht von einem Umfangsrand des Bodens erstreckt. Das Probengefäß-Halteelement 11 weist einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf, genommen entlang einer seitlichen oder horizontalen Ebene senkrecht zu einer vertikalen Achse dieses Probengefäß-Halteelements 11. Obwohl es in der Zeichnung nicht gezeigt ist, ist der Querschnitt des Probengefäß-Halteelements 11 nicht auf einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt begrenzt. Es ist daher bevorzugt, dass das Probengefäß-Halteelement 11 einen kreisförmigen oder irgendeinen anderen Querschnitt aufweist. Die Ausgestaltung des Probengefäß-Halteelements 11 sollte unter Berücksichtigung der Form eines in diesem Probengefäß-Halteelement 11 aufzunehmenden Probengefäßes festgelegt werden.
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Der Metallring 12 umgibt einen oberen Teil des Probengefäß-Halteelements 11. Der Metallring 12 ist eng in Kontakt mit dem Probengefäß-Halteelement 11 gebracht. Der Metallring 12 ist in das Probengefäß-Halteelement 11 durch eine Klebung oder einen Presssitz integriert. Die vertikale Größe (d. h. Höhe) des Metallrings 12 ist kleiner als die des Probengefäß-Halteelements 11. Beispielsweise ist die Höhe des Metallrings 12 ein Drittel oder kleiner in Bezug auf die Höhe des Probengefäß-Halteelements 11. Jedoch sollte das Verhältnis der Höhe des Metallrings 12 zur Höhe des Probengefäß-Halteelements 11 unter Berücksichtigung der erforderlichen mechanischen Festigkeiten des Metallrings 12 und des Probengefäß-Halteelements 11 bestimmt werden.
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Der Metallring 12 weist eine Innenwand auf, die gerade zu einer Außenfläche des Probengefäß-Halteelements 11 passt. Der Metallring 12 weist eine Außenwand auf, an der Eingriffsabschnitte 13A ausgebildet sind. Jeder Eingriffsabschnitt 13A ist eine Ausnehmung mit einem runden Rand, der verschiebbar mit dem Zapfen 3 des Rotorkörpers 1 gekoppelt ist. Der Behälter 4 ist über Eingriffsabschnitte 13A des Metallrings 12 durch die Zapfen 3 getragen, so dass er in Bezug auf den Rotorkörper 1 schwingfähig ist. Das Probengefäß-Halteelement 11 weist an seinem oberen Ende einen Flansch 11A auf. Der Flansch 11A erstreckt sich vollständig entlang des oberen Umfangsrandes (d. h. der offenen Oberseite) des Probengefäß-Halteelements 11.
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Der Flansch 11A des Probengefäß-Halteelements 11 erstreckt sich radial nach außen und steht rechtwinklig auf der vertikalen Wand des Probengefäß-Halteelements 11. Eine untere Fläche des Flansches 11A ist in Kontakt mit einer oberen Endfläche des Metallrings 12 gebracht. Der Metallring 12 nimmt über den Flansch 11A eine bei rotierendem Rotorkörper 1 auf das Probengefäß-Halteelement 11 wirkende Fliehkraft auf.
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In dieser Hinsicht weist das Probengefäß-Halteelement 11 eine Fläche auf, die rechtwinklig auf einer Achse des Probengefäß-Halteelements 11 steht. Die Achse des Probengefäß-Halteelements 11 ist identisch mit einer Richtung der auf das Probengefäß-Halteelement 11 wirkenden Fliehkraft. Der Metallring 12 weist eine Fläche auf, die in Kontakt mit der Fläche des Probengefäß-Halteelements 11 gebracht ist, um durch den Metallring 12 einen Unterstützungsmechanismus zur Aufnahme einer auf das Probengefäß-Halteelement 11 wirkenden Fliehkraft zu bilden.
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Die Höhenlage des Flansches 11A in Bezug auf das Probengefäß-Halteelement 11 ist nicht auf das oberste Ende des Probengefäß-Halteelements 11 begrenzt. Es ist beispielsweise bevorzugt, den Flansch 11A an einem Abschnitt vorzusehen, der mit einem vorbestimmten Abstand von dem obersten Ende des Probengefäß-Halteelements 11 versetzt ist. Wenn der Flansch 11A eine ausreichende Steifigkeit oder Festigkeit aufweist, ist es möglich, den Flansch 11A teilweise zu beseitigen oder die Breite oder Dicke des Flansches 11A zu verringern.
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Der Behälter 4 ist schwingfähig durch den in den 7 bis 9 offenbarten Rotorkörper 1 getragen. Der Rotorkörper 1 weist ein zentrales Loch 1a auf, in dem die Antriebswelle (nicht gezeigt) des Motors (nicht gezeigt) gekoppelt ist. Der Rotorkörper 1 rotiert um seine Achse (d. h. das zentrale Loch 1a). Der Rotorkörper 1 weist symmetrisch verzweigte Arme 2 auf, die sich in radialen Richtungen in gleichen Winkelintervallen erstrecken, um mehrere Behälter 4 zwischen jeweiligen Armen 2 zu halten. Drehzapfen 3 sind an distalen Enden von jeweiligen Armen 2 angebracht. Jeder Behälter 4 ist durch zwei Drehzapfen 3 getragen, die sich koaxial von gegenüberliegenden Armen 2 erstrecken. Jeder Behälter 4 ist somit um eine Achse schwingfähig, die durch diese koaxialen Drehzapfen 3 definiert ist.
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Der Rotorkörper 1 ist aus rostfreiem Stahl oder einer Aluminiumlegierung gebildet und durch Schmieden, Gießen, spanendes Bearbeiten oder dergleichen hergestellt. Jeder Zapfen 3 ist einstückig mit dem Rotorkörper 1 aus dem gleichen Material oder unabhängig von dem Rotorkörper 1 gebildet. Beispielsweise kann der Zapfen 3 durch spanendes Bearbeiten aus einem rostfreien Stahl oder einem vergleichbaren Stahl hergestellt sein. Dann wird der Zapfen 3 in ein an einem vorbestimmten Abschnitt des Arms 2 ausgebildeten Eingriffsloch eingebaut oder eingesetzt.
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2 zeigt das Aussehen des Probengefäß-Halteelements 11. Das Probengefäß-Halteelement 11 weist einen Boden auf, um Zentrifugierröhrchen 5 und ein Zentrifugiergestell 6 aufzunehmen. Das Zentrifugiergestell 6 weist eine Vielzahl Löcher oder Ausnehmungen auf, um Zentrifugierröhrchen 5 feststehend zu halten. Das Zentrifugiergestell 6 weist eine sich seitlich erstreckende, plattenartige Form auf, die genau zur Innenwand des Probengefäß-Halteelements 11 passt.
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Das Probengefäß-Halteelement 11 ist aus einem Verbundmaterial gebildet und einstückig zu der vorbestimmten Korbform geformt. Das Verbundmaterial besteht aus einer Verstärkungsfaser 14 und einer Harzmatrix. Das Probengefäß-Halteelement 11 wird beispielsweise auf die folgende Weise hergestellt.
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Zunächst werden Prepreg-Gewebebahnen oder vergleichbare faserverstärkte Bahnen in einer Richtung senkrecht zu ihrer Oberfläche laminiert. Dann werden die laminierten Prepreg-Gewebebahnen in die Werkzeuge eingesetzt, die zusammenwirkend eine Form eines Probengefäß-Halteelements 11 definieren. Dann wird in dem Zustand, in dem die laminierten Prepreg-Gewebebahnen in die Werkzeuge eingesetzt sind, eine Wärmebehandlung an den laminierten Prepreg-Bahnen vorgenommen, um das Harz zu schmelzen. Anschließend wird an den erwärmten, laminierten Prepreg-Bahnen ein Pressen durchgeführt, um das geschmolzene Harz der laminierten Prepreg-Bahnen zu härten, wodurch die laminierten Prepreg-Bahnen zu der Form des Probengefäß-Halteelements 11 geformt werden.
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Die Materialien, die vorzugsweise für die Verstärkungsfaser 14 verwendbar sind, sind beispielsweise Kohlefaser, Glasfaser und hochelastische organische Faser (z. B. Polyaramidfaser). Diese Fasern werden parallel zueinander ausgedehnt und Harz wird in diese Faser hinein imprägniert, um ein Prepreg mit einer einzigen Richtung zu erhalten. Es kann auch ein Harz in ein Gewebe der oben beschriebenen Verstärkungsfasern hinein imprägniert werden, um ein Gewebe-Prepreg zu erhalten. Es ist auch möglich, eine strangähnliche Verstärkungsfaser zu verwenden, die bei einem so genannten Wickelverfahren benutzt wird, gemäß welchem eine harzimprägnierte strangähnliche Faser direkt um ein Stempelwerkzeug des Probengefäß-Halteelements 11 gewickelt wird.
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Die Harzmatrix ist gewöhnlich ein Epoxydharz, ein ungesättigtes Polyesterharz oder ein Phenolharz, die alle warmhärtende oder duroplastische Harze sind. Alternativ kann die Harzmatrix aus einem Nylonharz, einem Polyacetalharz oder einem Polycarbonatharz gebildet sein, die alle duroplastische Harze sind.
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3 zeigt den Metallring 12. Der Metallring 12 weist eine Innenwand auf, die genau zu einer Außenfläche des Probengefäß-Halteelements 11 passt. Das Probengefäß-Halteelement 11 ist im Inneren des Metallrings 12 angeordnet. Der Metallring 12 weist zwei Rotorkopplungsabschnitte 13A auf, die an seinen voneinander abgewandten Seitenflächen ausgebildet sind. Die Rotorkopplungsabschnitte 13A des Metallrings 12 sind mit den Zapfen 3 des Rotorkörpers 1 gekoppelt. Die obere Fläche des Metallrings 12 ist eben. Die untere Fläche des Flansches 11A ist durch die flache obere Fläche des Metallrings 12 aufgenommen.
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Die Materialien, die vorzugsweise für den Metallring 12 verwendbar sind, sind eine Aluminiumlegierung und ein rostfreier Stahl, die in der Lage sind, eine ausreichende Festigkeit für die Rotorkopplungsabschnitte 13A sicherzustellen, weil die Rotorkopplungsabschnitte 13A um die gekoppelten Zapfen 3 unter einer großen zwischen diesen wirkenden Last schwingen.
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Um die Herstellungskosten für den Metallring 12 zu drücken, ist es bevorzugt, gewöhnliche spanende Bearbeitung zu verwenden, oder, falls es erforderlich ist, das Wachsausschmelzgießverfahren, das Druckgießverfahren oder anderes Feingießen zu verwenden.
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Die 4 und 5 zeigen modifizierte Ausführungsformen des Probengefäß-Halteelements 11, gemäß welchen das Probengefäß-Halteelement 11 eine Rippe 11B aufweist, die sich vollständig entlang des äußersten Endes des Flansches 11A, der an der offenen Oberseite des Probengefäß-Halteelements 11 gebildet ist, erstreckt. Die Rippe 11B erstreckt sich nach oben (4) oder nach unten (5) und steht rechtwinklig auf dem Flansch 11A. Die Rippe 11B steigert die Steifigkeit des Flansches 11A, um zu verhindern, dass sich der Flansch 11A aufgrund großer auf die Zentrifugierröhrchen 5, das Zentrifugiergestell 6 und das Probengefäß-Halteelement 11 selbst wirkender Fliehkräfte verformt. Infolgedessen kann die Festigkeit des Flansches 11A verbessert werden. Das Vorsehen der Rippe 11B einstückig mit dem Flansch 11A bewirkt, dass die erforderliche Steifigkeit oder Festigkeit für den Flansch 11A sichergestellt ist, wenn eine Gewichtsverringerung des Probengefäß-Halteelements 11 erforderlich ist.
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6 zeigt eine weitere modifizierte Ausführungsform des Probengefäß-Halteelements 11, gemäß welcher der Rotorkörper 1 Eingriffsausnehmungen (nicht gezeigt) aufweist, die an gegenüberliegenden Armen 2 ausgebildet sind. Die Zapfen 3 sind in diesem Fall entfernt. Statt dessen sind Vorsprünge 13B an voneinander abgewandten Seitenflächen des Metallrings 12 vorgesehen. Die Vorsprünge 13B stehen mit den Eingriffsausnehmungen von gegenüberliegenden Armen 2 in Eingriff, so dass der Behälter 4 in Bezug auf den Rotorkörper 1 schwingfähig getragen ist.
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Wie es oben beschrieben wurde, ist der Behälter 4 eine Kombination aus einem nichtmetallischen Verbundelement (d. h. dem Probengefäß-Halteelement 11) und einem Metallelement (d. h. dem Metallring 12). Das Probengefäß-Halteelement 11 ist aus einem Verbundmaterial gebildet, das aus der Verstärkungsfaser 14 und der Harzmatrix besteht. Die Verwendung eines solchen Verbundmaterials bewirkt, dass das Gewicht des Probengefäß-Halteelements 11 stark verringert wird.
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Ein Verbundmaterial, das aus Kohlefasern und einem Harz besteht, weist beispielsweise eine geringere Dichte auf, die im Wesentlichen gleich 1,6 ist, selbst wenn es eine große Menge Fasern enthält, um eine ausgezeichnete Festigkeit sicherzustellen. Die Dichte (1,6) dieses Verbundmaterials beträgt annähernd 60% der Dichte einer Aluminiumlegierung oder annähernd 20% der Dichte eines rostfreien Stahls. Die Festigkeit dieses Verbundmaterials ist aber im Wesentlichen mit der der Aluminiumlegierung oder des rostfreien Stahls vergleichbar. Mit anderen Worten bringt die Gewichtsverringerung, die durch die Annahme dieses Verbundmaterials realisiert wird, ein verbessertes Leistungsvermögen eines Zentrifugal-Separators in einem Ausmaß, die der erzielten Gewichtsverringerung äquivalent ist.
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Außerdem reduziert die durch die Annahme dieses Verbundmaterials realisierte Gewichtsverringerung die auf den Antriebsmotor aufgebrachte Last beträchtlich. Dies führt zu Energieeinsparung. Die zum Beschleunigen oder Verzögern des Antriebsmotors benötigt Zeit kann verkürzt werden. Die erforderliche Rotationsenergie ist gering. Der Sicherheitsmechanismus für einen Zentrifugal-Separator, wie etwa eine Schutzsperre (d. h. eine Sicherheitswand oder Trennwand) kann vereinfacht werden. Die Herstellungskosten für einen Zentrifugal-Separator können verringert werden.
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Wenn die Verstärkungsfaser eine Kohlefaser ist, gibt es außerdem die Möglichkeit, dass die Kohlefaser aufgrund eines Reibungskontaktes mit einer Tischfläche beim Hantieren mit dem Behälter auf einem Tisch brechen kann. Dies wird die Festigkeit eines Behälters verschlechtern. Um dieses Problem zu lösen, ist es bevorzugt, eine Polyaramidfaser oder eine vergleichbare hochelastische organische Faser in der Oberflächenschicht des Probengefäß-Halteelements 11 des Behälters 4 anzuordnen, da diese Faserarten eine ausgezeichnete Haltbarkeit gegenüber Scherbeanspruchung aufweisen.
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Der Behälter 4 ist nicht auf die offenbarte Kombination von Probengefäß-Halteelement 11 und Metallring 12 begrenzt. Der Behälter 4 kann beispielsweise aus drei oder mehr Stücken gebildet sein. Wenn die auf den Behälter 4 wirkende Fliehkraft relativ niedrig ist (aufgrund einer niedrigen Leistung des Schwingrotors), ist es möglich, die Größe des Metallrings 12 zu verringern. Der Metallring 12 kann beispielsweise durch kleinere Teile ersetzt sein, wie etwa Metalllager, die als die Rotorkopplungsabschnitte dienen, die mit den gekoppelten Zapfen des Schwingkörpers 1 gekoppelt sind.
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Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist der Behälter dieser Erfindung aus einem nichtmetallischen Bauelement, das als ein Abschnitt zur Aufnahme der Proben dient, und aus einem Metallelement gebildet, das als ein Abschnitt dient, der mit einem Rotorkörper in Eingriff zu bringen ist. Das nichtmetallische Element ist aus einem Verbundmaterial hergestellt, das aus einer Faser und einem Harz besteht. Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung das Gesamtgewicht eines zur Fliehkrafttrennung verwendeten Behälters stark verringern. Somit macht es die vorliegende Erfindung möglich, das Leistungsvermögen und die Festigkeit eines Schwingrotors zu verbessern. Es wird möglich, einen Schwingrotor bereitzustellen, der ein kleines Trägheitsmoment aufweist. Es wird möglich, den Antriebsmotor geringer zu dimensionieren. Dies führt zu Energieeinsparung. Außerdem kann die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeit eines Rotors verkürzt werden. Dies verbessert den Wirkungsgrad der Fliehkrafttrennung. Außerdem kann entsprechend der Verringerung einer Rotationsenergie der erforderliche Sicherheitsmechanismus für einen Zentrifugal-Separator, wie etwa eine Schutzsperre (d. h. eine Sicherheitswand oder Trennwand) vereinfacht werden. Die Herstellungskosten für einen Zentrifugal-Separator können verringert werden.
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Zusammengefasst besteht ein Behälter 4 aus einem Probengefäß-Halteelement 11 und einem Metallelement 12. Das Probengefäß-Halteelement 11 ist aus einem Verbundmaterial gebildet, das aus einer Verstärkungsfaser 14 und einem Harz besteht. Das Metallelement 12 weist Abschnitte 13A; 13B auf, die mit einem Rotorkörper 1 in Eingriff stehen.
