DE19803534A1 - Zentrifuge und Leitung zum Zuführen und/oder Abführen mindestens eines Fluids von der Separationseinheit einer Zentrifuge zu einer ortsfesten Anschlußstelle - Google Patents
Zentrifuge und Leitung zum Zuführen und/oder Abführen mindestens eines Fluids von der Separationseinheit einer Zentrifuge zu einer ortsfesten AnschlußstelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere eine gleitdichtungsfreie
Durchflußzentrifuge zum Zentrifugieren biologischer Fluide und eine Leitung
zum Zuführen und/oder Abführen mindestens eines Fluids von der
Separationseinheit einer derartigen Zentrifuge zu einer ortsfesten
Anschlußstelle.
Es sind Zentrifugen bekannt, bei denen das biologische Fluid im Durchfluß
zentrifugiert wird. Über eine Leitung wird das Fluid der rotierenden
Zentrifugenkammer zugeführt bzw. aus der Kammer abgeführt. Wegen der
Relativbewegung von Zentrifugenkammer und ortsfester Anschlußstelle der
Leitung erweist sich jedoch die Leitungsführung als problematisch. Um ein
Verdrillen der Leitung zu vermeiden, finden bei herkömmlichen
Durchflußzentrifugen an den Anschlußstellen rotierende Dichtungen
Verwendung. Derartige Durchflußzentrifugen erlauben zwar eine hohe
Drehzahl, nachteilig ist aber, daß die Drehkupplungen zu Abrieb,
Undichtigkeiten und damit zu Verletzungen und Kontaminationen von in dem
Fluid enthaltenen Komponenten führen können.
Eine gleitdichtungsfreie Durchflußzentrifuge ist aus der DE-A-32 42 541
bekannt. Die Leitung wird bei der gleitdichtungsfreien Zentrifuge von einer
ortsfesten Anschlußstelle in einer Schleife um die Zentrifugenkammer
herumgeführt. Hierzu ist die Leitung mit einem Drehrahmen verbunden, der
gegenüber der Zentrifugenkammer mit halber Drehzahl rotiert. Eine derartige
Durchflußzentrifuge ist beispielsweise auch aus der DE-A-42 20 232 bekannt.
Bei den gleitdichtungsfreien Durchflußzentrifugen ist die Leitung relativ großen
mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, die mit zunehmender Drehzahl
stark ansteigen. Unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte bildet die Leitung
eine nach außen ausladende Schleife, wodurch an der ortsfesten Anschlußstelle
und dem Anschluß an die Separationseinheit hohe Wechselbiegebelastungen
auftreten. Der steile Eintritts- und Austrittswinkel an den Anschlußstellen führt
zu einer zusätzlichen Reibung zwischen den Anschlußadaptern und der
Leitung, was wiederum einen erhöhten Abrieb zur Folge hat. Die
Wechselbiegebelastungen und der Abrieb sind die Faktoren, die die
Lebensdauer der Leitung bzw. die maximale Drehzahl der Zentrifuge
beschränken.
Es sind gleitdichtungsfreie Durchflußzentrifugen bekannt, bei denen zur
Abstützung der Leitung Lager Verwendung finden. Die WO 95/17261
beschreibt eine Durchflußzentrifuge, deren Zentrifugenschlauch mit einem
Rollenlager abgestützt ist. Das Rollenlager, das aus einer inneren und äußeren
Lagerschale mit den Wälzkörpern besteht, ist Bestandteil der Leitung. Zwar
bietet das Rollenlager den Vorteil einer geringen Lagerreibung, nachteilig ist
jedoch die aufwendige Herstellung und damit der relativ hohe Preis. Dies ist
insofern besonders nachteilig, als die Zentrifugenleitung ein Einmalartikel ist
der nach dem Gebrauch verworfen wird.
Die EP-A-0 112 990 beschreibt eine Durchflußzentrifuge, deren
Zentrifugenschlauch zwischen der ortsfesten Anschlußstelle und dem Anschluß
der Separationseinheit mit zwei Gleitlagern abgestützt ist. Die Gleitlager
weisen jeweils eine innere und eine äußere Lagerschale mit einer zylindrischen
Lauffläche auf, die Bestandteil des Zentrifugenschlauchs sind, weshalb der
Schlauch relativ aufwendig in der Herstellung ist. Die Gleitfläche ist groß,
wodurch hoher Abrieb und Hitze erzeugt wird. Desweiteren zeigt die
Lageranordnung keine ausreichende axiale Abstützung, die ein Herausgleiten
der Buchse aus der Hülse verhindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge zu schaffen, deren
Leitung zum Zuführen und/oder Abführen mindestens eines Fluids
verhältnismäßig geringen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist und
trotzdem als Einmalartikel einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmalen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Leitung zum Zuführen
und/oder Abführen mindestens eines Fluids von bzw. zu der Separationseinheit
einer Zentrifuge bereitzustellen, die einfach und kostengünstig in der
Herstellung ist und einen Betrieb der Zentrifuge mit hohen Drehzahlen bei
verhältnismäßig geringen mechanischen Beanspruchungen der Leitung erlaubt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Patentanspruch 8 angegebenen
Merkmalen.
Bei der erfindungsgemäßen Zentrifuge sitzt auf der Leitung zum Zuführen
und/oder Abführen mindestens eines Fluids eine Gleitbuchse mit einer sich
aufweitenden, vorzugsweise kegelförmigen Gleitflache, während eine
Lagerschale mit einer sich ebenfalls aufweitenden Gleitfläche an dem
Drehrahmen der Zentrifuge befestigt ist. Dabei ist die Lagerschale
vorzugsweise geöffnet, um ein einfaches Einlegen der Buchse zu
gewährleisten. Vorteilhafterweise weist die Lageranordnung eine
Einrastmöglichkeit auf, wobei eine längsseitige, schlitzförmige Öffnung der
Lagerschale geringfügig schmaler ist, als der Durchmesser der Buchse. Aber
auch andere übliche Einlegemechanismen sind denkbar und von der Erfindung
umläßt.
Da die Leitung nur die Gleitbuchse umfaßt, ist deren Herstellung einfach und
kostengünstig. Die Gleitbuchse kann als separates Bauteil, vorzugsweise als
Spritzgießteil, ausgebildet sein, das auf die Leitung aufgeschoben und mit der
Leitung drehfest verbunden, beispielsweise verschweißt oder verklebt, ist.
Alternativ kann die Gleitbuchse auch mit der Leitung einstückig sein.
Unter einer Leitung zum Zuführen und/oder Abführen mindestens eines Fluids
wird in diesem Zusammenhang nicht nur ein Schlauch mit einem oder
mehreren Lumen, sondern auch eine Anordnung von mehreren einlumigen
Schläuchen verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Gleitbuchse aus einem
Material, das eine geringere Härte als das Material hat, aus dem die
Lagerschale besteht. Dies hat den Vorteil, daß die Dauerfestigkeit der nicht
austauschbaren Lagerschale sichergestellt ist. Der Verschleiß der Gleitbuchse
ist hingegen insofern nicht nachteilig, als diese Bestandteil der zum einmaligen
Gebrauch bestimmten Leitung ist.
Mit dem aus Gleitbuchse und Lagerschale bestehenden Lager werden die auf
die Leitung wirkenden Zentrifugalkräfte auf den Drehrahmen übertragen,
wodurch die Leitung entlastet wird. Die sich berührenden Teile der
Gleitflächen der Lagerschale und des Gleitlagers sind dabei so klein, daß
wenig Hitze, geringer Abrieb und geringe Geräuschentwicklung ensteht. Die
Erweiterung der Gleitfläche und ein umlaufender Ansatz sorgen dabei für eine
exakte Zentrierung und einen genauen Rundlauf der Leitung. Dadurch ist eine
Erhöhung der Zentrifugendrehzahl möglich, und ein Herausgleiten der Buchse
aus der Lagerschale wird verhindert. Es erfolgt weiterhin eine
drehzahlabhängige Anpressung der Gleitbuchse in der Lagerschale bei
gerinstmöglichen Reibungsverlusten.
Die Gleitbuchse besteht vorzugsweise aus Kunststoff, vorzugsweise aus
Polyacetal-Kunststoff (POM) oder Teflon, d. h. einem Material mit einer
geringeren Abriebfestigkeit, während die Lagerschale vorzugsweise aus Metall,
insbesondere Stahl, d. h. einem Material mit einer höheren Abriebfestigkeit
besteht. Von Vorteil sind insbesondere Materialien mit einem geringen
Reibungskoeffizienten. Die Gleitflächen von Lagerschale und Gleitbuchse sind
vorzugsweise derart bearbeitet, daß möglichst geringe Reibungsverluste
auftreten.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Gleitbuchse und die
Lagerschale jeweils einen zylindrischen Abschnitt auf, der sich an deren
Gleitfläche anschließt. Die zylindrischen Abschnitte von Gleitbuchse und
Lagerschale stellen keine Lauffläche dar, sondern dienen nur der zusätzlichen
Zentrierung bzw. Justierung der Leitung. Durch die Eigenspannung der
Leitung wird die Gleitfläche der Gleitbuchse auf die Gleitfläche der
Lagerschale gedrückt, wobei die zylindrischen Abschnitte von Gleitbuchse und
Lagerschale nicht belastet werden. Vorteilhafterweise sind die Gleitflächen
derart ausgestaltet, daß nur eine sehr kleine kreislinienförmige Auflagefläche
entsteht.
Um die auf der Leitung sitzende Gleitbuchse in die Lagerschale einlegen zu
können, ist die Lagerschale vorteilhafterweise an einer Seite geschlitzt. In die
seitliche Öffnung wird der zylindrische Abschnitt der Gleitbuchse eingeführt,
und die Gleitfläche der Gleitbuchse wird dann auf die Gleitfläche der
Lagerschale aufgelegt. Damit ist die Gleitbuchse in der Lagerschale zentriert.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß die Leitung insbesondere während des
Anlaufens der Zentrifuge aus der Lagerschale herausspringen kann. Der
zylindrische Abschnitt der Gleitbuchse weist daher vorteilhafterweise einen
umlaufenden Ansatz auf, der ein Herausspringen der Leitung wirkungsvoll
verhindert.
Das Gleitlager zur Abstützung der Leitung ist zweckmäßigerweise seitlich an
dem rotierenden Drehrahmen der Zentrifuge angeordnet, der die
Separationseinheit trägt, so daß die Leitung in einem Bogen seitlich um die
Separationseinheit zu der ortsfesten Anschlußstelle geführt werden kann. Wenn
sich das Gleitlager etwa auf der Höhe befindet, in der die Separationseinheit
angeordnet ist, d. h. im Bereich des unteren Drittels der von der
Separationseinheit zu der ortsfesten Anschlußstelle verlaufenden Leitung, wird
die Leitung ausreichend abgestützt. Weitere Gleitlager sind dann zur
Abstützung der Leitung nicht mehr erforderlich.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer gleitdichtungsfreien
Durchflußzentrifuge zum Zentrifugieren von einem biologischen Fluid,
insbesondere Blut,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Leitungsabschnitts der in die
Zentrifuge einzulegenden Schlauchleitung mit einer Gleitbuchse,
Fig. 3 die Lagerschale zum Einlegen der Gleitbuchse der Schlauchleitung in
vergrößerter Darstellung,
Fig. 4 die Lagerschale von Fig. 3 in der Ansicht aus der Richtung des Pfeils
IV,
Fig. 5 die in die Lagerschale eingesetzte Gleitbuchse der Schlauchleitung und
Fig. 6 die Gleitflächen der Lagerschale und der Gleitbuchse, wobei die
Auflagefläche kreislinienförmig ist.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer gleitdichtungsfreien Durchflußzentrifuge
zum Zentrifugieren eines biologischen Fluids, insbesondere Blut, die in ihrem
Aufbau und ihrer Funktion der Zentrifuge entspricht, die in der DE 32 42 541 A1
beschrieben ist. Die Durchflußzentrifuge weist einen Drehrahmen 1 mit
einer unteren 1a und einer oberen Tragplatte 1b sowie zwei Seitenteilen 1c, 1d
auf. Der Drehrahmen 1 ist an einem ortsfesten Gestell 2 um eine vertikale
Achse 3 drehbar gelagert und wird von einer in Fig. 1 nicht dargestellten
Antriebseinheit mit einer Drehzahl n1 angetrieben. An der oberen Tragplatte 1b
des Drehrahmens 1 ist um die Rotationsachse des Rahmens drehbar eine
Separationseinheit 4 in Form einer zylindrischen Kammer gelagert. Die
Separationskammer wird mit einer nicht dargestellten Antriebseinheit in der
gleichen Drehrichtung wie der Drehrahmen, aber mit doppelter Drehzahl
n2 = 2 n1 angetrieben. Die Separationseinheit kann an der Ober- oder
Unterseite der Tragplatte befestigt sein.
Von einer ortsfesten Anschlußstelle 5 des Zentrifugengestells 1 ist eine flexible
Leitung 6, in der eine oder mehrere Schläuche zum Zuführen und Abführen
des Blutes bzw. der Blutbestandteile in die Zentrifugenkammer 4 bzw. aus der
Kammer zusammengefaßt sind, um die Zentrifugenkammer 4 herumgeführt
und an der Unterseite der Kammer angeschlossen. Ein Verdrillen der Leitung
wird dadurch vermieden, daß die Leitung 6 mit der halben Drehzahl wie die
Zentrifugenkammer um diese herumgeführt wird.
Die Leitung 6 ist Bestandteil eines Disposables, das neben der
Zentrifugenkammer 4 noch Beutel zum Sammeln der durch die Zentrifugation
separierten Blutkomponenten umfassen kann. Das Disposable wird in die
Zentrifuge eingelegt und nach dem Gebrauch verworfen. Derartige
Schlauchanordnungen gehören zum Stand der Technik, so daß sich hier eine
weitere Erläuterung erübrigt. Ein mehrere Sammelbeutel umfassendes
Disposable ist beispielsweise in der DE-A-28 45 364 und DE-A-28 45 399
beschrieben.
Um die mechanische Beanspruchung der als Multilumenschlauch ausgebildeten
Leitung infolge der Zentrifugalkräfte zu verringern, ist diese an dem
Drehrahmen 1 mit einem Lager 7 abgestützt. Das in Fig. 1 nur
andeutungsweise dargestellte Lager ist an einem seitlichen Arm 8 an der
oberen Tragplatte 1b des Drehrahmens 1 befestigt. Nachfolgend wird das
Lager unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 im einzelnen beschrieben.
Das Lager weist eine auf der Schlauchleitung sitzende Gleitbuchse und eine
Lagerschale auf, die an dem Drehrahmen 1 befestigt ist.
Fig. 2 zeigt den Abschnitt, der einen oder mehrere Schläuche 6a, 6b
umfassenden Schlauchleitung 6, auf dem die Gleitbuchse 9 sitzt. Die aus
Polyacetal-Kunststoff (POM) oder Teflon bestehende Gleitbuchse 9 weist einen
zylindrischen Abschnitt 10 auf, der in einen die Gleitfläche bildenden
kegelförmigen Abschnitt 11 übergeht. An seinem dem kegelförmigen Abschnitt
gegenüberliegenden Ende ist der zylindrische Abschnitt 10 der Gleitbuchse 9
mit einem umlaufenden Ansatz 12 versehen. Die Gleitbuchse 9 ist fest mit der
Schlauchleitung 6 verklebt oder verschweißt, die sich durch deren axiale
Bohrung erstreckt.
Die Lagerschale 13 weist eine abgesetzte Bohrung mit einem zylindrischen
Abschnitt 14 und einem kegelförmigen Abschnitt 15 auf, der die gleiche
Konizität wie der kegelförmige Abschnitt 11 der Gleitbuchse 9 hat. An einer
Seite ist die Lagerschale 13 geschlitzt. Die Breite der Öffnung 16 ist so
bemessen, daß der zylindrische Abschnitt 10 der Gleitbuchse 9 seitlich in die
Lagerschale 13 eingedrückt werden kann und in der Lagerschale einrastend
festgelegt ist. Die Länge des zylindrischen Abschnitts 10 der Gleitbuchse 9 ist
geringfügig größer als die Höhe der Lagerschale 13.
Fig. 5 zeigt die in die Lagerschale 13 eingelegte Gleitbuchse 9 der Leitung 6.
Zum Einlegen der Gleitbuchse 9 wird deren zylindrischer Abschnitt 10 in die
seitliche Öffnung 16 der Lagerschale 13 eingeführt, und der kegelförmige
Abschnitt 11 der Gleitbuchse wird auf die kegelförmige Gleitfläche 15 der
Lagerschale aufgelegt. Die Lagerschale ist dabei derart an dem Drehrahmen
befestigt, daß deren Gleitfläche 15 oben liegt. Die Gleitbuchse 9 ist in der
Lagerschale 13 in axialer und radialer Richtung fixiert, wobei der umlaufende
Ansatz 12 der Gleitbuchse ein Herausrutschen derselben aus der Lagerschale
verhindert.
Fig. 6 zeigt die in die Lagerschale 13 eingelegte Gleitbuchse 9' einer
weiteren Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform sind die Gleitflächen
der Lagerschale und der Gleitbuchse derart ausgebildet, daß sich Gleitbuchse
und Lagerschale nur entlang einer Kreislinie 17 berühren. Damit ist die
Auflagefläche minimal.
Claims (11)
1. Zentrifuge mit einem Drehrahmen (1), der an einem Gestell (2) drehbar
gelagert ist, einer an dem Gestell (2) drehbar gelagerten
Separationseinheit (4), die mit doppelter Drehzahl in gleichem Drehsinn
wie der Drehrahmen antreibbar ist, einer Leitung (6) zum Zuführen
und/oder Abführen mindestens eines Fluids, die von einer ortsfesten
Anschlußstelle (5) um die Separationseinheit (4) herumgeführt und an
einer der ortsfesten Anschlußstelle abgewandten Seite der
Separationseinheit an dieselbe angeschlossen ist und mindestens einem
Lager (7) zur Abstützung der Leitung (6), das eine auf der Leitung
sitzende Gleitbuchse (9) und eine Lagerschale (13) aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lagerschale (13) an dem Drehrahmen (1)
befestigt ist, wobei die Lagerschale und die Gleitbuchse (9) jeweils eine
sich im Radius aufweitende Gleitfläche (11, 15) aufweisen, so daß die
Gleitbuchse an der Lagerschale in axialer und radialer Richtung
abgestützt ist.
2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gleitbuchse (9) aus einem Material besteht, das eine geringere Härte als
das Material hat, aus dem die Lagerschale (13) besteht.
3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gleitbuchse (9) aus Kunststoff, vorzugsweise Polyacetal-Kunststoff oder
Teflon besteht.
4. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lagerschale (13) aus Metall, vorzugsweise Stahl, besteht.
5. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Gleitbuchse (9) einen zylindrischen Abschnitt (10), an den sich
deren kegelförmige Gleitfläche (11) anschließt und die Lagerschale (13)
einen zylindrischen Abschnitt (14) aufweist, an den sich deren
kegelförmige Gleitfläche (15) anschließt.
6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lagerschale (13) zum Einlegen der Gleitbuchse (9) an einer Seite
geschlitzt ist.
7. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß
der zylindrische Abschnitt (10) der Gleitbuchse (9) mit einem
umlaufenden Ansatz (12) versehen ist.
8. Leitung zum Zuführen und/oder Abführen mindestens eines Fluids von
einer Separationseinheit, die an einem Drehrahmen drehbar gelagert ist,
der an einem Gestell drehbar gelagert ist, wobei die Separationseinheit
mit doppelter Drehzahl in gleichem Drehsinn wie der Drehrahmen
angetrieben ist, wobei auf der Leitung mindestens eine Gleitbuchse (9)
sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbuchse (9) eine sich im
Radius erweiternde Gleitfläche (11) aufweist, so daß die Gleitbuchse in
eine Lagerschale einsetzbar und in axialer und radialer Richtung
abgestützt ist.
9. Leitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbuchse
(9) aus Kunststoff, vorzugsweise Polyacetal-Kunststoff oder Teflon,
besteht.
10. Leitung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet daß die
Gleitbuchse (9) einen zylindrischen Abschnitt (10) aufweist, an den sich
die kegelförmige Gleitfläche (11) anschließt.
11. Leitung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
zylindrische Abschnitt (10) der Gleitbuchse (9) mit einem umlaufenden
Ansatz (12) versehen ist.
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