DE2626910A1

DE2626910A1 - Zentrifuge, insbesondere zentrifuge mit schwenkbaren traegern

Info

Publication number: DE2626910A1
Application number: DE19762626910
Authority: DE
Inventors: Dieter Schroeder; Hartmut Sinn; Hans Stallmann
Original assignee: Heraeus Christ GmbH
Current assignee: Heraeus Sepatech GmbH
Priority date: 1976-06-16
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1977-12-29
Also published as: DE2626910C2; GB1540806A; US4093118A

Description

Hanau, den 15. Juni 1976 PA--Zv;/VT

Heraeus-Christ GmbH, Osterode

Patent- und GebraucJismusterhilfsannieldung

"Zentrifuge, insbesondere Zentrifuge mit schwenkbaren Trägern"

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere für Analysenautomaten, mit im Rotor aufgehängten schwenkbaren großflächigen Trägern für eine Vielzshl von Probengefäi3en zua hochtourigen Betrieb.

Im klinischen Bereich, in der Medizintechnik sov<"ie in physikalischen und chemischen Laboratorien v^erden Analysenautoiinten verwendet, die unter anderem auch Zentrifugen beinhalten. In den Analysenautomaten werden eine Vielzahl von Proben verarbeitet. Dabei hat es sich bewährt, die einzelnen Probengefäße in gemeinsamen Haltern bzw. Höltegestellcn unterzubringen. Diese Haltegestelle werden dann sowohl in die Zentrifuge als auch in den Analysenautomaten eingesetzt. Bekannt sind starre Haltegentolle, die z. B. 10 und rsohr ProLc-Pfela.'ie aufnehmen oder einzelne Probengefäbe werden zu Ketten zusammengefügt, die ihrerseits auf einem Tablett unterbr.-hvV-.'r r.ivn und auf dem Tablett in die Zentrifuge und den /.ij'-.·3 ,.Yii-iUi ο·.-'.α.· :j oingecotzt werden.

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Da die Gesamtzeit der in einem Analyseiiautomaten durchzuführenden Analysen nicht durch eine lange Zontrifugiorzeit verlängert werden darf, wix^d angestrebt, den Rotor einer Zentrifuge, die Bestandteil eines Analysenautomaten ist, möglichst hochtourig zu betreiben. Dabei tritt jedoch das Problem auf, daß die schwenkbaren Träger wegen der für eine Vielzahl von Probengefäßen notwendigen großen Aufnahiaeflache hohe Anforderungen an die Festigkeit des Rotors und hierbei insbesondere der von Biegung beanspruchten Teile des Rotors infolge der Ausschwenkung der Träger beim Beschleunigen der Zentrifuge stellen.

Da bei großflächigen schwenkbaren Trägern die Schwenkachsen weit auseinander liegen, werden sie mit hohen Biegekräften belastet. Da die Träger ferner auf einem großen Radius umlaufen, bewirkt dies bei Beschleunigung auch hohe Fliehkräfte, die von den Tragzapfen, welche die Schwenkachsen bilden, auf den Rotor übertragen v/erden. Besonders wenn Haltegestelle für die Probengefäße aus Metall verwendet werden, beaufschlage! diese den Träger je nach der Drehzahl der Zentrifuge bis etwa zum 4000-fachen seines Eigengewichts. Es ist ersichtlich, daß, jedenfalls dann, wenn allein die Tragzapfen die auftretenden Kräfte aufzunehmen in der Lage sein sollen, auch bei Verwendung eines hochfesten Materials eine konstruktive Lösung wegen der beengten räumlichen Verhältnisse nicht mehr möglich ist.

Außerdem ergeben schwere Rotoren, wie sie erforderlich sind, um die von den Tragzapfen übertragenen Kräfte aufzunehmen, große Schwungmomente und untragbar lange Beschleunigungsund Auslaufzeiten. Mit zunehmendem Gewicht ist auch das Einsetzen und Herausnehmen des Rotors problematisch.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zentrifuge, insbesondere für Analysenautomaten, mit im Rotor aufgehängten schwenkbaren großflächigen Trägern für eine Vielzahl von Proben-

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gefäßsn in Haltegestellen oder auf Tabletts oder ähnlichem zusammengefaßt für einen hochtourigen. Betrieb geeignet zu machen.

Gelöst wird diese Aufgabo bei einer Zentrifuge der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch, daß folgende Merkmale vereinigt sind:

a) der Rotor weist einen Hantel aus wenigstens teilweise faserverstärktem Kunststoff auf,

b) die Schwenkachsen der Träger sind horizontal in Führungen beweglich angeordnet,

c) die Träger stützen sich beim Ausschwenken am Mr.titol ab.

Weitere Ausgestaltungen dor Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit der Erfindung v/ird eine Zentrifuge geschaffen, welche insbesondere bei Analysenautomaten die Zentrifugierzeit und damit die Analysenze.it auf ein vertretbares Maß reduziert. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht durch Vermeidung holier auf die Schwenkzapfen und von diesen auf den Rotor übertragenen Biegekräfte eine Leichtbauweise und daher infolge kleiner Schwungmomente einen Betrieb mit hohen Dreh zahl en (ca J-OOO U/;:::^;.r.

Wegen der Leichtbauweise sind die erfindungsgernäßon Zentrifugenrotoren auch leicht durch Laborpersonal austauschbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen rein schematasch dargestellt. Zur Erfindung gehören auch alle beschriebenen, dargestellten und beanspruchten Merkmale sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander.

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Es zeigen:

Figur 1 einen Rotor mit zwei großflächigen schwenkbaren Trägern in Drauf sieht, und zv/ar mit vollständig ausgeschwenkten Trägern;

Figur 2 einen Teilschnitt entlang der Linie A - B in Figur 1;

Figur 3 einen Tei]schnitt entlang der Linie C - D in Figur 1.

Die Zentrifuge gemäß der Erfindung v/eist einen z. B. in einen Gehäuse umlaufenden, in den Figuren dargestellten Rotor auf, dessen Nabe 1 auf der Welle 2 eines Antriebs 3, z. B. oir.r s Elektromotors, befestigt ist. Ein Mantel 4 ist mit der Herbe über eine Traverse 5 und Segmente 6 verbunden. Der Mantel 4 ist, wie dargestellt, als Ring ausgebildet und besteht aus einem faservorstärkten Kunststoff, woboi die hochfesten Fe.com im Kunststoffmaterial eingebettet sind oder mit diesem imprägniert sind. Geeignet sind z. B. Glas-, Bor-, Karbicl- oder Kohlenstoff-Fasern in hochpolymere^ Kunststoffhar?-:.:/!, die z. B. so gewickelt v/erden, daß ein Ring mit der dargestellten Form entsteht., welcher dann den Rotorciantel dor Zentrifuge nach der Erfindung bildet.

Die Segiaente 6 weisen, wie aus Figxir 5 ersichtlich, ein T-förmiges Profil auf, welches in einer Ausnehmung 7 der Traverse 5 oder Schrauben 8 und Bolzen 9 befestigt bzw. gehalten ist. Aa radial außen liegenden Ende der Segmente. 6 ist ein Bund 10 vorgesehen, welcher den Mantel 4 teilweise viifaßfc und ihn gegen eine Verschiebung in vertikaler Richtung sichert.

Die großflächigen schwenkbaren Träger sind sowohl in Figur 1 als auch in Figur 2 in voll ausgeschwenktem Zustand, f-.lfio bei lienndrehzahl umlaufendem Zentrifugenrotor, dargestellt.

Die Ruhestellung ist in Figur 3 strichpxinktiert dargestellt, wobei also die Träger um ihre Schwenkachse um etwa 90 herungoschwenkt und dann senkrecht oder nahezu senkrecht herabhängen.

Die großflächigen Träger 6 nehmen je nach Ausführung ein oder mehrere an sich bekannte Haltegestelle £ür eine Vielzahl von Probengefäße oder Tabletts hierfür auf. In der Figur sind die Halter bzw. Tabletts oder dergleichen nicht dargestellt. Die Träger 11 halten die Haltegestelle oder Tabletts oder ähnliches mittels Anschlagleisten 12 und Seitenteilen 13 so, daw diese beim Zentrifugieren auf den Träger 11 auch beim Ausschwenken nicht rutschen können.

Die Träger 11 sind mittels Schwenkachsen i4 in Führungsschienen 15 horizontal beweglich angeordnet. Die Schwenkachsen 14 werden von relativ dünnen Zapfen (z. B. unter 10 mm Durchmesser) gebildet, welche in die Führungsschienen eingeschraubt sind und in den Seitenteilen 13 der Träger 11 schwenkbar gelagert sind.

In der Ruhestellung des Zentrifugenrotors bzw. bei niedrigen Drehzahlen werden die Führungsschienen 15, welche, wie aus Figur 2 ersichtlich, im Querschnitt U-förmig sind und auf dem radial innen gelegenen Ende der Segmente 6 horizontal verschiebbar gehaltert sind, radial nach innen von Biegefedern unter Vorspannung gehalten, so daß die Führungsschienen 15, wie aus Figur 1 ersichtlich, mit ihren radial innen liegenden Stirnseiten an der Traverse 5 anliegen. Im Betrieb der Zentrifuge, insbesondere unter hohen Drehzahlen, v/andern die Führungsschienen 15 radial nach außen und die Biegefedern 16 biegen sich durch, wie in Figur 1 (rechte Hälfte) dargestellt.

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Dabei werden die Biegefedern 16 durch Halteplatten 17 nahe
dem Zentrum, d, h. der Nabe 1, festgehalten, z. B. durch
Schrauben 24. Als Biegefedern 16 können mit Vorteil mehrere
zu einem Paket zusammengefaßte Stäbe cder^üeine Blattfeder
verwendet werden_f die in Aiisnehmungen 22 der Traverse 5
(siehe Figur 3) angeordnet sind. Die freien Enden der Biegefedern 16 sind in ITutleisten 18 geführt, welche senkrecht zu den Führungsschienen 15 angeordnet sind, d. h. hier parallel zur Rotorwelle 2. Die Enden der Biegefedern 16 ragen durch
die liutloisten hindurch in die Führungsschienen 15» an deren radial innen liegenden Enden diese horizontal beweglich anliegen.

Durch diese Ausgestaltung der Erfindung können sich die beiden schwenkbaren Träger 11 radial nach außen bewegen, jedoch nur soweit, bis die Bogenstücke 19 der Stützen 23, welche mit
Trägern 11 verbunden sind, sich am Hantel 4 anlegen. Dies ist die in Figur 3 mit ausgezogenen Linien dargestellte horizontale Stellung des Trägers 11, der über einen Steg 20 mit
einem Anschlag 21 der Stütze 23 verbunden ist. Der Anschlag begrenzt die Schwenkbewegung der Träger 11 nach oben.

Im Betrieb der erfindungsgeiaäfSen Zentrifuge werden die mit
zunehmender Drehzahl quadratisch ansteigenden Fliehkräfte der schwenkbaren großflächigen Träger und der darauf angeordneten Haltegestelle, Tabletts oder ähnlichem für eine Vielzahl von Probengefäf3e vom Mantel 4 aufgenommen. Yiie insbesondere aus
Figur 3 ersichtlich, stützen sich die Träger 11 über die
Stützen 23 mit ihren Bogenstücken 19 auf dem Hantel 4 so ab, daß trotz hoher Fliehkräfte nennenswerte Biegebeanspruchungen an den Auflageflächen der Träger 11 nicht auftreten. Auch
die übrigen Bauteile des Rotors (Traverse 5 und Segemente 6) sind auch bei hochtourigem Betrieb nur von geringen Kräften
belaßtet mit Ausnahme des Kanteis 4. Der Mantel 4 aus

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faserverstärktem Kunststoff v.^rird jedoch nur auf Zug beansprucht und ist in der Lage, trotz niedrigen Eigengewichts hohe Kräfte aufzunehmen. Offensichtlich wird deshalb beim erfindungsgemäßen Zentrifugenrotor die Konstruktion nicht mehr durch Festigkeitsüberle^ungen, insbesondere bezüglich der Schwenkachsen (Tragzapfen) und ihrer Aufnahme im Rotor bestimmt.

Sine optimale Kräfteübertragung bzw. Kräfteverteilung kann im erfindungsgemäßen Rotor dadurch erreicht werden, daß der Mantel 4 durch die Segmente 6 beim Zusammenbau geringfügig zu einen Oval verformt ist. Die Träger 11 liegen dann beim Beschle\inigen des Zentrifugenrotors nur im mittleren Bereich des Bogenstücks 19 am Mantel 4 an, v/eil dieser hier einen geringeren Durchmesser aufv/eist. Beim Erreichen der Nermdrehzahl und voll ausgeschwenkten Trägern 11 erhält dann der Mantel 4 eine exakte Kreicform.

Ein besonderes Herkmal des erfindungsgemäßen Zentrifugenrotors besteht noch darin, daß die Aufnahmelöcher in den Seitenteilen 13 der Träger 11 für die Schwenkachse 14 etwas außerhalb der senkrechten Mittelachse der Träger 11 liegen (iiiehe Figur 3). Dadurch erhält der Träger 11 die in Figur 3 .'strichpunktiert dargestellte, etwas von der Vertikalen im Stillstand abweichende Schräglage.

Abweichungen der dargestellten und beschriebenen Merkmale können vorgenommen v/erden, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird, insbesondere können anstatt der dargestellton zwei großflächigen Träger auch eine größere Anzahl von Trägern verwendet werden.

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Claims

Pat enten sprüche

fi .J Zentrifuge, insbesondere für An&lysenautomaten, mit im

J Rotor auf gehängten schwenkbaren großflächigen Trägern für eine Vielzahl von Probengei'üßen zuu hochtcrarigen Betrieb, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender l-ierkrnale:

a) der Rotor v/eist einen Mantel (4) aus wenigstens teilweise faserverstärktem Kunststoff auf,

b) die Schwenkachse (14) der Träger (11) sind horizontal in Führungen (i5) beweglich angeordnet,

c) die Träger (11) stützen sich beim Ausschwenken ani Mantel (4) ab.
2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Trägern (T1) und Mantel (4) je eine Stütze vorgesehen ist, die ein Bogenstück (19) zur Anlage am Mantel (4) aufweist.
3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (11) von Federn (16) über horizontal bev/cg~ liehe i'ühruncen (15) gegen das Rot at ion sz ent ruui vorgespannt gehalten sind.
4. Zentrifuge nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (16) als stab- oder blattförmige Biegefedern ausgebildet sind.
5. Zentrifuge nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freion Enden der Federn (16) in senkrechten Führungen (18) angeordnet sind und in die Führungsschienen (15) eingreifen, während sie in ihrem Zentralboreich durch Haltoplatten (17) befestigt sind.

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6. Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefedern in Ausnehmungen (22) der Traverse (5) von den Halteplatten (17) gehalten, βind.
7. Zentrifuge nach einen oder mehreren der vorhergehen-.ion Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbaren Träger (11) mit der Stütze(23)einstückig verbunden o.ind und das Bogenstück (19) der Stütze einen Anschlag (21) aufweist,
8. Zentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bogenstück (19) des Trägers (11) nur in seinem mittleren Bereich am Mantel (4) anliegt.
9. Zentrifuge nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet-, daß die Stütze (23) jedes Trägers (11) im Querschnitt gesehen mit des Boden des Trägern (11) zusammen etwa einen Doppel-T-Querschnitt aufweist.
10. Zentrifuge nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (14) der Träger (11) außerhalb der Mittelachse dor Seitenteile (13) angeordnet sind.

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