DE2626910C2 - Zentrifuge, insbesondere für Analysenautomaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere für Analysenautomaten, mit im Rotor aufgehängten, schwenkbaren, großflächigen Trägern für eine Vielzahl von Probengefäßen, mit einem teilweise aus faserver stärktem Kunststoff bestehendem Rotormantel, auf dem sich die schwenkbaren Träger im Betrieb abstützen.

Im klinischen Bereich, in der Medizintechnik sowie in physikalischen und chemischen Laboratorien werden Analysenautomaten 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. Haltegestellen unterzubringen. Diese Haltegestellte werden dann sowohl in die Zentrifuge als auch in den Analysenautomaten eingesetzt Bekannt sind starre Haltegestelle, z. B. 10 und mehr Probengefäße aufnehmen oder einzelne Probengefäße werden zu Ketten zusammengefügt, die ihrerseits auf einem Tablett unterbringbar sind und auf dem Tablett in die Zentrifuge und den Analysenautomaten eingesetzt werden.

Da die Gesamtzeit von in einem Analysenautomaten durchzuführenden Analysen nicht durch eine lange Zentrifugierzeit verlängert werden darf, wird 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 Aufnahmefläche 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.

Es ist bekannt, Schwenkbecher in Schenkelfedern zu lagern (DE-AS 17 82 602) und einen Stützring vorzusehen. Einen Stützring aus faserverstärktem Kunststoff beschreibt die DE-OS 24 47 136.

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 auch hohe Fliehkräfte, die von den Tragzapfen, weiche die Schwenkachsen bilden, auf den Rotor übertragen werden. Besonders wenn Haltegestelle für die Probengefäße aus Metall verwendet werden, beaufschlagen diese den Träger je nach der Drehzahl der Zentrifuge bis etwa zum 4000fachen seines Eigengewichts. Wenn allein die Tragzapfen die auftretenden Kräfte aufzunehmen in der Lage sein sollen, ist auch bei Verwendung eines hochfesten Materials eine konstruktive Lösung wegen der beengten räumlichen Verhältnisse schwierig.

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge, insbesondere für Analysenautomaten, mit im Rotor aufgehängten, schwenkbar«:«, großflächigen Trägern für eine Vielzahl von Probengefäßen, mit einem teilweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehendem Rotormantel, auf dem sich die schwenkbaren Träger im Betrieb abstützen, so auszugestalten, daß nicht nur die Tragzapfen die im Betrieb mit hoher Drehzahl auftretenden Kräfte auf den Rotor übertragen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Träger am Rotor in Führungen gelagert sind, die Führungen horizontal verschiebbar ausgebildet sind, daß die verschiebbaren Führungen und damit die Träger von vorgespannten Federn, die in die Führungen eingreifen, im Ruhezustand zur Rotorachse hin gehaltert sind, wobei diese vorgespannten Federn als stab- oder blattförmige Biegefedern ausgebildet sind und daß die schwenkbaren Träger je eine Stütze mit einem Bogenstück zur Abstützung der Träger am Mantel aufweisen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der Erfindung wird eine Zentrifuge geschaffen, welche insbesondere bei Analysenautomaten die Zentrifugierzeit und damit die Analysenzeit auf ein vertretbares Maß reduziert Durch Vermeidung hoher auf die Schwenkzapfen und von diesen auf den Rotor übertragenen Biegekräfte wird eine Leichtbauweise und daher infolge kleiner Schwungmomente ein Betrieb mit hohen Drehzahlen (ca. 5000 U/min) ermöglicht.

Wegen ihres verhältnismäßig geringen Gewichtes sind die Zentrifugenrotoren auch leicht durch Laborpersonal austauschbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Rotor mit zwei großflächigen schwenkbaren Trägern in Draufsicht, und zwar mit vollständig ausgeschwenkten Trägern;

Fig.2 einen Halbschnitt entlang der Linie A-B in Fig.3 einen Halbschnitt entlang der Linie C-D in

Die Zentrifuge weist einen in einem Gehäuse umlaufenden, in den Figuren dargestellten Rotor auf, dessen Nabe 1 auf der Welle 2 eines Antriebs 3, z. B. eines Elektromotors, befestigt ist Ein Mantel 4 ist mit der Nabe 1 über eine Traverse 5 und Segmente 6 verbünde». Der Mantel 4 ist als Ring ausgebildet und besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff, wobei die hochfesten Fasern im Kunststoffmaterial eingebettet sind cder mit diesem imprägniert sind. Geeignet sind z. B. Glas-, Bor-, Karbid- oder Kohlenstoff-Fasern in hochpolymeren Kunststoffharzen, die z. B. so gewickelt werden, daß ein Ring mit der dargestellten Form entsteht welcher dann den Rotormantel der Zentrifuge bildet

Die Segmente 6 weisen, wie aus F i g. 3 ersichtlich, ein T-förmiges Profil auf, welches in einer Ausnehmung 7 der Traverse 5 oder Schrauben 8 und Bolzen 9 befestigt >o bzw. gehalten ist Am radial außen liegenden Ende der Segmente 6 ist ein Bund 10 vorgesehen, welcher den Mantel 4 teilweise umfaßt und ihn gegen eine Verschiebung in vertikaler Richtung sichert

Die großflächigen schwenkbaren Träger sind sowohl in F i g. 1 als auch in F i g. 3 (ausgezogene Linien) in voll ausgeschwenktem Zustand, also bei mit Nenndrehzahl umlaufendem Zentrifugenrotor, dargestellt

Die Ruhestellung ist in Fig.3 strichpunktiert dargestellt wobei also die Träger um ihre Schwenkachse um etwa 90° herumgeschwenkt sind und dann senkrecht oder nahezu senkrecht herabhängen.

Die großflächigen Träger 11 nehmen je nach Ausführung ein oder mehrere Haltegestelle für eine Vielzahl von Probengefäßen 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, daß diese beim Zentrifugieren auf dem Träger 11 auch beim Ausschwenken nicht rutschen können.

Die Träger 11 sind mittels der Schwenkachsen 14 mit den Führungen 15 horizontal beweglich. Die Schwenkachsen 14 werden von relativ dünnen Zapfen (z. B. unter 10 mm Durchmesser) gebildet welche in die als Führungen 15 dienenden Führungsschienen eingeschraubt sind und in den Seitenteilen 13 der Träger 1 i schwenkbar gelagert sind.

In der Ruhestellung des Zentrifugenrotors bzw. bei niedrigen Drehzahlen werden die Führungen 15, welche, wie aus F i g. 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 16 unter Vorspannung gehalten, so daß die Führungen 15, wie aus F i g. 1 (linke Hälfte) ersichtlich, mit ihren radial innen liegenden Stirnseiten an der Traverse 5 anliegen. Im Betrieb der Zentrifuge, insbesondere unter hohen Drehzahlen, wandern die Führungen 15 radial nach außen und die Biegefedern 16 biegen sich durch, wie in Fig.l (rechte Hälfte) dargestellt

Dabei werden die Biegefedern 16 durch Halteplatten 17 nahe dem Zentrum, d.h. der Nabe 1 mittels Schrauben 24 festgehalten. Als Biegefedern 16 können mehrere zu einem Paket zusammengefaßte Stäbe oder je eine Blattfeder verwendet werden, die in Ausnehmungen 22 der Traverse 5 (siehe F i g. 3) angeordnet sind. Die freien Enden der Biegefedern 16 sind in Nuten 18 geführt welche senkrecht zu den Führungen 15 angeordnet sind. Die Enden der Biegefedern 16 ragen durch die Nuten hindurch in die Führungen 15, an deren radial innen liegenden Enden diese horizontal beweglich anliegen.

So können sich die beiden schwenkbaren Träger 11 radial nach außen bewegen, jedoch nur soweit bis die Bogenstücke 19 der Stützen 23, welc./ί mit dem Träger 11 verbunden sind, sich am Mantel 4 anlegen. Dies ist die in F i g. 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 21 begrenzt die Schwenkbewegung der Träger 11 nach oben.

Im Betrieb der 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 Probengefäße vom Mantel 4 aufgenommen. Wie insbesondere aus F i g. 3 ersichtlich, stützen sich die Träger 11 über die Stützen 23 mit ihren Bogenstücken 19 auf dem Mantel 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 Semgente 6) sind auch bei hochtourigem Betrieb nur von geringen Kräften belastet mit Ausnahme des Mantels 4. Der Mantel 4 aus faserverstänctem Kunststoff wird jedoch nur auf Zug beansprucht und ist in der Lage, trotz niedrigen Eigengewichts hohe Kräfte aufzunehmen. Deshalb wird hier die Konstruktion nicht mehr durch Festigkeitsüberlegungen bezüglich der Schwenkachsen (Tragzapfen) und ihrer Aufnahme im Rotor bestimmt

Eine gute Kräfteübertragung bzw. Kräfteverteilung kann erreicht werden, wenn der Mantel 4 durch die Segmente 6 beim Zusammenbau geringfügig zu einem Oval verformt ist Die Träger 11 liegen dann beim Beschleunigen des Zentrifugenrotors nur im mittlerer Bereich des Bogenstücks 19 am Mantel 4 an, weil dieser hier unsjn geringeren Durchmesser aufweist. Beim Erreichen der Nenndrehzahl erhält dann der Mantel 4 eine exakte Kreisform.

Die Aufnahmelöcher in den Seitenteilen 13 der Träger 11 für die Schwenkachse 14 liegen etwa außerhalb der senkrechten Mittslachse der Träger 11 (siehe Fig.3). Dadurch erhält der Träger 11 die in Fig.3 strichpunktiert dargestellte, etwas von der Vertikalen im Stillstand abweichende Schräglage.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Zentrifuge, insbesondere für Analysenautomaten, mit im Rotor aufgehängten, schwenkbaren, großflächigen Trägern für eine Vielzahl von Probengefäßen, mit einem teilweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehendem Rotormantel, auf dem sich die schwenkbaren Träger im Betrieb abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (11) am Rotor in Führungen (15) gelagert ι ο sind, die Führungen (15) horizontal verschiebbar ausgebildet sind, daß die verschiebbaren Führungen (15) und damit die Träger (II) von vorgespannten Federn, die in die Führungen (15) eingreifen, im Ruhezustand zur Rotorachse hin gehaltert sind, wobei diese vorgespannten Federn als stab- oder blattförmige Biegefedern (16) ausgebildet sind und daß die schwenkbaren Träger (11) je eine Stütze (23) mit einem Bogenstück (19) zur Abstützung der Träger (11) am Mantel (4) aufweisen.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dsu5 die Biegefedern (16) mit ihren freien Enden in senkrechten Nuten (IS) angeordnet sind und in ihrem Zentralbereich durch Halteplatten (17) an einer Traverse (5) des Rotors befestigt sind.

3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegefedern (16) in Ausnehmungen (22) der Traverse von den Haitoplatten (17) gehalten sind.

4. Zentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbaren Träger (11) mit der Stütze (23) einstückig ausgebildet sind

5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bogenstück (19) des Trägers (11) so ausgestaltet ist, daß es im Ruhezustand .nur mit seinem mittleren Bereich am Mantel (4) anliegt und daß der Mantel (4) so ausgebildet ist, daß er im Ruhezustand zu einem Oval verformt ist

6. Zentrifuge nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütze (23) jedes Trägers (11) so ausgebildet ist, daß die Stütze (23) zusammen mit einem Boden des Trägers (11) etwa einen Doppel-T-Querschnitt aufweist

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