DE3343846A1

DE3343846A1 - Centrifuge rotor

Info

Publication number: DE3343846A1
Application number: DE19833343846
Authority: DE
Inventors: Hans 3360 Osterode Stallmann
Original assignee: Heraeus Christ GmbH
Current assignee: Thermo Electron LED GmbH
Priority date: 1983-12-03
Filing date: 1983-12-03
Publication date: 1985-06-13
Also published as: DE3343846C2

Abstract

Centrifuge rotor, especially for carrying out centrifuging steps in medical diagnostic procedures, constructed in a lightweight manner from a plurality of parts and easily assembled and disassembled. Mounting with security against breakage of the centrifuging vessels, especially microlitre vessels (positive locking).

Description

"Zentrifugenrotor" "Centrifuge rotor"

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugenrotor, der eine auf eine Antriebswelle aufsteckbare Nabe mit einem damit fest verbundenen Unterteil, ein Oberteil und eine von beiden Teilen gebildete Aufnahme für axialsymmetrische Probengefäße unter einem fest vorgegebenen Winkel zwischen Gefäßachse und Rotorachse aufweist.The invention relates to a centrifuge rotor which is mounted on a drive shaft Attachable hub with a fixed lower part, an upper part and a A receptacle formed by both parts for axially symmetrical sample vessels under one has a fixed predetermined angle between the vessel axis and the rotor axis.

Solche Probengefäße bestehen meist aus Kunststoff und werden als Einwegartikel eingesetzt. Da sie relativ dünnwandig ausgebildet sind, kommt es häufiger zu Überlastungen, die Gefäße können Risse bekommen und undicht werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn dieselbe Probe im gleichen Gefäß wiederholt zentrifugiert werden muß.Such sample vessels are usually made of plastic and are disposable used. Since they are relatively thin-walled, overloads occur more often, the vessels can crack and leak. This is especially true the case when the same sample is centrifuged repeatedly in the same vessel got to.

Man hat deshalb bereits versucht, einen Rotor so auszubilden, daß die aus einem undicht gewordenen Gefäß ausgetretene Flüssigkeit aufgefangen werden soll (siehe GB-OS 2 089 516). Damit ist zwar verhindert, daß das möglicherweise infektiöse Probenmaterial aus dem Rotor gelangt und Schaden anrichtet, nicht jedoch, daß die Probe verloren ist; abgesehen von der Notwendigkeit, den Rotor reinigen zu müssen.Attempts have therefore already been made to design a rotor so that the liquid that has leaked from a container that has become leaky can be collected (see GB-OS 2 089 516). This prevents that possibly infectious sample material gets out of the rotor and causes damage, but not, that the sample is lost; apart from the need to clean the rotor to have to.

Bei Winkelrotoren herkömmlicher Bauweise ist zwar die Gefahr des Bruches eines Mikrolitergefäßes so gut wie ausgeschlossen, diese herkömmlichen Rotoren haben jedoch beträchtliche Nachteile. Diese Rotoren bestehen im Bereich der Gefäßbohrungen aus massivem Material. Jede Gefäßaufnahme muß einzeln und nacheinander mit einem Formbohrer, der der Außenkontur des Gefäßes entspricht, gebohrt werden. Die Herstellung ist somit sehr aufwendig.With angle rotors of conventional design there is a risk of breakage of a microlitre vessel are practically impossible with these conventional rotors however, considerable disadvantages. These rotors exist in the area of the vessel bores made of solid material. Each vessel receptacle must be individually and consecutively with a Form drill, which corresponds to the outer contour of the vessel, can be drilled. The production is therefore very expensive.

Weitaus nachteiliger ist das hohe Schwungmoment solcher Rotoren.The high moment of inertia of such rotors is far more disadvantageous.

Mikroliteruntersuchungen werden generell bei Drehzahlen über 10.000 minze durchgeführt und bei Laufzeiten von wenigen Minuten. Der Anteil von Anlauf- und Bremszeit soll dabei so gering wie möglich sein, um die Probe während eines möglichst hohen Zeitanteils der hohen Drehzahl und damit der hohen Zentrifugalbeschleunigung auszusetzen, da diese ja quadratisch zur Drehzahl ansteigt.Microliter examinations are generally performed at speeds above 10,000 mint and with running times of a few minutes. The proportion of start-up and braking time should be as short as possible to the sample during a Highest possible time share of the high speed and thus the high centrifugal acceleration suspend, since this increases quadratically with the speed.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zentrifugenrotor zur Aufnahme von Probegefäßen, insbesondere Mikrolitergefäßen, zu schaffen, in dem die Probegefäße bruchsicher aufgenommen sind.The object of the invention is to provide a centrifuge rotor for receiving of sample vessels, in particular microliter vessels, to create in which the sample vessels are shatterproof.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Aufnahme ein ringkörperartiges Einlageteil angeordnet ist, das mehrere Ausnehmungen zur formschlüssigen Halterung, zumindest in radialer Außenrichtung, der Probengefäße, aufweist.The object is achieved in that an annular body-like in the receptacle Insert part is arranged, which has several recesses for the form-fitting holder, at least in the radial outer direction, the sample vessels.

Dabei ist es möglich, ein Einlageteil einzusetzen, das die Wand der Probengefäße vollständig formschlüssig umgibt.It is possible to use an insert that the wall of the Surrounds sample vessels completely in a form-fitting manner.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einlageteil mit keilförmigen Rippen versehen, zwischen denen die Probengefäße angeordnet sind. Die Rippen sind in radialer Richtung zur Rotorachse ausgerichtet. Das Einlageteil kann aus mehreren sektorförmigen Teilen zu einem Ring zusammengesetzt sein.In a preferred embodiment, the insert part is wedge-shaped Provided ribs, between which the sample vessels are arranged. The ribs are in the radial direction aligned to the rotor axis. The insert can be composed of several sector-shaped parts to form a ring.

Die Ausnehmungen im Einlageteil weisen zumindest in einem Teilbereich eine axialsymmetrische Form auf, die den Außenkonturen der Probengefäße angepaßt ist. Dabei entspricht die Achse einer Ausnehmung der Achse eines in die Halterung einzusetzenden Probengefäßes. Im Querschnitt haben diese Ausnehmungen wenigstens die Größe einer Halbkreisfläche.The recesses in the insert part point at least in a partial area an axially symmetrical shape which is adapted to the outer contours of the sample vessels is. The axis of a recess corresponds to the axis of one in the holder sample vessel to be used. These recesses have at least a cross-section the size of a semicircular area.

Vorzugsweise ist das Einlageteil aus Kunststoffspritzguß gebildet, während Unterteil und Oberteil des Zentrifugenrotors aus tiefgezogenem Blech bestehen. Unterteil und Oberteil sind im Bereich des Außenumfanges des Zentrifugenrotors dicht abschließend miteinander verbunden. Die Verbindung kann lösbar sein. Vorzugsweise werden Unterteil und Oberteil durch Umbördeln miteinander verbunden.The insert part is preferably formed from plastic injection molding, while the bottom and top of the centrifuge rotor are made of deep-drawn sheet metal. The lower part and the upper part are sealed in the area of the outer circumference of the centrifuge rotor finally connected to each other. The connection can be detachable. Preferably the lower part and upper part are connected to one another by flanging.

Der wesentliche Vorteil, der mit der Erfindung erreicht wird, ist, daß einerseits die Probengefäße bruchsicher in dem Rotor aufgenommen werden und dieser andererseits ein niedriges Schwungmoment aufweist. Besonders vorteilhaft ist es, daß zwei verschiedene Bauteile vorgesehen sind, um die formstabile Halterung der Probengefäße zu erreichen und die während des Zentrifugierens auftretenden Fliehkräfte aufzunehmen.The main advantage achieved with the invention is that on the one hand the sample vessels are held in the rotor in a shatterproof manner and this on the other hand has a low moment of inertia. Particularly beneficial it is that two different components are provided to the dimensionally stable bracket of the sample vessels and the centrifugal forces that occur during centrifugation to record.

Weitere Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie dessen Zeichnungen zu entnehmen.Further advantages are the following description of an exemplary embodiment as well as its drawings.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie enthält ausdrücklich auch alle Kombinationen und Unterkombinationen mit an sich bekannten Merkmalen.The invention is not limited to the illustrated and described embodiment limited. It expressly contains also all combinations and Sub-combinations with features known per se.

Es zeigen: Figur 1 einen Halbschnitt durch den Zentrifugenrotor, Figur 2 einen Sektor des Zentrifugenrotors, herausgebrochen, Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie 7 - 7 in Figur 2.They show: FIG. 1 a half section through the centrifuge rotor, FIG 2 shows a sector of the centrifuge rotor, broken away, and FIG. 3 shows a section along it the line 7 - 7 in Figure 2.

Wie Figur 1 zeigt, besteht der Zentrifugenrotor aus einer Rotornabe 1, die auf die Antriebswelle möglichst direkt aufsteckbar bzw. mit dieser kuppelbar ist, und einem Unterteil 2, hier aus tiefgezogenem Blech, das an der Nabe 1, wie Figur 1 zeigt, mit einer Ausnehmung la eingesetzt und dort gebördelt ist.As FIG. 1 shows, the centrifuge rotor consists of a rotor hub 1, which can be attached or coupled to the drive shaft as directly as possible is, and a lower part 2, here made of deep-drawn sheet metal, which is attached to the hub 1, such as Figure 1 shows, is inserted with a recess la and crimped there.

Das Oberteil hat das Bezugszeichen 3 und ist ebenfalls aus tiefgezogenem Blech hergestellt sowie einer Einlage 4, die zur Aufnahme und formschlüssigen Halterung der Probegefäße 6 in den Rippen 5 des Einlegeteils 4 dient. Das Oberteil 3 ist am unteren Rand flanschartig nach innen gebogen, so daß das Unterteil 2, die Einlage 4 und das Oberteil 3 eine zusammenyefaßte Einheit, nämlich den Zentrifugenrotor, bilden. Die Mikrolitergefäße 6 sind gleichmäßig am Umfang des Zentrifugen rotors verteilt gehalten zwischen den Rippen 5 des Einlage teils 4.The upper part has the reference number 3 and is also made of deep-drawn Sheet metal produced and an insert 4, which is used to receive and form-fitting holder the sample vessels 6 in the ribs 5 of the insert 4 is used. The upper part 3 is on lower edge bent inwardly like a flange, so that the lower part 2, the insert 4 and the upper part 3 a combined unit, namely the centrifuge rotor, form. The microliter vessels 6 are evenly on the circumference of the centrifuge rotor held distributed between the ribs 5 of the insert part 4.

Wie Figur 2 zeigt, ist die Außenkontur der Einlage 4 den Kegel- und Zylinderflächen des Oberteils 3 angepaßt und an der Innenseite der Einlage 4 sind die Rippen 5 vorhanden, zwischen denen Ausnehmungen solcher Form und Größe angebracht sind, daß sie den aufzunehmenden Mikrolitergefäßen entsprechen.As Figure 2 shows, the outer contour of the insert 4 is the cone and Cylindrical surfaces of the upper part 3 adapted and to the inside of the Insert 4, the ribs 5 are present, between which recesses of such a shape and size are appropriate so that they correspond to the microliter vessels to be accommodated.

Nach innen bzw. nach unten sind diese Ausnehmungen zwischen den Rippen 5 offen. Die Form der Rippen ist etwa keilförmig und nach innen bzw. unten hin sich verjüngend. Die Ausnehmungen zwischen den Rippen 5 sind so gewählt, daß die Zentrifugiergefäße, welche vorzugsweise aus durchsichtigem oder durchscheinendem Kunststoff bestehen, sich beim Einsetzen nicht deformieren, weil dies die Gefahr von Beschädigungen, wie Rißbildungen, fördern würde.Inward or downward are these recesses between the ribs 5 open. The shape of the ribs is roughly wedge-shaped and inward or downward rejuvenating. The recesses between the ribs 5 are chosen so that the centrifugation vessels, which are preferably made of transparent or translucent plastic, do not deform when inserting, because this increases the risk of damage, like cracking.

Diese relativ lose Halterung in dem Einlageteil 4 ist nur möglich, weil nach innen die kegelstumpfförmige Fläche 2a des Unterteils 2 zur Abstützung der Gefäße im Stillstand des Rotors dient, die bis dicht an die Gefäße herangeführt ist und während des Zentrifugenlaufs die Gefäße 6 sich mit der Einlage 4 nach außen und nach oben gegen das Oberteil 3 abstützen. Dadurch werden die auftretenden Fliehkräfte leicht aufgenommen. Die Abstützung der Gefäße 6 und die Belastung der Wände dieser Gefäße während des Zentrifugenlaufs entspricht genau den Verhältnissen, wie sie bei einem Rotor mit gebohrten Gefäßaufnahmen vorhanden sind, d. h. die gewünsch te Bruchsicherheit ist gewährleistet.This relatively loose holder in the insert part 4 is only possible because inwardly the frustoconical surface 2a of the lower part 2 for support the vessels are used when the rotor is at a standstill, which is brought up close to the vessels is and during the centrifuge run, the vessels 6 with the insert 4 to the outside and support it upwards against the upper part 3. This reduces the centrifugal forces that occur easily picked up. The support of the vessels 6 and the load on the walls of these Vessels during the centrifuge run corresponds exactly to the proportions as they are present in a rotor with drilled vessel receptacles, d. H. the desired te break resistance is guaranteed.

Das Einlageteil 4 kann aus Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt werden und läßt sich leicht in eine Richtung ausformen. Das Kunststoffteil 4 kann ebenso wie die Blechteile 2 und 3 von äußerst geringem Gewicht sein und an Materialanhäufungen können Ausnehmungen vorgesehen werden (vorzugsveise in Ausformrichtung). Durch all diese Maßnahmen wird das besonders geringe Schwungmoment des erfindungsgemäßen Rotors erzielt.The insert 4 can be made of plastic by injection molding and can easily be shaped in one direction. The plastic part 4 can just like the sheet metal parts 2 and 3 of extremely light weight and of material accumulations recesses can be provided (preferably in the direction of formation). Through all these measures are the particularly low moment of inertia of the rotor according to the invention achieved.

Das Teil 3 ist ebenso wie das Teil 4 unten offen. Alle Blechteile könnten jedoch ebenfalls aus Kunststoff-Formteilen bestehen, besonders leicht das Unterteil 2 mit seinem kegelstumpfförmigen Teil 2a und dem radial nach außen abgewinkelten, horizontal verlaufenden Teil 2b am Außenrand. Materialauswahl und Dicke des Teils 3 müssen so getroffen sein, daß je nach Probegefäßen und deren Füllung sowie der Auslegung des Zentrifugenantriebs und dessen maximaler Drehzahl bzw. Beschleunigung alle im Lauf auftretenden Kräfte aufgenommen werden können. Die Formgebung der Teile 2, 3 und 4 kann in gewissen Grenzen variieren, soweit die sichere Halterung der Probegefäße während des Laufs nicht beeinträchtigt wird. Statt eines Einlageteils 4 in Ringform können auch mehrere sektorförmige Teile 4 eingelegt werden.Part 3, like part 4, is open at the bottom. All sheet metal parts but could also consist of plastic molded parts, especially easy that Lower part 2 with its frustoconical part 2a and the radially outwardly angled, horizontally extending part 2b on the outer edge. Material selection and thickness of the part 3 must be made in such a way that, depending on the sample vessels and their filling as well as the Design of the centrifuge drive and its maximum speed or acceleration all forces occurring during the run can be absorbed. The shape of the parts 2, 3 and 4 can vary within certain limits, as far as the secure mounting of the Sample vessels is not impaired during the run. Instead of an insert 4 in the form of a ring, several sector-shaped parts 4 can also be inserted.

Nicht dargestellt ist ein Abschlußteil oder Deckel, welcher mit der Nabe 1 und/oder der Antriebswelle, auf der die Nabe sitzt, befestigt ist und diese verschließt. Der Deckel ist vorzugsweise aus durchsichtigem oder durchscheinendem Kunststoff und läßt sich einwandfrei hermetisch abdichten, indem er den oberen Rand 3a übergreift und hiergegen verspannt ist, eventuell unter Zwischenlage einer Dichtung. Ein Deckel ist jedoch nicht für alle Anwendungsfälle des Zentrifugenrotors nötig. Dies hängt im wesentlichen von den zu zentrifugierenden Proben ab.Not shown is a closing part or cover, which with the Hub 1 and / or the drive shaft on which the hub sits, is attached and this locks. The lid is preferably made of transparent or translucent Plastic and can be perfectly hermetically sealed by having the upper edge 3a overlaps and is braced against it, possibly with the interposition of a seal. However, a cover is not necessary for all applications of the centrifuge rotor. This essentially depends on the samples to be centrifuged.

Der Zentrifugenrotor läßt sich leicht montieren und demontieren, und das Einlageteil 4 kann außerhalb des Rotors geladen werden und wird dann nach Beendigung eines Zentrifugenlaufs und nach Herausnehmen eines anderen Einlageteils 4 gegen dieses ausgewechselt nach Lösen von der Nabe und wieder Befestigen des Teils 3. Hierdurch lassen sich auch alle Einzelteile leicht reinigen und Wartungsarbeiten, z. B. am Antriebsmotor, sind erleichtert.The centrifuge rotor is easy to assemble and disassemble, and the insert 4 can be loaded outside the rotor and is then after completion a centrifuge barrel and after removing another insert part 4 against this replaced after loosening from the hub and reattaching part 3. This also makes it easy to clean all individual parts and perform maintenance work, z. B. on the drive motor are facilitated.

Die Mikrolitergefäße üblicher Bauart haben ein Fassungsvermögen etwa im Bereich von 1,5 ml, maximal etwa 2,2 ml. Der Zwischenraum zwischen dem kegelstumpfförmigen Bereich des Teils 2 und dem Teil 3 weist deshalb nicht mehr als dieses Volumen auf, um etwa den Inhalt eines oder mehrerer Gefäße fassen zu können.The microliter vessels of the usual design have a capacity of about in the range of 1.5 ml, maximum about 2.2 ml. The space between the frustoconical The area of part 2 and part 3 therefore has no more than this volume, in order to be able to hold the contents of one or more vessels.

Der Antrieb des Zentrifugenrotors ist für eine maximale Drehzahl zwischen 10 und 15.000, vorzugsweise etwa 13.000 min ausgelegt und der Rotordurchmesser beträgt 160 mm. Damit können sehr kurze Beschleunigungs- und Abbremszeiten erreicht werden.The drive of the centrifuge rotor is for a maximum speed between 10 and 15,000, preferably about 13,000 min and the rotor diameter is 160 mm. This enables very short acceleration and deceleration times to be achieved.

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Claims

"Centrifuge rotor" claims 1. Centrifuge rotor, the one Hub that can be plugged onto a drive shaft with a lower part firmly connected to it, an upper part and a receptacle formed by both parts for axially symmetrical Sample vessels at a fixed angle between the vessel axis and the rotor axis having, characterized in that an insert part in the form of a ring body in the receptacle (4) is arranged, the several recesses for form-fitting mounting, at least in the radial outer direction, which has sample vessels (6).

2. centrifuge rotor according to claim 1, characterized in that the Insert part (4) surrounds the wall of the sample vessels (6) in a completely form-fitting manner.

3. centrifuge rotor according to claim 1, characterized in that the Insert part (4) is provided with wedge-shaped ribs (5), between which the sample vessels (6) are kept unbreakable.

4. centrifuge rotor according to one of claims 1 or 3, characterized in that that the lower part (2) with a frustoconical surface (2a) in the interior of the annular body-like insert part (4) protrudes on which the sample vessels (6) in the Standby.

5. centrifuge rotor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the insert part (4) consists of several sector-shaped parts to one Ring is assemblable.

6. centrifuge rotor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the recesses of the insert part (4) in at least one sub-area have an axially symmetrical shape, the axis of a recess with the The axis of a sample vessel (6) to be inserted into the holder coincides.

7. centrifuge rotor according to claim 6, characterized in that the Recesses of the insert part (4) in the cross section of at least one semicircular area correspond.

8. centrifuge rotor according to one of the preceding claims, characterized marked that the lower part (2) and the upper part (3) are made of deep-drawn sheet metal and the insert part (4) consist of plastic injection molding.

9. centrifuge rotor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the lower part (2) and the upper part (3) are flanged together are connected.