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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Zentrifugen sind im Stand der Technik bekannt.
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Die Erfindung wird zum Beispiel zum Zentrifugieren von biologischen Produkte angewendet.
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Zum Zentrifugieren solcher Produkte werden im Allgemeinen Rotoren mit kegelstumpfartigen Formen verwendet, in denen Aufnahmen in Form von Aussparungen gebildet sind. Diese Aufnahmen weisen langgestreckte Formen auf und sind für jeden Rotor regelmäßig um seine Rotationsachse verteilt. Diese Aufnahmen sind dazu bestimmt, zum Beispiel Rohre aufzunehmen, die die zu zentrifugierenden Produkte enthalten und durch Pfropfen verschlossen sind. Die Dokumente
JP-A-09262503 ,
US-6 045 494 und
JP-A-0926 2503 beschreiben Rotoren mit einer besonderen Anordnung der Aufnahmen.
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Eine Zentrifuge, die einen solchen Rotor verwendet, umfasst im Allgemeinen eine Schale, die mit Kühlmitteln versehen ist und in der der Rotor auf einem Drehantriebskopf montiert ist.
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In Ultrazentrifugen, d. h. in Zentrifugen, die Rotoren zu Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 20.000 U/min, antreiben, wurde das Auftreten von Lärmbeeinträchtigungen, wie z. B. Pfeiftönen, festgestellt.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, dieses Problem zu lösen, indem die durch den Drehantrieb von Rotoren des oben genannten Typs hervorgerufenen Lärmbeeinträchtigungen eingeschränkt werden.
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Aus diesem Grund ist der Gegenstand der Erfindung eine Zentrifuge nach Anspruch 1.
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Gemäß besonderen Ausführungsformen kann die Zentrifuge eines oder mehrere der Merkmale der abhängigen Ansprüche umfassen.
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Die Erfindung wird besser verständlich durch die Lektüre der folgenden Beschreibung, die einzig als Beispiel gegeben wird und die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verfasst wurde, wobei:
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1 eine schematische Seitenansicht einer Zentrifuge ist,
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2 eine schematische Draufsicht des Rotors von 1 ist,
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3 und 4 Ansichten analog zu 2 sind, die eine zweite bzw. dritte Ausführungsform des Rotors veranschaulichen,
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5 eine schematische, vergrößerte Schnittansicht des Rotors von 4 entlang der gestrichelten Linie V-V ist,
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6 eine Ansicht analog zu 5 ist, die eine vierte Ausführungsform des Rotors veranschaulicht,
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7 eine Ansicht analog zu 2 ist, die eine fünfte Ausführungsform des Rotors veranschaulicht, und
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8 eine Ansicht analog zu 5 ist, die eine sechste Ausführungsform des Rotors veranschaulicht.
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Die Figuren stellen für sich allein keine Ausführungsformen der Erfindung dar.
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Die 1 und 2 stellen schematisch eine Zentrifuge 1 dar, die eine Schale 2, einen in der Schale 2 angeordneten Rotor 3 und Mittel 4 zum Rotationsantrieb des Rotors 3 um eine im Wesentlichen vertikale Rotationsachse A umfasst.
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In klassischer Weise umfasst die Schale 2 eine bewegliche Zugangstür 6 und Mittel zur Kühlung ihrer inneren Atmosphäre, wobei die Kühlmittel in den Figuren nicht dargestellt sind.
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Der Rotor 3 ist ein Rotor mit einer im Allgemeinen kegelstumpfförmigen Form mit einer zentralen Achse A. Er ist mit einem abnehmbaren Verschlussdeckel 7 ausgestattet. Der Deckel 7 wurde in 2 nicht dargestellt.
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Der Rotor 3 besteht beispielsweise aus Metall und vier bezüglich der Achse A exzentrische Aufnahmen sind in diesem ausgebildet, nämlich ein erstes Paar von Aufnahmen 8 1 und 8 2 und ein zweites Paar von Aufnahmen 10 1 und 10 2. Man beachte, dass die Aufnahmen 10 1 und 10 2 in 1 nicht dargestellt sind.
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Die Aufnahmen 8 1 und 8 2 des ersten Paars sind bezüglich der Achse A zueinander symmetrisch. Die Aufnahmen 10 1 und 10 2 des zweiten Paars sind bezüglich der Achse A zueinander symmetrisch.
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Die Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 weisen eine analoge längliche Form entlang einer jeweiligen Längsrichtung D auf.
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Wie in 1 zu sehen ist, ist für die Aufnahmen 8 1 und 8 2 jede Richtung D bezüglich der Rotationsachse A und dem Schnitt an einem geometrischen Punkt, der über dem Rotor 3 und seinem Deckel 7 liegt, geneigt.
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Die Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 münden in die obere Oberfläche 12 des Rotors, um, wenn der Deckel 7 zurückgezogen ist, es zu ermöglichen, in die Aufnahmen Behälter einzusetzen, die das oder die zu zentrifugierenden Produkte, beispielsweise mit Stopfen verschlossene Röhrchen, enthalten.
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In 1 wurde der Abstand, der die Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 von der äußeren Seitenfläche 14 des Rotors 3 trennt, übertrieben, um die Darstellung zu erleichtern.
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Wie in 2 zu sehen ist, ist die Verteilung der Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 um die Rotationsachse A unregelmäßig.
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Wenn eine derartige Verteilung regelmäßig wäre, wäre der Rotor 3 gegenüber einer geometrischen Rotation um die Achse A und um den Winkel, der 90°; (π/2 rad) beträgt, invariant. Somit würde das geometrische Bild I (in einer Doppelpunkt-Strichlinie) der Aufnahme 8 1 nach einer derartigen Rotation in einer ersten Richtung S1 mit der Aufnahme 10 1 zusammenfallen, der Aufnahme, die direkt der Aufnahme 8 1 in dieser Richtung S1 folgt.
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Im Rotor der 1 und 2 fällt die Aufnahme 10 1 nicht mit diesem Bild I zusammen, sondern ist in Draufsicht in einem Winkel von diesem Bild I um einen von Null verschiedenen Winkel α der auf der Achse A zentriert ist und bezüglich der Richtung S1 negativ ist, versetzt.
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Mit anderen Worten, die Aufnahme 10 1 ist das Bild des Bildes I nach einer geometrischen Rotation um die Achse A und um den Winkel α.
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Somit bilden die Längsrichtungen D der Aufnahmen 10 1 und des Bildes I in Draufsicht einen Winkel α, der auf der Achse A zentriert ist und in Anbetracht der Richtung S1 negativ ist.
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Der Winkel α beträgt beispielsweise 4° und kann allgemeiner zwischen 2° und 10° liegen.
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Man beachte, dass in 2 die Amplitude des Winkels α übertrieben wurde, um die Darstellung zu erleichtern.
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Ebenso ist die Aufnahme 10 2 in einem Winkel in Draufsicht von dem nicht dargestellten Bild der Aufnahme 8 2 nach der vorstehend genannten Rotation versetzt.
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Somit sind die Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 gegenüber einer geometrischen Rotation um die Achse A und um einen Winkel, der 180° (π rad) beträgt, invariant, aber nicht gegenüber einer Rotation um die Achse A und um einen Winkel, der 90° (π/2 rad) beträgt, wie im Stand der Technik.
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Man hat festgestellt, dass, wenn man den Rotor 3 mit relativ großen Drehzahlen, typischerweise oberhalb 10000 U/min, zu einer Rotation antreibt, die Lärmbelästigungen wie das Zischen stark vermindert, sogar unterdrückt werden.
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Man schätzt derzeit, dass der Grund für diese Verminderung oder Unterdrückung. der Lärmbelästigungen der folgende sein kann. Wenn der Rotor 3 zur Rotation angetrieben wird, verformen sich die Zonen Z (1) der äußeren Seitenfläche 14 des Rotors 3, die in Bezug auf die Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 radial liegen, unter der Wirkung der Zentrifugalkraft radial nach außen stärker als die Zonen der äußeren Seitenfläche 14, die zwischen den Aufnahmen liegen. Die so auf der Oberfläche 14 erzeugten Erhebungen sind wie die Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 gegenüber einer geometrischen Rotation um die Achse A und um einen Winkel, der 180° (π rad) beträgt, und nicht gegenüber einer geometrischen Rotation um die Achse A und um einen Winkel, der 90° beträgt, wie im Stand der Technik, invariant. Somit werden die Frequenzen und die Intensitäten der Schallwellen, die beim Rotationsantrieb des Rotors erzeugt werden, modifiziert und die Lärmbelästigungen vermindert, sogar unterdrückt.
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Außerdem sind die durch die Unregelmäßigkeit der Anordnung der Aufnahmen erzeugten Unwuchten aufgrund der Tatsache, dass α relativ gering ist, relativ gering und annehmbar.
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Gemäß einer Variante der Ausführungsform der 1 und 2 kann der Winkel α bezüglich der Richtung S1 positiv sein.
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Allgemeiner sind andere Anordnungen der Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 denkbar.
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In der Ausführungsform von 3 ist somit die Aufnahme 10 1 von oben gesehen bezüglich des Bildes I der Aufnahme 8 1 entgegengesetzt zur Richtung S1 um einen von Null verschiedenen Abstand d seitlich verschoben. Somit sind die Längsrichtungen der Aufnahme 10 1 und des Bildes I der Aufnahme 8 1 im Wesentlichen parallel und seitlich voneinander beabstandet.
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Der Abstand d beträgt beispielsweise 2 mm und kann allgemeiner zwischen 1 und 5 mm liegen.
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Man beachte, dass der Abstand d in 3 übertrieben wurde.
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Da dieser Abstand relativ gering ist, bleibt die Differenz zwischen den Zentrifugationskräften, denen die in den Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 aufgenommenen Produkte ausgesetzt werden, ausreichend gering und annehmbar für die Homogenität der Zentrifugationsbehandlung. Ebenso bleiben die durch die Unregelmäßigkeit der Anordnung hervorgerufenen Unwuchten annehmbar.
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Gemäß einer nicht dargestellten Variante kann die Aufnahme 10 1 in Draufsicht seitlich vom Bild I der Aufnahme 8 1 in der Richtung S1 versetzt sein.
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In allgemeinerer Weise kann die Aufnahme 10 1 in Draufsicht von einer geometrischen Parallelverschiebung des Bildes I stammen, wobei die Richtung dieser Parallelverschiebung nicht notwendigerweise zur Richtung D des Bildes I senkrecht ist.
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In noch allgemeinerer Weise kann die Aufnahme 10 1 vom Bild I der Aufnahme 8 1 durch eine geometrische Transformation in einer radialen Ebene, die die Rotationsachse A und die Längsrichtung D des Bildes I enthält, abgeleitet werden.
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Folglich stellen die 4 und 5 eine dritte Ausführungsform dar, in der die Längsrichtung D der Aufnahme 10 1 in einem Winkel um einen von Null verschiedenen Winkel β bezüglich der Längsrichtung D des Bildes I in der vorstehend genannten Ebene P versetzt ist (4). Diese Ebene P enthält auch die Richtung D der Aufnahme 10 1 und entsprechend der rechten Halbebene der 5. Folglich ist die Aufnahme 10 1 das Bild des Bildes I nach einer geometrischen Rotation um den Winkel β in der Ebene P.
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Man beachte, dass der Winkel β positiv oder negativ sein kann. Dieser Winkel β weist beispielsweise einen Wert von 4° auf und kann allgemeiner zwischen 2° und 10° liegen.
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6 stellt eine weitere Ausführungsform dar, in der die Aufnahme 10 1 aus dem Bild I durch geometrische Parallelverschiebung um einen im Wesentlichen konstanten, von Null verschiedenen Abstand δ in der radialen Ebene P erhalten wird. Somit sind die Richtungen D der Aufnahme 10 1 und des Bildes I im Wesentlichen parallel und voneinander beabstandet. Die vorstehend genannte Parallelverschiebung kann derart sein, dass die Aufnahme 10 1 zur äußeren Seitenfläche 14 näher oder weiter entfernt liegt als das Bild I.
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Man beachte, dass in den 5 und 6 der Winkel β und der Abstand δ übertrieben wurden.
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Man beachte auch, dass der Winkel β oder der Abstand δ ausreichend gering sind, damit einerseits die Homogenität der Zentrifugationsbehandlung, die von in den Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 aufgenommenen Produkten erfahren wird, zufriedenstellend ist und andererseits die Unwuchten verringert sind.
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In allgemeinerer Weise können die vorstehenden Prinzipien auf Rotoren mit einer beliebigen Anzahl von Aufnahmen angewendet werden.
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Sie können auch für ein und dieselbe Aufnahme miteinander kombiniert werden.
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Somit stellt 7 noch eine weitere Ausführungsform dar, in der die Aufnahme 10 1 das Bild des Bildes I nach einer geometrischen Transformation ist, wobei diese geometrische Transformation eine geometrische Rotation und eine geometrische Parallelverschiebung in der Ebene von 7, die zur Rotationsachse A senkrecht ist, umfasst.
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Genauer ist die Rotation eine Rotation um die Achse A und um den Winkel α.
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Die Parallelverschiebung ist eine Parallelverschiebung in der Ebene von 7 um einen von Null verschiedenen Abstand d in einer Richtung, die zur Richtung D des Bildes I nicht senkrecht ist.
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Die Kombination einer Rotation und einer Parallelverschiebung innerhalb der geometrischen Transformation ermöglicht, dass die Aufnahme 10 1 ausreichend nahe beim Bild I bleibt, um die Differenzen zwischen der Zentrifugationskraft, die von einem in der Aufnahme 10 1 enthaltenen Produkt erfahren wird, und der Zentrifugationskraft eines in der Aufnahme 8 1 aufgenommenen Produkts zu begrenzen.
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Folglich wird die Homogenität der Zentrifugationsbehandlung, die von den in den Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 aufgenommenen Produkten erfahren wird, gesteigert. Außerdem ermöglicht es diese Kombination, die Unwuchten sowie den Unterschied im Aussehen zwischen einem Rotor, der die Prinzipien der Erfindung beinhaltet, und einem klassischen Rotor zu verringern.
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In analoger Weise stellt 8 eine weitere Ausführungsform dar, bei der die Aufnahme 10 1 aus dem Bild I durch eine geometrische Transformation erhalten wird, die eine geometrische Rotation und eine geometrische Parallelverschiebung in der radialen Ebene P umfasst, die die Rotationsachse A und die Längsrichtung D des Bildes I enthält.
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Genauer ist die Rotation eine Rotation um den von Null verschiedenen Winkel β und die Parallelverschiebung eine Parallelverschiebung um einen von Null verschiedenen Abstand δ in einer zur Achse A senkrechten Richtung.
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Auch hier ermöglicht es die Kombination einer Parallelverschiebung und einer Rotation, die Homogenität der Zentrifugationsbehandlung, die von den in den Aufnahmen 8 1, 8 2, 10 1 und 10 2 aufgenommenen Produkten erfahren wird, zu steigern, die Unwuchten zu begrenzen und die ästhetischen Unannehmlichkeiten zu verringern.
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Allgemeiner kann die geometrische Transformation zwischen dem Bild I und der Aufnahme 10 1 eine Parallelverschiebung und/oder eine Rotation in einer zur Rotationsachse A senkrechten Ebene und eine Parallelverschiebung und/oder eine Rotation in einer radialen Ebene, die die Achse A enthält, umfassen.
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Auch in allgemeiner Weise können die vorher beschriebenen Parallelverschiebungen und Rotationen beispielsweise separat jeweils auf ein jeweiliges Paar von Aufnahmen angewendet werden, wenn die Anzahl von Aufnahmen gerade ist und streng oberhalb 4 liegt.
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Vorzugsweise sind die Aufnahmen bezüglich der Achse A paarweise symmetrisch. Wenn der Rotor 3 mit einer geraden Anzahl n von Aufnahmen ausgestattet ist, ist der Rotor 3 folglich gegenüber einer geometrischen Rotation um die Achse A und um einen Winkel von 180° invariant, was es ermöglicht, die Unwuchten zu begrenzen. In allgemeinerer Weise ermöglicht es eine Invarianz gegenüber einer geometrischen Rotation um die Achse A und um einen Winkel, der streng oberhalb 360°/n liegt, die Unwuchten zu begrenzen.
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Um das Auftreten von Lärmbelästigungen zu vermeiden, existiert immer mindestens eine erste Aufnahme, deren geometrisches Bild nach einer geometrischen Rotation um die Rotationsachse A und um einen Winkel von 360°/n in einer Rotationsrichtung von einer zweiten Aufnahme des Rotors verschieden ist, wobei diese zweite Aufnahme direkt der ersten Aufnahme in der gewählten Rotationsrichtung folgt.
