DE69402019T2 - Zentrifugenröhre mit einschnappenden stopfen - Google Patents

Zentrifugenröhre mit einschnappenden stopfen

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DE69402019T2
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Patrick Moore
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Description

    1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zentrifugenrohre und insbesondere auf das Abdichten oder Verschließen von Zentrifugenrohren.
  • 2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
  • Typische Zentrifugenrohre haben einen im wesentlichen zylinderförmigen Körper, wobei ein Ende eine Einfüllöffnung oder einen Rohrhals zur Aufnahme der flüssigen Probe aufweist, die zentrifugiert werden soll. Nach dem Einfüllen der flüssigen Probe in das Rohr ist es erforderlich, eine sehr dichte Verschluß- oder Abdeckvorrichtung über dem offenen Ende des Rohres vorzusehen, um ein Auslaufen des Inhalts während der Zentrifugation zu verhindern.
  • Ein mit der Anbringung von Abdeckvorrichtungen auf am Ende offenen Zentrifugenrohren zusammenhängendes Problem besteht darin, sicherzustellen, daß eine gute Abdichtung zwischen dem Verschlußstopfen und dem Rohr erreicht wird, um jegliche mögliche oder potentielle Leckbildung zu vermeiden, zu der es aufgrund von innerhalb des Rohres aufgebautem hydrostatischen Druck kommen könnte. Der hydrostatische Druck innerhalb des Rohres wird extrem stark, wenn die Zentrifuge mit Drehzahlen von 20000 U/Min oder mehr betrieben wird.
  • Die Bedeutung der Eliminierung oder Verhinderung jeglicher potentieller Leckbildung bei einer hochtourigen Zentrifuge darf nicht unterschätzt werden. Die flüssige Probe kann irgendwelche Pathogene, Mutagene, Bakterien oder andere gefährliche Materialien enthalten. Eine Leckbildung während des Zentrifugenbetriebs kann zu für den Bediener gefährlichen Umständen führen. Die Probe kann ein kleiner Vorrat eines nicht zu ersetzenden Materials sein, das der Benutzer nicht durch Leckbildung bzw. Auslaufen während des Zentrifugenbetriebes verlieren möchte. Weiterhin bewirkt eine Leckbildung ein Rotorungleichgewicht und führt zu einer Beschädigung des Rotors.
  • In vielen Fällen wird eine Leckbildung dadurch hervorgerufen, daß nur eine ungenügende Abdichtung zwischen der Abdeckvorrichtung und dem Zentrifugenrohr zustande kommt, entweder aufgrund einer schlechten Ausbildung oder Konstruktion der Abdeckvorrichtung, oder als Folge der nicht ordnungsgemäßer Anbringung der Abdeckvorrichtung auf dem Rohr. Es ist nicht nur wesentlich, daß die Abdeckvorrichtung so konstruiert ist, daß eine sichere Abdichtung zwischen dem Testrohr und der Abdeckvorrichtung erreicht wird, sondern es ist auch wichtig, daß die Abdeckvorrichtung so konstruiert ist, daß sie nach dem Zentrifugenlauf leicht zu entfernen oder abzunehmen ist, ohne den Inhalt der flüssigen Probe nach der Zentrifugation negativ zu beeinflussen. Andernfalls können die getrennten Probenbestandteile wieder vermischt werden und den Zentrifugationslauf wertlos machen.
  • Die US-Patentschrift 5 127 895, die die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 zeigt, beschreibt ein selbstabdichtendes Zentrifugenrohr, das den hydrostatischen Druck der in dem Rohr enthaltenen Probenlösung verwendet, um eine dichte Abdichtung während der Zentrifugation zu erreichen. Dieses Patent ist auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen und wird durch diese Bezugnahme hier eingeschlossen. Der Rohrhals des Zentrifugenrohres wird vor der Zentrifugation mit einem Stopfen verschlossen und in der Rotorausnehmung mit einer Mutter und einem Abstandselement fixiert. Während der Zentrifugation verursacht der hydrostatische Druck, der als eine Folge einer auf die Lösung ausgeübten Zentrifugalkraft auftritt, daß der Rohrhals auf den Stopfen gegen einen Halt drückt, der durch das innerhalb der Ausnehmung festgelegte Abstandselement oder das Fliehgewicht des Stopfens gebildet ist. Als eine Folge wird eine Abdichtung zwischen dem Stopfen und dem Rohrhals gebildet. Wenn die Zentrifugalkräfte mit einer steigenden Rotordrehzahl steigen, steigt der hydrostatische Druck und erzwingt dabei eine dichtere Abdichtung des Stopfens gegenüber dem Rohrhals. Die Abdichtungskraft ist daher der Höhe des hydrostatischen Druckes angepaßt, der von der Zentrifugalkraft abhängig ist, die auf die in dem Rohr enthaltene Probenlösung ausgeübt wird. Nach der Zentrifugation verbleibt eine schwache Abdichtung zwischen dem Stopfen und dem Füllhals, wodurch es des Benutzer leicht gemacht wird, den Stopfen des Zentrifugenrohres zu entfernen, ohne daß irgendwelche speziellen Hilfsmittel erforderlich sind. Das vorstehend beschriebene Rohr und der Verschluß wurden durch die Beckman Instruments, Inc., Californien, USA unter der Marke OptiSeal kommerziell vertrieben.
  • Obwohl das patentierte selbstabdichtende Zentrifugenrohr und der Verschluß eine exzellente Abdichtung während der Zentrifugation ergeben, hat sich herausgestellt, daß der innerhalb des Zentrifugenrohres aufgrund einer durch die Zentrifugation verursachten Deformation des Zentrifugenrohres aufgebaute Restdruck den Stopfen während der Handhabung des Zentrifugenrohres nach der Zentrifugation ausstoßen könnte.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung des bekannten selbstabdichtenden Zentrifugenrohres und Stopfens. Die Form und die Größe des Stopfens gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart, daß sich ein Festsitz zwischen dem Stopfen und dem Rohrhals des Zentrifugenrohres ergibt. Der Festsitz ist dazu ausgelegt, den Stopfens in dem Rohrhals vor und nach der Zentrifugation, trotz eines innerhalb des Rohres aufgebauten Restdruckes, zu sichern. Der Festsitz ist darüberhinaus so ausgelegt, daß es weiterhin möglich ist, den Stopfen einfach einzuführen und zu entfernen, während zur Sicherung des Stopfens in dem Füllhals ein hoher Grad an Haltfestigkeit aufrechterhalten wird.
  • Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der Stopfen als ein sich verjüngender Körper ausgebildet, der sich auf ein erweitertes Ende zu verschmälert. Ein O-Ring ist in einer ringförmigen Nut um den verjüngten Körper herum vorgesehen. Das erweiterte Ende erzeugt eine Passung mit Übermaß mit einem verjüngten Füllhals, wodurch der Stopfen in den Füllhals durch einen Einrastvorgang gesichert wird, wenn sich das erweiterte Ende des Stopfens bis hinter den verjüngten Füllhals in das Rohr erstreckt. In dieser eingerasteten Position ist der Stopfen in dem Füllhals gesichert, wodurch sich eine anfängliche Abdichtung ergibt. Diese Abdichtung wird bei der Zentrifugation durch einen Selbstabdichtungsmechanismus verstärkt, der entweder auf den inneren hydrostatischen Druck in dem Rohr und/oder auf die Kraft eines Halte-Abstandelementes auf den Stopfen zurückzuführen ist. Nach der Zentrifugation hält die Einrastverbindung zwischen dem Füllhals und dem Stopfen den Stopfen sicher gegen jeglichen innerhalb des Rohres aufgebauten Restdruck zurück, der durch eine Zentrifugenrohrdeformation erzeugt ist, die entweder durch die Zentrifugation oder durch die Handhabung des Rohres durch den Benutzer verursacht ist. Um das Einführen und das Entfernen des Stopfens mit mäßigem Kraftaufwand zu unterstützen, und ohne dadurch die Zurückhaltefähigkeit der Pasung mit Übermaß zu beeinflussen, ist die Kontaktfläche zwischen dem erweiterten Ende und dem Füllhals strategisch verringert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht von einem Zentrifugenrohr und einer Abdeckbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 2 ist eine Detailansicht, die die Einzelheiten des Stopfens nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 3 zeigt den Stopfen nach Fig. 2 von unten.
  • Fig. 4 A-D zeigen die Folge der Wechselwirkungen, wenn der Stopfen in den Rohrhals eingeführt wird.
  • Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht von einem Schwenkbecher-Zentrifugenrotor, der das Rohr und die Abstandsbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung trägt.
  • Fig. 6 ist eine Längsschnittansicht von einer anderen Ausführungsform des Stopfens gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines Festwinkelrotors, der ein Zentrifugenrohr und eine Verschlußbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung trägt.
  • Fig. 8 ist eine Längsschnittansicht von einem Abstandselement zur Verwendung in einem Festwinkelrotor.
  • Fig. 9-11 sind verschiedene Ansichten eines Werkzeuges, das zum Herausnehmen des Rohres aus der Rotorausnehmung und zum Entfernen des Stopfens von dem Rohrhals nach der Zentrifugation konstruiert ist.
  • Beschreibung von gezeigten Ausführungsformen
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die zur Zeit am meisten bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Diese Beschreibung dient dem Zweck, das allgemeine Prinzip der Erfindung zu zeigen und sollte nicht in einem einschränkenden Sinn aufgefaßt werden. Der Schutzumfang der Erfindung wird am besten durch Bezugnahme auf den zugehörigen Anspruch festgelegt.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Zusammenhang mit Zentrifugenrohren beschrieben, die einen im wesentlichen zylinderförmigen Körperabschnitt mit oberen und unteren Abschnitten aufweisen, die einstückig mit dem zylinderförmigen Körperabschnitt gebildet sind (siehe Fig. 1). Der Hals oder der Füllhals des Rohres ist einstückig um eine Öffnung in dem oberen Abschnitt herum gebildet. Es ist verständlich, daß die vorliegende Erfindung auch mit Zentrifugenrohren ausgeführt werden kann, die eine andere Körpergeometrie aufweisen.
  • Es ist verständlich, daß die Abdeckbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung auf Zentrifugenrohre mit breitem Hals angewendet werden kann. Die größere Öffnung ermöglicht somit die Verwendung von Spritzen oder Pipetten mit großem Durchmesser, um die Probe in das Rohr einzuführen. Dies verringert die Beanspruchung von, bzw. die Scherkräfte auf, große biologische Moleküle, die in das Rohr eingeführt werden, wodurch die Integrität der Probe vor der Zentrifugation aufrechterhalten wird. Ähnlich können Hebewerkzeuge mit großem Durchmesser verwendet werden, wenn die getrennte Probe nach der Zentrifugation aus dem Rohr entnommen wird.
  • Fig. 1 zeigt eine Abdeckbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Außenseite von dem Rohrhals 12 des Zentrifugenrohres 10 ist im wesentlichen zylinderförmig. Die Innenseite von dem Hals 12 legt eine sich konisch verjüngende Öffnung fest, die sich vom Rohr weg mit einem 12º Winkel konisch verbreitert. Der Hals 12 ist einstückig mit dem oberen Abschnitt 14 des Rohres 10 gebildet. Der Stopfen 16 weist einen sich konisch verjüngenden Abschnitt 17 mit einem o-Ring 18 auf, der in einer ringförmigen Nut 20 festgehalten wird. Die Verjüngung des Stopfens 16 entspricht ungefähr der Verjüngung der Füllhalsöffnung. Der o-Ring 18 springt vor der Verwendung über die verjüngte Oberfläche 17 des Stopfens 16 vor. Wenn der Stopfen 16 in die Öffnung des Rohrhalses 12 eingeführt wird, kommt der o-Ring 18 in abdichtenden Kontakt mit der verjüngten inneren Oberfläche 17 des Rohrhalses 12. Das Rohr 10 kann aus einem thermoplastischen Material hergestellt sein, das vorzugsweise lichtdurchlässig oder durchsichtig ist. Polypropylen oder geeignetes Polyolefin sind geeignete Materialien, und das Rohr kann durch das Blasformverfahren hergestellt werden. Der Stopfen 16 kann ebenfalls aus dem gleichen Material, jedoch vorzugsweise aus Polyphenylenoxid, Noryl oder einem ähnlichen Material hergestellt sein, das etwas härter als Polypropylen ist, jedoch ein vergleichbares spezifisches Gewicht aufweist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Unterseite oder der Boden des Stopfens (das schmalere Ende 22) erweitert, damit er vom Durchmesser her größer als der verengte Durchmesser 24 des Füllhalses 12 ist. Anders ausgedrückt ist der Durchmesser 23 des erweiterten Endes 22 größer als der verengte Durchmesser 24 des Füllhalses 16. In Fig. 2 und 3 ist der Aufbau des Stopfens deutlicher gezeigt. Abflachungen 26 sind um den Umfang des erweiterten Endes 22 des Stopfens 16 herum vorgesehen. Die Funktion dieser Abflachungen 26 wird durch die untenstehende Beschreibung verständlich. Eine Sackbohrung 50 wird zur Auskernung des Aufbaues verwendet, um Senkeffekte bei der Formung zu minimieren. Die Aussparung 52 in dem erweiterten Ende des Stopfens ermöglicht eine Vertiefung des Einguß-Stellen- Rückstandes, der beim Gießen des Stopfens erzeugt wird.
  • Das Rohr 10 wird durch Einführen des erweiterten Endes 22 des Stopfens 16 in die Rohrhalsöffnung abgedeckt bzw. verschlossen (Fig. 4A). Wenn sich der Stopfen 16 nach unten in den Rohrhals 16 bewegt, trifft das erweiterte Ende 22 auf den kleineren verengten Durchmesser 24 des Rohrhalses 16 und verursacht eine Passung mit Übermaß (Fig. 4B). Der aus einem elastisch deformierbaren Material hergestellte Abschnitt des verengten Durchmessers 24 beginnt sich elastisch zu dehnen und sich an das erweiterte Ende 22 anzupassen. An diesem Punkt steigt die Kraft, die erforderlich ist, um den Stopfen 16 in den Rohrhals 12 zu drücken. Dieser Anstieg der erforderlichen Kraft kann ziemlich stark sein und er könnte das Einführen des Stopfens 16 verhindern, wenn die Abflachungen 26 nicht die Länge der Linie-zu-Linie-Übermaßpassung mit dem kleineren verengten Durchmesser des Rohrhalses 12 verringern würden. Die gesamte Umfangslänge des erweiterten Endes 22 ist aufgrund der hinzugefügten Abflachungen 26 kleiner als eine völlig kreisförmige Umfangslänge. Diese Verringerung der Linie-zu-Linie-Übermaßpassung bestimmt, verringert oder begrenzt die maximal zum Einführen des Stopfens 16 erforderliche Kraft. Sobald sich das erweiterte Ende 22 hinter den verengten Durchmesser 24 des Rohrhalses 12 bewegt (Fig. 4C), zieht die konisch verjüngte Oberfläche des erweiterten Endes 22 den Stopfen mit einem Einrastvorgang in die Abdichtungsposition (Fig. 4D). In der Abdichtungsposition (Fig. 4D) liegt die konisch verjüngte Oberfläche 17 des Stopfens 16 an der konisch verjüngten inneren Oberfläche 25 des Rohrhalses 12 an. Während der nach innen gerichteten Bewegung des Stopfens 16 in den inneren konisch verjüngten Abschnitt des Rohrhalses 12, beginnt der o-Ring 18 mit kreisförmigem Querschnitt gegen die konisch verjüngte Oberfläche 17 des Rohrhalses 12 zu drücken (Fig. 4C). Wenn der Stopfen 16 vollständig eingeführt ist (Fig. D), ist der o-Ring 18 ausreichend zusammengepreßt, um eine sichere Abdichtung zu ergeben, die ein Austreten von Flüssigkeit oder ein Herausrutschen des Stopfens 16 aus dem Rohrhals 12 beim Handhaben des Rohres verhindert.
  • Weiterhin wird die Abdichtung während der Zentrifugation durch die zusätzliche Selbstbelastung sichergestellt, der sich durch ein "schwimmendes" Abstandselement (bei Festwinkelrotoren) oder den durch die Zentrifugation verursachten internen hydrostatischen Druck gegen die Oberseite des Rohres ergibt (bei Vertikal- oder Nahezu-Vertikal-Rohr-Rotoren), in Abhängigkeit von der Art des Rotors, in dem das Rohr verwendet wird. Das Abstandselement wird auf den Rohrhals 12 geschoben, nachdem dieser mit dem Stopfen verschlossen wurde. Das Abstandselement 30 nach Fig. 1 ist speziell derart konstruiert, daß es eine innere Oberfläche aufweist, die im wesentlichen entsprechend dem Rohrhals 12 und dem oberen Abschnitt 14 des Zentrifugenrohres geformt ist. Weil das Abstandselement 30 in die Rotorausnehmung eingeführt wird (siehe Fig. 4), ist die Spitze des Abstandselementes 30 mit einem Flansch 32 geformt, um ein leichtes Entfernen aus der Rotorausnehmung zu ermöglichen. Das Abstandselement 30 kann aus Kunststoff, beipielsweise Noryl, oder einem leichten Metall wie zum Beispiel Aluminium hergestellt sein. Das Abstandselement kann mit einer Einrastmöglichkeit gegenüber dem Füllhals versehen sein (einer ringförmigen Wulst 31 auf dem Rohrhals 12 und einer ringförmigen Nut 33 in dem Abstandselernent 30). Das einrastende Abstandselement kann den Rohrhals weiterhin in einer eingeschnürten Stellung halten, um ein Hindurchdrücken des erweiterten Endes durch den verengten Durchmesser aufgrund des inneren hydrostatischen Druckes zu verhindern. Einzelheiten des einrastenden Abstandselementes sind in der anhängigen Patentanmeldung WO-A-94/22584 ausführlicher beschrieben, die ebenfalls auf den Anmelder der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde. Die Anordnung eines Zentrifugenrohres 10 und seiner Abdeckbaugruppe in einem Schwingbecher-Zentrifugenrotor ist schematisch in Fig. 5 gezeigt.
  • In dem Schwingbecher-Zentrifugenrotor 40 ist das Zentrifugenrohr 10 in der Ausnehmung eines gelenkig gelagerten Bechers 42 gehalten, der bei der Zentrifugation um die Achse 44 in eine horizontale Stellung nach außen schwingt. Die frühere Verwendung von schwimmenden Abstandselementen wurde in dem US-Patent 4 304 356 beschrieben. Das schwimmende Abstandselement ergibt eine Abstützung gegen die Deformation des Zentrifugenrohres durch hydrostatische Kräfte und Zentrifugalkräfte. Das Abstandselement 30 gleitet in dem Sinn, daß es mit Ausnahme der Wechselwirkung mit dem Rohr und dem Reibungskontakt zwischen dem Abstandselement und der Ausnehmung frei ist, um sich entlang der Ausnehmung zu bewegen. Das Abstandselement 30 sollte eine Dichte aufweisen, die geringfügig kleiner als die mittlere Dichte der Probenlösung ist, um eine Zentrifugation des Abstandselementes auf den Boden des Bechers zu für den Fall zu verhindern, daß das Zentrifugenrohr bricht. Alternativ kann eine (nicht gezeigter) Senke oder Senkbohrung in der Öffnung des Bechers vorgesehen sein, um eine übermäßige Bewegung des Abstandselementes auf den Boden des Bechers zu zu verhindern.
  • Nach der Zentrifugation wird das einrastende Abstandselement 30 zusammen mit dem Rohr 10 aus dem Becher 42 entnommen. Das Abstandselement 30 kann durch eine drehende und ziehende Bewegung einfach aus dem Rohrhals 12 entnommen werden, ohne daß ein Hilfsmittel erforderlich ist. Der Stopfen 16 kann mit einem geeigneten Entnahmewerkzeug (siehe Fig. 9) aus dem Rohrhals 12 entfernt werden.
  • Es hat sich gezeigt, daß für den Fall, daß die flache Oberseite des Stopfens 16 aufgrund der hohen Zentrifugalkraft weiter als bis zu der Oberseite der Öffnung des Rohrhalses eindringt, das Anbringen einer Verlängerung auf der Oberseite des Stopfens zur Entfernung des Stopfens wünschenswert ist. Nach Fig. 6 weist der Stopfen 16 eine stabförmige Verlängerung 46 auf, die über die Schulter vorspringt. An der Oberseite des Stabes 46 ist ein kreisförmiger Flansch 48 angeordnet. Ein Sackloch 50 ist zum Auskernen der Struktur vorgesehen, um Senkeffekte bei der Formung zu minimieren. Die Aussparung 52 in dem erweiterten Ende des Stopfens ermöglicht das Vertiefen des Angusses, der beim Gießen des Stopfens erzeugt wird. Nach der Zentrifugation ermöglicht die Stange mit dem angeformten Flansch ein bequemes Greifen des Stopfens, um den Stopfen von dem Rohrhals zu entfernen.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird nun die Verwendung des Rohres und des Verschlußsystems in Festwinkelrotoren beschrieben. Der Rotor 60 weist mehrere mit einem festen vorherbestimmten Winkel bezüglich der Drehachse 64 angeordnete Ausnehmungen 62 auf, die in einem Kreis mit gleichem Abstand von der Drehachse angeordnet sind. Die Ausnehmungen 62 sind zur Aufnahme des Zentrifugenrohres 10 und der zugehörigen Abdeckbaugruppe ausgebildet. Das Zentrifugenrohr wird mit einer Probenlösung gefüllt, bevor es in die Rotorausnehmung eingeführt wird.
  • In Fig. 8 ist das zur Verwendung in Festwinkelrotoren geeignete Abstandselement 66 genauer gezeigt. Das Abstandselement 66 bedeckt den Stopfen 16. Es ist eine Gewindebohrung 68 vorgesehen, die gerade groß genug für ein mit einem Gewinde versehenes (nicht gezeigtes) Werkzeug ist, das zum Entfernen des Abstandselementes 66 aus der Rotor-Ausnehmung 62 verwendet wird. Für die spezielle Anwendung in Festwinkelrotoren ist das bevorzugte Profil des oberen Abschnittes 14 von dem Rohr, und somit das dem Rohr entsprechende Profil des Abstandselementes, glockenförmig ausgebildet.
  • Das Rohr 61 wird mit dem Stopfen verschlossen und gefolgt von dem Abstandselement 66 in die Rotorausnehmung 62 eingeführt. Ein einrastender Aufbau mit Wulst und Nut, wie er vorher beschrieben wurde, kann auch bei dem Rohr 61 und dem Abstandselement 66 verwirklicht werden, die in einem Festwinkelrotor verwendet werden. Das Abstandselement 66 ist in dem Sinn schwimmend, daß es mit Ausnahme der Wechselwirkung mit dem Rohr und dem Reibkontakt zwischen dem Abstandselement und der Ausnehmung frei ist, um sich entlang der Ausnehmung 62 zu bewegen. Bei der vorliegenden Erfindung überträgt die Selbstbelastung des gleitenden Abstandselementes während der Zentrifugation eine Kraft auf den Stopfen durch den Kontakt mit der flachen Oberseite des Stopfens. Während der Zentrifugation ist die Probenlösung 11 innerhalb des Rohres der bezüglich der Drehachse nach außen gerichteten Zentrifugalkraft ausgesetzt. Die Lösung nimmt eine vertikale Stellung ein und ein vertikaler Meniskus 70 wird gerade gebildet. Die Größe des mit Luft gefüllten Raums oberhalb von dem Meniskus wird von der Füllhöhe abhängen, bis zu der das Rohr mit Probenlösung gefüllt wird. Obwohl zur Verdeutlichung ein großer mit Luft gefüllter Raum oberhalb von dem Menikus 70 gezeigt ist, wird das Rohr vorzugsweise vollständig gefüllt, um den mit Luft gefüllten Raum oberhalb von dem Meniskus so klein wie möglich zu halten, um ein andernfalls mögliches Brechen der Rohrwände aufgrund der hohen Zentrifugalkraft zu verhindern. Die vertikale Probenflüssigkeitsäule 11 gerät in Kontakt mit einem Teil des oberen Abschnitts 14 des Rohres 61 und mit dem Stopfen 16. In Abhängigkeit von der Füllhöhe der Probenflüssigkeit wird während der Zentrifugation ein wesentlicher Teil des oberen Abschnitts des Rohres um den Stopfen herum einem hydrostatischen Druck von der Probenlösung ausgesetzt. Eine Aufwärtsbewegung des Stopfens aufgrund des hydrostatischen Druckes wird durch die zentrifugale Belastung des schwimmenden Abstandselementes 66 vermieden. Im Ergebnis drückt die Selbstbelastung des schwimmenden Abstandselementes auf den Stopfen, entgegen dem hydrostatischen Druck im oberen Abschnitt 14 des Rohrs. Als Folge davon wird die Abdichtung gegenüber den o-Ring fester. Wenn die Rotordrehzahl steigt, steigt die Zentrifugalkraft und somit der hydrostatische Druck, wodurch die Abdichtungskraft an der Berührungsfläche von dem o-Ring und dem Rohrhals steigt. Die erhöhte Abdichtungskraft gleicht den Anstieg des hydrostatischen Drucks aus und erhält dadurch eine dichte lecksichere Abdichtung aufrecht. Anders ausgedrückt, wird die Abdichtung "besser", wenn die Druckverhältnisse eine stärkere Belastung hervorrufen.
  • Nachdem die Zentrifugation abgeschlossen ist, wird das Abstandselement 66 aus der Rotor-Ausnehmung entfernt, indem an der Gewindebohrung 68 in dem Abstandselement 66 gezogen wird. Das Zentrifugenrohr 61 wird aus der Ausnehmung gezogen und der Stopfen wird entfernt, wobei das im Zusammenhang mit Fig. 9 weiter unten beschriebenen Werkzeug verwendet wird. Wenn ein einrastendes Abstandselement verwendet wird, wird das Abstandselement zusammen mit dem Rohr aus der Rotorausnehmung entfernt. Es wird darauf hingewiesen, daß der Stopfen 16 in dem Rohrhals zurückgehalten wird, auch wenn ein innerhalb des Rohres aufgebauter Restdruck vorliegt, der durch die permanente Rohrverformung durch die Zentrifugation verursacht ist. Der Unterschied oder der Grad der Übermaßpassung zwischen dem erweiterten Ende 22 und dem verengten Durchmesser 24 ist direkt proportional zu der Festhalte- oder Zurückhaltekraft von bzw. auf den Stopfen. Es gibt ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen dem Betrag der Kraft, die erforderlich ist, um den Stopfen einzuführen, der Größe der Zurückhaltekapazität des Stopfens und dem Betrag der Kraft, die erforderlich ist, um den Stopfen aus dem Rohrhals zu entfernen.
  • Es hat sich herausgestellt, daß eine angemessene Linie-zu-Linie- Übermaßpassung zwischen dem Rohr und dem Stopfen ungefähr 50 bis 60 % beträgt, wobei eine Verringerung der kreisförmigen Umfangsbegrenzung an dem erweiterten Ende ungefähr 0,5 bis 2 % beträgt und durch die Abflachungen 26 erzielt ist. Es wird angenommen, daß der Betrag der Verringerung der kreisförmigen Umfangsbegrenzung die zum Einführen des Stopfens erforderliche Kraft beeinflußt; bei einer kleineren Verringerung ist eine größere Einführkraft erforderlich. Es wird angenommen, daß die prozentuale Übermaßpassung zwischen dem Rohr und dem erweiterten Ende die Kraft bestimmt, die zum Entfernen des Stopfens aus dem Rohr erforderlich ist; die Herausziehkraft steigt mit einem größeren prozentualen Übermaß.
  • Zentrifugenrohre mit einem anders geformten oberen Abschnitt 14 können gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise können Rohre mit kegelförmigen oder halbkugelförmigen oberen Abschnitten verwendet werden.
  • Es wurde ein Entnahmewerkzeug zum Entnehmen des hier beschriebenen Zentrifugenrohres aus Rotorausnehmungen konstruiert. Nach den Fig. 9-11 ist das Entnahmewerkzeug 70 aus einem gehärteten Federstahl oder einem ähnlichen Material mit der in den Figuren dargestellten Form gebildet. Das Werkzeug 70 weist Stege 72 auf, die die Festigkeit und Steifigkeit der Seitenteile 71 ergeben. Die Stege 72 verlaufen entlang des geraden Abschnittes des Werkzeuges 70. An den gegenüberliegenden Enden der Konstruktion sind rechtwinklige Vorsprünge 74 angeordnet, die nach innen auf die Mittellinie der Anordnung gerichtet sind. Diese Vorsprünge 74 weisen an ihren Enden scharfe Spitzen 76 auf, die sich durch eine vorherbestimmte Krümmung bzw. einen vorherbestimmten Radius 78 ergeben, der an den Enden gebildet ist. Die Länge der Vorsprünge 74 von den Knicken 80 zu den scharfen Ecken 76 ist derart gewählt, daß es möglich ist, mit der Vorrichtung in die kleinste Zentrifugenausnehmung zu greifen, um die Rohre an ihren Hälsen herauszuziehen. Die Vorrichtung wird verwendet, indem mit den Fingern entlang oder auf die Seitenteile 71 gedrückt wird. Die Spitzen 76 greifen in die Seite von dem Rohrhals 12 bzw. verhaken sich in diesem, weil der Radius 78 derart gewählt ist, daß er geringfügig kleiner als der Radius von dem Rohrhals 12 ist. Das Eingreifen der Spitzen 76 in das Rohrhalsmaterial ergibt einen Widerstand gegen das axiale Abrutschen von dem Rohr. Bekannte Laborpinzetten haben diese Greiffähigkeit nicht, weil sie zum Halten, jedoch nicht zum Eindringen in das zu handhabende Material konstruiert sind und deshalb den Stopfen negativ beeinflussen und dadurch die Abdichtung verschlechtern.
  • Obwohl die Erfindung anhand und gemäß bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann selbstverständlich, daß verschiedene Änderungen und Verbesserungen durchgeführt werden können, ohne daß der Schutzumfang und der Grundgedanke der Erfindung dadurch verlassen werden. Es ist demzufolge verständlich, daß die Erfindung nicht durch die speziellen dargestellten Ausführungsformen, sondern nur durch den Schutzumfang des zugehörigen Anspruchs eingeschränkt ist.

Claims (1)

1. Stopfen für ein Zentrifugenrohr, mit: einem sich konisch verjüngenden Körper; einem o-Ring, der in einer Nut in dem sich verjüngenden Körper festgehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der sich konisch verjüngende Körper an seinem schmalen Ende einen erweiterten Abschnitt aufweist.
DE69402019T 1993-04-02 1994-04-01 Zentrifugenröhre mit einschnappenden stopfen Expired - Lifetime DE69402019T2 (de)

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