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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Zentrifugation. Genauer
betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Verkappungs-
und Abdichtanordnung für
entnehmbare, Proben haltende Behälter,
die in Zentrifugen verwendet werden.
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STAND DER
TECHNIK
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Zentrifugen
werden üblicherweise
in der medizinischen und biologischen Industrie zum Trennen und
zum Reinigen von Materialien unterschiedlicher Dichte, wie Viren,
Bakterien, Zellen und Proteinen verwendet. Eine Zentrifuge umfasst
einen Rotor und einen Behälter
zum Aufnehmen einer Probe, die einer Zentrifugation unterzogen werden
soll. Der Rotor ist so ausgebildet, dass er den Probenbehälter hält, während er
sich mit bis zu mehreren zehntausend Umdrehungen pro Minute dreht.
Um ein Verschütten, Verdampfen
oder Versprühen
der Probe zu vermeiden, wird ein Deckel auf den Behälter gesetzt,
um eine flüssigkeitsdichte
Abdichtung dazwischen vorzusehen.
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Während der
Zentrifugation kann hydrostatischer Druck im Behälter die Integrität der Abdichtung des
abgedeckten Behälters
beeinträchtigen.
Der hydrostatische Druck kann die Probe zwingen, zwischen dem Deckel
und dem Aufnahmebehälter
hindurchzufließen.
Beim Entwerfen von Zentrifugenprobenbehältern stellt die Vermeidung
dieser Art der Leckage eine große
Herausforderung dar. Der Stand der Technik umfasst eine Vielzahl
von verschiedenen Entwürfen
von Proben haltenden Behältern,
aus den Anregungen zum Vorsehen von verbesserten, Proben haltenden
Zentrifugenbehältern
gewonnen werden können.
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U.S.
Pat. Nr. 718,643 von Lees et al. offenbart ein Abdichtungsgefäß zur Konservierung
von Lebensmitteln, 1, das einen Aufnahmebehälterkörper (a),
eine Vertiefung (b), einen Deckel (c), einen flachen Flansch (d),
eine kreisförmige
nach unten gedrehte Rippe (e) und eine Gummidichtung (f) umfasst.
Eine Abdichtung wird durch die Dichtung (f) erreicht, wobei diese
unter dem Flansch (d) um den Deckel (c) herum passt, um gegen die
Vertiefung (b) zu drücken.
Allerdings wird diese Abdichtung durch Zentrifugalkräfte leicht
beeinträchtigt.
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Das
Australische Patent Nr. 4247/26 von Lucke et al offenbart eine Vorrichtung
zur Abdichtung von Flaschen und Gefäßen, 1–3,
wobei sie ein gewölbtes
Scheiben-Anschlagelement 8 mit
einer nach unten hervorstehenden Wand 9 nahe seiner äußeren Kante
aufweist. Die Wand 9 ist so geneigt, dass sie an die Aufnahme 7 an
der Oberseite eines steifen Halsteils 5 eines Gefäßes oder
einer Flasche angepasst ist. Ein steifer Deckel 12 weist
interne Schraubgewinde 6 auf, die so ausgebildet sind,
dass sie auf das Halsteil 5 geschraubt werden können. Ein nachgiebiger
Ring 10 passt in die ringförmige Nut auf der Frontfläche des
Anschlagelements, Spalte 3, Zeilen 4–8.
Der nachgiebige Ring 10 liegt wegen des gegen das Anschlagelement
drückenden
Deckels 12 an dem Halsteil 5 an.
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U.S.
Patent Nr. 3,924,772 von Magnani et al. offenbart eine luftdichte
Behälterkappe, 1–3,
mit einer Ringmutter 1 mit einem oberen kreisförmigen Loch 2,
einem Schlitz 3 an deren Seite und einem Gewinde 4;
ein Gefäß 7 mit
einem Halsteil mit Gewinde 6; ein Anschlagelement aus Glas 8 mit
einer Nut 9 im oberen Bereich und einer zweiten Nut 10 im
unteren Bereich und einem Absatz 12; und eine kreisförmige Dichtung 11.
Die kreisförmige
Dichtung 11 wird in der zweiten Nut 10 des Anschlagelements
aus Glas 8 angeordnet. Das Anschlagelement aus Glas 8 wird
dann durch das Loch 2 hindurch in der Mutter 1 montiert.
Die Mutter 1 wird dann auf das Halsteil 6 des
Gefäßes 7 geschraubt, wodurch
eine hermetische Abdichtung ausgebildet wird.
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U.S.
Patent Nr. 4,844,273 von Hawkins et. al. offenbart einen Verschluss
mit einer verbesserten Abdichtung für einen Behälter,1–3,
wobei er eine Behälterhals-Lippe 30,
einen Deckel 18 mit einem inneren Rand 24, ein
Oberteil 20 und einen herabhängenden, koaxialen äußeren Rand 22 aufweist. Der äußere Rand
hat ein inneres Gewinde 26, um in das entsprechende äußere Gewinde 28 des
Behälter-Halsteils einzugreifen.
Der innere Rand 24 weist eine Passung mit der Innenseite
der Behälter-Halslippe 30 auf
und bildet daher ein Element einer verbesserten Abdichtung.
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Ein
Wulst 32 steht nach Innen von dem herabhängenden
Rand 22 hervor und sieht das zweite Element der verbesserten
Abdichtung durch Halten eines peripheren Kontakts gegen die Außenseite
der Behälter-Hals-Lippe
vor. Ein O-Ring 34 ist zwischen dem inneren und dem äußeren Rand,
entsprechend 22 und 24, angeordnet, und wird zwischen
dem Deckel 20 und der Behälterlippe 30 zusammengedrückt, um
eine hermetische Abdichtung zu erhalten, wenn der Deckel 18 auf
das Behälterhalsteil
geschraubt ist. Der steife innere Rand drückt fest gegen die Innenseite
der Lippe 30 und wirkt mit der nach innen gerichteten Wulst 32 zusammen,
wobei er einen peripheren Kontakt mit der äußeren Lippe 30 hält, was dazu
beiträgt,
eine hermetische Abdichtung durch das Halten des O-Rings in seinem
zusammengedrückten
Zustand zu erhalten.
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U.S.
Patent Nr. 5,291,783 von Hall offenbart ein Rohr 10 zur
Verwendung in einem Zentrifugenrotor mit festem Winkel, das darauf
angeordnete Markierungen 20 aufweist, die den Füllstand
anzeigen, bis zu dem das Rohr ohne Risiko eines Verschüttens durch
die Re-Orientierung des Meniskus mit Flüssigkeit gefüllt werden
kann.
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U.S.
Patent Nr. 5,325,977 von Haynes et al. offenbart einen belüfteten Verschluss
für eine
Kapillarrohranordnung 10. Die Anordnung 10 umfasst
ein Kapillarrohr 12 mit einer sich hindurcherstreckenden Bohrung
und einem Deckel 14, der gleitend auf einem Ende des Rohrs 12 angeordnet
ist. Der Deckel 14 umfasst einen vergrößerten Kopf 16 und
einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 18. Ein oder
mehrere Lüftungsschlitze 20 sind
in den Körper
hinein ausgebildet, was der Luft ermöglicht, zu entweichen, wenn
der Deckel 14 sich in einer ersten gleitenden Position
befindet. Der Schlitz 20 erstreckt sich typischerweise
parallel zur Längsachse
des zylindrischen Körpers 18.
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U.S.
Patent Nr. 5,458,252 offenbart einen umkehrbaren, auf Druck reagierenden
Dichtungsdeckel 1 zur Anbringung an einen Behälter 2 mit
einer Öffnung 4 mit
einem nach außen
gerichteten Gewindebereich 12. Die Öffnung 4 hat einen
innere zylindrische Abdichtfläche 6.
Der Deckel 1 hat eine auf einem Deckelrand 5 angeordneten
Gewindebereich 3, wobei der Gewindebereich 3 nach
innen zur Deckelachse 7 ausgerichtet ist. Ein mittlerer
Gewölbebereich 9 ist
symmetrisch um die Deckelachse 7 angeordnet und erstreckt
sich von dort nach außen,
wobei er in einem ringförmigen
Bereich 11 endet. Der Gewölbebereich 9 ist zunächst konkav
und erstreckt sich in die Öffnung 4 und
in den Behälter 2 hinein.
Die Grenzfläche
des Gewölbebereichs 9 und
des ringförmigen
Bereichs 11 definiert einen ersten Biegebereich 17.
Ein Abdichtungsbereich 13 ist um den ringförmigen Bereich 11 angeordnet,
wobei er daran einen zweiten Biegebereich 21 festlegt.
Der Abdichtungsbereich 13 umfasst eine nach außen gerichtete zylindrische
Fläche 23.
Bei Betrieb ist der Deckel 1 mit dem Behälter 2 verbunden,
wobei der Druckaufbau darin bewirkt, dass sich der Gewölbebereich 9 abflacht,
wobei die Abdichtkraft zwischen den Abdichtflächen 23 und 6 steigt.
Ein Nachteil der vorher erwähnten
Behälter
ist, dass die flüssigkeitsdichte
Integrität
der Abdichtung durch Proben, die während der Zentrifugation dort
hindurchgepresst werden, beeinträchtigt
wird. Dies hat zur Entwicklung von Dichtungen geführt, die
von der Zentrifugalkraft Gebrauch machen, um einen Deckel oder Stopfen
gegen einen Behälter
zu treiben.
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U.S.
Patent Nr. 5,127,895 von R. Pavlovich; 5,395,001 von P. Moore; 5,361,922
von P. Moore;4,304,356 von S. Chulay et al.;4,290,550 von S. Chulay
et al.;4,080,175 von S. Chulay et al.; 4,076,170 von S. Chulay et
al.; alle vom gleichen Anmelder wie die vorliegende Erfindung, offenbaren Zentrifugenbehälter, die
eine Abdichtung durch einen Deckel oder Stopfen erreichen, die unter
Zentrifugalkraft gegen einen Behälter
gedrückt
werden. In einigen dieser Patente werden verformbare O-Ringe als Teil
des Abdichtmechanismus verwendet. Sich verjüngende Oberflächen, ringförmige Kanten
und ringförmige
Nuten werden alle verwendet, um wie in U.S. Patent Nr. 5,395,001
eine abgedichtete Probe zu erhalten.
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U.S.
Patent Nr. 5,855,289 bezieht sich auf eine Verkappungs- und Abdichtanordnung
für einen eine
Probe haltenden Zentrifugenbehälter,
der einen sich selbst verschließenden
Deckel aufweist, der eine flüssigkeitsdichte
Abdichtung mit einer vorherbestimmten Kraft in einer Öffnung des
Kanisters bildet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Was
benötigt
wird, ist eine Verkappungsanordnung für einen eine Probe haltenden
Zentrifugenbehälter,
der während
einer Hochgeschwindigkeitszentrifugation eine flüssigkeitsdichte Abdichtung
aufrecht erhält,
wobei die Dichtkraft proportional mit einer zentrifugalen Belastung,
der der Behälter
unterliegt, ansteigt.
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Es
ist ebenso erstrebenswert, dass die Verkappungsanordnung eine luftdichte
Abdichtung mit einem Zentrifugationskanister vorsieht, in dem der Zentrifugenbehälter während eines
Zentrifugationsvorgangs angeordnet ist. Die Verkappungsanordnung
sollte bei Abschluss des Zentrifugationsvorgangs die Abdichtung
lösen können, um
ein einfaches Entfernen des Zentrifugenbehälters vom Zentrifugationskanister
zu ermöglichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Entsprechend
eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird eine Verkappungsvorrichtung
für einen
Zentrifugenbehälter
vorgesehen, die aufweist: einen Deckel mit einer oberen Fläche und
einer unteren Fläche,
wobei die untere Fläche
einen davon herabhängenden
unteren ringförmigen
Rand aufweist, wobei der untere Rand eine Außenfläche aufweist, wobei die Außenfläche eine
darin ausgebildete Dichtungsnut zum Aufnehmen einer Dichtung aufweist, wobei
die Außenfläche ferner
einen Lüftungsschlitz aufweist
der darin ausgebildet ist und mit einer ersten Stelle entlang der
Dichtungsnut übereinstimmt.
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Vorzugsweise
hat der Lüftungsschlitz
eine Höhe,
die größer ist
als die Höhe
der Dichtungsnut an der ersten Stelle.
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Vorteilhaft
ist, wenn der Lüftungsschlitz
eine Tiefe von der Außenfläche hat,
die größer ist
als die Tiefe der Dichtungsnut an der ersten Stelle.
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Vorteilhafterweise
hat der Lüftungsschlitz eine
Längsachse,
die nicht kollinear mit einer Längsachse
der Dichtungsnut an der ersten Stelle ist.
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Die
obere Fläche
des Deckels kann eine Vielzahl von ersten Rippen umfassen, wobei
jede erste Rippe den Durchmesser des Deckels überspannt. Die erste Stelle
kann bezüglich
einer der ersten Rippen ausgerichtet sein.
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Vorzugsweise
ist der Lüftungsschlitz
symmetrisch um eine der Achsen der einen der ersten Rippen.
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Die
untere Fläche
des Deckels kann eine Vielzahl von zweiten Rippen umfassen, wobei
jede zweite Rippe den Durchmesser des Deckels überspannt.
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Vorteilhafterweise
weist die Verkappungsvorrichtung ferner ein Anschlagelement mit
einem vorstehenden Teil und einem darum ausgebildeten Flansch auf,
wobei die untere Fläche
des Deckels eine ringförmige
Kontaktfläche
aufweist, die auf ihrer Peripherie angeordnet ist, wodurch nach
dem Anbringen der Verkappungsvorrichtung an dem Zentrifugenbehälter das
Anschlagelement in einer Öffnung des
Zentrifugenbehälters
aufgenommen ist und die Kontaktfläche des Deckels den Flansch
gegen eine obere Kante der Öffnung
drückt.
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Vorzugsweise
hat die obere Fläche
eine generell konvexe Form, die untere Fläche eine generell konkave Form
und die obere Fläche
einen sich davon wegerstreckenden oberen ringförmigen Rand.
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Geeigneterweise
weist die Abdeckung ferner eine Dichtung auf, die um den vorstehenden
Teil des Anschlagselements angeordnet ist, wobei das Anbringen der
Verkappungsvorrichtung an dem Zentrifugenbehälter dazu führt, dass die Dichtung gegen den
Flansch drückt,
und somit während
der Zentrifugation des Zentrifugenbehälters eine luftdichte Abdichtung
zwischen dem Anschlagelement und der Oberkante der Öffnung des
Zentrifugenbehälters
bildet.
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Der
obere ringförmige
Rand kann einen kegelstumpfförmigen
Bereich umfassen, wobei die Dichtungsnut in dem kegelförmigen Bereich
des oberen ringförmigen
Rands angeordnet ist.
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Vorteilhaft
ist ferner, wenn die Dichtungsnut wenigstens einen ersten Bereich
und einen zweiten Bereich aufweist; wobei der erste Bereich im wesentlichen
konstante Höhen- und Tiefenabmessungen aufweist,
und wobei der zweite Bereich Höhen-
und Tiefenabmessungen aufweist, die größer sind als die entsprechenden
Abmessungen des ersten Bereichs.
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Der
zweite Bereich kann auf eine der ersten Rippen ausgerichtet sein.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Explosionsansicht der Verkappungsanordnung
entsprechend der vorliegenden Erfindung, die bei einem entnehmbaren,
eine Probe haltenden Zentrifugenbehälter mit zwei Gefäßen verwendet
wird.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht, die entsprechend der vorliegenden
Erfindung den in einem Zentrifugenrotor angeordneten, eine Probe
haltenden Zentrifugenbehälter
mit zwei Gefäßen zeigt.
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3 ist
eine Draufsicht des in 1 gezeigten Deckels.
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4 ist
eine Querschnittsansicht des in 4 gezeigten
Deckels entlang den Linien 4-4.
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5 ist
eine Ansicht des in 3 gezeigten Deckels von unten.
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6 ist
eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten
Anschlagelements oder Verschlussstücks.
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7 ist
eine Querschnittsansicht eines in 1 gezeigten
Behälters,
wobei sich die Verkappungsanordnung in ihrer Endposition befindet.
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8 ist
eine detaillierte Ansicht des in 7 gezeigten
Behälters.
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9 ist
eine Seitenansicht des in 3 gezeigten
Deckels, wenn dieser sich in Ruhelage befindet.
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10 ist
der in 9 gezeigte Deckel, wenn dieser der zentrifugalen
Belastung unterworfen ist.
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11 ist
eine Draufsicht des in 3 gezeigten Deckels, der einen
darauf angeordneten Griff aufweist.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht des in 11 gezeigten
Griffs.
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13A und 13B zeigen
verschiedene Ausführungsbeispiele
des Lüftungsschlitzes
der vorliegenden Erfindung.
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14A und 14B zeigen
vergrößerte Ansichten
der Lüftungsschlitze.
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15 ist
eine Draufsicht des Deckels, die die relativen Positionen des vertieften
Kanals und des Lüftungsschlitzes
zeigt.
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16 ist
eine Querschnittsansicht entlang der in 15 gezeigten
Sichtlinien.
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17 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines in 7 als Bereich 1700 bezeichneten
Bereiches.
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BESTE ART
DER AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 wird ein eine
Probe haltender Zentrifugenbehälter 10 mit
zwei Gefäßen zur
Verwendung in einem Festwinkel-Zentrifugenrotor 12 des
Typs mit einer Vielzahl von radialsymmetrisch um die Drehachse 16 des
Rotors 12 angeordneten Bohrungen 14 gezeigt.
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Beim
Festwinkel-Zentrifugenrotor 12 bildet die Längsachse 18 des
Zentrifugenbehälters
in Bezug auf die Drehachse 16 einen Winkel θ. Der Zentrifugenbehälter 10 umfasst
einen Kanister 20, einen Aufnahmebehälter 22 und eine Verkappungsanordnung 24.
Der Kanister 20 kann dauerhaft oder abnehmbar am Rotor 12 befestigt
sein und jede gewünschte
Querschnittsfläche
aufweisen. Der Deutlichkeit halber wird der Kanister 20 als
abnehmbar am Rotor 12 befestigt und mit einer durch eine
zylindrische Wand 26, die sich von einem geschlossenen Ende 28 erstreckt
und an einem offenen Ende endet, festgelegten kreisförmigen Querschnittsfläche versehen
erörtert.
Ein ringförmiger
Absatz 32 steht zwischen dem geschlossenen Ende 28 und
dem offenen Ende 30 von der zylindrischen Wand 26 hervor.
Jede der Bohrungen 14 ist so ausgebildet, dass sie den Kanister 20 so
aufnehmen kann, dass die Schulter 32 am Rotor 12 anliegt.
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Mit
Bezug auf die 1, 3 und 4 umfasst
die Verkappungsanordnung 24 einen Deckel 34 mit
einem Deckelbereich 36 und einem den Deckelbereich 36 umgebenden
und sich quer dazu erstreckenden peripheren Element 38.
Der Deckelbereich 36 hat erste und zweite gegenüberliegende
Seiten 40 und 42. Die erste Seite 40 hat
eine konvexe Form und die zweite Seite 42 hat eine konkave
Form. Ein oberer Bereich (oberer ringförmiger Rand) 44 des peripheren
Elements 38 erstreckt sich von der zweiten Seite 42 weg
und endet in einem ringförmigen Rand 46,
der so angeordnet ist, dass er zu der erste Hauptseite 40 ausgerichtet
ist. Der obere Bereich 44 umfasst eine innere Fläche 48 und
eine äußere Fläche 50,
die gegenüber
der oberen Fläche 48 angeordnet
ist. Die innere Fläche 48 erstreckt
sich zwischen einer oberen Fläche
des ringförmigen
Rands 46 und der ersten Seite 40. Die äußere Fläche 50 erstreckt
sich vom ringförmigen
Rand 46 zur zweiten Hauptseite 42, und endet in
einem Bereich des peripheren Elements 38, der dem Deckelbereichs 36 gegenüberliegend
angeordnet ist.
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Die äußere Fläche 50 weist
eine Kegelstumpfform auf und umfasst eine ringförmige Vertiefung (Dichtungsnut) 52,
um eine Dichtung, z.B. einen O-Ring 54 aufzunehmen. Der ringförmige Rand 46 erstreckt
sich nach außen
bis hinter die äußere Fläche 50 und
kann angeraut oder gerändelt
sein, um ein Greifen desselben zu erleichtern. Ein unterer Bereich 54' des peripheren
Elements 38 erstreckt sich vom oberen Bereich 44 weg,
wobei er in einem Ring 56 endet, der der zweiten Hauptseite 42 gegenüberliegt.
Der untere Bereich 54' umfasst
eine innere und eine äußere Fläche 58 und 60.
Die innere Fläche 58 erstreckt
sich zwischen der zweiten Seite 42 und dem Ring 56.
Die äußere Fläche 60 hängt mit
der äußeren Fläche 50 zusammen,
wobei sie sich zwischen der ringförmigen Vertiefung 52 und
dem Ring 56 erstreckt. Der untere Bereich 54 umfasst
eine Vielzahl von Gewindegängen 62,
die auf der inneren Fläche 58 angeordnet
sind. Vorzugsweise ist die Vielzahl von Gewindegängen allerdings auf der inneren
Seite 58 angeordnet.
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Mit
Bezug auf die 3 und 5 erstreckt sich
ein erster Satz gebogener Rippen 64 über die erste Seite 40,
wobei sie deren Kontur folgen. Jede der Rippen 64 überspannt
die Länge
des Deckelbereichs 36 zwischen gegenüberliegenden Bereichen der
inneren Fläche 48.
Die Rippen 64 des ersten Satzes schneiden sich annähernd in
der Mitte des Deckelbereiches 36, wobei sie dort einen
Scheitelpunkt 66 bilden. Ein ringförmiger Kontaktring 68 ist
auf der zweiten Hauptseite 42 angeordnet, um nahe der inneren
Seite 58 des unteren Bereiches 54 zu sein. Ein zweiter
Satz Rippen 70 erstreckt sich über die zweite Seite 42 zwischen
gegenüberliegenden
Bereichen des ringförmigen
Kontaktrings 68. Der Rippen 70 sind so gebogen,
dass sie der Kontur der zweiten Seite 42 folgen und sich
nahe der Mitte des Deckelbereichs 36 schneiden, wobei sie
dort einen Scheitelpunkt 72 bilden. Jede der Rippen 64 und 70 ist
so ausgebildet, dass sie sich unter zentrifugaler Belastung verbiegt,
wobei sie das periphere Element 38 nach außen aufweitet,
wie nachfolgend ausführlicher beschrieben
wird.
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Mit
Bezug auf die 1 und 7 kann der Aufnahmebehälter 22 aus
einem Polymermaterial bestehen, das so gespritzt sein kann, dass
dieser einen röhrenförmigen Teil 74 umfasst,
der sich von einem Halsteil mit Gewinde 76 wegerstreckt
und in einem geschlossenen Fußteil 78 endet.
Der Innendurchmesser des röhrenförmigen Teils 74 ändert sich entlang
seiner Länge,
wobei die innere Seite des röhrenförmigen Teils 74 mit
einer graduellen Verjüngung versehen
wird. Genauer ist der Innendurchmesser des röhrenförmigen Teils 74 in
der Nähe
des Halsbereichs 76 am kleinsten und vergrößert sich
allmählich,
so dass er in der Nähe
des Fußteils 78 am
größten ist.
Dies vereinfacht das Entfernen einer Probe von diesem durch Erleichterung
des Zugangs für
einen Spatel (nicht abgebildet) oder für ein anderes Gerät. Verglichen
mit den verbleibenden Teilen des Aufnahmebehälters 22, ist der
Halsteil 76 durch die graduelle Verjüngung der inneren Fläche mit
einer erhöhten
Wanddicke, und damit Stärke,
versehen. Der Halsteil 76 umfasst eine Vielzahl von Gewindegängen 80 und
definiert eine offene Öffnung 82.
Die Gewindegänge 62 sind
auf der inneren Fläche 58 des unteren
Bereiches 54 angeordnet und so ausgebildet, dass sie in
die Vielzahl von Gewindegängen 80 des
Halsteils 76 eingreifen können. Auf diese weise stehen
die Gewindegänge
des Deckels 34 und des Aufnahmebehälters 22 miteinander
in Eingriff, wobei die zweite Hauptseite 42 an den Halsteil 76 angrenzt, wenn
sie in ihrer Endposition gebracht ist. Um einen flüssigkeits- und luftdichten
Verschluss zwischen dem Deckel 34 und dem Aufnahmebehälter 22 zu
ermöglichen,
wird ein Dichtungsmittel zwischen der zweiten Seite 42 und
dem Halsteil 76 angeordnet. Obwohl jedes Dichtungsmittel.
verwendet werden kann, zum Beispiel ein O-Ring oder ein anderer
Typ eines Elastomers oder Plastomers, wird vorzugsweise, wie genauer
in 6 gezeigt, ein Anschlagelement oder Verschlussstück 84 verwendet.
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Mit
Bezug auf 1 und 6 hat das
Anschlagelement 84 eine erste Hauptseite 86 und
eine der ersten Hauptseite 86 gegenüberliegend angeordnete zweite
Hauptseite 88, sowie eine sich dazwischen erstreckende
periphere Fläche 90.
Ein herabhängender
ringförmiger
Teil 92 erstreckt sich von der zweiten Hauptfläche 88,
weg von der ersten Hauptfläche 86.
Der herabhängende
Teil 92 erstreckt sich von einem Bereich der zweiten Hauptfläche 88 weg, die
von der peripheren Fläche 90 räumlich getrennt ist,
wobei sie einen ringförmigen
Flansch 94 festlegt. Ein ringförmiger Absatz 96 ist
zwischen dem ringförmigen
Flansch 94 und dem herabhängenden Teil 92 vorgesehen,
um eine Dichtung 98 wie einen O-Ring aufzunehmen. Um sicherzustellen,
dass die Dichtung im Anschlagelement 84 gehalten wird,
ist ein ringförmiger
Vorsprung 99 auf dem herabhängenden Teil ausgebildet.
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Mit
Bezug auf die 1, 2, 7 and 8 wird
bei Benutzung der herabhängende
Teil 92 des Anschlagelements 84 in der Öffnung 82 des
Aufnahmebehälters 22 angeordnet
und der Deckel 34 auf den Halsteil 76 geschraubt,
wobei der Aufnahmebehälter 22 in
den Kanister 20 eingepasst ist, so dass die Kegelstumpffläche 50 an
der zylindrischen Wand 26 anliegt. Dazu sind die relativen
Abmessungen des Anschlagelements 84 und des Aufnahmebehälters 22 so
gewählt,
dass der herabhängende
Teil 92 in die Öffnung 82 passt.
Auf diese Weise wird die Dichtung 98 gegen den Halsteil
gedrückt
und der ringförmige Flansch 94 nähert sich
der oberen Kante 100 des Halsteils 76. Um zu ermöglichen,
dass die Dichtung 98 die Form des Absatzes annimmt, während die dazu
notwendige Kraft reduziert wird, umfasst der Halsteil 76 eine
gerundete Dichtungsnut 102. Die gerundete Dichtungsnut 102 ist
in den Halsteil 76 hinein ausgebildet, wobei sie sich von
der oberen Kante 100 wegerstreckt, und zwar weg von der
Vielzahl der Gewindegänge 80.
Die Form der Dichtungsnut 102 bewirkt eine Rollbewegung,
wenn die Dichtung 98 zusammengedrückt wird. Die Rollbewegung
reduziert die Kraft, die notwendig ist, um die Dichtung 98 in
die geeignete Form zu deformieren und zu quetschen, um eine flüssigkeits-
und luftdichte Abdichtung zwischen dem Anschlagelement 84 und
dem Aufnahmebehälter 22 auszubilden.
Um die vorher erwähnte Kompression
zu erleichtern, wird ein ringförmiger Kontaktring 68 des
Deckels 34 so positioniert, dass er an dem ringförmigen Flansch 94 des
Anschlagelements 84 direkt über der Dichtung 98 anliegt.
Der ringförmige
Kontaktring 68 ist so bemaßt, dass er sich in Richtung
Anschlagelement 84 entlang eine größere Strecke erstreckt als
der zweite Satz Rippen 72. Auf diese Weise ist der zweite
Satz Rippen 72 von der ersten Hauptfläche 86 räumlich abgesetzt, wobei
ein Leerraum 106 dazwischen gebildet wird.
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Während sich
der Rotor 12 um seine Drehachse 16 dreht, unterliegt
der Zentrifugenbehälter 10 einer
zentrifugalen Belastung, die in einer Richtung parallel zur Achse 18 darauf
einwirkt. Die Kegelstumpffläche 50 ermöglicht,
dass der Deckel 34 und der Aufnahmebehälter 22 sich als Reaktion
auf die Belastung zum geschlossenen Ende 28 hinbewegt, wobei
die Abdichtung zwischen der Dichtung 54 und der zylindrischen
Wand 26 weiter verengt wird. Um diese Bewegung zu erleichtern,
steht der röhrenförmige Bereich 74 in
gleitendem Eingriff mit der zylindrischen Wand 26, und
der Fußteil 78 ist
vom geschlossenen Ende 28 räumlich abgesetzt angeordnet,
wenn er sich in der Endposition befindet und der Rotor 12 sich
in Ruhestellung befindet. Die flüssigkeits-
und luftdichte Abdichtung, die zwischen der Dichtung 54 und
der zylindrischen Wand 26 gebildet wird, verhindert einen
Austritt einer Probe oder Luft aus dem Kanister 20, falls
der Aufnahmebehälter 22 reißt oder
es der Probe auf andere Weise ermöglicht wird, daraus auszutreten.
Ein weiterer Vorteil, der durch den Deckel 34 ermöglicht wird,
besteht darin, dass die Rippen 64 und 70, die
darauf angeordnet sind, die Kraft als Reaktion auf die zentrifugale
Belastung verstärken.
Genauer sind die Rippen 64 und 70 so ausgebildet,
dass sie unter einer zentrifugalen Belastung nachgeben, was bewirkt,
dass die Scheitelpunkte 66 und 72 sich zur ersten
Hauptfläche 86 hinbewegen.
Die Bewegung der Scheitelpunkte 66 und 72 erweitert
den Umfang des oberen Bereichs 44 und des peripheren Elements 38.
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Die 9 und 10 verdeutlichen
die Ausdehnung des Umfangs des oberen Bereichs 44 und des
peripheren Elements 38. Die statischen Abmessungen des
Deckels 34 werden in 9 gezeigt, während der
Rotor (nicht abgebildet) in Ruhe ist, wobei der Durchmesser des
peripheren Elements 38 als D dargestellt ist und die Höhe des Scheitelpunkts 66 über dem
ringförmigen
Rand 46 als H dargestellt ist. Wie in 10 gezeigt,
verändert
sich die Höhe
des Scheitelpunkts 66 während
der Zentrifugation über dem
ringförmigen
Rand 46 wie oben besprochen als Folge der zentrifugalen
Belastung, so dass ein Abstand h gemessen wird, wobei h < H ist. Die vorher erwähnte Änderung
der Höhe
folgt aus der Biegung der Rippen 64 und 70. Die
Biegung liegt im Bereich von 0.0254 bis 0.114 cm (0.0010 bis .0045
inch), wobei sie von der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors und
der Größe des Rotors
abhängt.
Die vorher erwähnte
Biegung führt
zu einer proportionalen Änderung
des Durchmessers des peripheren Elements. Wie gezeigt, weist der
Durchmesser des peripheren Elements unter Belastung eine Länge d auf,
wobei d > D ist. Dies
verursacht eine Erhöhung
der vom Deckel 34 angelegten Dichtungskraft, die proportional zur
zentrifugalen Belastung ist, der der Deckel 34 unterliegt.
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Wieder
Bezug nehmend auf die 2, 7 und 8 sehen
die ersten und zweiten Sätze
von Rippen 64 und 70 einen ausreichenden Widerstand gegen
die zentrifugale Belastung vor, um einen Leeraum 106 zwischen
dem zweiten Satz Rippen und der erste Hauptseite 86 zu
erhalten. Dies fokussiert die Druckkraft, die von Deckel 34 auf
den Bereich des Anschlagelements 84, der mit dem ringförmigen Ring 68 zusammenfällt, angelegt
wird. Es wurde erkannt, dass die Druckkräfte, die an die Mitte des Anschlagelements 84 angelegt
werden, das Versagen der Abdichtung, die zwischen der Dichtungsnut 102 und
der Dichtung 98 gebildet wird, bewirken. Das Fokussieren
der durch den Deckel 34 aufgebrachten Druckkraft, wie oben
beschrieben, vermeidet dieses Problem.
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Mit
Bezug auf die 1 und 8 umfasst der
Aufnahmebehälter 22 eine
erste Ausrichtmarkierung 108, und der Deckel 34 umfasst
eine zweite Ausrichtmarkierung 110, um eine flüssigkeits-
und luftdichte Abdichtung zwischen der Dichtung 98 und der
Dichtungsnut 102 zu erreichen. Sowohl die erste als auch
die zweite Ausrichtmarkierung 108 und 110 sind
so angeordnet, dass sie nach einer vorherbestimmten Drehbewegung
zwischen Deckel und Aufnahmebehälter
axial eingefluchtet sind. Obwohl die Ausrichtmarkierungen 108 und 110 Markierungen sein
können,
besteht die erste Ausrichtmarkierung 108 im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
aus einer in der röhrenförmigen Wand
ausgebildeten Vertiefung, die sich entlang einer Länge derselben
erstreckt. Bei dieser Ausführung
fungiert die Vertiefung als eine Öffnung, damit Flüssigkeit
sich frei bewegen kann, während
der Aufnahmebehälter
in den Kanister 20 eingesetzt wird oder daraus entfernt
wird. Dies verhindert ein Vakuum oder einen positiven Druck zwischen
dem Kanister 20 und dem Aufnahmebehälter 22 und erleichtert
damit das Koppeln und das Entkoppeln desselben. Die zweite Ausrichtmarkierung 110 ist
typischerweise eine Arretierung.
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Mit
Bezug auf die 1, 11 und 12 werden
zusätzliche
Merkmale vorgesehen, um ein Koppeln und Entkoppeln der verschiedenen
Komponenten des Zentrifugenbehälters
mit zwei Gefäßen 10 zu
erleichtern. Zum Beispiel kann der Deckel 34 einen gebogenen
Griff 112 aufweisen, dessen gegenüberliegende Enden an einer
der Rippen 64 auf gegenüberliegenden
Seiten des Scheitelpunkts 66 befestigt sind. Die entgegengesetzten
Enden können kreisförmige Schleifen 114 mit
einer darin befindlichen Öffnung 116 umfassen.
Eine der Rippen 64 kann Durchgangswege 118 umfassen,
in denen eine der kreisförmigen
Schleifen 114 angeordnet ist. Dies erlaubt, dass der Griff 112 drehbar
am Deckel 34 angebracht ist, was erleichtert, den Griff
neben den Rippen 64 anzuordnen, wenn er nicht in Verwendung
ist, wie in 11 gezeigt. Um den Widerstand,
den der Griff 112 während
einer Zentrifugation erzeugen kann, weiter zu reduzieren, kann ein
Schlitz 120 in jede Rippe ausgebildet sein, um den Griff
aufzunehmen, wenn er angrenzend daran angeordnet ist. Die Schlitze 120 sollten
von ausreichender Tiefe sein, damit der Griff 112 zwischen
dem Scheitelpunkt 66 und dem ringförmigen Ring 46 angeordnet
werden kann. Zusätzlich
kann die Flexibilität
der Rippen 64 und 70, deutlicher gezeigt in den 3 und 4,
durch Erhöhung
der Anzahl oder Vergrößerung der
Schlitze 120, die darin vorhanden sind, gesteigert werden. Wie
in den 6 und 7 gezeigt, kann schließlich das
Anschlagelement 84 eine mittig angeordnete Nabe 122 mit
einer Gewindebohrung 124 umfassen. Dies erlaubt, ein Entfernungsgerät mit Gewinde (nicht
abgebildet) zu verwenden, um das Anschlagelement 84 vom
Aufnahmebehälter 22 zu
lösen.
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Mit
Bezug auf die 7, 13A, 14A und 14B wird
ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt. In 13A wird der Deckel 34 mit einem ringförmigen,
vertieften Kanal (Dichtungsnut) 52 gezeigt, der in der äußeren Fläche 50 des
oberen Randbereichs 44 ausgebildet ist. Ein Lüftungsschlitz 1300 ist
in den Bereich des vertieften Kanals 52 hinein ausgebildet. 14A zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht
dieses Bereichs, wobei sie die Merkmale des erfindungsgemäßen Lüftungsschlitzes 1300 in übertriebenen
Relationen darstellt.
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Den
Kanal 52 kann man sich mit zwei Bereichen vorstellen: der
erste Bereich, der den Teil des Kanals umfasst, der die äußere Fläche des
oberen Bereichs 44 des Deckels umringt; und der zweite
Bereich, der den Teil des Kanals mit dem Lüftungsschlitz 1300 umfasst.
Die Höhenabmessung
h des Kanals ist im ersten Bereich überall im Wesentlichen konstant. Ähnlich ist
die Tiefenabmessung d des Kanals ist im ersten Bereich überall im
Wesentlichen konstant. Im zweiten Bereich hat der Kanal vergrößerte Abmessungen, womit
der Lüftungsschlitz 1300 festgelegt
wird. Der Lüftungsschlitz 1300 hat
eine Höhenabmessung
H, die größer ist
als die Kanalhöhe
h im ersten Bereich und eine Tiefenabmessung D, die größer ist
als die entsprechende Tiefenabmessung des Kanals im ersten Bereich.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
hat der Lüftungsschlitz
eine Tiefe D, die in der Größenordnung
1% bis 5% tiefer ist als die Tiefe des Kanals. 14B zeigt die Einbeziehung eines O-Rings 54,
der in den vertieften Kanal 52 aufgenommen ist. Die 15 und 16 stellen andere
Ansichten dar, wobei sie die Position des Lüftungsschlitzes 1300 relativ
zum vertieften Kanal 52 zeigen.
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Wie
in 13A gezeigt, ist der Lüftungsschlitz 1300 bezüglich der
Rippe 64' ausgerichtet.
Da das Entfernen von Material, um den Lüftungsschlitz 1300 auszubilden,
den Effekt einer Reduzierung der strukturellen Integrität des Deckels
hat, wird die Ausrichtung des Lüftungsschlitzes
an einer Rippe bevorzugt, um einen solchen Effekt zu minimieren.
Aus ähnlichen
Gründen
wird der Lüftungsschlitz
symmetrisch um eine durch die Rippe 64' laufende Achse A angeordnet.
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13B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel
des Lüftungsschlitzes.
Es unterscheidet sich in der Form der Öffnung im Schlitz. Während 13A einen vertikal orientierten länglichen
Lüftungsschlitz
zeigt, kann der Schlitz eine außeraxiale Öffnung aufweisen,
wie in 13B gezeigt ist.
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Wie
mit Bezug auf 17 dargestellt, die eine vergrößerte Ansicht
des in 7 gezeigten Bereiches 1700 ist, kann
die Möglichkeit
eines Flüssigkeitsverlusts
oder der Verlust der atmosphärischen Integrität während der
Zentrifugation zwischen dem Deckel 34 und der Wand 26 des
Kanisters 20 über die
durch die Pfeile markierten Fluidwege auftreten. Der Zweck der O-Ring-Dichtung
besteht darin, solche Verluste zu verhindern. Allerdings kann der
innere Atmosphärendruck
nach einem Zentrifugationsvorgang zwischen dem Zentrifugenbehälter 10 und dem
Kanister 20 sehr viel geringer sein als der äußere Atmosphärendruck,
was das Entfernen des Behälters 10 recht
schwierig macht und oft die Verwendung von Spezialwerkzeugen erfordert.
Der Lüftungsschlitz 1300 vermindert
dieses Problem, indem er es ermöglicht,
die Druckverhältnisse
zwischen der Innenatmosphäre
und der Außenatmosphäre auszugleichen,
nachdem die zentrifugale Belastung entfernt ist. Unter der zentrifugalen
Belastung erlaubt der Lüftungsschlitz
die Ausbildung einer verlässlichen
Kanisterabdichtung.
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Unter
stationären
Bedingungen, wenn keine zentrifugale Belastung vorhanden ist, befindet
sich der O-Ring in seinem entspannten Zustand und schließt den Lüftungsschlitz
nicht ab. Wie aus 14B ersichtlich, ermöglicht dies
(wie durch den Pfeil angedeutet) einen Luftfluss über den
inneren Bereich des Lüftungsschlitzes,
der somit effektiv den O-Ring umgeht. Allerdings unterliegt der
O-Ring während
eines Zentrifugationsvorgangs unter zentrifugaler Belastung einer
Druckbelastung und passt sich der ganzen inneren Fläche, die
den vertieften Kanal 52 umfasst, an. Zusätzlich extrudiert
der Bereich des O-Rings, der am Lüftungsschlitz 1300 angeordnet
ist, in den Lüftungsschlitz
hinein und verschließt
daher den Zwischenraum im Lüftungsschlitz, um
eine vollständige
Abdichtung zwischen dem Behälter 10 und
dem Kanister 20 zu erzeugen. Wenn die Druckkraft durch
Entfernen der zentrifugalen Belastung entfernt wird, zieht sich
der O-Ring zusammen und zieht sich aus dem Lüftungsschlitz 1300 zurück. Dies öffnet den
Zwischenraum im Lüftungsschlitz,
so dass die Lüftung
erfolgen kann. Falls ein Vakuum im Behälter vorhanden ist, zum Beispiel durch
ungenau gefertigte Komponenten oder durch Schaden infolge falschen
Gebrauchs, wird es daher durch die von der Außenatmosphäre durch den Zwischenraum des
Lüftungsschlitzes
und in den Raum zwischen Behälter 10 und
Kanister 20 fließenden
Luft entlastet.
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Vorzugsweise
ist die Form der Öffnung
des Lüftungsschlitzes
eine vertikale längliche Öffnung, wie
in 13A gezeigt. Dies hat den Vorteil, einen minimalen
Einfluss auf die strukturelle Integrität des Deckels zu haben, und
erlaubt immer noch einen effektiven Verschluss des Lüftungsschlitzes
durch den O-Ring während
der Zentrifugation. Abhängig
von den verwendeten Materialien, können allerdings auch andere
Formen ohne übermäßiges Experimentieren
verwendet werden und mit gleicher Effektivität arbeiten, ohne sich von dem
Umfang der vorliegenden Erfindung entfernen zu müssen.