EP0048928B1 - Zentrifuge - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04B—CENTRIFUGES
- B04B5/00—Other centrifuges
- B04B5/04—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
- B04B5/0407—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles
- B04B5/0414—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles comprising test tubes
- B04B5/0421—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles comprising test tubes pivotably mounted
Definitions
- the invention relates to a swivel cup centrifuge, in particular for centrifuging blood, according to the preamble of claim 1.
- the rotor In a known centrifuge in the field of medical technology, the rotor was designed such that the containers for holding the substance to be centrifuged, for example the blood, are rigidly attached at an angle of approximately 45 degrees to the axis of rotation. Depending on the speed of the centrifuge, the surface of the substance to be centrifuged, for example the surface of the blood contained in the centrifuging vessel, takes up different angles to the axis of rotation. When the centrifuge is switched off, a flow process can take place in the upper, liquid part of the blood, namely in the blood plasma, which causes the plasma to mix again with the blood cake in the region of the transition.
- Centrifuges (DE-A-2 109 764) are also known in which containers are rotatably mounted on a rotor, into which the vessel filled with the substance to be centrifuged is inserted. When the rotor is rotating, the containers swivel from a position parallel to the axis of rotation into a position perpendicular to the axis of rotation. Such a rotor can require a considerably higher design effort.
- Several individual parts, such as axles, slide or ball bearings, etc. are required for a centrifuge with a swiveling container for the centrifuging vessels, so that in addition to high production costs, the maintenance effort and the susceptibility to malfunctions can be high.
- the known centrifuge In addition to the vessels with the substance to be centrifuged, the swiveling containers surrounding these vessels, and thus a relatively large mass, must also be rotated during the centrifugation process. Therefore, the known centrifuge must be designed to be very stable in order to be able to withstand the centrifugal forces occurring due to the relatively high mass.
- Generic swivel cup centrifuges (FR-A-2 121 624 and FR-A-1 259 932) are known in which the rotor has a groove which is bent upwards by approximately 90 degrees, in which a centrifuging vessel when the rotor rotates from its rest position in its horizontal centrifugation position slides.
- a centrifuging vessel when the rotor rotates from its rest position in its horizontal centrifugation position slides.
- frictional forces occur between the sliding surfaces, which have to be overcome by the centrifugal force.
- the sliding surfaces on the rotor and the centrifuge tube must be machined very cleanly so that a smooth and smooth sliding movement is possible.
- the present invention has for its object to provide a centrifuge in which the centrifuging vessel has no frictional forces to overcome during its movement and returns safely to the starting position.
- the rotor can be manufactured with a very small mass and small dimensions, as a result of which the load on the rotor bearing is low and one can manage with a low motor output.
- the rolling profile of the rotor can advantageously be designed as a profile surface or as a profile edge.
- the vessel can have a profile surface and the rotor can have a profile edge or vice versa.
- the rolling profile of the rotor must be adapted to the rolling vessel depending on the circumstances, in such a way that it is easy to roll and thus pivot the vessel with respect to the plane of rotation.
- the rolling profile of the rotor is designed as a profile edge.
- the centrifuging vessel advantageously has a flange as a rolling profile. During the swiveling movement, this flange rolls on the rolling profile of the rotor. Since there are usually many vessels that are used with a centrifuge, it is therefore more economical to attach the rolling profile to the rotor and to provide the flange of the vessel with a flat surface that rolls on the rolling profile of the rotor during the pivoting movement. The manufacture of the vessels is therefore extremely simple.
- the flange is advantageously formed in one piece with the centrifuging vessel.
- it is also possible to place a flange on the vessel for the centrifugation process so that normal glasses used in the laboratory, for example test tubes, can be used to centrifuge substances with the centrifuge according to the invention. Round, square or angular vessels can be used.
- At least one opening is provided in the rotor for receiving the centrifuging vessel and the opening has the rolling profiles on the sides running transversely to the direction of rotation.
- the rotor has an annular area with a rotationally symmetrical shape corresponding to the rolling profile, and that several openings are provided in this annular area for receiving the centrifuging vessels.
- openings 2 are provided in a rotor which can be rotated about a rotation axis 5 and in which centrifuging vessels 4 are used.
- a ring region 7 in which the openings 2 are also located, the rotor has a rotationally symmetrical shape corresponding to the rolling profile.
- the openings 2 are arranged diametrically opposite each other in the rotor in order to ensure a uniform, rotationally symmetrical load on the bearings of the rotor.
- Figure 2 is a sectional view taken along the section line I-I shown in Figure 1.
- FIG. 3 shows, on an enlarged scale, that part of the rotor 1 in FIG. 1 to the right of the axis of rotation 5 with the centrifuging vessel 4 inserted in three different positions A, B and C. If the rotor is not rotating, the centrifuging vessel 4 is in position A. , wherein an outer surface area of the centrifuging vessel 4 abuts a surface 6 of the rotor 1. It should be pointed out that the centrifuging vessel 4 can also be held vertically downwards when the rotor is not rotating. The rest position with an angle to the axis of rotation according to FIG. 3 is only due to special design requirements in the present exemplary embodiment.
- centrifuging vessel 4 On the top of the centrifuging vessel 4 there is a flange 32 with a rolling surface 31 protruding from the outer wall.
- the centrifuging vessel 4 moves from position A to position B due to the pivoting movement caused by the centrifuging force, in which the centrifuging vessel 4 is aligned perpendicular to the axis of rotation 5 and can rest against a stop 12 of the rotor 1.
- a vessel cover 33 with a film hinge 34 can be attached over the flange 32.
- the rolling profile 11 of the rotor 1 has a rolling part 13 that runs vertically or is arranged at a slight angle to the axis of rotation 5, which passes over a swivel area 14 into a rolling part 15, which in the present exemplary embodiment lies at an acute angle to the normal to the axis of rotation 5. It should be pointed out again that this rolling part 15 can also be formed perpendicular to the axis of rotation 5, so that the centrifuging vessel 4 is parallel to the axis of rotation 5 in the rest position.
- the rolling surface 31 of the flange 32 of the centrifuging vessel 4 then rolls in the reverse order from the vertical rolling part 13 via the pivoting region 14 (position B of the centrifuging vessel 4) onto the essentially horizontal rolling part 15, so that the centrifuging vessel 4 comes to rest in the original starting position A.
- the rolling profile can be shaped accordingly depending on the circumstances and in adaptation to the centrifuging vessel 4 used.
- the shape of the rolling profile is selected accordingly for the respective case.
- the centrifuging vessel 4 can then be easily removed from the opening 2 in the rotor 1 and its contents are available for further use.
- the pivoting process takes place in a very simple manner, namely only by rolling off the rolling surface 31 of the flange 32 of the centrifuging vessel 4 on the rolling profile 11. No moving or additional parts are required for the pivoting process, so that the construction and maintenance costs are reduced the centrifuge according to the invention is extremely small.
- the rotor 1 in the inventive Centrifuge are made with a very low mass, which means that the load on the rotor bearing is low and you can get by with a low motor power.
- the rolling surface 31 of the flange 32 does not have to be flat, but can be designed in a different rolling form.
Landscapes
- Centrifugal Separators (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft eine Schwenkbecher- Zentrifuge, insbesondere zum Zentrifugieren von Blut, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Bei einer bekannten Zentrifuge auf dem Gebiet der Medizintechnik war der Rotor so ausgebildet, dass die Behälter zur Aufnahme der zu zentrifugierenden Substanz, beispielsweise des Blutes in einem Winkel von etwa 45 Grad zur Rotationsachse starr angebracht sind. Die Oberfläche der zu zentrifugierenden Substanz, beispielsweise die Oberfläche des im Zentrifugiergefäss enthaltenen Blutes, nimmt je nach der Drehzahl der Zentrifuge unterschiedliche Winkel zur Rotationsachse ein. Beim Abschalten der Zentrifuge kann im oberen, flüssigen Teil des Blutes, nämlich im Blutplasma, dadurch ein Strömungsvorgang erfolgen, der bewirkt, dass sich das Plasma im Bereich des Übergangs zum Blutkuchen wieder mit diesem vermischt.
- Es sind auch Zentrifugen (DE-A-2 109 764) bekannt, bei denen an einem Rotor Behälter drehbar gelagert sind, in die das mit der zu zentrifugierenden Substanz gefüllte Gefäss eingesetzt wird. Bei sich drehendem Rotor schwenken die Behälter aus einer zur Drehachse parallelen Lage in eine zur Drehachse senkrechten Lage. Ein solcher Rotor kann einen erheblich höheren konstruktiven Aufwand erfordern. Es sind mehrere Einzelteile, wie Achsen, Gleit- oder Kugellager usw. für eine Zentrifuge mit schwenkbarem Behälter für die Zentrifugiergefässe erforderlich, so dass neben hohen Herstellungskosten auch der Wartungsaufwand und die Anfälligkeit gegen Störungen gross sein kann. Darüber hinaus müssen beim Zentrifugiervorgang neben den Gefässen mit der zu zentrifugierenden Substanz auch die diese Gefässe umschliessenden, schwenkbaren Behälter, und damit eine relativ grosse Masse in Rotation versetzt werden. Daher muss die bekannte Zentrifuge sehr stabil konstruiert sein, um die aufgrund der relativ hohen Masse auftretenden Zentrifugalkräfte aushalten zu können.
- Es sind gattungsgemässe Schwenkbecherzentrifugen (FR-A-2 121 624 und FR-A-1 259 932) bekannt, bei denen der Rotor eine um etwa 90 Grad nach oben abgebogene Hohlkehle aufweist, in der ein Zentrifugiergefäss bei Drehung des Rotors aus seiner Ruhelage in seine horizontale Zentrifugierlage gleitet. Beim Gleiten der Zentrifugiergefässe in der Hohlkehle treten jedoch Reibungskräfte zwischen den Gleitflächen auf, die durch die Zentrifugalkraft überwunden werden müssen. Darüber hinaus müssen die Gleitflächen am Rotor und am Zentrifugengefäss sehr sauber bearbeitet sein, damit eine einwandfreie und gleichmässige Gleitbewegung ermöglicht wird. Dazu ist es auch erforderlich, dass die Toleranzen für die Abmessungen der Hohlkehle insbesondere im Querbereich über den gesamten Längsbereich der Hohlkehle hinweg gering sind, um ein Verkanten und Verhaken des Zentrifugiergefässes zu vermeiden. Bei Untersuchungen mit einer solchen Zentrifuge, die die Anmelderin durchgeführt hat, hat sich nämlich herausgestellt, dass bei einer solchen Zentrifugenart Schwierigkeiten beim Zurückgleiten des Zentrifugengefässes in die Ausgangslage auftreten können, dafür dieses Zurückgleiten keine Zentrifugalkräfte, sondern nur die Schwerkraft verantwortlich sind bzw. ist. Die Zentrifugiergefässe können vor der Endlage in dieser Hohlkehle steckenbleiben, so dass ein einwandfreies Zentrifugierergebnis mit der bekannten Zentrifuge unter Umständen nicht möglich ist.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge zu schaffen, bei der das Zentrifugiergefäss bei seiner Bewegung keine Reibungskräfte zu überwinden hat und sicher in die Ausgangslage zurückkehrt.
- Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
- Aufgrund dieser Merkmale wird eine Gleitbewegung zwischen dem Rotor und dem Zentrifugiergefäss vermieden. Man ist von Reibungskräften unabhängig. Für die Auslenkung des Zentrifugiergefässes kommt es nicht auf die Überwindung der Reibungskräfte an, so dass ein Auslenken bereits bei geringer Zentrifugalkraft möglich ist. Die Zentrifuge selbst kann in ihren Abmessungen kleingehalten werden. Es erfolgt lediglich eine Abroll- bzw. Kippbewegung des Zentrifugengefässes. Das Zentrifugengefäss kehrt dabei sicher und zuverlässig in die Ausgangslage zurück, wenn die Zentrifuge abgeschaltet wird.
- Für den Schwenkvorgang sind keinerlei bewegliche oder zusätzliche Teile erforderlich, so dass der Konstruktions- und Wartungsaufwand bei der erfindungsgemässen Schwenkbecherzentrifuge denkbar gering ist. Darüber hinaus kann der Rotor mit einer sehr geringen Masse und kleinen Abmessungen hergestellt werden, wodurch die Belastung der Rotorlagerung gering ist und man mit einer geringen Motorleistung auskommt.
- Das Abrollprofil des Rotors kann vorteilhaft als Profilfläche oder auch als Profilkante ausgebildet sein. Dabei kann das Gefäss eine Profilfläche und der Rotor eine Profilkante aufweisen oder umgekehrt.
- Das Abrollprofil des Rotors muss je nach den Gegebenheiten an das abrollende Gefäss angepasst sein, derart, dass ein leichtes Abrollen und damit Schwenken des Gefässes bezüglich der Rotationsebene möglich ist.
- Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Abrollprofil des Rotors als Profilkante ausgebildet. Vorteilhaft weist das Zentrifugiergefäss als Abrollprofil einen Flansch auf. Bei der Schwenkbewegung rollt dieser Flansch auf dem Abrollprofil des Rotors ab. Da normalerweise viele Gefässe vorhanden sind, die mit einer Zentrifuge verwendet werden, ist es daher wirtschaftlicher, das Abrollprofil am Rotor anzubringen, und den Flansch des Gefässes mit einer ebenen Fläche zu versehen, die bei der Schwenkbewegung auf dem Abrollprofil des Rotors abrollt. Die Herstellung der Gefässe ist daher denkbar einfach.
- Vorteilhafterweise ist der Flansch mit dem Zentrifugiergefäss einstückig ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, auf das Gefäss einen Flansch für den Zentrifugiervorgang aufzusetzen, so dass normale, im Labor verwendete Gläser, beispielsweise Reagenzgläser zum Zentrifugieren von Substanzen mit der erfindungsgemässen Zentrifuge verwendet werden können. Es können sowohl runde als auch eckige oder quadratische Gefässe verwendet werden.
- Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist im Rotor mindestens ein Durchbruch zur Aufnahme des Zentrifugiergefässes vorgesehen und der Durchbruch weist an der quer zur Rotationsrichtung verlaufenden Seiten die Abrollprofile auf.
- Für die Fertigung des Rotors ist es besonders vorteilhaft, dass der Rotor einen Ringbereich mit einer dem Abrollprofil entsprechenden rotationssymmetrischen Form aufweist und dass in diesem Ringbereich mehrere Durchbrüche zur Aufnahme der Zentrifugiergefässe vorgesehen sind.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 Einen Rotor der erfindungsgemässen Zentrifuge in Aufsicht, ohne eingesetztes Zentrifugiergefäss,
- Fig. 2 den in Figur 1 dargestellten Rotor im Querschnitt und
- Fig. eine teilweise Darstellung des Zentrifugenrotors in Querschnitt, mit dem eingesetzten Zentrifugiergefäss in verschiedenen Schwenklagen.
- Wie Figuren 1 und 2 zeigen, sind in einem um eine Rotationsachse 5 drehbaren Rotor Durchbrüche 2 vorgesehen, in denen Zentrifugiergefässe 4 eingesetzt werden. In einem Ringbereich 7 (vgl. Figur 1), in dem sich auch die Durchbrüche 2 befinden, weist der Rotor eine dem Abrollprofil entsprechende rotationssymmetrische Form auf. Die Durchbrüche 2 sind im Rotor einander jeweils diametral entgegengesetzt angeordnet, um eine gleichmässige, rotationssymmetrische Belastung der Lager des Rotors zu gewährleisten.
- Figur 2 ist eine Schnittdarstellung entlang der in Figur 1 eingezeichneten Schnittlinie I-I.
- Figur 3 zeigt in vergrössertem Massstab den in Figur 1 rechts von der Rotationsachse 5 liegenden Teil des Rotors 1 mit eingesetztem Zentrifugiergefäss 4 in drei verschiedenen Stellungen A, B und C. Wenn sich der Rotor nicht dreht, befindet sich das Zentrifugiergefäss 4 in der Lage A, wobei ein Aussenflächenbereich des Zentrifugiergefässes 4 an einer Fläche 6 des Rotors 1 anliegt. Es sei darauf hingewiesen, dass das Zentrifugiergefäss 4 auch ganz senkrecht nach unten gehalten sein kann, wenn sich der Rotor nicht dreht. Die Ruhelage mit einem Winkel zur Rotationsachse gemäss Figur 3 ist lediglich durch spezielle konstruktive Erfordernisse bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bedingt.
- An der Oberseite des Zentrifugiergefässes 4 befindet sich ein von der Aussenwand abstehender Flansch 32 mit einer Abrollfläche 31. Wenn sich der Rotor dreht, gelangt das Zentrifugiergefäss 4 aufgrund der durch die Zentrifugierkraft verursachte Schwenkbewegung von der Lage A über die Lage B in die Lage C, in der das Zentrifugiergefäss 4 senkrecht zur Rotationsachse 5 ausgerichtet ist und an einem Anschlag 12 des Rotors 1 anliegen kann. Über dem Flansch 32 kann ein Gefässdeckei 33 mit einem Filmscharnier 34 angebracht sein.
- Das Abrollprofil 11 des Rotors 1 weist einen senkrecht verlaufenden oder in einem geringen Winkel zu Rotationsachse 5 angeordneten Abrollteil 13 auf, der über einen Schwenkbereich 14 in einen Abrollteil 15 übergeht, der bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem spitzen Winkel zur Normalen der Rotationsachse 5 liegt. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass dieser Abrollteil 15 auch senkrecht zur Rotationsachse 5 ausgebildet sein kann, so dass das Zentrifugiergefäss 4 in Ruhestellung parallel zur Rotationsachse 5 liegt.
- Im Ruhezustand, d.h. wenn sich der Rotor 1 nicht dreht, liegt ein Teil der Abrollfläche 31 des Flansches 32 des Zentrifugiergefässes 4 am im wesentlichen waagrechten Abrollteil 15 an. Wenn sich der Rotor zu drehen beginnt, rollt die Abrollfläche 31 des Flansches 32 des Zentrifugiergefässes 4 auf dem Abrollprofil 11 ab, indem die Abrollfläche 31 des Flansches 32 des Zentrifugiergefässes 4 über den Schwenkbereich 14 (vgl. die Lage B des Zentrifugiergefässes 4) auf den im wesentlichen senkrechten Abrollteil 13 des Abrollprofils 11 abrollt. Dabei nimmt dann das Zentrifugiergefäss 4 die waagrechte Lage C ein. In dieser Lage ergibt sich dann ein optimaler Zentrifugiervorgang, da die Zentrifugalkraft für den Zentrifugiervorgang optimal ausgenützt wird.
- Beim Ausschalten des Rotormotors bzw. beim Abbremsen der Rotordrehung rollt dann die Abrollfläche 31 des Flansches 32 des Zentrifugiergefässes 4 in umgekehrter Reihenfolge vom senkrechten Abrollteil 13 über den Schwenkbereich 14 (Lage B des Zentrifugiergefässes 4) auf das im wesentlichen waagrechte Abrollteil 15 ab, so dass das Zentrifugiergefäss 4 wieder in der ursprünglichen Ausgangslage A zur Ruhe kommt.
- Das Abrollprofil kann je nach den Gegebenheiten und in Anpassung auf das verwendete Zentrifugiergefäss 4 entsprechend geformt sein. Die Form des Abrollprofils wird dementsprechend für den jeweiligen Fall gewählt.
- Am Ende des Zentrifugiervorgangs kann dann das Zentrifugiergefäss 4 in einfacher Weise aus dem Durchbruch 2 im Rotor 1 herausgenommen werden und steht mit seinem Inhalt für eine weitere Verwendung zur Verfügung.
- Bei der erfindungsgemässen Zentrifuge erfolgt der Schwenkvorgang in denkbar einfacher Weise, nämlich lediglich durch ein Abrollen der Abrollfläche 31 des Flansches 32 des Zentrifugiergefässes 4 auf dem Abrollprofil 11. Für den Schwenkvorgang sind keinerlei bewegliche oder zusätzliche Teile erforderlich, so dass der Konstruktions- und Wartungsaufwand bei der erfindungsgemässen Zentrifuge denkbar gering ist. Darüberhinaus kann der Rotor 1 bei der erfindungsgemässen Zentrifuge mit einer sehr geringen Masse hergestellt werden, wodurch die Belastung der Rotorlagerung gering ist und man mit einer geringen Motorleistung auskommt.
- Die Abrollfläche 31 des Flansches 32 muss nicht eben sein, sondern kann in einer anderen Abrollform ausgeführt werden.
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