EP1295642A1 - Zentrifuge - Google Patents

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EP1295642A1
EP1295642A1 EP02014477A EP02014477A EP1295642A1 EP 1295642 A1 EP1295642 A1 EP 1295642A1 EP 02014477 A EP02014477 A EP 02014477A EP 02014477 A EP02014477 A EP 02014477A EP 1295642 A1 EP1295642 A1 EP 1295642A1
Authority
EP
European Patent Office
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line
guide element
separation unit
contact surface
centrifuge
Prior art date
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EP02014477A
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English (en)
French (fr)
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EP1295642B1 (de
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Friedrich Witthaus
Wolfram Weber
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Fresenius Hemocare GmbH
Original Assignee
Fresenius Hemocare GmbH
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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
    • B04B5/0442—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation
    • 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
    • B04B5/0442—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation
    • B04B2005/0492—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation with fluid conveying umbilicus between stationary and rotary centrifuge parts

Definitions

  • the invention relates to a centrifuge, in particular a gleitdichtungsschreib Centrifugal centrifuge for centrifuging biological fluids.
  • Centrifuges are known in which the biological fluid flows through is centrifuged. Via a line, the fluid is a rotating Centrifuge chamber supplied or discharged from the chamber. Because of the Relative movement of the centrifuge chamber and fixed connection point of the However, the wiring proves to be problematic. To one To avoid twisting the pipe, see conventional Centrifuges at the connection points rotating seals Use. Although such flow centrifuges allow a high speed, however, the rotary joints can cause leaks and injuries lead of components contained in the fluid.
  • a non-slip blood centrifuge is known from DE 32 42 541 A1.
  • the Line is at the non-slip centrifuge of a stationary Connection point in a loop around the centrifuge chamber led around.
  • the line is connected to a rotating frame, opposite to the Centrifuge chamber rotated at half speed.
  • Such Flow centrifuge is also known for example from DE 42 20 232 A1.
  • the line In the case of non-slip centrifugal flowmeters, the line is relatively large exposed to mechanical stresses that increase with increasing speed increase. Under the influence of the centrifugal forces the line forms one after externally sweeping loop, which at the fixed connection point and the Connection to the separation chamber high alternating bending loads occur. The steep entry and exit angle at the connection points leads to a additional friction between the Ranadaptem and the line, what in turn has an increased abrasion result.
  • the alternating bending load and Abrasion are the factors that affect the life of the pipe or the maximum Limit the speed of the centrifuge.
  • WO 95/17261 A1 describes a flow-through centrifuge whose Centrifuge tube is supported by a roller bearing, which on the Revolving frame is attached.
  • the roller bearing which is made of the inner and outer Bearing shell with the rolling elements, is part of the line.
  • a non-lubricated flow centrifuge that over a bearing for supporting the fluid line has, is also known from DE 198 03 535 A1 known.
  • US-A-4 221 322 describes a flow-through centrifuge whose fluid conduit is itself supported on a rotationally symmetrical contact surface, which is a section which is formed by a rotating circular arc.
  • US-A-4,111, 356 proposes a guide member for supporting the fluid line, the also has a rotationally symmetrical contact surface.
  • the invention is based on the object, a particularly simple and To create inexpensive to produce centrifuge whose line for feeding and / or removal of the fluid is sufficiently supported on the one hand and on the other hand exposed to relatively low mechanical stresses is, so that high speeds are possible, the production of the line is particularly easy and inexpensive.
  • the quotient of the respective radius of curvature R2 and the respective Distance R1 between the touch point and the axis of rotation should be over the course of the contact surface of the guide element descriptive curve be as constant as possible.
  • the constant a R2 / R1 becomes strong of the used materials and the geometric boundary conditions. In particular, the bending stiffness of the line is important. It has shown that the service life can be increased in particular if 1 ⁇ a ⁇ 2 is.
  • the guide element is a sleeve-shaped body enclosing the conduit.
  • Both the guide element as well as the line are preferably made of abrasion resistant materials without Lubricants can easily slide on each other.
  • the contact surface of the guide element closes at a particular preferred embodiment of a cylindrical guide section, the diameter of which is preferably such that the conduit is loose therein is guided.
  • the cylindrical guide portion serves to guide a straight Section of the line, while the contact surface of the support of a adjoining bent line section serves.
  • the centrifuge preferably has two for supporting the conduit Guide elements on.
  • the first guide element is on the side of the Separation provided, which faces away from the fixed connection point.
  • This guide element is made up of the separation unit extending line in a loop around the separation unit to the stationary Led connection, wherein the line with a first section at the Supported surface of the guide element.
  • the second guide element which is provided at the fixed connection point, supports with its contact surface a second section of the Separation unit guided line.
  • each Guide element may also be two of the contact surfaces of the invention have to support the line can.
  • the flow centrifuge has a rotating frame 1 with a lower 1a and an upper support plate 1b and two side parts 1c, 1d.
  • the rotating frame 1 is rotatably mounted on a stationary frame 2 about a vertical axis 3 and is driven by a drive unit, not shown in Fig. 1 at a rotational speed n 1 .
  • a separation unit 4 in the form of a cylindrical chamber is rotatably supported about the rotation axis of the revolving frame 1.
  • the separation unit 4 can also be attached to the underside of the support plate 1b.
  • a flexible Line 6 in which one or more hoses for supplying and discharging the Blood or the blood components in the separation unit 4 or from her are summarized, led around the separation unit 4 and at her Bottom connected. Twisting of the line is thereby avoided that the line 6 at half the speed as the separation unit 4 to this is led around.
  • the line 6 is part of a disposables, in addition to the separation unit 4 still bags for collecting the separated by the centrifugation Blood components includes.
  • the disposable is inserted into the centrifuge and discarded after use.
  • Such hose assemblies belong to State of the art, so that there is no need for further explanation here.
  • a several collecting bag comprehensive Disposable is for example in the DE 28 45 364 A1 and DE 28 45 399 A1, to which expressly here Reference is made.
  • a first is at the bottom of the separation unit Guide element 7 is provided, which has a first portion 6 a of the line. 6 supported.
  • a second guide element 8 is provided at the fixed connection point 5 . Both Guide elements 7, 8 have an identical structure.
  • the line with another Not shown guide element or bearing be attached.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of one of the two guide elements 7, 8 of FIG Referring to Figure 1 described centrifuge in a sectional view.
  • the guide element 7, 8 is a sleeve-shaped body, in particular made of ABS plastic. It has a rotationally symmetrical contact surface 10 for support a bent portion 11 of the conduit 6, at which a cylindrical Guide surface 12 for guiding a straight portion 13 of the line. 6 followed.
  • the cylindrical guide surface 12 has a diameter which is slightly larger than the outer diameter of the conduit 6, so that the Line in the guide element is guided loose.
  • the rotationally symmetrical contact surface 10 of the guide element 7, 8 is of a plane curve 15 rotating about the longitudinal axis 14 of the guide element formed, whose course is shown only schematically in Figure 2.
  • the Longitudinal axis 14 of the guide element lies on the axis of rotation A of the Centrifuge.
  • the abrasion A is proportional to the relative velocity V of the two rubbing surfaces and their surface pressure P.
  • the relative speed is not constant, but proportional to the radial distance R1 to the central axis of rotation A of the centrifuge. V ⁇ R1
  • Figure 3 shows the exact course of the contact surface descriptive curve. It Let it be assumed that the central axis of rotation A of the centrifuge through the Origin of the Cartesian coordinate system runs (y-axis).
  • the radius R2 of the respective circle of curvature, the curve in one point touches, increases with increasing distance R1 between the touch point and the central axis of rotation.
  • the circle of curvature that touches the curve at the point P i has the radius of curvature R 2i .
  • the circle of curvature touching the curve at point P i + 1 has the radius R 2i + 1 .
  • the contact point P i + 1 has a greater distance to the y-axis than the contact point P i . Consequently, the radius of curvature at point P i + 1 must be greater than the radius of curvature at point P i , which can be seen in FIG.
  • the centers of the circles of curvature are designated M i in FIG.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)

Abstract

Eine Zentrifuge weist einen Drehrahmen 1, der an einem Gestell 2 drehbar gelagert ist, und eine an dem Gestell gelagerte Separationseinheit 4 auf, die mit doppelter Drehzahl im gleichen Drehsinn wie der Drehrahmen um eine zentrale Rotationsachse A drehbar ist. An der Separationseinheit 4 ist eine Leitung 6 zum Zuführen und/oder Abführen eines Fluids angeschlossen, die in einer Schleife um die Separationseinheit zu einer ortsfesten Anschlussstelle 5 geführt ist. Zur Abstützung der Leitung ist mindestens ein Führungselement 7, 8 vorgesehen, das eine Anlagefläche 10 für die Leitung aufweist. Die Anlagefläche des Führungselements wird von einer rotierenden ebenen Kurve gebildet, wobei der Radius R2 des jeweiligen Krümmungskreises, der die Kurve in einem Punkt berührt, mit zunehmendem Abstand R1 zwischen dem Berührungspunkt und der zentralen Rotationsachse A zunimmt. Mit dieser Kontur ist der Abrieb über die gesamte Berührungsfläche weitgehend gleichmäßig, so dass die Standzeit verlängert wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere eine gleitdichtungsfreie Durchflusszentrifuge zum Zentrifugieren biologischer Fluide.
Es sind Zentrifugen bekannt, bei denen das biologische Fluid im Durchfluss zentrifugiert wird. Über eine Leitung wird das Fluid einer rotierenden Zentrifugenkammer zugeführt bzw. aus der Kammer abgeführt. Wegen der Relativbewegung von Zentrifugenkammer und ortsfester Anschlussstelle der Leitung erweist sich jedoch die Leitungsführung als problematisch. Um ein Verdrillen der Leitung zu vermeiden, finden bei herkömmlichen Durchflusszentrifugen an den Anschlussstellen rotierende Dichtungen Verwendung. Derartige Durchflusszentrifugen erlauben zwar eine hohe Drehzahl, allerdings können die Drehkupplungen zu Undichtigkeiten und zu Verletzungen von in dem Fluid enthaltenen Komponenten führen.
Eine gleitdichtungsfreie Blutzentrifuge ist aus der DE 32 42 541 A1 bekannt. Die Leitung wird bei der gleitdichtungsfreien Zentrifuge von einer ortsfesten Anschlussstelle in einer Schleife um die Zentrifugenkammer herumgeführt. Hierzu ist die Leitung mit einem Drehrahmen verbunden, der gegenüber der Zentrifugenkammer mit halber Drehzahl rotiert. Eine derartige Durchflusszentrifuge ist beispielsweise auch aus der DE 42 20 232 A1 bekannt.
Bei den gleitdichtungsfreien Durchflusszentrifugen ist die Leitung relativ großen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, die mit zunehmender Drehzahl stark ansteigen. Unter dem Einfluss der Zentrifugalkräfte bildet die Leitung eine nach außen ausladende Schleife, wodurch an der ortsfesten Anschlussstelle und dem Anschluss an die Separationskammer hohe Wechselbiegebelastungen auftreten. Der steile Eintritts- und Austrittswinkel an den Anschlussstellen führt zu einer zusätzlichen Reibung zwischen den Anschlussadaptem und der Leitung, was wiederum einen erhöhten Abrieb zur Folge hat. Die Wechselbiegebelastung und der Abrieb sind die Faktoren, die die Lebensdauer der Leitung bzw. die maximale Drehzahl der Zentrifuge beschränken.
Es sind gleitdichtungsfreie Durchflusszentrifugen bekannt, bei denen zur Abstützung der Leitung Lager Verwendung finden. Die EP 0 112 990 A1 beschreibt eine Durchflusszentrifuge, deren Zentrifugenschlauch zwischen der ortsfesten Anschlussstelle und dem Anschluss der Separationskammer mit zwei Gleitlagern abgestützt ist. Die Gleitlager, die aus einer inneren und äußeren Lagerschale bestehen, sind Bestandteile des Zentrifugenschlauches. Als Einmalartikel sind die Gleitlager zwar einfach und preiswert herzustellen, haben jedoch relativ große Reibungsverluste, insbesondere bei hohen Drehzahlen.
Die WO 95/17261 A1 beschreibt eine Durchflusszentrifuge, deren Zentrifugenschlauch mit einem Rollenlager abgestützt ist, das an dem Drehrahmen befestigt ist. Das Rollenlager, das aus der inneren und äußeren Lagerschale mit den Wälzkörpern besteht, ist Bestandteil der Leitung. Zwar bietet das Rollenlager den Vorteil einer geringen Lagerreibung, allerdings ist die Herstellung aufwendig und damit der Preis relativ hoch. Dies ist insofern von Bedeutung, als die Zentrifugenleitung ein Einmalartikel ist, der nach dem Gebrauch verworfen wird. Eine gleitdichtungsfreie Durchflusszentrifuge, die über ein Lager zur Abstützung der Fluidleitung verfügt, ist auch aus der DE 198 03 535 A1 bekannt.
Die US-A-4 221 322 beschreibt eine Durchflusszentrifuge, deren Fluidleitung sich an einer rotationssymmetrischen Anlagefläche abstützt, die einen Abschnitt aufweist, der von einem rotierenden Kreisbogen gebildet wird. Die US-A- 4 111, 356 schlägt ein Führungselement zum Abstützen der Fluidleitung vor, das ebenfalls eine rotationssymmetrische Anlagefläche aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache und kostengünstig herzustellende Zentrifuge zu schaffen, deren Leitung zum Zuführen und/oder Abführen des Fluids einerseits ausreichend abgestützt wird und andererseits verhältnismäßig geringen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, so dass hohe Drehzahlen möglich sind, wobei die Herstellung der Leitung besonders einfach und kostengünstig ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Anlagefläche des Führungselements, an der sich die Leitung der erfindungsgemäßen Zentrifuge abstützt, wird von einer rotierenden ebenen Kurve gebildet, wobei der Radius des jeweiligen Krümmungskreises, der die Kurve in einem Punkt berührt, mit zunehmendem Abstand zwischen dem Berührungspunkt und der zentralen Rotationsachse der Zentrifuge zunimmt. Dadurch wird erreicht, dass der Abrieb des Führungselementes und der Leitung über die gesamte Anlagefläche weitgehend gleichmäßig ist. Es hat sich gezeigt, dass bei gleichmäßigem Abrieb die Standzeit der Leitung verbessert ist.
Der Quotient aus dem jeweiligen Krümmungsradius R2 und dem jeweiligen Abstand R1 zwischen dem Berührungspunkt und der Rotationsachse sollte über den Verlauf der die Anlagefläche des Führungselementes beschreibenden Kurve möglichst konstant sein. Die Konstante a = R2/R1 wird stark von den verwendeten Materialien und den geometrischen Randbedingungen beeinflusst. Insbesondere ist die Biegesteifigkeit der Leitung von Bedeutung. Es hat sich gezeigt, dass die Standzeit insbesondere dann erhöht werden kann, wenn 1 ≤ a ≤ 2 ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Führungselement ein hülsenförmiger Körper, der die Leitung umschließt. Sowohl das Führungselement als auch die Leitung bestehen vorzugsweise aus abriebfesten Materialien, die ohne Schmiermittel leicht aufeinander gleiten können.
Die Anlagefläche des Führungselements schließt sich bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform an einen zylindrischen Führungsabschnitt an, dessen Durchmesser vorzugsweise derart bemessen ist, dass die Leitung darin lose geführt ist. Der zylindrische Führungsabschnitt dient der Führung eines geraden Abschnitts der Leitung, während die Anlagefläche der Abstützung eines sich daran anschließenden gebogenen Leitungsabschnitts dient.
Die Zentrifuge weist zur Abstützung der Leitung vorzugsweise zwei Führungselemente auf. Das erste Führungselement ist an der Seite der Separationseinheit vorgesehen, die der ortsfesten Anschlussstelle abgewandt ist. Mit diesem Führungselement wird die sich aus der Separationseinheit erstreckende Leitung in einer Schleife um die Separationseinheit zu der ortsfesten Anschlussstelle geführt, wobei sich die Leitung mit einem ersten Abschnitt an der Anlagefläche des Führungselements abstützt.
Das zweite Führungselement, das an der ortsfesten Anschlussstelle vorgesehen ist, stützt mit seiner Anlagefläche einen zweiten Abschnitt der um die Separationseinheit geführten Leitung ab.
Mit den erfindungsgemäßen Anlageflächen der beiden Führungselemente wird die Leitung so abgestützt, dass sie verhältnismäßig geringen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, so dass hohe Drehzahlen bei langen Standzeiten möglich sind. Prinzipiell kann aber auch nur das eine oder andere Führungselement über die erfindungsgemäße Anlagefläche verfügen.
In Abhängigkeit von der Form der Schleife, in der die Leitung geführt werden soll, können auch weitere Führungselemente vorgesehen sein. Jedes Führungselement kann auch zwei der erfindungsgemäßen Anlageflächen aufweisen, um die Leitung abstützen zu können.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
  • Figur 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer gleitdichtungsfreien Durchflusszentrifuge zum Zentrifugieren von biologischen Fluiden, insbesondere Blut,
  • Figur 2 eine Prinzipskizze eines der beiden Führungselemente der Zentrifuge von Figur 1 in vergrößerter Darstellung zusammen mit einem Abschnitt der Zentrifugenleitung,
  • Figur 3 die Kontur der Anlagefläche des Führungselements von Figur 2 und
  • Figur 4 weitere Ausführungsbeispiele verschiedener Konturen der Anlagefläche des Führungslementes von Figur 2.
    • Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer gleitdichtungsfreien Durchflusszentrifuge zum Zentrifugieren eines biologischen Fluids, insbesondere Blut, die in ihrem Aufbau und in ihrer Funktion der Zentrifuge entspricht, die in der DE 32 42 541 A1 beschrieben ist. Die Durchflusszentrifuge weist einen Drehrahmen 1 mit einer unteren 1a und einer oberen Tragplatte 1b sowie zwei Seitenteilen 1c, 1d auf. Der Drehrahmen 1 ist an einem ortsfesten Gestell 2 um eine vertikale Achse 3 drehbar gelagert und wird von einer in Fig. 1 nicht dargestellten Antriebseinheit mit einer Drehzahl n1 angetrieben. An der oberen Tragplatte 1b des Drehrahmens 1 ist um die Rotationsachse des Drehrahmens 1 drehbar eine Separationseinheit 4 in Form einer zylindrischen Kammer gelagert. Die Separationseinheit 4 wird mit einer nicht dargestellten Antriebseinheit in der gleichen Drehrichtung wie der Drehrahmen 1 aber mit doppelter Drehzahl n2 = 2n1 angetrieben. Die Separationseinheit 4 kann auch an der Unterseite der Tragplatte 1b befestigt sein.
    Die zentrale Rotationsachse, um die sowohl die Separationseinheit 4 als auch der Drehrahmen 1 rotieren, ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen A versehen.
    Von einer ortsfesten Anschlussstelle 5 des Zentrifugengestells ist eine flexible Leitung 6, in der ein oder mehrere Schläuche zum Zuführen und Abführen des Blutes bzw. der Blutbestandteile in die Separationseinheit 4 bzw. aus ihr zusammengefasst sind, um die Separationseinheit 4 herumgeführt und an ihrer Unterseite angeschlossen. Ein Verdrillen der Leitung wird dadurch vermieden, dass die Leitung 6 mit der halben Drehzahl wie die Separationseinheit 4 um diese herumgeführt wird.
    Die Leitung 6 ist Bestandteil eines Disposables, das neben der Separationseinheit 4 noch Beutel zum Sammeln der durch die Zentrifugation separierten Blutkomponenten umfasst. Das Disposable wird in die Zentrifuge eingelegt und nach dem Gebrauch verworfen. Derartige Schlauchanordnungen gehören zum Stand der Technik, so dass sich hier eine weitere Erläuterung erübrigt. Eine mehrere Sammelbeutel umfassendes Disposable ist beispielsweise in der DE 28 45 364 A1 und DE 28 45 399 A1 beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
    Um die mechanische Beanspruchung der Leitung 6 in Folge der Zentrifugalkräfte zu verringern, ist diese sowohl an der ortsfesten Anschlussstelle 5 als auch an der Seite der Separationseinheit 4 abgestützt, die der ortsfesten Anschlussstelle 5 abgewandt ist. Hierzu ist an der Unterseite der Separationseinheit ein erstes Führungselement 7 vorgesehen, das einen ersten Abschnitt 6a der Leitung 6 abstützt. An der ortsfesten Anschlussstelle 5 ist zur Abstützung eines zweiten Leitungsabschnitts 6b ein zweites Führungselement 8 vorgesehen. Beide Führungselemente 7, 8 haben einen identischen Aufbau. An einem seitlichen Arm 9 an der oberen Tragplatte 1b des Rahmens kann die Leitung mit einem weiteren nicht dargestellten Führungselement oder Lager befestigt sein.
    Figur 2 zeigt eine Prinzipskizze eines der beiden Führungselemente 7, 8 der in Bezugnahme auf Figur 1 beschriebenen Zentrifuge in geschnittener Darstellung.
    Das Führungselement 7, 8 ist ein hülsenförmiger Körper, insbesondere aus ABS-Kunststoff. Es weist eine rotationssymmetrische Anlagefläche 10 zur Abstützung eines gebogenen Abschnitts 11 der Leitung 6 auf, an der sich eine zylindrische Führungsfläche 12 zur Führung eines geraden Abschnitts 13 der Leitung 6 anschließt. Die zylindrische Führungsfläche 12 hat einen Durchmesser, der geringfügig größer als der Außendurchmesser der Leitung 6 ist, so dass die Leitung in dem Führungselement lose geführt ist.
    Die rotationssymmetrische Anlagefläche 10 des Führungselements 7, 8 wird von einer um die Längsachse 14 des Führungselements rotierenden ebene Kurve 15 gebildet, deren Verlauf in Figur 2 nur andeutungsweise dargestellt ist. Die Längsachse 14 des Führungselements liegt auf der Rotationsachse A der Zentrifuge.
    Nachfolgend wird der theoretische Hintergrund für den Abrieb von Leitung 6 und Führungselement 7, 8 sowie der genaue Verlauf der Kontur der Anlagefläche beschrieben, mit der sich der Abrieb minimieren und die Standzeit sowohl der Leitung als auch des Führungselements verlängern läßt.
    Näherungsweise kann der Abrieb zweier aufeinander reibender Flächen durch folgende Formel beschrieben werden: A ∼ V*P
    Der Abrieb A ist proportional der relativen Geschwindigkeit V der beiden miteinander reibenden Flächen und deren Flächenpressung P.
    Im Fall der Schlauchanbindung ist die relative Geschwindigkeit nicht konstant, sondern proportional vom radialen Abstand R1 zur zentralen Rotationachse A der Zentrifuge. V ∼ R1
    Die Flächenpressung ist abhängig von Kräften, die zum einen durch die Biegung der Leitung und zum anderen durch Zugkraft aufgrund der Zentrifugation verursacht werden. P = P1 + P2
    P1 nimmt gemäß den Gesetzen des Biegebalkens proportional mit kleiner werdendem Biegeradius R2 zu, und P2 steigt gemäß den Gesetzen Seilumschlingung ebenfalls proportional mit abnehmendem Biegeradius R2 an. Somit gilt für die Gesamtflächenpressung P: P ∼ 1/R2
    Für den Abrieb folgt daraus die Beziehung A ∼ R1/R2
    Die Kontur der Anlagefläche 10 des Führungselements 7, 8 sollte derart beschaffen sein, dass der Abrieb über die gesamte Anlagefläche möglichst unverändert bleibt. Daraus folgt, dass der Quotient der beiden Radien R1 und R2 über den Verlauf der die Anlagefläche beschreibenden Kurve 15 möglichst konstant ist. R2/R1 = a
    Figur 3 zeigt den genauen Verlauf der die Anlagefläche beschreibenden Kurve. Es sei angenommen, dass die zentrale Rotationsachse A der Zentrifuge durch den Ursprung des kartesischen Koordinatensystems verläuft (y-Achse).
    Der Verlauf der Kurve wird durch die folgenden Gleichungen beschrieben: (1)   x (i+1) = R1(i+1) = R1i + R1i * a * (cos αi - cos (αi + Δα)) (2)   Y(i+1) = Yi + R1i * a * (-sin αi + sin (αi + Δα)) (3)   Δα = Δαi = konst. (4)   αi = i * Δα
    Der Radius R2 des jeweiligen Krümmungskreises, der die Kurve in einem Punkt berührt, nimmt mit zunehmendem Abstand R1 zwischen dem Berührungspunkt und der zentralen Rotationsachse zu.
    Beispielsweise hat der Krümmungskreis, der die Kurve in dem Punkt Pi berührt, den Krümmungsradius R2i. Der Abstand zwischen dem Berührungspunkt Pi und der zentralen Rotationsachse A (y-Achse) ist R1i = xi. Der Krümmungskreis, der die Kurve im Punkt Pi+1 berührt, hat den Radius R2i+1. Der Abstand zwischen dem Berührungspunkt Pi+1 und der Rotationsachse A (y-Achse) ist R1i+1 = xi+1. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, hat der Berührungspunkt Pi+1 einen größeren Abstand zu der y-Achse als der Berührungspunkt Pi. Folglich muß der Krümmungsradius am Punkt Pi+1 größer als der Krümmungsradius am Punkt Pi sein, was aus Figur 3 ersichtlich ist. Die Mittelpunkte der Krümmungskreise sind in Figur 3 mit Mi bezeichnet.
    Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass lange Standzeiten insbesondere dann erreicht werden können, wenn 1 ≤ a ≤ 2 ist. Figur 4 zeigt die Kontur der Anlagefläche für a = 1, a = 1,6 und a = 2. Die Kontur sollte zwischen den Grenzen a = 1 und a = 2 verlaufen.
    Bei einer Konstante a = 1,6 ist der Abrieb weitgehend gleichmäßig über die gesamte Berührungsfläche verteilt. Bei einer Zentrifuge, die mit einer Drehzahl von 4.000 1/min drehte, konnte mit einer derartigen Kontur die Standzeit auf ca 9 Stunden erhöht werden. Die die Anlagefläche beschreibende Kurve kann auch mit einer Ellipse approximiert werden.

    Claims (8)

    1. Zentrifuge mit einem Drehrahmen (1), der an einem Gestell (2) drehbar gelagert ist, einer an dem Gestell gelagerten Separationseinheit (4), die mit doppelter Drehzahl in gleichem Drehsinn wie der Drehrahmen um eine zentrale Rotationsachse (A) drehbar ist, einer an der Separationseinheit angeschlossenen Leitung (6) zum Zuführen und/oder Abführen mindestens eines Fluids, die in einer Schleife um die Separationseinheit zu einer ortsfesten Anschlussstelle (5) geführt ist, und mindestens einem Führungselement (7, 8), das eine Anlagefläche (10) für die Leitung aufweist, an der sich die Leitung abstützt, wobei die Anlagefläche des Führungselements von einer rotierenden ebenen Kurve (15) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius R2 des jeweiligen Krümmungskreises, der die Kurve in einem Punkt (P) berührt, mit zunehmendem Abstand R1 zwischen dem Berührungspunkt und der zentralen Rotationsachse (A) zunimmt.
    2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quotienten (R1/R2) aus dem Krümmungsradius R2 und dem Abstand R1 zwischen dem Berührungspunkt (P) und der zentralen Rotationsachse (A) eine Konstante a sind.
    3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Konstante a 1 ≤ a ≤ 2 gilt.
    4. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (7, 8) ein hülsenförmiger Körper ist.
    5. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anlagefläche (10) des Führungselements (7, 8) an eine zylindrische Führungsfläche (12) anschließt.
    6. Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der zylindrischen Führungsfläche (12) derart bemessen ist, dass die Leitung (6) in dem Führungselement (7, 8) lose geführt ist.
    7. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Führungselement (7) an der Seite der Separationseinheit (4) vorgesehen ist, die der ortsfesten Anschlussstelle (5) abgewandt ist, wobei die Leitung (6) mit einem ersten Abschnitt (6a) an der Anlagefläche (10) des ersten Führungselements abstützend um die Separationseinheit geführt ist.
    8. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Führungselement (8) an der ortsfesten Anschlussstelle (5) vorgesehen ist, wobei die Leitung (6) mit einem zweiten Abschnitt (6b) an der Anlagefläche (10) des zweiten Führungselements (8) abstützend um die Separationseinheit (4) geführt ist.
    EP02014477A 2001-08-31 2002-06-29 Zentrifuge Expired - Lifetime EP1295642B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE10142744A DE10142744C1 (de) 2001-08-31 2001-08-31 Zentrifuge
    DE10142744 2001-08-31

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP1295642A1 true EP1295642A1 (de) 2003-03-26
    EP1295642B1 EP1295642B1 (de) 2005-08-24

    Family

    ID=7697293

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP02014477A Expired - Lifetime EP1295642B1 (de) 2001-08-31 2002-06-29 Zentrifuge

    Country Status (6)

    Country Link
    US (1) US6716154B2 (de)
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