EP1295642A1 - Centrifuge - 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
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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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German (de)
French (fr)
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EP1295642B1 (en
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Friedrich Witthaus
Wolfram Weber
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Fresenius Hemocare GmbH
Original Assignee
Fresenius Hemocare GmbH
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Publication date
Application filed by Fresenius Hemocare GmbH filed Critical Fresenius Hemocare GmbH
Publication of EP1295642A1 publication Critical patent/EP1295642A1/en
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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
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    • 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>A centrifuge has a rotating frame 1, which is rotatably mounted on a frame 2, and a mounted on the frame separation unit 4, which is rotatable at twice the speed in the same direction as the rotating frame about a central axis of rotation A. At the separation unit 4, a line 6 for supplying and / or discharging a fluid is connected, which is guided in a loop around the separation unit to a stationary connection point 5. To support the line at least one guide element 7, 8 is provided which has a contact surface 10 for the line. The contact surface of the guide element is formed by a rotating plane curve, wherein the radius R2 of the respective circle of curvature, which touches the curve at a point increases with increasing distance R1 between the point of contact and the central axis of rotation A. With this contour, the abrasion over the entire contact surface is largely uniform, so that the service life is extended. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere eine gleitdichtungsfreie Durchflusszentrifuge zum Zentrifugieren biologischer Fluide.The invention relates to a centrifuge, in particular a gleitdichtungsfreie Centrifugal centrifuge for centrifuging biological fluids.

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.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.

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.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. For this purpose, 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.

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.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 Anschlussadaptem 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.

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.There are known non-skid flow centrifuges, in which Support the line bearing use find. EP 0 112 990 A1 describes a flow centrifuge whose centrifuge tube between the fixed connection point and the connection of the separation chamber with two Plain bearings is supported. The plain bearing, which consists of an inner and outer Bearing shell are components of the centrifuge tube. When Disposable articles are the plain bearings though easy and inexpensive to manufacture However, relatively large friction losses, especially at high speeds.

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.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. Although offers the roller bearing the advantage of a low bearing friction, however, is the Production consuming and thus the price relatively high. This is so far from Meaning, as the centrifuge line is a disposable article, which after the Use is discarded. 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.

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. 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.

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.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.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The solution of this object is achieved with the specified in claim 1 Features. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

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.The contact surface of the guide element, at which the line of The centrifuge according to the invention is supported by a rotating plane curve formed, wherein the radius of the respective circle of curvature, the curve in touches a point as the distance between the touch point increases and the central axis of rotation of the centrifuge increases. This will achieve that the abrasion of the guide element and the pipe over the entire Investment surface is largely uniform. It has been shown that at uniform wear the service life of the line is improved.

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.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.

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.In a preferred embodiment, 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.

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.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.

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.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. With 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.

Das zweite Führungselement, das an der ortsfesten Anschlussstelle vorgesehen ist, stützt mit seiner Anlagefläche einen zweiten Abschnitt der um die Separationseinheit geführten Leitung ab.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.

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.With the contact surfaces of the invention of the two guide elements is the Conduction supported so that they have relatively low mechanical Stress is exposed, allowing high speeds with long service lives possible are. In principle, however, only one or the other Guide element have the contact surface according to the invention.

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.Depending on the shape of the loop in which the line is routed should, other guide elements can be provided. each Guide element may also be two of the contact surfaces of the invention have to support the line can.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.In the following, an embodiment of the invention with reference to the Drawings explained in more detail.

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.
    • Show it:
  • 1 is a greatly simplified schematic representation of an embodiment of a non-slip flow centrifuge for centrifuging biological fluids, in particular blood,
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of one of the two guide elements of the centrifuge of FIG. 1 in an enlarged view, together with a section of the centrifuge line,
  • Figure 3 shows the contour of the contact surface of the guide element of Figure 2 and
  • FIG. 4 shows further exemplary embodiments of different contours of the contact surface of the guide element of FIG. 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.1 shows a schematic diagram of a non-slip centrifugal flow centrifuge for centrifuging a biological fluid, in particular blood, which corresponds in its construction and in its function to the centrifuge described in DE 32 42 541 A1. 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 . On the upper support plate 1b of the revolving frame 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 is driven with a drive unit not shown in the same direction of rotation as the rotating frame 1 but at twice the speed n 2 = 2n 1 . The separation unit 4 can also be attached to the underside of the support plate 1b.

    Die zentrale Rotationsachse, um die sowohl die Separationseinheit 4 als auch der Drehrahmen 1 rotieren, ist in Figur 1 mit dem Bezugszeichen A versehen.The central axis of rotation, around which both the separation unit 4 and the Rotate rotating frame 1, is provided in Figure 1 by the reference numeral A.

    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.From a fixed connection point 5 of the centrifuge frame is 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.

    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.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.

    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.To the mechanical stress of the line 6 due to the centrifugal forces to reduce, this is both at the fixed junction 5 and at the Side of the separation unit 4 supported, the fixed connection point. 5 turned away. For this purpose, 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. At the fixed connection point 5 is to support a second Line section 6b, a second guide element 8 is provided. Both Guide elements 7, 8 have an identical structure. On a side arm 9 on the upper support plate 1 b of the frame, the line with another Not shown guide element or bearing be attached.

    Figur 2 zeigt eine Prinzipskizze eines der beiden Führungselemente 7, 8 der in Bezugnahme auf Figur 1 beschriebenen Zentrifuge in geschnittener Darstellung.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.

    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.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.

    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.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.

    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.The following is the theoretical background for the abrasion of line 6 and Guide element 7, 8 and the exact course of the contour of the contact surface described, with which minimize the abrasion and the life of both the Extend line as well as the guide element.

    Näherungsweise kann der Abrieb zweier aufeinander reibender Flächen durch folgende Formel beschrieben werden: A ∼ V*P As an approximation, the abrasion of two rubbing surfaces can be described by the following formula: A ~ V * P

    Der Abrieb A ist proportional der relativen Geschwindigkeit V der beiden miteinander reibenden Flächen und deren Flächenpressung P.The abrasion A is proportional to the relative velocity V of the two rubbing surfaces and their surface pressure 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 In the case of the hose connection, 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

    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 The surface pressure depends on forces that are caused by the bending of the pipe on the one hand and by centrifugal force on the other. 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 P1 increases proportionally with decreasing bending radius R2 according to the laws of the bending beam, and P2 also increases proportionally with decreasing bending radius R2 according to the laws of rope wrap. Thus, for the total surface pressure P: P ~ 1 / R2

    Für den Abrieb folgt daraus die Beziehung A ∼ R1/R2 For the abrasion it follows the relationship 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 The contour of the contact surface 10 of the guide element 7, 8 should be such that the abrasion remains as unchanged as possible over the entire contact surface. It follows that the quotient of the two radii R1 and R2 over the course of the contact surface descriptive curve 15 is as constant as possible. 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).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).

    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 The course of the curve is described by the following equations: (1) x (I + 1) = R 1 (i + 1) = R 1i + R 1i * a * (cos α i - cos (α i + Δα)) (2) Y (I + 1) = Y i + R 1i * a * (-sin α i + sin (α i + Δα)) (3) Δα = Δα i = const. (4) α i = 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.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.

    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.For example, the circle of curvature that touches the curve at the point P i has the radius of curvature R 2i . The distance between the touch point P i and the central rotation axis A (y-axis) is R 1i = x i . The circle of curvature touching the curve at point P i + 1 has the radius R 2i + 1 . The distance between the touch point P i + 1 and the rotation axis A (y axis) is R 1i + 1 = x i + 1 . As can be seen from FIG. 3, 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.

    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.It has been shown in practice that long life especially then can be achieved when 1 ≤ a ≤ 2. FIG. 4 shows the contour of the Bearing surface for a = 1, a = 1.6 and a = 2. The contour should be between the limits a = 1 and a = 2.

    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.At a constant a = 1.6, the abrasion is largely uniform over the distributed throughout the contact area. In a centrifuge, with a speed turned from 4,000 1 / min, could with such a contour, the life to 9 Hours are increased. The contact surface describing curve can also with be approximated to an ellipse.

    Claims (8)

    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.Centrifuge with a rotating frame (1) which is rotatably mounted on a frame (2), a mounted on the frame separation unit (4) which is rotatable at twice the rotational speed in the same direction as the rotary frame about a central axis of rotation (A), a connected to the separation unit line (6) for supplying and / or discharging at least one fluid, which is guided in a loop around the separation unit to a stationary connection point (5), and at least one guide element (7, 8) having a contact surface (10 ) for the line, on which the line is supported, wherein the contact surface of the guide element by a rotating plane curve (15) is formed, characterized in that the radius R2 of the respective circle of curvature, which touches the curve at a point (P) increases as the distance R1 between the point of contact and the central axis of rotation (A) increases. 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.Centrifuge according to claim 1, characterized in that the quotients (R1 / R2) of the radius of curvature R2 and the distance R1 between the point of contact (P) and the central axis of rotation (A) are a constant a. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Konstante a 1 ≤ a ≤ 2 gilt.Centrifuge according to claim 2, characterized in that for the constant a 1 ≤ a ≤ 2 applies. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (7, 8) ein hülsenförmiger Körper ist.Centrifuge according to one of claims 1 - 3, characterized in that the guide element (7, 8) is a sleeve-shaped body. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anlagefläche (10) des Führungselements (7, 8) an eine zylindrische Führungsfläche (12) anschließt. Centrifuge according to one of claims 1 - 4, characterized in that the contact surface (10) of the guide element (7, 8) adjoins a cylindrical guide surface (12). 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.Centrifuge according to claim 5, characterized in that the diameter of the cylindrical guide surface (12) is dimensioned such that the conduit (6) in the guide element (7, 8) is guided loose. 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.Centrifuge according to one of claims 1 to 6, characterized in that a first guide element (7) on the side of the separation unit (4) is provided, which faces away from the stationary connection point (5), wherein the line (6) with a first portion (6a) is guided on the contact surface (10) of the first guide element supporting around the separation unit. 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.Centrifuge according to one of claims 1 to 7, characterized in that a second guide element (8) at the fixed connection point (5) is provided, wherein the line (6) with a second portion (6b) on the contact surface (10) of the second Guiding element (8) supporting around the separation unit (4) is guided.
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