EP1317961B1 - Deckelgefäss - Google Patents

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EP1317961B1
EP1317961B1 EP02024788A EP02024788A EP1317961B1 EP 1317961 B1 EP1317961 B1 EP 1317961B1 EP 02024788 A EP02024788 A EP 02024788A EP 02024788 A EP02024788 A EP 02024788A EP 1317961 B1 EP1317961 B1 EP 1317961B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vessel
lid
softer
hollow cylinder
harder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02024788A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1317961A1 (de
Inventor
Jürgen Löhn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eppendorf SE
Original Assignee
Eppendorf SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eppendorf SE filed Critical Eppendorf SE
Publication of EP1317961A1 publication Critical patent/EP1317961A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1317961B1 publication Critical patent/EP1317961B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/508—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above
    • B01L3/5082—Test tubes per se
    • B01L3/50825—Closing or opening means, corks, bungs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B01L2300/123—Flexible; Elastomeric

Definitions

  • the invention relates to a lidded container made of plastic for laboratory use, especially under elevated temperature conditions, i.a. in the PCR technique.
  • Lidded vessels of the type mentioned initially have a capacity of a few milliliters or below one milliliter.
  • Known lidded vessels comprise a vessel and a lid with a lid bottom and a hollow cylinder on one side of the lid bottom, either plugged into a vessel opening or cap-like on the The end of the vessel is placed with the vessel opening to the vessel outer wall seal.
  • the lid may be formed separately from or with the vessel be connected via a hinge (DE-A-19645892).
  • the lid may leak or jump up, when the pressure in the vessel increases above ambient pressure. This can be, for example when tempering samples in the lidded vessels occur.
  • PCR polymerase chain Reaction
  • the PCR involves the three steps of denaturation at 94 ° C, the Annealing at 40 to 60 ° C and DNA synthesis at 72 ° C, which often (mostly 25 up to 30 times).
  • the object of the invention is to provide a lidded container create, in which the lid better against leaks and / or jumping up due to a pressure difference between the interior of the vessel and the Environment is protected.
  • the sealing partners i. of the Hollow cylinder of the lid and the vessel inner wall or the vessel outer wall, in Area of the sealing seat with a bias to each other to a seal to achieve.
  • the hollow cylinder and the vessel have a flexural rigidity, which ensures a simple and secure closing of the lid, without this one preventing deformation of the sealing areas.
  • the circumferential sealing areas are also very stiff radially, so that at elevated Pressure in the vessel no or hardly enhances the sealing effect Expansion of the inner sealing partner is possible.
  • the axial section of the hollow cylinder is free End of the hollow cylinder or goes the axial portion of the vessel from the end of the Vessel with the vessel opening, resulting in a particularly strong expandability at the free end of the hollow cylinder or at the end of the vessel with the vessel opening is achieved with a concomitant increase in the sealing effect and the holding force.
  • the axial portion of the lid extends to the lid bottom or the axial portion of the vessel extends at least over the entire coverage area the hollow cylinder of the attached lid.
  • the harder and softer segments axially parallel or inclined or interlocking edges to the axis.
  • the axis-parallel or inclined to the axis edges have in particular spraying Advantages. With the axis inclined or interlocking edges a constructive clawing of the segments can be achieved, which in their Manufacture of different materials can be beneficial.
  • the hollow cylinder or the vessel at least in Region of the axial section inside and / or outside a soft material layer.
  • the hollow cylinder at the free end or the vessel at the vessel opening on a sealing bead can be the sealing effect in particular Increase by increasing the surface pressure.
  • the sealing bead is softer than the harder segments.
  • the coefficient of friction between the vessel and the Lid be increased to increase the holding power.
  • the lid or the vessel at the proximal end the axial section at least one completely or partially circumferential ring section which is softer than the harder segments.
  • the at least one Ring section can the radial expandability or compressibility of the Axial section increase, especially when moving along the base of the harder Segments extends.
  • the ring portion at the base of the hollow cylinder in Lid bottom arranged and softer than the rest of the lid bottom, also around the increase radial expandability or compressibility of the axial section.
  • Radial sections which extend radially from the ring portion to the outside and also softer than the rest of the lid bottom are provided.
  • the softer regions i.e. Segments and / or the sealing bead and / or the ring section and / or the radial sections
  • the adjacent harder areas i.e., the harder ones
  • the softer regions i.e. Segments and / or the sealing bead and / or the ring section and / or the radial sections
  • a softer material than the adjacent harder areas (i.e. harder segments and / or other areas of the lid or vessel).
  • the softness is increased by using softer materials. The softness can Combined with reduced wall thickness and material usage.
  • the lid and / or the vessel is within the softer ones Areas everywhere from the same softer material and outside of it Areas everywhere made of the same harder material.
  • the lid and / or the Vessel then consist of only two components.
  • the harder material is polypropylene or polyethylene and / or the softer material silicone or a thermoplastic elastomer or an elastomer or other soft polymeric material.
  • the harder material and the softer material plastics are used which have particularly good adhesive properties with each other.
  • the lidded vessel comprises at least two plastic components with different E-modules.
  • the softer ones Segments made of a material whose modulus of elasticity is one or more orders of magnitude is less than the modulus of elasticity of the material making up the harder segments consist.
  • the invention includes the formation of the vessel and lid each as a separate Component. Furthermore, the invention comprises vessels and lids which are separate and mutually connectable components are, for example by means of a tab that with a the components is integrally connected and a ring for connection to the outer periphery having the other component.
  • vessels and lids which are separate and mutually connectable components are, for example by means of a tab that with a the components is integrally connected and a ring for connection to the outer periphery having the other component.
  • the lid and the vessel are integrally in a one- or multi-component injection molding produced. You can then in particular, comprise a film hinge which connects the lid and vessel together. But also includes the possibility of lid and vessel over a Separating point releasably connect to each other, the separation point to close of the vessel is to be separated.
  • the lid is in its middle radius region made of an elastic plastic so as to be perforated, e.g. by means of a Needle for sampling purposes to ensure automatic sealing properties.
  • the lidded vessel according to FIGS. 1 to 3 has a vessel 1 with a cup-shaped one Floor 2, an adjacent cone section 3 and an adjacent thereto Cylinder section 4, a vessel opening 5 and a surrounding this Vessel flange 6 has.
  • the lidded vessel has a lid 7 with a lid bottom 8, which in the example has approximately the form of two identical, isosceles trapezoids, the are juxtaposed at the big baseline.
  • the vessel flange 6 is connected to the lid base 8 via two parallel hinge bands 9, which have adjacent to the vessel flange 6 side sections 10, in which they are practically not flexible.
  • the lid base 8 has at the edge of a skirt 14 which protrudes from its inside. In the region of the locking lug 13, the skirt 14 is interrupted.
  • the lid base 8 carries inside a hollow cylinder 15, the entire circumference has a distance from the enclosure 14 and protrudes beyond this.
  • the hollow cylinder 15 is alternately in the circumferential direction in harder segments 16th and softer segments 17, which extend axially over the entire Hollow cylinder 15 extend.
  • the harder segments 16 may be in their ratio be made variable to the softer segments 17 in larger areas and optimally have a ratio of 1: 1 in terms of their extent in Circumferential direction.
  • the lid bottom 8 has at the base of the hollow cylinder inside a on the inner circumference the hollow cylinder encircling ring portion 19, which also consists of a softer Material is as the segments 16.
  • the lid base 8 has on the side opposite the film hinges 9 in Distance range of the skirt 14 and the hollow cylinder 15 is a teardrop-shaped, softer area 20, which passes through the lid bottom 8.
  • the softer segments 17, the sealing bead 16, the ring portion 19 and the Drop-shaped portions 20 are made of the same softer material.
  • the remaining areas of the lid base 8 are made of the same harder material as the harder segments 16.
  • the hinges 9, the locking elements 12, 13 and the vessel 1 are also made of this material.
  • the entire lidded vessel is in the two-component injection molding of the two Materials made. After spraying the harder material are over the ring portion 19, the softer segments 17 in the gaps between the segments 16, the sealing bead 18 and the teardrop-shaped portion 20 with the softer Material filled up.
  • the lid 7 is by pressing the hollow cylinder 15 into the vessel opening. 5 closed.
  • the sealing bead 15 comes under bias to the plant at the Vessel inner wall, i. forms with this a sealing seat. In this sealing position supports the laterally over the hollow cylinder 15 projecting bottom 8 on top of the Vessel flange 6 from.
  • the hollow cylinder 15 expands due to the soft, stretchable segments 17 on.
  • the seal between the sealing bead 15 and vessel inner wall is thereby reinforced and also the of the Vessel inner wall on the sealing bead 15 exerted frictional force. This is the Cover 7 against pressing by acting on the lid bottom 8 force secured.
  • the harder material of the lid 7 'according to the invention is a PP having a modulus of elasticity of 1400 Newton / mm 2 and the conventional lid 7 "is made entirely of this material was based on a TPE with an E modulus of 6.1 Newton / mm 2 .
  • FIGS. 6 and 7 another lid 7 "'harder segments 16' '' and softer segments 17 '' 'with obliquely inclined to the axis sides, wherein the harder segments 16 '' 'to the lid bottom 8' '' and the softer segments 17 '' ' tapering towards the free end of the hollow cylinder 15 '' '.
  • the cover 7 IV of FIG. 8 and 9 differs from the lid 7 of FIG. 1 to 3 characterized in that at the base of the hollow cylinder 15 IV a ring portion 19 IV on the shell of the hollow cylinder 15 IV completely rotates and above the harder segments 16 IV to the top of the lid bottom 8 IV ranges.
  • the undercut for producing the ring portion 19 IV can be realized by a slotted, annular tool core, which dives through the lid 7 IV .
  • the rigidity of the cover bottom 8 V of the cover 7 V is reduced by ring sections 21 in the cover base 8 V and radial sections 22 originating therefrom and made of a softer component. This results in a reduction of the rigidity of the hollow cylinder 15 V and hereby likewise an improvement of the Aufsp Rudmony.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Deckelgefäß aus Kunststoff für den Laboreinsatz, insbesondere unter erhöhten Temperaturbedingungen, u.a. in der PCR-Technik.
Deckelgefäße der eingangs genannten Art haben typischerweise ein Fassungsvermögen von wenigen Millilitern oder unterhalb einem Milliliter.
Bekannte Deckelgefäße umfassen ein Gefäß und einen Deckel mit einem Deckelboden und einem Hohlzylinder auf einer Seite des Deckelbodens, der entweder stopfenartig in eine Gefäßöffnung hineingesteckt wird oder kappenartig auf das Gefäßende mit der Gefäßöffnung aufgesetzt wird, um an der Gefäßaußenwand abzudichten. Der Deckel kann getrennt von dem Gefäß ausgebildet oder mit diesem über ein Scharnierband verbunden sein (DE-A-19645892).
Bei den bekannten Deckelgefäßen kann der Deckel undicht werden oder aufspringen, wenn sich der Druck im Gefäß über Umgebungsdruck erhöht. Dies kann beispielsweise beim Temperieren von Proben in den Deckelgefäßen eintreten. Besonders tritt dieses Problem bei der Polymerase-Ketten-Reaktion (polymerase chain reaction, PCR) auf, bei der zur Vervielfältigung der DNA Proben in den Deckelgefäßen mittels sogenannter Thermocycler bei erhöhten Temperaturen behandelt werden. Die PCR umfaßt die drei Schritte der Denaturierung bei 94 °C, des Annealing bei 40 bis 60 °C und der DNA-Synthese bei 72 °C, die vielfach (meist 25 bis 30 Mal) wiederholt werden.
Führt die Druck(Wechsel)-Belastung zu Undichtigkeiten bzw. zum Aufspringen des Deckels, so kann dies zu Kontaminationen anderer Proben bzw. der Laborumgebung kommen.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Deckelgefäß zu schaffen, bei dem der Deckel besser gegen Undichtigkeiten und/oder Aufspringen aufgrund eines Druckunterschiedes zwischen dem Inneren des Gefäßes und der Umgebung geschützt ist.
Die Aufgabe wird durch ein Deckelgefäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß hat das Deckelgefäß aus Kunststoff für den Laboreinsatz, insbesondere in der PCR-Technik,
  • ein röhrenförmiges Gefäß, das einenends einen Gefäßboden und anderenends eine Gefäßöffnung hat,
  • einen Deckel, der einen Deckelboden und auf einer Seite des Deckelbodens mindestens einen Hohlzylinder hat, der durch die Gefäßöffnung in einen Dichtsitz an der Gefäßinnenwand einsetzbar ist und/oder der auf das Ende des Gefäßes mit der Gefäßöffnung in einen Dichtsitz auf der Gefäßaußenwand aufsetzbar ist und
  • zumindest einen Axialabschnitt des Hohlzylinders oder des Gefäßes im Bereich des Dichtsitzes, über den der Hohlzylinder oder das Gefäß in Umfangsrichtung abwechselnd in härtere und weichere Segmente unterteilt ist.
Bei den erfindungsgemäßen Deckelgefäßen liegen die Dichtungspartner, d.h. der Hohlzylinder des Deckels und die Gefäßinnenwand oder die Gefäßaußenwand, im Bereich des Dichtsitzes mit einer Vorspannung aneinander an, um eine Abdichtung zu erzielen. Der Hohlzylinder und das Gefäß weisen eine Biegesteifigkeit auf, die ein einfaches und sicheres Schließen des Deckels gewährleistet, ohne eine dieses verhindernde Deformation der Dichtbereiche. Bei herkömmlichen Deckelgefäßen sind jedoch die umlaufenden Dichtbereiche auch radial sehr steif, so daß bei erhöhtem Druck im Gefäß keine oder kaum eine Verstärkung der Dichtwirkung durch Aufweitung des inneren Dichtungspartners möglich ist. Bei den erfindungsgemäßen Deckelgefäßen wird hingegen durch die abwechselnden härteren und weicheren Segmente des inneren Dichtungspartners seine zumindest teilweise Aufweitung unter erhöhtem Druck im Gefäß erreicht und damit eine aktive Verstärkung der Abdichtung. Zudem erhöht sich mit steigendem Druck im Gefäß die in der Dichtfläche wirkende Haltekraft, die den Deckel trotz der erhöhten Krafteinwirkung auf den Deckelboden am Gefäß festhält.
Ein weiterer Vorteil im Vergleich zu Gefäßen mit Vollstopfen ist, daß der Hohlraum direkt unter der Gefäßöffnung als Ausdehnungsvolumen beispielsweise beim Erwärmen oder beim Schütteln der Probe genutzt werden kann. Zudem wird das Verschließen des Deckels bei gleichem Übermaß zwischen Deckel und Gefäß gegenüber herkömmlichen Verschlüssen aufgrund der weicheren Segmente erleichtert. Ferner kann mit geringerem Übermaß gearbeitet werden, wenn das Deckelgefäß so ausgelegt ist, daß der Druck im Gefäß die Dichtwirkung und die Haltekraft hinreichend verstärkt.
Vorstehende Vorteile kommen auch bei einem Gefäß für Kältebehandlung von Proben zum Tragen, wenn der äußere Dichtungspartner mit den härteren und weicheren Segmenten versehen wird, weil dieser dann bei einem den Druck im Gefäß übersteigenden Umgebungsdruck stärker gegen den innen liegenden Dichtungspartner gedrückt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung geht der Axialabschnitt des Hohlzylinders vom freien Ende des Hohlzylinders aus oder geht der Axialabschnitt des Gefäßes vom Ende des Gefäßes mit der Gefäßöffnung aus, wodurch eine besonders starke Aufweitbarkeit am freien Ende des Hohlzylinders bzw. am Gefäßende mit der Gefäßöffnung erreicht wird mit einer einhergehenden Steigerung der Dichtwirkung und der Haltekraft.
Ebenfalls zur Steigerung der Dichtwirkung und der Haltekraft ist gemäß einer Ausgestaltung der Axialabschnitt des Deckels bis zum Deckelboden erstreckt oder erstreckt sich der Axialabschnitt des Gefäßes zumindest über den gesamten Überdeckungsbereich des Hohlzylinders des aufgesetzten Deckels.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen die härteren und weicheren Segmente achsparallele oder zur Achse geneigte oder ineinandergreifende Ränder auf. Die achsparallelen oder zur Achse geneigten Ränder haben insbesondere spritztechnische Vorteile. Bei zur Achse geneigten oder ineinandergreifenden Rändern kann eine konstruktive Verkrallung der Segmente erreicht werden, was bei deren Herstellung aus verschiedenen Materialien von Vorteil sein kann.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der Hohlzylinder oder das Gefäß zumindest im Bereich des Axialabschnittes innen und/oder außen eine weiche Materialschicht auf.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der Hohlzylinder am freien Ende oder das Gefäß an der Gefäßöffnung einen Dichtwulst auf. Dieser kann die Dichtwirkung insbesondere durch Erhöhung der Flächenpressung steigern.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Dichtwulst weicher als die härteren Segmente. Hierdurch kann insbesondere der Reibkoeffizient zwischen dem Gefäß und dem Deckel erhöht werden, um die Haltekraft zu steigern.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der Deckel oder das Gefäß am körpernahen Ende des Axialabschnittes mindestens einen ganz oder teilweise umlaufenden Ringabschnitt auf, der weicher als die härteren Segmente ist. Der mindestens eine Ringabschnitt kann die radiale Aufweitbarkeit bzw. Zusammendrückbarkeit des Axialabschnittes steigern, insbesondere wenn er sich entlang der Basis der härteren Segmente erstreckt.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Ringabschnitt an der Basis des Hohlzylinders im Deckelboden angeordnet und weicher als der übrige Deckelboden, ebenfalls um die radiale Aufweitbarkeit bzw. Zusammendrückbarkeit des Axialabschnittes zu steigern. Aus demselben Grunde hat gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Deckelboden Radialabschnitte, die strahlenförmig von dem Ringabschnitt nach außen verlaufen und ebenfalls weicher als der übrige Deckelboden sind.
Gemäß einer Ausgestaltung umfassen die weicheren Bereiche (d.h. die weicheren Segmente und/oder der Dichtwulst und/oder der Ringabschnitt und/oder die Radialabschnitte) dasselbe Material wie die angrenzenden härteren Bereiche (d.h. die härteren Segmente und/oder andere Bereiche des Deckels oder des Gefäßes), haben jedoch demgegenüber eine geringere Wandstärke. Die Weichheit wird dabei durch eine strukturelle Schwächung des Materials in den betreffenden Bereichen erhöht.
Gemäß einer Ausgestaltung umfassen die weicheren Bereiche (d.h. die weiteren Segmente und/oder der Dichtwulst und/oder der Ringabschnitt und/oder die Radialabschnitte) ein weicheres Material als die angrenzenden härteren Bereiche (d.h. die härteren Segmente und/oder andere Bereiche des Deckels oder Gefäßes). Hierbei wird die Weichheit durch Einsatz weicherer Materialien erhöht. Die Weichheit kann auch kombiniert durch Wandstärkenminderung und Materialeinsatz gesteigert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Deckel und/oder das Gefäß innerhalb der weicheren Bereiche überall aus demselben weicheren Material und außerhalb dieser Bereiche überall aus demselben härteren Material gebildet. Der Deckel und/oder das Gefäß bestehen dann aus nur zwei Komponenten.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das härtere Material Polypropylen oder Polyethylen und/oder das weichere Material Silikon oder ein thermoplastisches Elastomer oder ein Elastomer oder ein anderer weicher Polymerwerkstoff. Insbesondere können für das härtere Material und das weichere Material Kunststoffe zum Einsatz kommen, die besonders gute Hafteigenschaften miteinander besitzen.
Gemäß einer Ausgestaltung umfaßt das Deckelgefäß mindestens zwei Kunststoffkomponenten mit verschiedenen E-Modulen. Vorzugsweise sind die weicheren Segmente aus einem Material, dessen E-Modul um eine oder mehrere Zehnerpotenzen geringer ist, als der E-Modul des Materials, aus dem die härteren Segmente bestehen.
Die Erfindung umfaßt die Ausbildung von Gefäß und Deckel jeweils als separates Bauteil. Ferner umfaßt die Erfindung Gefäße und Deckel, die separate und miteinander verbindbare Bauteile sind, beispielsweise mittels einer Lasche, die mit einem der Bauteile einteilig verbunden ist und einen Ring zur Verbindung mit dem Außenumfang des anderen Bauteiles aufweist. Bei separater Ausbildung können Deckel und Gefäß ganz oder teilweise aus demselben oder denselben Kunststoffmaterialien bestehen. Sie können aber auch verschiedene Kunststoffmaterialien umfassen oder gänzlich aus verschiedenen Kunststoffmaterialien hergestellt sein. Als Herstellungsmethoden kommen für Deckel und Gefäß insbesondere Ein- und/oder Mehrkomponentenspritzgußverfahren in Betracht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind der Deckel und das Gefäß einteilig in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzgußverfahren hergestellt. Sie können dann insbesondere ein Filmscharnier umfassen, das Deckel und Gefäß miteinander verbindet. Einbezogen wird aber auch die Möglichkeit, Deckel und Gefäß über eine Trennstelle lösbar miteinander zu verbinden, wobei die Trennstelle zum Schließen des Gefäßes aufzutrennen ist.
Gemäß einer Ausgestaltung besteht der Deckel in seinem mittleren Radiusbereich aus einem elastischen Kunststoff, um nach einer Perforation, z.B. mittels einer Kanüle zu Zwecken der Probennahme, selbsttätige Dichteigenschaften zu gewährleisten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1
ein Deckelgefäß mit härteren und weicheren Segmenten mit achsparallelen Rändern im Deckel bei geöffnetem Deckel in perspektivischer Seitenansicht;
Fig. 2
Deckel desselben Deckelgefäßes in einer Perspektivansicht schräg von oben;
Fig. 3
dasselbe Deckelgefäß geschlossen in einer perspektivischen Seitenansicht;
Fig. 4a und b
ein anderer Deckel in unbelastetem Zustand (in Strichlinien gekennzeichnet) und mit Innendruck belastet (in unterschiedlichen Dunkeltönen entsprechend der Verformung) in einem perspektivischen Schnittbild (Fig. 4a) und Legende mit der Zuordnung der Dunkeltöne zum Verformungsausmaß in Millimetern (Fig. 4b);
Fig. 5 a und b
Deckel eines herkömmlichen Deckelgefäßes mit Innendruck belastet (in unterschiedlichen Dunkeltönen entsprechend der Verformung) in einer perspektivischen Seitenansicht (Fig. 5a) und Legende mit der Zuordnung der Dunkeltöne zum Verformungsausmaß in Millimetern (Fig. 5b);
Fig. 6
ein anderer Deckel mit härteren und weicheren Segmenten mit zur Achse geneigten Rändern in einer perspektivischen Unteransicht;
Fig. 7
derselbe Deckel in einer perspektivischen Ansicht schräg von oben;
Fig. 8
ein anderer Deckel mit achsparallelen Segmenten und weicheren Ringabschnitten im Deckelboden in einer perspektivischen Ansicht schräg von unten;
Fig. 9
derselbe Deckel in einer perspektivischen Ansicht schräg von oben;
Fig. 10
ein anderer Deckel eines weiteren Deckelgefäßes mit achsparallelen Segmenten und weicheren Ringabschnitten und Radialabschnitten im Deckelboden in einem perspektivischen Schnittbild schräg von oben.
Bei der nachfolgenden Erläuterung verschiedener Ausführungsbeispiele sind gleich bezeichnete Elemente mit denselben Bezugsziffern versehen. Soweit diese Elemente strukturelle Unterschiede aufweisen, ist dies durch Anstriche an den Bezugsziffern gekennzeichnet.
Das Deckelgefäß gemäß Fig. 1 bis 3 hat ein Gefäß 1 mit einem schalenförmigen Boden 2, einem angrenzenden Konusabschnitt 3 und einem daran angrenzenden Zylinderabschnitt 4, der eine Gefäßöffnung 5 und einen diese umgebenden Gefäßflansch 6 aufweist.
Ferner hat das Deckelgefäß einen Deckel 7 mit einem Deckelboden 8, der im Beispiel etwa die Form zweier übereinstimmender, gleichschenkliger Trapeze hat, die an der großen Grundlinie aneinandergesetzt sind.
Der Gefäßflansch 6 ist mit dem Deckelboden 8 über zwei parallele Scharnierbänder 9 verbunden, die angrenzend an den Gefäßflansch 6 Seitenabschnitte 10 haben, in denen sie praktisch nicht flexibel sind.
Zwischen den Scharnierbändern 9 gehen vom Gefäßflansch 6 zwei parallele Gabelzinken 11 aus, zwischen denen ein Spalt 12 ausgebildet ist. Auf den Spalt 12 ist eine Rastnase 13 ausgerichtet, die an ihrer Spitze mit dem Deckelboden 8 verbunden ist.
Einzelheiten dieser Rastelemente und ihrer Funktion sind in der DE-A-196 45 892 insbesondere anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben.
Der Deckelboden 8 hat am Rand eine Einfassung 14, die von seiner Innenseite vorsteht. Im Bereich der Rastnase 13 ist die Einfassung 14 unterbrochen.
Der Deckelboden 8 trägt innen einen Hohlzylinder 15, der am gesamten Umfang einen Abstand von der Einfassung 14 aufweist und über diese hinausragt.
Der Hohlzylinder 15 ist in Umfangsrichtung abwechselnd in härtere Segmente 16 und weichere Segmente 17 unterteilt, die sich in Axialrichtung über den gesamten Hohlzylinder 15 erstrecken. Die härteren Segmente 16 können in ihrem Verhältnis zu den weicheren Segmenten 17 in größeren Bereichen variabel gestaltet werden und besitzen optimal ein Verhältnis von 1:1 hinsichtlich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung.
Am freien Ende hat der Hohlzylinder 15 außen einen umlaufenden Dichtwulst 18, der ebenfalls weicher ist als die härteren Segmente 16.
Der Deckelboden 8 hat an der Basis des Hohlzylinders innen einen am Innenumfang des Hohlzylinders umlaufenden Ringabschnitt 19, der ebenfalls aus einem weicheren Material als die Segmente 16 ist.
Zudem hat der Deckelboden 8 auf der Seite gegenüber den Filmscharnieren 9 im Abstandsbereich der Einfassung 14 und des Hohlzylinders 15 einen tropfenförmigen, weicheren Bereich 20, der durch den Deckelboden 8 hindurchgeht.
Die weicheren Segmente 17, der Dichtwulst 16, der Ringabschnitt 19 und der tropfenförmige Bereich 20 sind aus demselben weicheren Material hergestellt.
Die übrigen Bereiche des Deckelbodens 8 sind aus demselben härteren Material wie die härteren Segmente 16. Die Scharniere 9, die Rastelemente 12, 13 und das Gefäß 1 bestehen ebenfalls aus diesem Material.
Das gesamte Deckelgefäß ist im Zweikomponenten-Spritzgußverfahren aus den beiden Materialien hergestellt. Nach dem Spritzen des härteren Materials werden über den Ringabschnitt 19 die weicheren Segmente 17 in den Spalten zwischen den Segmenten 16, der Dichtwulst 18 und der tropfenförmige Bereich 20 mit dem weicheren Material aufgefüllt.
Der Deckel 7 wird durch Eindrücken des Hohlzylinders 15 in die Gefäßöffnung 5 geschlossen. Der Dichtwulst 15 kommt dabei unter Vorspannung zur Anlage an der Gefäßinnenwand, d.h. bildet mit dieser einen Dichtsitz. In dieser Dichtposition stützt sich der seitlich über den Hohlzylinder 15 überstehende Boden 8 oben auf dem Gefäßflansch 6 ab.
Steigt der Druck im Gefäß 1, so weitet sich der Hohlzylinder 15 aufgrund der weichen, dehnungsfähigen Segmente 17 auf. Die Abdichtung zwischen Dichtwulst 15 und Gefäßinnenwand wird hierdurch verstärkt und außerdem die von der Gefäßinnenwand auf den Dichtwulst 15 ausgeübte Reibkraft. Hierdurch ist der Deckel 7 gegen ein Aufdrücken durch die auf den Deckelboden 8 wirkende Kraft gesichert.
Die Fig. 4 und 5, die Ergebnisse von FEM (Finite Elemente Methode)-Berechnungen zeigen, verdeutlichen das unterschiedliche Verformungsverhalten eines erfindungsgemäßen und eines herkömmlichen Deckel bei einem Druck von 4 bar im Gefäß.
Bei den Berechnungen wurde davon ausgegangen, daß das härtere Material des erfindungsgemäßen Deckels 7' ein PP mit einem E-Modul von 1400 Newton/mm2 ist und der herkömmliche Deckel 7" komplett aus diesem Material besteht. Für das weichere Material bei dem erfindungsgemäß Deckel wurde ein TPE mit einem E-Modul von 6,1 Newton/mm2 zugrunde gelegt.
Zur Vereinfachung wurden die Berechnungen für Deckel 7', 7" durchgeführt, bei denen der Deckelboden 8', 8" keinen seitlichen Überstand über den Hohlzylinder 15', 15" aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Deckel 7', bei dem der Hohlzylinder 15' über die gesamte Axiallänge in Umfangsrichtung abwechselnd mit härteren Segmenten 16' und weicheren Segmenten 17' versehen ist, ergeben sich die stärksten Verformung am freien Ende, wo die Abdichtung gegenüber der Gefäßinnenseite erfolgt. Der Deckelboden 8' ist praktisch unverformt. Bei dem herkömmlichen Deckel 7" ergeben sich am freien Ende praktisch keine Verformungen, sind hingegen im Zentrum des Deckelbodens 8" die stärksten Verformungen zu verzeichnen.
Gemäß Fig. 6 und 7 weist ein weiterer Deckel 7"' härtere Segmente 16''' und weichere Segmente 17''' mit schräg zur Achse geneigten Seiten auf, wobei sich die härteren Segmente 16''' zum Deckelboden 8''' und die weicheren Segmente 17''' zum freien Ende des Hohlzylinders 15''' hin verjüngen. Das Material der härteren Segmente 17''' erstreckt sich bis zur Oberseite des Deckelbodens 8'''. Auf diese Weise wird eine konstruktive Verkrallung der Weichkomponente mit der Hartkomponente erreicht.
Der Deckel 7IV gemäß Fig. 8 und 9 unterscheidet sich von dem Deckel 7 gemäß Fig. 1 bis 3 dadurch, daß an der Basis des Hohlzylinders 15IV ein Ringabschnitt 19IV auf dem Mantel des Hohlzylinders 15IV komplett umläuft und oberhalb der härteren Segmente 16IV bis zur Oberseite des Deckelbodens 8IV reicht. Durch die Wandstärkenreduzierung des Materials der härteren Segmente 16IV am Grund des Hohlzylinders 15IV wird die radiale Steifigkeit des Hohlzylinders 15IV weiter vermindert und dessen Ausbiegbarkeit vergrößert.
Der Hinterschnitt zur Herstellung des Ringabschnittes 19IV kann durch einen geschlitzten, ringförmigen Werkzeugkern, der durch den Deckel 7IV taucht, realisiert werden.
Gemäß Fig. 10 ist die Steifigkeit des Deckelbodens 8V des Deckels 7V durch Ringabschnitte 21 im Deckelboden 8V und davon ausgehende Radialabschnitte 22 aus einer weicheren Komponente reduziert. Hierdurch ergibt sich eine Reduzierung der Steifigkeit des Hohlzylinders 15V und hiermit ebenfalls eine Verbesserung der Aufspreizbarkeit.

Claims (16)

  1. Deckelgefäß aus elastischem Kunststoff für den Laboreinsatz, insbesondere in der PCR-Technik, mit
    einem röhrenförmigen Gefäß (1), das einenends einen Gefäßboden (2) und anderenends eine Gefäßöffnung (5) hat,
    einem Deckel (7), der einen Deckelboden (8) und auf einer Seite des Deckelbodens mindestens einen Hohlzylinder (15) hat, der durch die Gefäßöffnung (5) in einen Dichtsitz an der Gefäßinnenwand einsetzbar ist und/oder der auf das Ende des Gefäßes (1) mit der Gefäßöffnung (5) in einen Dichtsitz auf der Gefäßaußenwand aufsetzbar ist und
    zumindest einem Axialabschnitt des Hohlzylinders (15) oder des Gefäßes (1) im Bereich des Dichtsitzes, über den der Hohlzylinder (15) oder das Gefäß (1) in Umfangsrichtung abwechselnd in härtere und weichere Segmente (16, 17) unterteilt ist.
  2. Deckelgefäß nach Anspruch 1, das einen Deckel (7) mit nur einem Hohlzylinder (15) mit härteren und weicheren Segmenten (16, 17) hat, der durch die Gefäßöffnung (5) in einem Dichtsitz an der Gefäßinnenwand einsetzbar ist.
  3. Deckelgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem der Axialabschnitt des Hohlzylinders (15) vom freien Ende des Hohlzylinders (15) ausgeht oder bei dem der Axialabschnitt des Gefäßes (1) vom Ende des Gefäßes (1) mit der Gefäßöffnung (5) ausgeht.
  4. Deckelgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Axialabschnitt des Hohlzylinders (15) bis zum Deckelboden (5) erstreckt ist oder bei dem der Axialabschnitt des Gefäßes (1) zumindest über den gesamten Überdeckungsbereich des Hohlzylinders (15) erstreckt ist.
  5. Deckelgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die härteren und weicheren Segmente (16, 17) achsparallele oder zur Achse geneigte oder ineinandergreifende Ränder aufweisen.
  6. Deckelgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Hohlzylinder (15) am freien Ende oder das Gefäß an der Gefäßöffnung (5) einen Dichtwulst (18) aufweist.
  7. Deckelgefäß nach Anspruch 6, bei dem der Dichtwulst (18) weicher als die härteren Segmente (16) ist.
  8. Deckelgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Deckel (7) oder das Gefäß (1) am körpernahen Ende des Axialabschnittes mindestens einen ganz oder teilweise umlaufenden Ringabschnitt (19) aufweist, der weicher als die härteren Segmente (16) ist.
  9. Deckelgefäß nach Anspruch 8, bei dem der Ringabschnitt (19) an der Basis des Hohlzylinders (15) im Deckelboden (8) angeordnet ist und weicher als der übrige Deckelboden (8) ist.
  10. Deckelgefäß nach Anspruch 9, bei dem der Deckelboden Radialabschnitte (22) hat, die strahlenförmig von dem Ringabschnitt (21) nach außen verlaufen und ebenfalls weicher als der übrige Deckelboden (8) sind.
  11. Deckelgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die weicheren Bereiche (17, 18, 19, 21, 22) dasselbe Material wie die angrenzenden härteren Bereiche (16) umfassen, demgegenüber jedoch eine verringerte Wandstärke aufweisen.
  12. Deckelgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die weicheren Bereiche (17, 18, 19, 21, 22) ein weicheres Material als die angrenzenden härteren Bereiche (16) umfassen.
  13. Deckelgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das mindestens zwei Kunststoffkomponenten mit verschiedenen E-Modulen umfaßt.
  14. Deckelgefäß nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der Deckel (7) und/oder das Gefäß (1) innerhalb der weicheren Bereiche (17, 18, 19, 21, 22) überall aus demselben weicheren Material und außerhalb dieser überall aus demselben härteren Material ist/sind.
  15. Deckelgefäß nach einem der Ansprüche 12 oder 14, bei dem das härtere Material Polypropylen oder Polyethylen und/oder das weichere Material Silikon oder ein thermoplastisches Elastomer oder ein Elastomer oder ein anderer weicher Polymerwerkstoff ist.
  16. Deckelgefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem der Deckel (7) in seinem mittleren Radiusbereich aus einem elastischen Kunststoff besteht, um nach einer Perforation selbsttätige Dichteigenschaften zu gewährleisten.
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