EP3311925B1 - Centrifuge bucket and centrifuge - Google Patents
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- EP3311925B1 EP3311925B1 EP16195366.6A EP16195366A EP3311925B1 EP 3311925 B1 EP3311925 B1 EP 3311925B1 EP 16195366 A EP16195366 A EP 16195366A EP 3311925 B1 EP3311925 B1 EP 3311925B1
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
- B04B—CENTRIFUGES
- B04B5/00—Other centrifuges
- B04B5/04—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
- B04B5/0407—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles
- B04B5/0414—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles comprising test tubes
- B04B5/0421—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles comprising test tubes pivotably mounted
Definitions
- centrifuges are used, for example, in biotechnology, the pharmaceutical industry, medical technology and environmental analysis.
- a centrifuge is carried out a centrifugation of a product, in particular a sample container with a sample or substance arranged therein, or a plurality of such products.
- accelerations acting on the product are to be generated so that a substance mixture formed by the sample or the substance is decomposed into components of different density.
- a targeted control of the pressure and / or temperature conditions can additionally take place during the centrifugation.
- centrifuge in connection with a polymerase chain reaction (PCR), a determination of hematocrit, cytological examinations or the centrifuging of micro quantities, blood bags, petroleum vessels or blood vessels u. ⁇ .
- PCR polymerase chain reaction
- the invention relates to a centrifuge cup for a centrifuge. Furthermore, the invention relates to a centrifuge equipped with such a centrifuge cup. In the following, the invention will be explained with reference to a centrifuge cup for a centrifuge with a so-called swing-bucket rotor, without any limitation of the invention to this particular type of centrifuge cup or centrifuge.
- Centrifuge cups serve to receive sample containers, such as sample cups or sample tubes, which in some cases can be inserted into the centrifuge cup via separate receiving inserts and held therein during centrifugation.
- the centrifuge cups usually have recordings on opposite sides, which form part-cylindrical bearing surfaces in the upper half plane of the receptacles and are open at the bottom.
- a centrifuge cup with sample containers disposed therein may be placed in a rotor the centrifuge are used.
- the sample container is connected to the rotor in that coaxial and facing each other, spaced from each other cylindrical bearing journal of the rotor from below into the opening of the receptacles of the centrifuge cup and come to rest on the bearing surfaces of the recordings.
- the bearing surfaces of the receptacles specify a bearing axis which corresponds to the central axis of the part cylinder in the case of a partially cylindrical design of the bearing surfaces.
- the longitudinal axes of the bearing pin of the rotor and the bearing axes of the receptacles are oriented approximately in the circumferential direction to a rotational axis of the rotor. While without rotation of the rotor, the centrifuge cups depend on the gravity of the same downwards, the centrifuge cups are pivoted upon rotation of the rotor about the bearing axis relative to the rotor to the outside.
- the centrifuge cups and their receptacles are exposed to high mechanical stresses during operation.
- the rotors are rotated at high speeds in order to provide large accelerations (in particular accelerations of at least 5,000 ⁇ g, at least 10,000 ⁇ g or at least 20,000 ⁇ g) for the centrifugation of the samples.
- large accelerations in particular accelerations of at least 5,000 ⁇ g, at least 10,000 ⁇ g or at least 20,000 ⁇ g
- the large accelerations produce considerable centripetal or centrifugal forces on the recordings.
- centrifuge cups and their receptacles should have the highest possible service life, in particular with cycle numbers of possibly more than 50,000 cycles, more than 100,000 cycles or even more than 200,000 cycles. Furthermore, for economical operation of the centrifuge and a possibility of simultaneous centrifugation of a larger number of sample containers, it may be desired to increase the number of sample containers placed in the centrifuge cup and / or to increase the volume of the centrifuge cup, thus including the mass of the centrifuge cup the sample container becomes larger and the forces acting on the receptacles during operation of the centrifuge become correspondingly greater. Finally, a high level of safety is required for a design of the centrifuge cups and receptacles, as mechanical failure of a receptacle when operating at the above high speeds may result in significant damage to the centrifuge and centrifuge environment.
- the comb portion of the receptacle is formed inclined to the lateral surface of the bearing pin of the rotor, whereby at the beginning of the centrifugation of the comb portion of the receptacle rests only in the region of the outer edge on the bearing pin, while with increasing speed and the elastic deformation of the comb area due to the centripetal force increases the contact area between the comb portion of the receptacle and the journal.
- JP 06-2 85 390 A has the wall of a base of the centrifuge cup in the receiving area a bore whose diameter is greater than the diameter of the journal.
- a receiving insert is used, which is supported with a radial collar axially on the wall of the centrifuge cup and has a bore into which the journal is accurately inserted.
- the wall thickness of the receiving insert is greater than the wall thickness of the main body of the centrifuge cup.
- the centrifuge cup according to DE 10 2009 015 111 A1 has a base body which has a bore in the region of the receptacles whose diameter is greater than the diameter of the bearing journals.
- a receiving insert is used, which is to serve as a link between the bearing pin and the main body of the centrifuge cup.
- the receiving insert may be made of a material with higher strength than the strength of the Be prepared material of the body, whereby the formation of cracks in the contact area between the bearing pin and the centrifuge cup, here the recording inserts to be avoided.
- the receiving insert With releasable connection between the receiving insert and the base of the centrifuge cup, a replacement of the receiving insert can be carried out even with a wear or failure of the receiving insert.
- aluminum, an aluminum alloy, plastic, a lightweight construction material, a composite material or a carbon fiber material is proposed as the material for the main body of the centrifuge cup
- the receiving insert should be made of titanium, a titanium alloy, ceramic, steel or a hard metal.
- the publication DE 10 2011 100 209 A1 discloses a centrifuge cup in which the mechanical strength of the centrifuge cup is ensured by the design of the wall thickness of a base of the centrifuge cup and suitable reinforcements and ribs.
- a retaining clip in the form of an inverted W is formed on the upper edge of the base body by connecting the side legs of the W to the base body.
- the middle limbs of the W form a nose, which serve the pivotable mounting of a handle.
- the handle ensures in a closed position a pressing of a lid to the main body of the centrifuge cup.
- the invention has for its object to propose an alternative embodiment for a centrifuge cup, which is particularly improved in terms of mechanical strength, durability and / or susceptibility to failure due to cracking. Furthermore, the invention has for its object to propose an alternative embodiment of a centrifuge.
- the centrifuge cup has a base body (one or more parts) which has a recess in the region of the receptacles for the bearing journal.
- the recess may pass through a wall of the main body or may not be continuous, so that the recess has a bottom.
- the recess serves (directly or indirectly) to prevent cracking or delay of crack propagation in the body due to centripetal force acting on the centrifuge cup by centrifugation.
- the centrifuge cup according to the invention has a receptacle.
- the receptacle has a bearing surface for a bearing journal of the centrifuge.
- the bearing surface defines a bearing axis about which is pivotable during centrifugation of the centrifuge cups relative to the rotor.
- the centrifuge cup has, in particular, two material regions of the main body which are separated from one another via the recess. If a crack occurs in the region of the bearing surface, it can progress in the first material region up to the recess. The crack propagation into the second material region is then prevented by the recess, so that despite the possibly existing crack of the centrifuge cup (at least temporarily) can continue to be used.
- the invention includes embodiments in which the recess is completely filled by the insert, as well as embodiments in which the recess is filled only in a portion of the insert, while in at least one other portion of the recess remains a space.
- a plurality of recesses are arranged in the region of a receptacle. These are arranged at different distances from the bearing axis and with partial overlaps in the circumferential direction. As a result of the partial overlaps, the likelihood of crack propagation between adjacent recesses is reduced since the partial overlaps "block" a crack propagation in the radial direction and thus crack propagation beyond the recesses and inserts requires a crack advance in the body deflected circumferentially about the bearing axis.
- a recess (and any insert arranged therein) is arranged on the centrifuge cup only in the region of a receptacle.
- a recess and a possible insert are each in the area of both receptacles.
- a plurality of recesses are present in the region of at least one receptacle, wherein it is also possible that in some recesses inserts are present, while this is not the case in other recesses.
- connection between an insert and a recess there are many possibilities within the scope of the invention. To mention only a few of these, holding the insert in an associated recess of the base body of the centrifuge cup by a material or adhesive connection (in particular gluing, welding, soldering), a press fit, a screw and / or a locking pin can be done.
- a material or adhesive connection in particular gluing, welding, soldering
- a press fit a screw and / or a locking pin
- a shape of the insert and the associated recess may be arbitrary within the scope of the invention.
- the shaping can take into account the stresses which form during operation and / or further space requirements of the centrifuge cup.
- the recess (and thus also any insert inserted therein) has a curved longitudinal axis.
- the curvature can be formed with any desired constant curvature or changing curvature, it being also possible that an alternating curvature with at least one inflection point is present.
- the curvature is formed concentrically to the bearing axis.
- the first material region of the main body between the recess with the insert and the bearing surface over the partial circumferential region of the recess with the insert has approximately the same extent in the direction of view radially to the bearing axis, which can be advantageous for the stress ratios and avoidance a possible crack formation and / or the space design.
- the invention takes into account the fact that a possible crack u. U. not at a defined location, but can be initiated in a partial peripheral area of the storage area. Furthermore, a crack does not proceed exactly in a predetermined direction, in particular radially to the bearing axis.
- the centripetal force in the area of the bearing surface acts in different radial directions depending on the rotational speed of the centrifuge and the resulting pivoting angle of the centrifuge cup about the bearing axis.
- This fact can be taken into account for a proposal of the invention in that the recess (and any insert disposed therein) extends / extend over a partial circumferential area of the bearing axis in the base body.
- the recess and any insert disposed therein are / are formed hollow cylinder segment-shaped, wherein preferably the center of the hollow cylinder segment lies on the bearing axis.
- the insert in a direction radially to the bearing axis has a constant extent over the circumference.
- the recess passes through the wall formed by the main body.
- the depth of the insert corresponds to the wall thickness of the wall in the boundary or surrounding area of the recess, so that the insert can be flush with the wall of the base body.
- the first material region between the recess and the bearing surface forms a transition region whose extent is at least 3 mm radially to the bearing axis.
- the second material region, which is arranged on the side facing away from the bearing axis of the recess, may have a smaller, a corresponding or a greater extent radially to the bearing axis.
- Fig. 1 shows a centrifuge cup 1.
- a one-piece base body 2 forms a circumferentially closed lateral wall 3 and a bottom wall 4 from.
- the lateral wall 3 and the bottom wall 4 define an upwardly open interior space 5, in which (with or without additional receiving insert) sample containers can be used and in which the sample containers are accommodated during the centrifugation.
- the lateral wall 3 basically has a constant height, although in the area of receptacles 6a, 6b the wall 3 has a greater height, forming retaining areas 8a, 8b. In this way, on the one hand ensures that a bearing axis 9 can be arranged at a sufficient height.
- the wall 3 in the holding areas 8a, 8b above the receptacles 6a, 6b formed bearing surfaces 10a, 10b still sufficient material to ensure the strength of the centrifuge cup 1 at the centripetal forces acting during centrifugation. It is possible that the lateral wall 3 has a constant wall thickness over the circumference or that the wall thickness of the centrifuge cup 1 in the holding areas 3 is increased.
- the receptacles 6a, 6b are formed on opposite sides.
- the recordings 6a, 6b and the associated components the same reference numerals are used, the individual recordings and components are then distinguished by a supplementary letter a, b. If a description applies to different components marked with the letters a, b, reference is made in the present description and in the patent claims partly to the assigned reference number without the use of the additional letters a, b.
- a recess 11 a is introduced from the outside to form the receptacle 6 a in the direction of the bearing axis 9.
- the recess 11a is of open-plan design in cross-section, that is to say in a plane vertical to the bearing axis 9, wherein the opening 20a of the recess 11a is oriented downwards.
- the recess 11a is not in the direction of the bearing axis 9 through the wall 3, so that it has a bottom 12a.
- the centrifuge cup 1 can be placed with the receptacles 6a, 6b from above on bearing journal of a rotor of the centrifuge facing each other (not shown here).
- the bearing pins enter through the opening 20a, 20b in the recesses 11a, 11b.
- the diameter of the bearing surfaces 10a, 10b corresponds to the diameter of the lateral surface of the bearing pin, so that there is a large contact surface.
- the end faces of the bearing journal adjacent (in particular, with a slight play) to the bottoms 12a, 12b of the recesses 11a, 11b are arranged, it being also possible that the centrifuge cup 1 in the region of the bottom 12a, 12b is trapped between the end faces of the bearing pin, whereby the axial position of the centrifuge cup can be specified relative to the rotor 9 in the direction of the bearing axis.
- the embodiment still corresponds to the embodiment according to the prior art, wherein basically any other known embodiment of a centrifuge cup (with the additional features described below) can be used within the scope of the invention.
- Fig. 2 shows a centrifuge cup 1 according to the prior art with a forming in the region of the bearing surface 10 crack 21.
- a crack 21 forming in the region of the bearing surface 10 as shown by the holding portion 8 radially to the bearing axis 9 advance until it is completely through the Holding portion 8 and extends to the upper end of the side wall 3, which may be at the latest to a failure of the centrifuge cup 1.
- the holding region 8 designates the material region which remains in the direction of loading during the centrifugation between the bearing surface 10 and the upper end region of the lateral wall 3 and thus has to absorb the centripetal force.
- the recess 22 separates in the holding region 8 a first material region 23 and a second material region 24.
- the first material region 23 is in this case arranged between the bearing surface 10 and the recess 22.
- the second material region 24 is arranged on the side facing away from the bearing axis 9 of the recess 22 and extends in the radial direction to the bearing axis 9 of the recess 22 to the upper edge of the wall 3.
- the bearing surface 10 is between the recess 22 and the bearing axis 9 arranged.
- the recess 22 extends for the illustrated embodiment over a partial circumference of the bearing axis 9, preferably over the entire upper half-plane.
- an insert 25 is inserted, which completely fills the recess 22.
- the insert 25 and the recess 22 have a curved longitudinal axis 26.
- An inner surface 27 and an outer surface 28 of the insert 25 (and correspondingly the associated inner surface and outer surface of the recess 22) are curved.
- the recess 22 has over the longitudinal axis 26 a constant transverse extent and extension in the depth direction.
- the recess 22 is formed continuously and without bottom and end faces of the insert 25 are arranged flush with the inner surface and the outer surface of the wall 3 in the holding area 8.
- the recess 22 and the insert 25 on a hollow cylinder segment-like portion 29, which is in Fig. 3 extends at least from a 10:00 o'clock position to a 2:00 o'clock position, as well as rectilinear portions 30, 31 which respectively adjoin the end portions of the hollow cylinder segment-like portion 29.
- These rectilinear portions 30, 31 are preferably oriented parallel to the insertion surfaces 16, 17.
- the rectilinear portions 30, 31 preferably terminate in the lower half-plane, ie below the bearing axis 9.
- Fig. 3 shows the centrifuge cup 1 with a crack 21, which has been initiated in the region of the bearing surface 10.
- the crack 21 has progressed so far that it extends as far as the recess 22 and thus completely through the first material region 23.
- the recess 22 and the insert 25 arranged therein While the carrying capacity of the first material region 23 is at least impaired as a result of the crack 21, the transmission of the forces and stresses from the first material region 23 via the recess 22 and the insert 25 to the second material region 24 with a good distribution of the acting forces and stresses, so that the crack can not continue in the second material region 24.
- the insert 25 is inserted with a local game or with a game in at least a portion or a transition fit into the recess 22, wherein any remaining game then under certain circumstances only with the mechanical stress due to centrifugation and / or a resulting elastic or plastic deformation is closed.
- Fig. 4 shows a further embodiment of a centrifuge cup 1, wherein in the region of each receptacle 6, two recesses 32, 33 are formed by the base body 2, wherein in this optionally also an associated insert 34, 35 used and can be held therein.
- the recesses 32, 33 and possibly associated inserts 34, 35 are basically curved according to the embodiment according to Fig. 3 , However, here are the two recesses 32, 33 and associated inserts 34, 35 with different radii concentric, but radially offset from the bearing axis 9.
- a recess 32 with associated insert 34 extends approximately from a 10:00 o'clock position to a 1:00 o'clock position, while the other recess 33 with associated insert 35 extends from an 11:00 o'clock position extends to a 2:00 o'clock position.
- a third material region 36 which extends from the 11:00 o'clock position to the 1:00 o'clock position and has a constant extension in the direction radial to the bearing axis 9. If a crack is to propagate from the bearing surface 10 into the second material region 24, this requires that the crack has to propagate through the third material region 36 in the circumferential direction.
- Fig. 5 shows a further embodiment of a centrifuge cup 1, wherein in the holding area 8, a plurality of recesses 37A, 37B, ... and possibly associated inserts 38A, 38B, ... are present.
- the recesses 37 are arranged distributed with associated inserts 38 in the lateral wall 3, that they are offset in the direction of the stress and in the direction of a possible propagation of a crack to each other that a propagation of a crack on the recesses 37 and inserts 38th is only possible via a partial deflection, in particular in the circumferential direction.
- the paths of a crack are thus radially blocked in the region of the recesses 37 to the bearing axis 9 through the recesses 37 and inserts 38.
- these recesses 37 and inserts 38 are distributed over the entire partial circumference of the bearing surface 10.
- these recesses 37 and inserts 38 are preferably in the maximum during centrifugation claimed material area of the holding portion 8, which may be here, for example, for a 11:30 clock peripheral area and a 13:30 clock peripheral area of the case.
- the first material region 23 forms a transfer region 13, in which, under certain circumstances, crack propagation is tolerated and which transfers the acting forces and stresses to the region of the recess or onto the insert.
- the material of the base body 2 of the centrifuge cup 1 is aluminum, an aluminum alloy, a plastic, optionally with embedded carbon fibers, a lightweight plastic, a composite material or the like.
- the at least one insert may consist of the same material or a different material.
- the insert is made of titanium, a titanium alloy, ceramic, steel, a hard metal, a plastic or a plastic with embedded carbon fibers, a lightweight construction material, a composite material u. ä.
- the insert is received with a game, in particular in the range of 1 / 10th mm to 2 / 10th mm in the associated recess, in which case, for example, a fastening, fixing and holding the insert via a pin or a screw is made. It is possible that the connection between the insert and the recess is formed positively or non-positively.
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- Centrifugal Separators (AREA)
Description
(Labor-) Zentrifugen finden Einsatz bspw. in der Biotechnologie, der pharmazeutischen Industrie, der Medizintechnik und der Umweltanalytik. Mittels einer Zentrifuge erfolgt ein Zentrifugieren eines Produkts, insbesondere eines Probenbehälters mit darin angeordneter Probe oder Substanz, oder einer Vielzahl derartiger Produkte. Infolge der Zentrifugation sollen auf das Produkt wirkende Beschleunigungen erzeugt werden, damit ein von der Probe oder der Substanz gebildetes Stoffgemisch in Komponenten unterschiedlicher Dichte zerlegt wird. Je nach den chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Stoffgemisches kann während der Zentrifugation ergänzend eine gezielte Steuerung der Druck- und/oder Temperaturverhältnisse erfolgen. Um lediglich einige Beispiele zu nennen, kann der Einsatz einer Zentrifuge im Zusammenhang mit einer Polymerase-Kettenreaktion (PCR), einer Bestimmung des Hämatokrits, zytologischen Untersuchungen oder dem Zentrifugieren von Mikrotitern, Blutbeuteln, Erdölgefäßen oder Blutgefäßen u. ä. erfolgen.(Laboratory) centrifuges are used, for example, in biotechnology, the pharmaceutical industry, medical technology and environmental analysis. By means of a centrifuge is carried out a centrifugation of a product, in particular a sample container with a sample or substance arranged therein, or a plurality of such products. As a result of the centrifugation, accelerations acting on the product are to be generated so that a substance mixture formed by the sample or the substance is decomposed into components of different density. Depending on the chemical and / or physical properties of the substance mixture, a targeted control of the pressure and / or temperature conditions can additionally take place during the centrifugation. To mention just a few examples, the use of a centrifuge in connection with a polymerase chain reaction (PCR), a determination of hematocrit, cytological examinations or the centrifuging of microtitres, blood bags, petroleum vessels or blood vessels u. Ä.
Die Erfindung betrifft einen Zentrifugenbecher für eine Zentrifuge. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine mit einem derartigen Zentrifugenbecher ausgestattete Zentrifuge. Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Zentrifugenbechers für eine Zentrifuge mit einem sogenannten Ausschwingrotor erläutert werden, ohne dass eine Einschränkung der Erfindung auf diesen besonderen Typ eines Zentrifugenbechers bzw. der Zentrifuge erfolgen soll.The invention relates to a centrifuge cup for a centrifuge. Furthermore, the invention relates to a centrifuge equipped with such a centrifuge cup. In the following, the invention will be explained with reference to a centrifuge cup for a centrifuge with a so-called swing-bucket rotor, without any limitation of the invention to this particular type of centrifuge cup or centrifuge.
Zentrifugenbecher dienen einer Aufnahme von Probenbehältern wie Probenbechern oder Probenröhrchen, die in einigen Fällen über gesonderte Aufnahmeeinsätze in den Zentrifugenbecher eingesetzt und darin während der Zentrifugation gehalten werden können. Die Zentrifugenbecher weisen üblicherweise auf gegenüberliegenden Seiten Aufnahmen auf, die in der oberen Halbebene der Aufnahmen teilzylinderförmige Lagerflächen ausbilden und nach unten offen sind. Ein Zentrifugenbecher mit darin angeordneten Probenbehältern kann in einen Rotor der Zentrifuge eingesetzt werden. Hierbei wird der Probenbehälter mit dem Rotor dadurch verbunden, dass koaxiale und einander zugewandte, voneinander beabstandete zylindrische Lagerzapfen des Rotors von unten in die Öffnung der Aufnahmen des Zentrifugenbechers eintreten und zur Anlage kommen an den Lagerflächen der Aufnahmen. Die Lagerflächen der Aufnahmen geben dabei eine Lagerachse vor, welche bei teilzylinderförmiger Ausbildung der Lagerflächen der Mittelachse des Teilzylinders entspricht. Die Längsachsen der Lagerzapfen des Rotors sowie die Lagerachsen der Aufnahmen sind ungefähr in Umfangsrichtung zu einer Rotationsachse des Rotors orientiert. Während ohne Rotation des Rotors die Zentrifugenbecher infolge der Schwerkraft derselben nach unten hängen, werden die Zentrifugenbecher bei Rotation des Rotors um die Lagerachse relativ zu dem Rotor nach außen verschwenkt.Centrifuge cups serve to receive sample containers, such as sample cups or sample tubes, which in some cases can be inserted into the centrifuge cup via separate receiving inserts and held therein during centrifugation. The centrifuge cups usually have recordings on opposite sides, which form part-cylindrical bearing surfaces in the upper half plane of the receptacles and are open at the bottom. A centrifuge cup with sample containers disposed therein may be placed in a rotor the centrifuge are used. Here, the sample container is connected to the rotor in that coaxial and facing each other, spaced from each other cylindrical bearing journal of the rotor from below into the opening of the receptacles of the centrifuge cup and come to rest on the bearing surfaces of the recordings. The bearing surfaces of the receptacles specify a bearing axis which corresponds to the central axis of the part cylinder in the case of a partially cylindrical design of the bearing surfaces. The longitudinal axes of the bearing pin of the rotor and the bearing axes of the receptacles are oriented approximately in the circumferential direction to a rotational axis of the rotor. While without rotation of the rotor, the centrifuge cups depend on the gravity of the same downwards, the centrifuge cups are pivoted upon rotation of the rotor about the bearing axis relative to the rotor to the outside.
Die Zentrifugenbecher und deren Aufnahmen sind im Betrieb hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Einerseits werden die Rotoren mit hohen Drehzahlen verdreht, um für die Zentrifugation der Proben große Beschleunigungen (insbesondere Beschleunigungen von zumindest 5.000 x g, zumindest 10.000 x g oder zumindest 20.000 x g) bereitzustellen. Hierzu kann beispielsweise ein Antrieb des Rotors mit einer Drehzahl von zumindest 4.000 U/min, zumindest 5.000 U/min, zumindest 10.000 U/min, zumindest 15.000 U/min oder sogar zumindest 20.000 U/min erfolgen. Die großen Beschleunigungen erzeugen beträchtliche Zentripetal- oder Zentrifugalkräfte an den Aufnahmen. Da die Zentrifugenbecher während der Zentrifugation beschleunigt und abgebremst werden, erfolgt auch eine dynamische Beanspruchung der Aufnahmen. Die Zentrifugenbecher und deren Aufnahmen sollen eine möglichst hohe Lebensdauer, insbesondere mit Zyklenzahlen von unter Umständen mehr als 50.000 Zyklen, mehr als 100.000 Zyklen oder sogar mehr als 200.000 Zyklen, aufweisen. Des Weiteren kann für einen ökonomischen Betrieb der Zentrifuge und eine Möglichkeit der gleichzeitigen Zentrifugation einer größeren Zahl von Probenbehältern gewünscht sein, dass die Zahl der in den Zentrifugenbecher angeordneten Probenbehälter vergrößert wird und/oder das Volumen des Zentrifugenbechers erhöht wird, womit die Masse des Zentrifugenbechers einschließlich der Probenbehälter größer wird und die im Betrieb der Zentrifuge auf die Aufnahmen wirkenden Kräfte entsprechend größer werden. Schließlich ist für eine Auslegung der Zentrifugenbecher und der Aufnahmen eine hohe Sicherheit erforderlich, da ein mechanisches Versagen einer Aufnahme bei einem Betrieb mit den oben genannten hohen Drehzahlen zu beträchtlichen Schäden an der Zentrifuge und der Umgebung der Zentrifuge führen kann.The centrifuge cups and their receptacles are exposed to high mechanical stresses during operation. On the one hand, the rotors are rotated at high speeds in order to provide large accelerations (in particular accelerations of at least 5,000 × g, at least 10,000 × g or at least 20,000 × g) for the centrifugation of the samples. For this purpose, for example, a drive of the rotor at a speed of at least 4,000 U / min, at least 5,000 U / min, at least 10,000 U / min, at least 15,000 U / min or even at least 20,000 U / min done. The large accelerations produce considerable centripetal or centrifugal forces on the recordings. Since the centrifuge cups are accelerated and decelerated during centrifugation, dynamic loading of the images also takes place. The centrifuge cups and their receptacles should have the highest possible service life, in particular with cycle numbers of possibly more than 50,000 cycles, more than 100,000 cycles or even more than 200,000 cycles. Furthermore, for economical operation of the centrifuge and a possibility of simultaneous centrifugation of a larger number of sample containers, it may be desired to increase the number of sample containers placed in the centrifuge cup and / or to increase the volume of the centrifuge cup, thus including the mass of the centrifuge cup the sample container becomes larger and the forces acting on the receptacles during operation of the centrifuge become correspondingly greater. Finally, a high level of safety is required for a design of the centrifuge cups and receptacles, as mechanical failure of a receptacle when operating at the above high speeds may result in significant damage to the centrifuge and centrifuge environment.
Im Betrieb der Zentrifugenbecher kommt es immer wieder infolge der zuvor erläuterten Beanspruchungen zu Rissen im Bereich der Aufnahmen der Zentrifugenbecher, welche einen Austausch des Zentrifugenbechers erfordern.During operation of the centrifuge cups, as a result of the stresses described above, cracks in the area of the receptacles of the centrifuge cups, which require replacement of the centrifuge cup, occur again and again.
Gemäß
Auch der Zentrifugenbecher gemäß
Weiterer Stand der Technik ist aus
Die Druckschrift
Weiterer Stand der Technik ist aus den Druckschriften
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Ausgestaltung für einen Zentrifugenbecher vorzuschlagen, welcher insbesondere hinsichtlich der mechanischen Festigkeit, der Lebensdauer und/oder der Anfälligkeit hinsichtlich eines Versagens infolge einer Rissbildung verbessert ist. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine alternative Ausgestaltung einer Zentrifuge vorzuschlagen.The invention has for its object to propose an alternative embodiment for a centrifuge cup, which is particularly improved in terms of mechanical strength, durability and / or susceptibility to failure due to cracking. Furthermore, the invention has for its object to propose an alternative embodiment of a centrifuge.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.The object of the invention is achieved with the features of the independent claims. Further preferred embodiments according to the invention can be found in the dependent claims.
Erfindungsgemäß verfügt der Zentrifugenbecher über einen (ein- oder mehrteiligen) Grundkörper, der im Bereich der Aufnahmen für den Lagerzapfen eine Ausnehmung aufweist. Hierbei kann die Ausnehmung durch eine Wandung des Grundkörpers durchgehen oder nicht durchgehend ausgebildet sein, so dass die Ausnehmung einen Boden aufweist. Die Ausnehmung dient (unmittelbar oder mittelbar) einer Verhinderung einer Rissausbildung oder einer Verzögerung eines Rissfortschritts in dem Grundkörper infolge der durch die Zentrifugation auf den Zentrifugenbecher wirkenden Zentripetalkraft.According to the invention, the centrifuge cup has a base body (one or more parts) which has a recess in the region of the receptacles for the bearing journal. In this case, the recess may pass through a wall of the main body or may not be continuous, so that the recess has a bottom. The recess serves (directly or indirectly) to prevent cracking or delay of crack propagation in the body due to centripetal force acting on the centrifuge cup by centrifugation.
Der erfindungsgemäße Zentrifugenbecher verfügt über eine Aufnahme. Die Aufnahme weist eine Lagerfläche für einen Lagerzapfen der Zentrifuge auf. Die Lagerfläche definiert eine Lagerachse, um welche während der Zentrifugation der Zentrifugenbecher relativ zu dem Rotor verschwenkbar ist.The centrifuge cup according to the invention has a receptacle. The receptacle has a bearing surface for a bearing journal of the centrifuge. The bearing surface defines a bearing axis about which is pivotable during centrifugation of the centrifuge cups relative to the rotor.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Zentrifugenbecher folgen dem Vorurteil des Fachmannes, dass bei deren konstruktiver Gestaltung tunlichst jedwede Ausbildung von Rissen zu vermeiden ist. Aus diesem Grund finden, wie eingangs erläutert, Verdickungen der Wandstärke, besondere Gestaltungen des Lagerzapfens und die Verwendung von Aufnahmeeinsätzen Einsatz.The centrifuge cups known from the prior art follow the prejudice of those skilled in the art that in their constructive design as far as possible any formation of cracks is to be avoided. For this reason, as explained above, thickening of the wall thickness, special designs of the bearing journal and the use of recording inserts use.
Während gemäß der Druckschrift
Überraschend hat sich gezeigt, dass auch für eine derartige Ausgestaltung einer Rissausbreitung eines sich im Bereich der Lagerfläche ausbildenden Risses rechtzeitig Einhalt geboten werden kann, indem die Ausbreitung des Risses über die Ausnehmung hinaus durch die Ausnehmung unterbunden wird. In Richtung der Beanspruchung des Zentrifugenbechers und/oder in Richtung der erwarteten Ausbreitung des Risses während der Zentrifugation infolge der Zentripetalkraft verfügt der Zentrifugenbecher insbesondere über zwei Materialbereiche des Grundkörpers, die über die Ausnehmung voneinander getrennt sind. Kommt es im Bereich der Lagerfläche zu einem Riss, kann dieser in dem ersten Materialbereich bis zu der Ausnehmung fortschreiten. Der Rissfortschritt in den zweiten Materialbereich ist dann aber durch die Ausnehmung unterbunden, so dass trotz des unter Umständen vorhandenen Risses der Zentrifugenbecher (zumindest temporär) weiter genutzt werden kann.Surprisingly, it has been found that even for such a configuration of crack propagation of a crack forming in the region of the bearing surface, it can be stopped in good time by preventing the propagation of the crack beyond the recess through the recess. In the direction of the stress of the centrifuge cup and / or in the direction of the expected propagation of the crack during centrifugation as a result of the centripetal force, the centrifuge cup has, in particular, two material regions of the main body which are separated from one another via the recess. If a crack occurs in the region of the bearing surface, it can progress in the first material region up to the recess. The crack propagation into the second material region is then prevented by the recess, so that despite the possibly existing crack of the centrifuge cup (at least temporarily) can continue to be used.
Im Folgenden werden einige mögliche Vorteile und möglicherweise genutzte technische Funktionen der erfindungsgemäßen Ausgestaltung genannt, ohne dass eine Einschränkung der Erfindung auf Ausführungsformen mit diesen Vorteilen oder Funktionen erfolgen soll:
- Die Ausbildung der Lagerfläche durch einen hochfesten Aufnahmeeinsatz gemäß
DE 10 2009 015 111 A1 - Auch für eine schwingungstechnische Auslegung infolge der hochdynamischen Prozesse bei dem Betrieb einer Zentrifuge ist unter Umständen die Verwendung eines nicht hochfesten Materials im Bereich der Lagerfläche wünschenswert.
- Infolge der hohen Drehzahlen des Rotors mit dem daran gehaltenen Zentrifugenbecher und sich daraus ergebenden hohen Zentripetalkräften ist eine exakte Vorgabe der Lagerachsen erforderlich. Bei der Verwendung eines Aufnahmeeinsatzes gemäß
DE 10 2009 015 111 A1
- The formation of the bearing surface by a high-strength receiving insert according to
DE 10 2009 015 111 A1 - Even for a vibrational design due to the highly dynamic processes in the operation of a centrifuge, the use of a non-high-strength material in the area of the bearing surface is desirable under certain circumstances.
- Due to the high rotational speeds of the rotor with the centrifuge cup held thereon and resulting high centripetal forces an exact specification of the bearing axes is required. When using a pick-up insert according to
DE 10 2009 015 111 A1
Die Erfindung umfasst Ausführungsformen, bei welchen die Ausnehmung von dem Einsatz vollständig ausgefüllt ist, sowie Ausführungsformen, bei welchen die Ausnehmung lediglich in einem Teilbereich von dem Einsatz ausgefüllt ist, während in mindestens einem anderen Teilbereich der Ausnehmung ein Freiraum verbleibt.The invention includes embodiments in which the recess is completely filled by the insert, as well as embodiments in which the recess is filled only in a portion of the insert, while in at least one other portion of the recess remains a space.
Der Erfindung zugrunde liegende Versuche haben gezeigt, dass ein Rissfortschritt bereits allein durch das Vorsehen der Ausnehmung an einem Ort oder in einem Bereich, der in Richtung eines möglichen Rissfortschrittes oder in Richtung der Beanspruchung infolge der Zentripetalkraft angeordnet ist, gestoppt werden kann.The experiments on which the invention is based have shown that crack propagation can already be stopped solely by the provision of the recess in a location or in a region which is arranged in the direction of a possible crack propagation or in the direction of the stress due to the centripetal force.
Für eine Alternative der Erfindung ist allerdings in die Ausnehmung ein Einsatz eingesetzt. Erreicht ein Riss in dem ersten Materialbereich des Grundkörpers zwischen der Lagerfläche und der Ausnehmung die Ausnehmung, erfordert ein Rissfortschritt die Erzeugung eines entsprechenden Risses in dem Einsatz. Hierbei wirken aber an der Kontaktfläche des Einsatzes mit dem Grundkörper nicht dieselben Spannungen und etwaige Spannungsspitzen wie in der Lagerfläche des Grundkörpers infolge des Kontaktes mit dem Lagerzapfen. Vielmehr verteilen sich die Spannungen je nach Gestaltung der Kontaktfläche zwischen dem Grundkörper und dem Einsatz, womit die Gefahr der Ausbildung eines Risses in dem Einsatz unterbunden oder zumindest reduziert ist. Selbst wenn es aber in dem Einsatz zu der Ausbildung eines Risses kommt, müsste dieser Riss auch von dem Einsatz auf einen zweiten Materialbereich des Grundkörpers, der auf der der Lagerachse abgewandten Seite der Ausnehmung angeordnet ist, übertragen werden, wo aber das zuvor Gesagte entsprechend gilt und angesichts der großflächigen Kontaktfläche zwischen dem Einsatz und dem zweiten Materialbereich des Grundkörpers Spannungsspitzen, welche einen Riss in dem zweiten Materialbereich initiieren können, vermieden sind. Letztendlich erfordert die Ausbildung eines Risses in dem zweiten Materialbereich
- die Ausbildung eines Risses in dem ersten Materialbereich,
- die Übertragung des Risses von den ersten Materialbereich zu dem Einsatz,
- den Fortschritt des Risses durch den Einsatz und
- die Übertragung des Risses von dem Einsatz zu dem zweiten Materialbereich,
- the formation of a crack in the first material area,
- the transfer of the crack from the first material area to the insert,
- the progress of the crack through the use and
- the transfer of the crack from the insert to the second material region,
Für eine andere Alternative der Erfindung sind im Bereich einer Aufnahme mehrere Ausnehmungen angeordnet. Diese sind mit unterschiedlichen Abständen von der Lagerachse und mit Teilüberlappungen in Umfangsrichtung angeordnet. Infolge der Teilüberlappungen ist die Wahrscheinlichkeit eines Rissfortschritt zwischen benachbarten Ausnehmungen reduziert, da die Teilüberlappungen einen Rissfortschritt in radialer Richtung "blockieren" und somit der Rissfortschritt über die Ausnehmungen und Einsätze hinaus einen in Umfangsrichtung um die Lagerachse umgelenkten Rissfortschritt in dem Grundkörper erfordert.For another alternative of the invention, a plurality of recesses are arranged in the region of a receptacle. These are arranged at different distances from the bearing axis and with partial overlaps in the circumferential direction. As a result of the partial overlaps, the likelihood of crack propagation between adjacent recesses is reduced since the partial overlaps "block" a crack propagation in the radial direction and thus crack propagation beyond the recesses and inserts requires a crack advance in the body deflected circumferentially about the bearing axis.
Möglich ist im Rahmen der Erfindung, dass an dem Zentrifugenbecher eine Ausnehmung (und ein etwaiger darin angeordneter Einsatz) lediglich im Bereich einer Aufnahme angeordnet ist.It is possible within the scope of the invention that a recess (and any insert arranged therein) is arranged on the centrifuge cup only in the region of a receptacle.
Vorzugsweise befinden sich eine Ausnehmung und ein etwaiger Einsatz aber jeweils im Bereich beider Aufnahmen. Für einen besonderen Vorschlag der Erfindung sind im Bereich mindestens einer Aufnahme mehrere Ausnehmungen (und unter Umständen darin angeordnete Einsätze) vorhanden, wobei auch möglich ist, dass in einigen Ausnehmungen Einsätze vorhanden sind, während dies in anderen Ausnehmungen nicht der Fall ist.Preferably, however, a recess and a possible insert are each in the area of both receptacles. For a particular proposal of the invention, a plurality of recesses (and possibly inserts therein) are present in the region of at least one receptacle, wherein it is also possible that in some recesses inserts are present, while this is not the case in other recesses.
Für die Verbindung zwischen einem Einsatz und einer Ausnehmung gibt es im Rahmen der Erfindung vielfältige Möglichkeiten. Um von diesen nur einige zu nennen, kann ein Halten des Einsatzes in einer zugeordneten Ausnehmung des Grundkörpers des Zentrifugenbechers durch eine stoffliche oder adhäsive Verbindung (insbesondere Kleben, Schweißen, Löten), eine Presspassung, eine Schraube und/oder einen Sicherungsstift erfolgen.For the connection between an insert and a recess, there are many possibilities within the scope of the invention. To mention only a few of these, holding the insert in an associated recess of the base body of the centrifuge cup by a material or adhesive connection (in particular gluing, welding, soldering), a press fit, a screw and / or a locking pin can be done.
Eine Formgebung des Einsatzes und der zugeordneten Ausnehmung (insbesondere hinsichtlich der Längsachse, der Tiefe, der Innenfläche hinsichtlich der Lagerachse und/oder der Außenfläche hinsichtlich der Lagerachse) kann im Rahmen der Erfindung beliebig sein. Hierbei kann die Formgebung den sich im Betrieb ausbildenden Spannungen und/oder weiteren Bauraumanforderungen des Zentrifugenbechers Rechnung tragen. Vorzugsweise weist die Ausnehmung (und damit auch ein etwaiger darin eingesetzter Einsatz) eine gekrümmte Längsachse auf.A shape of the insert and the associated recess (in particular with respect to the longitudinal axis, the depth, the inner surface with respect to the bearing axis and / or the outer surface with respect to the bearing axis) may be arbitrary within the scope of the invention. In this case, the shaping can take into account the stresses which form during operation and / or further space requirements of the centrifuge cup. Preferably, the recess (and thus also any insert inserted therein) has a curved longitudinal axis.
Hierbei kann die Krümmung beliebig mit konstanter Krümmung oder sich verändernder Krümmung ausgebildet sein, wobei auch möglich ist, dass eine wechselnde Krümmung mit mindestens einem Wendepunkt vorhanden ist.In this case, the curvature can be formed with any desired constant curvature or changing curvature, it being also possible that an alternating curvature with at least one inflection point is present.
Für eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist die Krümmung konzentrisch zur Lagerachse ausgebildet. Auf diese Weise kann ausgenutzt werden, dass der erste Materialbereich des Grundkörpers zwischen der Ausnehmung mit dem Einsatz und der Lagerfläche über den Teilumfangsbereich der Ausnehmung mit dem Einsatz ungefähr dieselbe Erstreckung bei Blickrichtung radial zur Lagerachse aufweist, was vorteilhaft sein kann für die Spannungsverhältnisse und eine Vermeidung einer etwaige Rissausbildung und/oder die Bauraumgestaltung.For a preferred embodiment of the invention, the curvature is formed concentrically to the bearing axis. In this way, it can be utilized that the first material region of the main body between the recess with the insert and the bearing surface over the partial circumferential region of the recess with the insert has approximately the same extent in the direction of view radially to the bearing axis, which can be advantageous for the stress ratios and avoidance a possible crack formation and / or the space design.
Für diese oder auch anderweitige erfindungsgemäße Ausgestaltungen trägt die Erfindung dem den Sachverhalt Rechnung, dass ein etwaiger Riss u. U. nicht an einem definierten Ort, sondern in einem Teilumfangsbereich der Lagerfläche initiiert werden kann. Des Weiteren schreitet ein Riss nicht exakt in eine vorgegebene Richtung, insbesondere radial zur Lagerachse, fort.For these or other embodiments of the invention, the invention takes into account the fact that a possible crack u. U. not at a defined location, but can be initiated in a partial peripheral area of the storage area. Furthermore, a crack does not proceed exactly in a predetermined direction, in particular radially to the bearing axis.
Andererseits wirkt die Zentripetalkraft im Bereich der Lagerfläche je nach Drehzahl der Zentrifuge und dem sich hieraus ergebenden Schwenkwinkel des Zentrifugenbechers um die Lagerachse in unterschiedliche radiale Richtungen. Diesem Sachverhalt kann für einen Vorschlag der Erfindung dadurch Rechnung getragen werden, dass sich die Ausnehmung (und ein etwaiger darin angeordneter Einsatz) über einen Teilumfangsbereich der Lagerachse in dem Grundkörper erstreckt/erstrecken.On the other hand, the centripetal force in the area of the bearing surface acts in different radial directions depending on the rotational speed of the centrifuge and the resulting pivoting angle of the centrifuge cup about the bearing axis. This fact can be taken into account for a proposal of the invention in that the recess (and any insert disposed therein) extends / extend over a partial circumferential area of the bearing axis in the base body.
Für einen besonderen Vorschlag der Erfindung ist/sind die Ausnehmung und ein etwaiger darin angeordneter Einsatz hohlzylindersegmentförmig ausgebildet, wobei vorzugsweise der Mittelpunkt des Hohlzylindersegments auf der Lagerachse liegt. Somit weist der Einsatz in einer Richtung radial zur Lagerachse eine über den Umfang konstante Erstreckung auf.For a particular proposal of the invention, the recess and any insert disposed therein are / are formed hollow cylinder segment-shaped, wherein preferably the center of the hollow cylinder segment lies on the bearing axis. Thus, the insert in a direction radially to the bearing axis has a constant extent over the circumference.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmung durch die von dem Grundkörper gebildete Wandung durchgeht. Die Tiefe des Einsatzes entspricht der Wandstärke der Wandung im Begrenzungs- oder Umgebungsbereich der Ausnehmung, so dass der Einsatz bündig mit der Wandung des Grundkörpers abschließen kann.In a further embodiment of the invention it is proposed that the recess passes through the wall formed by the main body. The depth of the insert corresponds to the wall thickness of the wall in the boundary or surrounding area of the recess, so that the insert can be flush with the wall of the base body.
Für den Fall, dass im Bereich einer Aufnahme mehrere Ausnehmungen und Einsätze angeordnet sind, können diese für einen Vorschlag der Erfindung mit unterschiedlichen Abständen von der Lagerachse und mit Teilüberlappungen in Umfangsrichtung angeordnet sein. Infolge der Teilüberlappungen ist die Wahrscheinlichkeit eines Rissfortschritt zwischen benachbarten Ausnehmungen und Einsätzen reduziert, da die Teilüberlappungen einen Rissfortschritt in radialer Richtung "blockieren" und somit der Rissfortschritt über die Ausnehmungen und Einsätze hinaus einen in Umfangsrichtung um die Lagerachse umgelenkten Rissfortschritt in dem Grundkörper erfordert.In the event that a plurality of recesses and inserts are arranged in the region of a receptacle, these can be arranged for a proposal of the invention with different distances from the bearing axis and with partial overlaps in the circumferential direction. As a result of the partial overlaps, the likelihood of crack propagation between adjacent recesses and inserts is reduced since the partial overlaps will "block" crack propagation in the radial direction and thus crack propagation beyond the recesses and inserts will necessitate a crack propagation in the body circumferentially deflected about the bearing axis.
Für eine Dimensionierung des ersten Materialbereichs des Grundkörpers, der zwischen der Ausnehmung und der Lagerfläche angeordnet ist, gibt es vielfältige Möglichkeiten. Untersuchungen haben gezeigt, dass für eine mögliche Ausgestaltung der erste Materialbereich zwischen der Ausnehmung und der Lagerfläche einen Übergangsbereich bildet, dessen Erstreckung radial zur Lagerachse zumindest 3 mm beträgt. Der zweite Materialbereich, welcher auf der der Lagerachse abgewandten Seite der Ausnehmung angeordnet ist, kann eine kleinere, eine entsprechende oder eine größere Erstreckung radial zur Lagerachse aufweisen.For a dimensioning of the first material region of the base body, which is arranged between the recess and the bearing surface, there are many possibilities. Investigations have shown that, for a possible embodiment, the first material region between the recess and the bearing surface forms a transition region whose extent is at least 3 mm radially to the bearing axis. The second material region, which is arranged on the side facing away from the bearing axis of the recess, may have a smaller, a corresponding or a greater extent radially to the bearing axis.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without thereby altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, further features can be found in the drawings, in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components and their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einer Ausnehmung oder einem Einsatz die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine Ausnehmung oder ein Einsatz, zwei Ausnehmungen oder Einsätze oder mehr Ausnehmungen oder Einsätze vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". If, for example, a recess or an insert is mentioned, it should be understood that exactly one recess or insert, two recesses or inserts or more recesses or inserts are present. These features may be supplemented by other features or be the only characteristics that make up the product in question.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
- Fig. 1
- zeigt einen Zentrifugenbecher in räumlicher Ansicht schräg von oben.
- Fig. 2
- zeigt einen Zentrifugenbecher gemäß dem Stand der Technik mit einem durchgehenden Riss bei Blickrichtung in Richtung der Lagerachse.
- Fig. 3
- zeigt einen Zentrifugenbecher mit einem durch eine Ausnehmung (ggf. mit einem darin angeordneten Einsatz) blockierten Riss bei Blickrichtung in Richtung der Lagerachse.
- Fig. 4 und 5
- zeigen weitere Zentrifugenbecher bei Blickrichtung in Richtung der Lagerachse.
- Fig. 1
- shows a centrifuge cup in a spatial view obliquely from above.
- Fig. 2
- shows a centrifuge cup according to the prior art with a continuous crack when looking in the direction of the bearing axis.
- Fig. 3
- shows a centrifuge cup with a through a recess (possibly with an insert disposed therein) blocked crack when looking in the direction of the bearing axis.
- 4 and 5
- show more centrifuge cups when looking in the direction of the bearing axis.
Die Ausbildung der Aufnahmen 6a, 6b wird anhand der Aufnahme 6a erläutert, wobei das Entsprechende für die Aufnahme 6b gilt:
In die seitliche Wandung 3 ist zur Bildung der Aufnahme 6a in Richtung der Lagerachse 9 von der Außenseite eine Ausnehmung 11a eingebracht. Die Ausnehmung 11a ist im Querschnitt, also in einer Ebene vertikal zur Lagerachse 9, randoffen ausgebildet, wobei die Öffnung 20a der Ausnehmung 11a nach unten orientiert ist. Die Ausnehmung 11a geht in Richtung der Lagerachse 9 nicht durch die Wandung 3 durch, so dass diese einen Boden 12a aufweist.The design of the
In the
Der Querschnitt der randoffenen Ausnehmung 11a ist mit folgenden Teilbereichen ausgebildet:
- Im oberen Endbereich oder Kammbereich ist der Querschnitt der Ausnehmung 11a begrenzt durch eine zylindersegmentförmige Lagerfläche 10a, deren Umfangswinkel ca. 120° bis 170°, vorzugsweise 130° bis 150° beträgt.
- An die
Lagerfläche 10a schließen sich nach unten öffnende, hier geradlinige Einführflächen 14a, 15a und sich wiederum hieran nach unten anschließende, hier ebenfalls geradlinige Einführflächen 16a, 17a, deren Öffnungswinkel größer ist als der der Einführflächen 14, 15, an. - Über parallele Begrenzungsflächen 18a, 19a erstreckt sich die
Ausnehmung 11a bis zu der unteren Öffnung20a der Ausnehmung 11a.
- In the upper end region or comb region, the cross section of the
recess 11a is bounded by a cylinder-segment-shapedbearing surface 10a whose circumferential angle is approximately 120 ° to 170 °, preferably 130 ° to 150 °. - The bearing
surface 10a is followed by downwardly opening, here 14a, 15a and, in turn, downwardly adjoining here likewiserectilinear insertion surfaces 16a, 17a whose opening angle is greater than that of the insertion surfaces 14, 15.rectilinear insertion surfaces - Via
18a, 19a, theparallel boundary surfaces recess 11a extends to thelower opening 20a of therecess 11a.
Hierbei sind die genannten Teilbereiche der Ausnehmung 11a spiegelsymmetrisch zur Vertikalachse ausgebildet. Der Zentrifugenbecher 1 kann mit den Aufnahmen 6a, 6b von oben auf einander zugewandte Lagerzapfen eines Rotors der Zentrifuge aufgesetzt werden (hier nicht dargestellt). Hierbei treten die Lagerzapfen durch die Öffnung 20a, 20b in die Ausnehmungen 11a, 11b ein. Mit der weiteren Bewegung des Zentrifugenbechers 1 nach unten erfolgt eine Führung oder Selbstzentrierung des Zentrifugenbechers 1 relativ zu den beiden koaxialen Lagerzapfen des Rotors durch die Begrenzungsflächen 18, 19 sowie die Einführflächen 14, 15, 16, 17, bis die Mantelfläche der Lagerzapfen zur Anlage kommt an den Lagerflächen 10a, 10b. Vorzugsweise entspricht der Durchmesser der Lagerflächen 10a, 10b dem Durchmesser der Mantelfläche der Lagerzapfen, so dass sich eine große Kontaktfläche ergibt. In dem derart gebildeten Betriebszustand des Zentrifugenbechers 1 relativ zu dem Rotor sind die Stirnseiten der Lagerzapfen benachbart (insbesondere unter Ausbildung eines geringfügigen Spiels) zu den Böden 12a, 12b der Ausnehmungen 11a, 11b angeordnet, wobei auch möglich ist, dass der Zentrifugenbecher 1 im Bereich der Böden 12a, 12b zwischen den Stirnseiten der Lagerzapfen gefangen ist, womit auch die Axialposition des Zentrifugenbechers relativ zu dem Rotor in Richtung der Lagerachse 9 vorgegeben sein kann.Here, the mentioned subregions of the
Insoweit entspricht die Ausgestaltung noch der Ausgestaltung gemäß dem Stand der Technik, wobei grundsätzlich im Rahmen der Erfindung auch jedwede andere bekannte Ausführungsform eines Zentrifugenbechers (mit den im Folgenden beschriebenen zusätzlichen Merkmalen) eingesetzt werden kann.In that regard, the embodiment still corresponds to the embodiment according to the prior art, wherein basically any other known embodiment of a centrifuge cup (with the additional features described below) can be used within the scope of the invention.
Wie in den
Die Ausnehmung 22 erstreckt sich für das dargestellte Ausführungsbeispiel über einen Teilumfang der Lagerachse 9, vorzugsweise über die gesamte obere Halbebene. In die Ausnehmung 22 ist ein Einsatz 25 eingesetzt, welcher die Ausnehmung 22 vollständig ausfüllt. Der Einsatz 25 und die Ausnehmung 22 verfügen über eine gekrümmte Längsachse 26. Eine Innenfläche 27 sowie eine Außenfläche 28 des Einsatzes 25 (und entsprechend die zugeordnete Innenfläche sowie Außenfläche der Ausnehmung 22) sind gekrümmt. Hier besitzt die Ausnehmung 22 über die Längsachse 26 eine konstante Quererstreckung sowie Erstreckung in Tiefenrichtung. Hierbei ist vorzugsweise die Ausnehmung 22 durchgehend und ohne Boden ausgebildet und Stirnseiten des Einsatzes 25 sind bündig zur Innenfläche sowie zur Außenfläche der Wandung 3 im Haltebereich 8 angeordnet. Für das dargestellte Ausführungsbeispiels weisen die Ausnehmung 22 und der Einsatz 25 einen hohlzylindersegmentartigen Teilbereich 29 auf, welcher sich in
Möglich ist auch, dass der Einsatz 25 mit einem lokalen Spiel oder mit einem Spiel in mindestens einem Teilbereich oder auch einer Übergangspassung in die Ausnehmung 22 eingesetzt ist, wobei ein etwaiges verbleibendes Spiel dann unter Umständen erst mit der mechanischen Beanspruchung infolge der Zentrifugation und/oder einer hieraus resultierenden elastischen oder plastischen Verformung geschlossen wird.It is also possible that the insert 25 is inserted with a local game or with a game in at least a portion or a transition fit into the recess 22, wherein any remaining game then under certain circumstances only with the mechanical stress due to centrifugation and / or a resulting elastic or plastic deformation is closed.
Für sämtliche dargestellten Ausführungsbeispiele (
Der erste Materialbereich 23 bildet einen Übertragungsbereich 13, in welchem erfindungsgemäß unter Umständen ein Rissfortschritt hingenommen wird und welcher die wirkenden Kräfte und Spannungen auf den Bereich der Ausnehmung bzw. auf den Einsatz überträgt.The first material region 23 forms a transfer region 13, in which, under certain circumstances, crack propagation is tolerated and which transfers the acting forces and stresses to the region of the recess or onto the insert.
Vorzugsweise findet als Material des Grundkörpers 2 des Zentrifugenbechers 1 Aluminium, eine Aluminiumlegierung, ein Kunststoff, ggf. mit eingebetteten Kohlenstofffasern, ein Leichtbaukunststoff, ein Verbundwerkstoff o. ä. Einsatz. Der mindestens eine Einsatz kann aus dem gleichen Material oder einem abweichenden Material bestehen. Vorzugsweise besteht der Einsatz aus Titan, einer Titanlegierung, Keramik, Stahl, einem Hartmetall, einem Kunststoff oder einem Kunststoff mit eingebetteten Kohlenstofffasern, einem Leichtbaustoff, einem Verbundwerkstoff u. ä.Preferably, the material of the
Möglich ist, dass der Einsatz mit einem Spiel, insbesondere im Bereich von 1/10-tel mm bis 2/10-tel mm in der zugeordneten Ausnehmung aufgenommen ist, wobei dann bspw. eine Befestigung, Fixierung und ein Halten des Einsatzes über einen Stift oder eine Schraube erfolgt. Möglich ist, dass die Verbindung zwischen dem Einsatz und der Ausnehmung formschlüssig oder kraftschlüssig ausgebildet ist.It is possible that the insert is received with a game, in particular in the range of 1 / 10th mm to 2 / 10th mm in the associated recess, in which case, for example, a fastening, fixing and holding the insert via a pin or a screw is made. It is possible that the connection between the insert and the recess is formed positively or non-positively.
- 11
- Zentrifugenbechercentrifuge tube
- 22
- Grundkörperbody
- 33
- seitliche Wandunglateral wall
- 44
- Bodenwandungbottom wall
- 55
- Innenrauminner space
- 66
- Aufnahmeadmission
- 88th
- Haltebereichholding area
- 99
- Lagerachsebearing axle
- 1010
- Lagerflächestorage area
- 1111
- Ausnehmungrecess
- 1212
- Bodenground
- 1313
- ÜbertragungsbereichFrequency response
- 1414
- Einführflächelead-in
- 1515
- Einführflächelead-in
- 1616
- Einführflächelead-in
- 1717
- Einführflächelead-in
- 1818
- Begrenzungsflächeboundary surface
- 1919
- Begrenzungsflächeboundary surface
- 2020
- Öffnungopening
- 2121
- RissCrack
- 2222
- Ausnehmungrecess
- 2323
- erster Materialbereichfirst material area
- 2424
- zweiter Materialbereichsecond material area
- 2525
- Einsatzcommitment
- 2626
- Längsachselongitudinal axis
- 2727
- Innenflächepalm
- 2828
- Außenflächeouter surface
- 2929
- hohlzylindersegmentartiger Teilbereichhollow cylinder segment-like partial area
- 3030
- geradliniger Teilbereichrectilinear section
- 3131
- geradliniger Teilbereichrectilinear section
- 3232
- Ausnehmungrecess
- 3333
- Ausnehmungrecess
- 3434
- Einsatzcommitment
- 3535
- Einsatzcommitment
- 3636
- dritter Materialbereichthird material area
- 3737
- Ausnehmungrecess
- 3838
- Einsatzcommitment
Claims (11)
- Centrifuge bucket (1) witha) a base body (2) comprising a recess (22; 32, 33; 37), which serves to directly or indirectly inhibit formation of a tear (21) or to delay a progression of a tear (21) in the base body (2) due to a centripetal force effective onto the centrifuge bucket (1) due to centrifugation, andb) an accommodation (6) comprising a bearing surface (10) for a bearing pin of the centrifuge defining a bearing axis (9),c) where the bearing surface (10) is formed by the base body (2) andd) the bearing surface (10) when viewed in the radial direction with respect to the bearing axis (9) is arranged between the bearing axis (9) and the recess (22; 32, 33; 37),
characterised in thate) an insert (25; 34, 35; 38) is inserted into the recess (22; 32, 33; 37) or recesses (32, 33; 37a, 37b, ...) are arranged with different distances from the bearing axis (9) and partial overlaps in the circumferential direction. - Centrifuge bucket (1) according to claim 1, characterised in that multiple recesses (32, 33; 37a, 37b, 37c, ...) and multiple inserts (34, 35; 38a, 38b, 38c, ...) are present.
- Centrifuge bucket (1) according to claim 1 or 2, characterised in that the or at least one insert (25; 34, 35; 38) is held in the recess (22; 32, 33; 37) of the base body (2) viaa) a material connection or an adhesive connection,b) an interference fit,c) a screw and/ord) a securing pin.
- Centrifuge bucket (1) according to one of claims 1 to 3, characterised in that the or at least one insert (25; 34, 35; 38) and/or the recess (22; 32, 33; 37) comprises a curved longitudinal axis (26).
- Centrifuge bucket (1) according to claim 4, characterised in that the curvature is realized to be concentric to the bearing axis (9).
- Centrifuge bucket (1) according to one of claims 1 to 5, characterised in that the or at least one insert (25; 34, 35; 38) and at least one recess (22; 32, 33; 37) extend over a part of the circumferential area of the bearing axis (9) in the base body (2).
- Centrifuge bucket (1) according to one of claims 1 to 6, characterised in that the or at least one insert (25; 34, 35; 38) and at least one recess (22; 32, 33; 37) are realized to be shaped as a segment of a hollow cylinder.
- Centrifuge bucket (1) according to one of claims 1 to 7, characterised in thata) the or a recess (22; 32, 33; 37) extends through a wall (3) formed by the base body (2),b) the depth of the or at least one insert (25; 34, 35; 38) corresponds to a wall thickness of the wall (3) in the neighbourhood of the recess (22; 32, 33; 37),c) the front face of the insert (25; 34, 35; 38) ends flush with the outer surface of the wall (3) in the neighbourhood of the recess (22; 32, 33; 37) andd) the other front face of the insert (25; 34, 35; 38) ends flush with the inner surface of the wall (3) in the neighbourhood of the recess (22; 32, 33; 37).
- Centrifuge bucket (1) according to one of the preceding claims, characterised in that inserts (34, 35; 38a, 38b, ...) and recesses (32, 33; 37a, 37b, ...) are arranged witha) different distances from the bearing axis (9) andb) partial overlaps in the circumferential direction.
- Centrifuge bucket (1) according to one of the preceding claims, characterised in that between the or at least one recess (22; 32, 33; 37) and the bearing surface (10) the base body (2) forms a transfer portion (13), the extension of which radially to the bearing axis (9) is at least 3 mm.
- Centrifuge with a centrifuge bucket (1) according to one of the preceding claims.
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