EP3669992B1 - Verbindungskonstruktion - Google Patents

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EP3669992B1
EP3669992B1 EP18213729.9A EP18213729A EP3669992B1 EP 3669992 B1 EP3669992 B1 EP 3669992B1 EP 18213729 A EP18213729 A EP 18213729A EP 3669992 B1 EP3669992 B1 EP 3669992B1
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EP
European Patent Office
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locking element
drive shaft
locking
connection construction
centrifuge rotor
Prior art date
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EP18213729.9A
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English (en)
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EP3669992A1 (de
Inventor
Steffen Kühnert
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Eppendorf SE
Original Assignee
Eppendorf SE
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Publication date
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Priority to PCT/EP2019/085455 priority patent/WO2020127121A1/de
Priority to JP2021535182A priority patent/JP7270043B2/ja
Priority to US17/414,369 priority patent/US20220040709A1/en
Priority to CN201980091573.0A priority patent/CN113412160A/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/08—Arrangement or disposition of transmission gearing ; Couplings; Brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/08—Arrangement or disposition of transmission gearing ; Couplings; Brakes
    • B04B2009/085—Locking means between drive shaft and rotor

Definitions

  • the present invention relates to a connecting structure between a centrifuge rotor and a drive shaft of a centrifuge motor according to the preamble of claim 1.
  • Centrifuge rotors are used in centrifuges, particularly laboratory centrifuges, to separate the components of samples centrifuged therein by utilizing mass inertia. Increasingly higher rotation speeds are used to achieve high demixing rates.
  • Laboratory centrifuges are centrifuges whose centrifuge rotors preferably operate at at least 3,000, preferably at least 10,000, in particular at least 15,000 revolutions per minute and are usually placed on tables. In order to be able to place them on a work table, they have a form factor of less than 1 m x 1 m x 1 m, so their installation space is limited. The device depth is preferably limited to a maximum of 70 cm.
  • laboratory centrifuges are also known that are designed as floor-standing centrifuges, i.e. have a height in the range of 1 m to 1.5 m, so that they can be placed on the floor of a room.
  • centrifuges are used in the fields of medicine, pharmacy, biology and chemistry.
  • the samples to be centrifuged are stored in sample containers and these sample containers are rotated by the centrifuge rotor.
  • the centrifuge rotors are usually set in rotation by means of a vertical drive shaft that is driven by an electric motor.
  • the coupling between the centrifuge rotor and the drive shaft is usually made by means of the hub of the centrifuge rotor.
  • centrifuge rotors there are various centrifuge rotors that are used depending on the application.
  • the sample containers can contain the samples directly or the sample containers can have their own sample containers that contain the sample, so that a large number of samples can be centrifuged simultaneously in one sample container.
  • centrifuge rotors are known in the form of fixed-angle rotors and swing-out rotors and others.
  • the connecting structure between these centrifuge rotors and the drive shafts of the centrifuge motors which ensures the locking of the respective centrifuge rotor on the drive shaft during operation of the centrifuge, is usually designed universally, regardless of the type of centrifuge rotor, so that different types of centrifuge rotors can be used without any problems in the same centrifuge.
  • connection structures are usually designed in such a way that there is a screw connection between the centrifuge rotor and the shaft, which makes it possible to create a very secure and durable connection.
  • a key is required to operate the screw connection.
  • the disadvantage of this connection structure is that the key requires additional elements that can be misplaced, and one-handed operation is not possible.
  • the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages of the known constructions.
  • one-handed operation should be enabled, for which no additional tools are required.
  • the connecting structure should be designed in such a way that locking is always ensured, whereby jamming or blocking of locking elements cannot occur.
  • the connecting structure according to the invention is designed in such a way that an actuating means is provided on one of the drive shaft and centrifuge rotor elements, which makes the locking releasable, because this enables genuine one-handed operation and the actuating means also effectively prevent jamming or the like of the locking elements.
  • connection structure between a centrifuge rotor and a drive shaft of a centrifuge motor extending along a shaft axis, wherein a first locking element is arranged on one of the elements centrifuge rotor and drive shaft and a second locking element is arranged on the other of the elements centrifuge rotor and drive shaft, wherein the first locking element is in engagement with the second locking element in the locked state of the connection and is not in engagement in the unlocked state, is thus designed such that an actuating means is present on one of the elements centrifuge rotor and drive shaft, the actuation of which causes the first locking element to disengage from the second locking element, whereby the centrifuge rotor can be removed from the drive shaft.
  • the first locking element is a lever.
  • the term "lever arm” is understood to mean the part of the lever that locks with the second locking element.
  • the lever is mounted so that it can pivot around an axis. This makes the lever function particularly easy to implement.
  • the first connecting means has at least one bevel that serves as a locking aid, wherein the bevel preferably lies parallel to the longitudinal extension of the lever. This makes it particularly easy to lock the connecting structure because the first locking means does not represent an obstacle when the centrifuge rotor is attached to the drive shaft.
  • the first locking element is designed in such a way that it engages with the second locking element due to centrifugal force. This means that locking takes place automatically when the centrifuge is operating.
  • the first locking element is pre-tensioned in the direction of engagement with the second locking element.
  • the pre-tension can also serve as a pre-tension for the actuating means, although a separate pre-tension is preferably provided for the actuating means. If the pre-tension is used in addition to the centrifugal force, then the rotation of the centrifuge rotor reinforces the locking by the centrifugal force.
  • the first locking element is arranged on the centrifuge rotor. This allows the essential elements to be arranged in the centrifuge rotor, preferably its hub, which improves durability because the drive shaft itself does not have to have any moving parts for the connecting structure. It is then advantageously provided that there are at least two first locking elements, preferably three first locking elements. This makes the locking particularly secure.
  • the second locking element is a projection of the drive shaft, which the first locking element engages behind in the locked state. This makes the connecting structure particularly simple.
  • the actuating means has a contact surface for a counter-contact surface of the first locking element, wherein the contact surface has an inclined course in the actuating direction of the actuating means, at least in the locked state of the connecting structure, such that actuation of the actuating means causes pivoting of the first locking element.
  • the invention provides that the contact surface runs at an angle in the axial direction of the shaft axis. This means that, for example, levers arranged to pivot about an axis can be unlocked very easily.
  • the counter-contact surface will then ideally run straight in the direction of the shaft axis, but can also have an incline, which must, however, be dimensioned such that an unlocking force is exerted on the first locking element when the actuating means is moved in the actuating direction.
  • the actuating means is designed as a push button that is pre-tensioned against the actuating direction. This makes unlocking particularly easy and ergonomic.
  • the actuating means is located on the centrifuge rotor. This allows the drive shaft to be made compact. Alternatively, however, the actuating means could also be located on the drive shaft.
  • the connecting structure provides a snap-in connection, with the locking being carried out as part of a clip connection that is designed to be detachable. This makes the locking particularly secure and the user can easily understand the security that has been achieved by means of the snap-in sound.
  • the first connecting element would preferably be pre-tensioned in the direction of engagement with the second locking element.
  • the center of gravity of the first locking element could be arranged in such a way that the snap-in occurs automatically when the centrifuge rotor is placed on the drive shaft.
  • FIG. 1 to 6 the connecting structure 100 according to the invention is shown in a preferred embodiment in various views.
  • the connecting structure 100 between a centrifuge rotor 102 (only partially shown) and a drive shaft 104 (only partially shown) of a centrifuge motor (not shown) has three levers 106 as first locking elements 106, each of which is pivotably mounted about axes 108.
  • axes 108 are arranged in the hub 110 of the centrifuge rotor 102 such that the levers 106 extend concentrically around a receiving space 112 for the drive shaft 104, with an angular distance of 120° each.
  • the levers 106 each have a first lever arm 114 and a second lever arm 116, which are arranged opposite the axis 108, wherein a hook 118 pointing towards the shaft axis W is arranged on the first lever arm 114.
  • the receiving space 112 for the drive shaft 104 has an incorporated hexagon socket 120, which corresponds to a corresponding hexagon socket 122 of the drive shaft 104 and serves to transmit torque.
  • This hexagon socket 120 is preferably made of a harder material than the hub 110 and is fixed in this hub 110, for example screwed in or shrunk in.
  • the transmission of the torque from the drive shaft 104 to the centrifuge rotor 102 thus takes place via a positive connection 120, 122.
  • a positive connection 120, 122 As an alternative to the hexagonal design shown, another polygonal design, for example an octagonal design, could also exist, or the positive connection could be made by a spring-groove connection or a driving pin-groove connection or other positive connections that allow torque transmission.
  • the hub 110 has an inner cone 124 that corresponds to a conical section 126 of the drive shaft 104 and serves to ensure the perfectly aligned seat of the centrifuge rotor 102 on the drive shaft 104 and to provide a frictional connection.
  • This inner cone 124 merges into an inner cylinder 128 that is formed by a bearing block 130 that is screwed to the hub 110 and has arms 131 on which the axes 108 are arranged.
  • This bearing block 130 could also have preloading means, for example in the form of springs (not shown), that cause the first lever arms 114 with the hooks 118 to be preloaded toward the shaft axis W. However, in the embodiment shown, such separate preloading means are not provided.
  • the drive shaft 104 has a groove 132 with an upper projection 134 above the conical section 126, with a chamfer 136 extending above the upper projection 134. This projection 134 forms the second locking element.
  • the groove 132 has a peripheral design in the form of an external hexagon 137, which is aligned parallel to the external hexagon 122. As a result, each hook 118 is always parallel to a surface of the external hexagon 137 assigned to it.
  • the hooks 118 have bevels 138 that are oriented toward the inner cone 124. In the locked state, the hooks 118 engage in the groove 132 and engage behind the upper projection 134.
  • the hub 110 has a cylindrical cavity 140 above the bearing block 130, which is limited at the top by a cover-shaped closure element 142.
  • this closure element 142 which can be screwed 143 into the hub 110, for example, there is an opening 144 in which the actuating element 146 is received in a slidingly displaceable manner.
  • the actuating element 146 has a body 148 designed as a push button 148, which has a collar 150 in its lower section, which projects radially outward and rests against the closure element 142 when the actuating element 146 is not pressed in.
  • a projection 152 is arranged below the collar 150, wherein at the transition between the body 148 and the projection 152, opposite the collar 150, there is a section 154 with a conical inner contour, which acts as a contact surface that corresponds to a counter contact surface 156 of the lever 106.
  • the bearing block 130 has an elevation 158 through the outriggers 131 to form a recess 160 (cf. Fig. 2 ).
  • a spiral spring 162 is arranged in this recess 160 on the one hand and between the projection 152 and the outer circumference of the cavity 140 on the other hand and biases the actuating element 146 in an upward direction, i.e. opposite to the actuating direction B of the actuating element 146.
  • the spiral spring 162 thus provides an automatic return of the actuating element 146 from the actuated to the non-actuated state.
  • the opening 144 has a section 164 with a conical inclination, which corresponds to a conical counter-section 166 of the actuating element 146. This effectively prevents the actuating element 146 from tilting when it is moved by the spiral spring 162 against the actuating direction B.
  • connection structure 100 now works as follows: In in Fig. 1 In the state shown, the centrifuge rotor 102 is placed with its hub 110 onto the drive shaft 104 of the centrifuge motor. The hooks 118 with their bevels 138 come into contact with the bevel 136 of the drive shaft 104, whereby the first lever arm 114 is deflected outwards relative to the shaft axis W until the hooks 118 engage in the groove 132 and thereby engage behind the upper projection 134 (cf. Fig. 2 ). The two bevels 136, 138 thus provide a locking aid by preventing the hooks 118 from jamming or snagging on the drive shaft 104.
  • the center of mass M of the levers 106 is located outside and above in relation to the axes 108, whereby gravity causes the hooks 118 to engage in the groove 132.
  • the initial position of the levers 106 is limited by the conical inner surface 154 of the actuating element 146.
  • the second lever arms 116 cannot tilt outwards and prevent the centrifuge rotor 102 from being placed on the surface. Tilting inwards is also not a problem, since the drive shaft 104 pushes these levers 106 back into the correct position when the centrifuge rotor 102 is placed on the surface. However, tilting inwards could also be prevented by designing appropriate contact points in the bearing block 130 (not shown).
  • the push button 148 To release the lock, the push button 148 must be moved in the actuation direction B, i.e. downwards. This causes the contact surface 154 to contact the counter-contact surface 156, which runs parallel to the shaft axis W in the unswiveled state.
  • levers 106 pivotable about an axis 108 were used, levers pivotable about an axis and arranged on the drive shaft can also be used.
  • actuating element 146 does not necessarily have to be arranged on the hub 110 of the centrifuge rotor 102, it can also be arranged on the drive shaft.
  • Fig. 7 a laboratory centrifuge 200 is shown which is equipped with the connecting structure 10 according to the invention.
  • this laboratory centrifuge 200 is designed in a conventional manner and has a housing 202 with a control panel 206 arranged on its front side 204 and a lid 208 which is provided for closing the centrifuge container 210.
  • a fixed-angle rotor 12 is arranged in the centrifuge container 210 as a centrifuge rotor, which can be driven by the drive shaft of a centrifuge motor (neither shown).
  • the present invention provides a connecting structure 100 between centrifuge rotor 102 and drive shaft 104 of a laboratory centrifuge 200, by means of which one-hand operation is possible for which no additional tools are required.
  • the connecting structure 100 is designed in such a way that the locking 118, 132, 134 is always ensured, whereby jamming or blocking of locking elements 118, 132, 134 cannot occur.

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungskonstruktion zwischen Zentrifugenrotor und Antriebswelle eines Zentrifugenmotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Zentrifugenrotoren werden in Zentrifugen, insbesondere Laborzentrifugen, dazu eingesetzt, um die Bestandteile von darin zentrifugierten Proben unter Ausnutzung der Massenträgheit zu trennen. Dabei werden zur Erzielung hoher Entmischungsraten immer höhere Rotationsgeschwindigkeiten eingesetzt. Laborzentrifugen sind dabei Zentrifugen, deren Zentrifugenrotoren bei vorzugsweise mindestens 3.000, bevorzugt mindestens 10.000, insbesondere mindestens 15.000 Umdrehungen pro Minute arbeiten und zumeist auf Tischen platziert werden. Um sie auf einem Arbeitstisch platzieren zu können, weisen sie insbesondere einen Formfaktor von weniger als 1 m x 1 m x 1 m auf, ihr Bauraum ist also beschränkt. Vorzugsweise ist dabei die Gerätetiefe auf max. 70 cm beschränkt. Es sind allerdings auch Laborzentrifugen bekannt, die als Standzentrifugen ausgebildet sind, also eine Höhe im Bereich von 1 m bis 1,5 m aufweisen, um sie auf dem Boden eines Raumes platzieren zu können.
  • Solche Zentrifugen werden auf Gebieten der Medizin, der Pharmazie, der Biologie und Chemie dgl. eingesetzt.
  • Die zu zentrifugierenden Proben werden in Probenbehältern gelagert und diese Probenbehälter werden mittels des Zentrifugenrotors rotatorisch angetrieben. Dabei werden die Zentrifugenrotoren üblicherweise mittels einer senkrechten Antriebswelle, die von einem elektrischen Motor angetrieben wird, in Rotation versetzt. Die Kopplung zwischen dem Zentrifugenrotor und der Antriebswelle erfolgt üblicherweise mittels der Nabe des Zentrifugenrotors.
  • Es gibt verschiedene Zentrifugenrotoren, die je nach Anwendungszweck eingesetzt werden. Dabei können die Probenbehälter die Proben direkt enthalten oder in den Probenbehältern sind eigene Probenbehältnisse eingesetzt, die die Probe enthalten, so dass in einem Probenbehälter eine Vielzahl von Proben gleichzeitig zentrifugiert werden können. Ganz allgemein sind Zentrifugenrotoren in Form von Festwinkelrotoren und Ausschwingrotoren und weiteren bekannt.
  • Die Verbindungskonstruktion zwischen diesen Zentrifugenrotoren und den Antriebswellen der Zentrifugenmotoren, die die Verriegelung des jeweiligen Zentrifugenrotors auf der Antriebswelle im Betrieb der Zentrifuge sicherstellt, ist zumeist unabhängig von der Art des Zentrifugenrotors universal so aufgebaut, dass verschiedene Typen von Zentrifugenrotoren problemlos in derselben Zentrifuge eingesetzt werden können.
  • Solche Verbindungskonstruktionen sind üblicherweise so ausgebildet, dass zwischen Zentrifugenrotor und Welle eine Schraubverbindung besteht, wodurch eine sehr sichere und haltbare Verbindung herstellbar ist. Zum Verriegeln und Lösen der Verbindung ist ein Schlüssel erforderlich, mit dem die Schraubverbindung betätigbar ist. Nachteilig an dieser Verbindungskonstruktion ist es, dass mit dem Schlüssel zusätzliche Elemente erforderliche sind, die verlegt werden können, und zudem keine Einhandbedienung möglich ist.
  • Es ist aber auch schon bekannt, eine automatische Verriegelung zu verwenden, die eine Einhandbedienung erlaubt. Dieses System wird beispielsweise von der Firma Sigma Laborzentrifugen GmbH, An der Unteren Söse 50, 37520 Osterode am Harz, unter der Bezeichnung "G-Lock®" vermarktet. Nachteilig daran ist allerdings, dass eine komplexe Umlenkung von auf Exzenterelemente einwirkenden Zentrifugalkräften auf Kupplungselemente erfolgt, was zahlreichen Fehleranfälligkeiten sowohl bei der Verriegelung als auch bei der Entriegelung unterliegen kann, was letztlich den Betrieb dieser Kupplungsvorrichtung im Alltag unsicher machen kann. DE 10 2008 045 556 A1 offenbart eine Verbindungskonstruktion gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. WO 2011/001729 A1 offenbart eine Verbindungskonstruktion, die, im Falle einer Störung, mit einem separaten Werkzeug entriegelt werden kann.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten Konstruktionen zumindest teilweise zu überwinden. Bevorzugt soll eine Einhandbedienung ermöglicht werden, für die kein zusätzliches Werkzeug erforderlich ist. Insbesondere soll die Verbindungskonstruktion so aufgebaut werden, dass die Verriegelung stets sichergestellt ist, wobei ein Verklemmen oder Blockieren von Verriegelungselementen nicht erfolgen kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit der erfindungsgemäßen Verbindungskonstruktion nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den Figuren angegeben.
  • Die Verbindungskonstruktion gemäß der Erfindung ist so ausgestaltet, dass an einem der Elemente Antriebswelle und Zentrifugenrotor ein Betätigungsmittel besteht, das die Verriegelung lösbar macht, weil dadurch eine echte Einhandbedienung ermöglicht wird und durch die Betätigungsmittel auch ein Verklemmen oder dgl. der Verriegelungselemente wirksam verhindert wird.
  • Die erfindungsgemäße Verbindungskonstruktion zwischen Zentrifugenrotor und einer sich entlang einer Wellenachse erstreckenden Antriebswelle eines Zentrifugenmotors, wobei an einem der Elemente Zentrifugenrotor und Antriebswelle ein erstes Verriegelungselement und an dem anderen der Elemente Zentrifugenrotor und Antriebswelle ein zweites Verriegelungselement angeordnet ist, wobei das erste Verriegelungselement mit dem zweiten Verriegelungselement im verriegelten Zustand der Verbindung in Eingriff steht und im nicht verriegelten Zustand nicht im Eingriff steht, ist somit so ausgestaltet, dass ein Betätigungsmittel an einem der Elemente Zentrifugenrotor und Antriebswelle besteht, dessen Betätigung bewirkt, dass das erste Verriegelungselement außer Eingriff mit dem zweiten Verriegelungselement gerät, wodurch der Zentrifugenrotor von der Antriebswelle abnehmbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist u.a. vorgesehen, dass das erste Verriegelungselement ein Hebel ist. Dadurch lässt sich die Verriegelung besonders einfach bewerkstelligen. Weil der Hebelarm des Hebels in einer Ebene parallel zur Wellenachse beweglich ist, kann die Verbindungskonstruktion besonders schlank ausgebildet werden. Dies umso mehr, wenn der Hebelarm in einer Ebene beweglich ist, die die Wellenachse einschließt. Unter "Hebelarm" wird dabei derjenige Teil des Hebels verstanden, der die Verriegelung mit dem zweiten Verriegelungselement eingeht.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Hebel um eine Achse verschwenkbar gelagert ist. Dadurch lässt sich die Hebelfunktion besonders einfach umsetzen. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Verbindungsmittel zumindest eine Fase aufweist, die als Verriegelungshilfe dient, wobei die Fase bevorzugt parallel zur Längserstreckung des Hebels liegt. Dadurch lässt sich die Verbindungskonstruktion besonders einfach verriegeln, weil dadurch das erste Verriegelungsmittel beim Aufstecken des Zentrifugenrotors auf die Antriebswelle kein Hindernis darstellt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Verriegelungselement so ausgebildet ist, dass es Fliehkraft bedingt in Eingriff mit dem zweiten Verriegelungselement gerät. Dadurch erfolgt die Verriegelung selbsttätig beim Betriebs der Zentrifuge.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das erste Verriegelungselement in Richtung des Eingriffs mit dem zweiten Verriegelungselement vorgespannt ist. Dadurch kann die Verriegelung auch schon ohne Fliehkraft, also selbsttätig ohne Rücksicht auf den Betriebszustand der Zentrifuge erfolgen. Gleichzeitig kann die Vorspannung auch als Vorspannung für das Betätigungsmittel dienen, wobei bevorzugt aber für das Betätigungsmittel eine eigene Vorspannung vorgesehen ist. Wenn die Vorspannung zusätzlich zur Fliehkraft eingesetzt wird, dann findet durch die Rotation des Zentrifugenrotors eine Verstärkung der Verriegelung durch die Fliehkraft statt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Verriegelungselement an dem Zentrifugenrotor angeordnet ist. Dadurch können die wesentlichen Elemente in dem Zentrifugenrotor, bevorzugt dessen Nabe, angeordnet werden, wodurch die Langlebigkeit verbessert wird, weil die Antriebswelle selbst insbesondere keine beweglichen Teile für die Verbindungskonstruktion aufweisen muss. Vorteilhaft ist dann vorgesehen, dass zumindest zwei erste Verriegelungselemente, bevorzugt drei erste Verriegelungselemente bestehen. Dadurch ist die Verriegelung besonders sicher.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite Verriegelungselement ein Vorsprung der Antriebswelle ist, den das erste Verriegelungselement im verriegelten Zustand hintergreift. Dadurch ist die Verbindungskonstruktion besonders einfach aufgebaut.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Betätigungsmittel eine Anlagefläche für eine Gegenanlagefläche des ersten Verriegelungselements aufweist, wobei die Anlagefläche in Betätigungsrichtung des Betätigungsmittels zumindest im verriegelten Zustand der Verbindungskonstruktion einen geneigten Verlauf derart aufweist, dass eine Betätigung des Betätigungsmittels ein Verschwenken des ersten Verriegelungselements bewirkt.
  • Dadurch lässt sich die Entriegelung besonders einfach erreichen.
  • Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Anlagefläche in axialer Richtung der Wellenachse geneigt verläuft. Dadurch können beispielsweise um eine Achse verschwenkbar angeordnete Hebel sehr einfach entriegelt werden. Die Gegenanlagefläche wird dann am besten in Richtung der Wellenachse gerade verlaufen, kann allerdings auch eine Neigung aufweisen, die allerdings so bemessen sein muss, dass bei Verlagerung des Betätigungsmittels in Betätigungsrichtung eine entriegelnde Kraft auf des erste Verriegelungselement ausgeübt wird.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Betätigungsmittel als Druccknopf ausgebildet ist, der gegen die Betätigungsrichtung vorgespannt ausgebildet ist. Dadurch lässt sich die Entriegelung besonders einfach und ergonomisch vornehmen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Betätigungsmittel am Zentrifugenrotor besteht. Dadurch kann die Antriebswelle kompakt ausgeführt werden. Alternativ könnte das Betätigungsmittel allerdings auch an der Antriebswelle bestehen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Verbindungskonstruktion eine Rastverbindung bereitstellt, wobei die Verriegelung im Rahmen einer Clipverbindung erfolgt, die lösbar ausgestaltet ist. Dadurch ist die Verriegelung besonders sicher und über das für den Nutzer hörbare Einrasten lässt sich die hergestellte Sicherheit sehr leicht nachvollziehen. Zur Bereitstellung der Rastverbindung würde bevorzugt eine Vorspannung des ersten Verbindungselements in Richtung des Eingriffs mit dem zweiten Verriegelungselement bestehen. Andererseits könnte der Schwerpunkt des ersten Verriegelungselements so angeordnet sein, dass das Einrasten automatisch beim Aufsetzen des Zentrifugenrotors auf die Antriebswelle erfolgt.
  • Die Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen rein schematisch:
    • Fig. 1
    die erfindungsgemäße Verbindungskonstruktion in einer bevorzugten Ausgestaltung im entriegelten und getrennten Zustand im Schnitt,
    Fig. 2
    die Verbindungskonstruktion nach Fig. 1 im verriegelten Zustand im Schnitt,
    Fig. 3
    die Verbindungskonstruktion nach Fig. 1 im entriegelten Zustand im Schnitt,
    Fig. 4
    die Nabe des Zentrifugenrotors der Verbindungskonstruktion nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt,
    Fig. 5
    die Antriebswelle des Zentrifugenrotors der Verbindungskonstruktion nach Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht,
    Fig. 6
    die Verbindungskonstruktion nach Fig. 1 in Detailansicht im Schnitt und
    Fig. 7
    eine Laborzentrifuge mit der erfindungsgemäßen Verbindungskonstruktion nach Fig. 1.
  • In den Fig. 1 bis 6 ist die erfindungsgemäße Verbindungskonstruktion 100 in einer bevorzugten Ausgestaltung in verschiedenen Ansichten gezeigt.
  • Es ist zu erkennen, dass die Verbindungskonstruktion 100 zwischen einem nur teilweise dargestellten Zentrifugenrotor 102 und einer nur teilweise dargestellten Antriebswelle 104 eines nicht weiter dargestellten Zentrifugenmotors als erste Verriegelungselemente 106 drei Hebel 106 aufweist, die jeweils um Achsen 108 verschwenkbar gelagert sind.
  • Diese Achsen 108 sind so in der Nabe 110 des Zentrifugenrotors 102 angeordnet, dass die Hebel 106 sich konzentrisch um einen Aufnahmeraum 112 für die Antriebswelle 104 erstrecken und zwar mit einem Winkelabstand von jeweils 120°.
  • Die Hebel 106 weisen jeweils einen ersten Hebelarm 114 und einen zweiten Hebelarm 116 auf, die gegenüberliegend der Achse 108 angeordnet sind, wobei an dem ersten Hebelarm 114 ein zur Wellenachse W hinweisender Haken 118 angeordnet ist.
  • Der Aufnahmeraum 112 für die Antriebswelle 104 weist einem eingearbeiteten Innensechskant 120 auf, der mit einem entsprechenden Außensechskant 122 der Antriebswelle 104 korrespondiert und der Drehmomentübertragung dient. Vorzugsweise ist dieser Innensechskant 120 aus einem härten Werkstoff gefertigt als die Nabe 110 und ist in dieser Nabe 110 fixiert, beispielsweise eingeschraubt oder eingeschrumpft.
  • Die Übertragung des Drehmomentes von Antriebswelle 104 auf Zentrifugenrotor 102 erfolgt somit über eine formschlüssige Verbindung 120, 122. Alternativ zu der gezeigten Sechskantausbildung könnte auch eine andere Vielkantausbildung, beispielsweise eine Achtkantausbildung bestehen, oder die formschlüssige Verbindung könnte durch eine Feder-Nut-Verbindung oder auch einer Mitnahmestift-Nut-Verbindung oder andere formschlüssige Verbindungen erfolgen, die eine Drehmomentübertragung gestatten.
  • Außerdem weist die Nabe 110 einen Innenkonus 124 auf, der mit einem konischen Abschnitt 126 der Antriebswelle 104 korrespondiert und dem perfekt ausgerichteten Sitz des Zentrifugenrotors 102 auf der Antriebswelle 104 und einem Reibschluss dient. Dieser Innenkonus 124 geht in einen Innenzylinder 128 über, der von einem mit der Nabe 110 verschraubten 129 Lagerbock 130 gebildet wird, an dem Ausleger 131 bestehen, an denen die Achsen 108 angeordnet sind. An diesem Lagerbock 130 könnten auch Vorspannmittel, beispielsweise in der Form von Federn (nicht gezeigt) bestehen, die eine Vorspannung der ersten Hebelarme 114 mit den Haken 118 zur Wellenachse W hin bewirken. Allerdings sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel solche gesonderten Vorspannmittel nicht vorgesehen.
  • Die Antriebswelle 104 weist oberhalb des konischen Abschnitts 126 eine Nut 132 mit einem oberen Vorsprung 134 auf, wobei sich oberhalb des oberen Vorsprungs 134 eine Fase 136 erstreckt. Dieser Vorsprung 134 bildet das zweite Verriegelungselement.
  • Es ist weiterhin zu erkennen, dass die Nut 132 eine Umfangsgestaltung in Form eines Außensechskants 137 aufweist, der parallel zum Außensechskant 122 ausgerichtet ist. Dadurch liegt jeder Haken 118 immer parallel zu einer ihm zugeordneten Fläche des Außensechskants 137.
  • Die Haken 118 weisen Fasen 138 auf, die in Richtung zum Innenkonus 124 hin orientiert sind. Im verriegelten Zustand greifen die Haken 118 in die Nut 132 ein und hintergreifen dabei den oberen Vorsprung 134.
  • Weiterhin weist die Nabe 110 einen zylindrischen Hohlraum 140 oberhalb des Lagerblocks 130 auf, der von einem deckelförmigen Verschlusselement 142 nach oben begrenzt wird. In diesem Verschlusselement 142, das beispielsweise in die Nabe 110 eingeschraubt 143 sein kann, befindet sich eine Öffnung 144, in der das Betätigungselement 146 gleitend verlagerbar aufgenommen ist.
  • Das Betätigungselement 146 weist einen als Druckknopf 148 ausgebildeten Körper 148 auf, der in seinem unteren Abschnitt in einen Kragen 150 aufweist, der radial nach außen übersteht und im nicht eingedrückten Zustand des Betätigungselements 146 an dem Verschlusselement 142 anliegt.
  • An dem Kragen 150 ist unterhalb ein Vorsprung 152 angeordnet, wobei am Übergang zwischen Körper 148 und Vorsprung 152 gegenüberliegend vom Kragen 150 ein Abschnitt 154 mit einer konischer Innenkontur besteht, der als Anlagefläche wirkt, die mit einer Gegenanlagefläche 156 der Hebel 106 korrespondiert.
  • Der Lagerblock 130 weist durch die Ausleger 131 eine Erhöhung 158 zur Ausbildung einer Vertiefung 160 auf (vgl. Fig. 2). Eine Spiralfeder 162 ist in dieser Vertiefung 160 einerseits und zwischen dem Vorsprung 152 und dem Außenumfang des Hohlraums 140 anderseits angeordnet und spannt das Betätigungselement 146 in Richtung nach oben, also entgegen der Betätigungsrichtung B des Betätigungselements 146 vor. Die Spiralfeder 162 stellt dadurch eine automatische Rückführung des Betätigungselements 146 vom betätigten in den unbetätigten Zustand bereit.
  • Es ist in Fig. 3 auch zu erkennen, dass die Öffnung 144 einen Abschnitt 164 mit konischer Neigung aufweist, der mit einem konischen Gegenabschnitt 166 des Betätigungselements 146 korrespondiert. Dadurch wird ein Verkanten des Betätigungselements 146 beim Verschieben durch die Spiralfeder 162 entgegen der Betätigungsrichtung B wirksam verhindert.
  • Diese Verbindungskonstruktion 100 funktioniert wird nun wie folgt:
    Im in Fig. 1 gezeigten Zustand wird der Zentrifugenrotor 102 mit seiner Nabe 110 auf die Antriebswelle 104 des Zentrifugenmotors aufgesetzt. Dabei gelangen die Haken 118 mit ihren Fasen 138 in Kontakt mit der Fase 136 der Antriebswelle 104, wodurch der erste Hebelarm 114 gegenüber der Wellenachse W nach außen abgelenkt wird, bis die Haken 118 in der Nut 132 einrasten und dabei den oberen Vorsprung 134 hintergreifen (vgl. Fig. 2). Die beiden Fasen 136, 138 stellen hier also eine Verriegelungshilfe dadurch bereit, dass sie ein Verkanten oder Verhaken der Haken 118 an der Antriebswelle 104 verhindern.
  • Damit ein Einrasten schon vor dem Betrieb des Zentrifugenrotors 102 erfolgt, liegt der Masseschwerpunkt M der Hebel 106 außen und oberhalb in Bezug auf die Achsen 108, wodurch die Schwerkraft das Einrasten der Haken 118 in die Nut 132 bewirkt.
  • Die Ausgangslage der Hebel 106 wird durch die konische Innenfläche 154 des Betätigungselements 146 begrenzt. Dadurch können die zweiten Hebelarme 116 nicht nach außen kippen und ein Aufsetzen des Zentrifugenrotors 102 verhindern. Ein nach innen Kippen stellt ebenfalls kein Problem dar, da die Antriebswelle 104 beim Aufsetzen des Zentrifugenrotors 102 diese Hebel 106 wieder in die korrekte Position drückt. Ein nach innen Kippen könnte jedoch auch durch entsprechende Anlagestellen im Lagerbock 130 konstruktiv vermieden werden (nicht gezeigt).
  • Im Betrieb des Zentrifugenrotors 102 bewirkt der oberhalb der Achse 108 angeordnete Massenschwerpunkt der Hebel 106, dass sich die zweiten Hebelarme 116 nach außen verlagern, wodurch die Haken 118 fest in die Nut 132 gepresst werden und dadurch die Verriegelung sicher erfolgt. Es gibt dabei nur ein verlagerndes Element 106, so dass die Funktion der Verriegelung fehlerunanfällig ist.
  • Um die Verriegelung zu lösen, muss der Druckknopf 148 in Betätigungsrichtung B, also nach unten verlagert werden. Dadurch wird die Anlagefläche 154 zur Anlage mit der Gegenanlagefläche 156 gebracht, die im unverschwenkten Zustand parallel zur Wellenachse W verläuft.
  • Bei dem weiteren Eindrücken des Druckknopfes 148 in Betätigungsrichtung B gleitet die Gegenanlagefläche 156 an der Anlagefläche 154, wodurch eine Kraft auf die zweiten Hebelarme 116 ausgeübt wird, wodurch die Haken 118 soweit radial nach außen verlagert werden, bis sie vollständig aus der Nut 132 entfernt sind (vgl. Fig. 3). Dadurch liegen die Haken 118 nicht mehr an dem oberen Vorsprung 134 an und die Nabe 110 kann von der Antriebswelle 104 abgezogen werden, wobei der Druckknopf 148 nach dessen loslassen durch die Spiralfeder 162 nach oben gleitet, bis der Kragen 150 an dem Verschlusselement 142 anliegt (vgl. Fig. 1).
  • Auch wenn vorstehend ein Beispiel gezeigt wurde, bei dem um eine Achse 108 verschwenkbare Hebel 106 verwendet wurden, so können auch um eine Achse verschwenkbare Hebel verwendet werden, die an der Antriebswelle angeordnet sind.
  • Außerdem muss das Betätigungselement 146 auch nicht zwingend an der Nabe 110 des Zentrifugenrotors 102 angeordnet sein, es kann auch an der Antriebswelle angeordnet sein.
  • In Fig. 7 ist eine Laborzentrifuge 200 gezeigt, die mit der erfindungsgemäßen Verbindungskonstruktion 10 bestückt ist.
  • Es ist zu erkennen, dass diese Laborzentrifuge 200 in üblicher Art und Weise ausgebildet ist, und dabei ein Gehäuse 202 mit einem an seiner Vorderseite 204 angeordneten Bedienfeld 206 und einen Deckel 208 aufweist, der zum Verschließen des Zentrifugenbehälters 210 vorgesehen ist. In dem Zentrifugenbehälter 210 ist als Zentrifugenrotor ein Festwinkelrotor 12 angeordnet, der von der Antriebswelle eines Zentrifugenmotors (beides nicht gezeigt) antreibbar ist.
  • Aus der vorstehenden Darstellung ist deutlich geworden, dass mit der vorliegenden Erfindung eine Verbindungskonstruktion 100 zwischen Zentrifugenrotor 102 und Antriebswelle 104 einer Laborzentrifuge 200 bereitgestellt wird, durch die eine Einhandbedienung ermöglicht ist, für die kein zusätzliches Werkzeug erforderlich ist. Dabei ist die Verbindungskonstruktion 100 so aufgebaut, dass die Verriegelung 118, 132, 134 stets sichergestellt ist, wobei ein Verklemmen oder Blockieren von Verriegelungselementen 118, 132, 134 nicht erfolgen kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    erfindungsgemäße Verbindungskonstruktion in einer bevorzugten Ausgestaltung
    102
    Zentrifugenrotor
    104
    Antriebswelle
    106
    Hebel, erste Verriegelungselemente
    108
    Achsen der Hebel 106
    110
    Nabe
    112
    Aufnahmeraum für die Antriebswelle
    114
    erster Hebelarm
    116
    zweiter Hebelarm
    118
    Haken
    120
    Innensechskant der Nabe 110
    122
    Außensechskant der Antriebswelle 104
    124
    Innenkonus der Nabe 110
    126
    konischer Abschnitt der Antriebswelle 104
    128
    Innenzylinder der Nabe 110
    129
    Verschraubung von Lagerbock 130 an Nabe 110
    130
    Lagerbock
    131
    Ausleger am Lagerbock 130 für Achsen 108
    132
    Nut
    134
    oberer Vorsprung der Nut 132, zweites Verriegelungselement
    136
    Fase an Antriebswelle 104
    137
    Umfangsgestaltung der Nut 132 in Form eines Außensechskants
    138
    Fasen an den Haken 118
    140
    zylindrischer Hohlraum der Nabe
    142
    deckelförmiges Verschlusselement
    143
    Verschraubung des Verschlusselements 142 an der Nabe 110
    144
    Öffnung
    146
    Betätigungselement
    148
    Druckknopf, Körper des Betätigungselements 146
    150
    Kragen
    152
    Vorsprung
    154
    Abschnitt mit konischer Innenkontur, Anlagefläche
    156
    Gegenanlagefläche der Hebel 106
    158
    Erhöhung des Lagerblocks 130
    160
    Vertiefung
    162
    Spiralfeder
    164
    Abschnitt mit konischer Neigung der Öffnung 144
    166
    konischer Gegenabschnitt des Betätigungselements 146
    200
    Laborzentrifuge
    202
    Gehäuse
    204
    Vorderseite des Gehäuses 202
    206
    Bedienfeld
    208
    Deckel
    210
    Zentrifugenbehälter
    B
    Betätigungsrichtung des Betätigungselements 146
    M
    Massenschwerpunkt der Hebel 106
    W'
    Wellenachse

Claims (11)

  1. Verbindungskonstruktion (100) mit einem Zentrifugenrotor (102) und einer sich entlang einer Wellenachse (W) erstreckenden Antriebswelle (104) eines Zentrifugenmotors, wobei an einem der Elemente Zentrifugenrotor (102) und Antriebswelle (104) ein erstes Verriegelungselement (106) und an dem anderen der Elemente Zentrifugenrotor (102) und Antriebswelle (104) ein zweites Verriegelungselement (134) angeordnet ist, wobei das erste Verriegelungselement (106) mit dem zweiten Verriegelungselement (134) im verriegelten Zustand der Verbindung in Eingriff steht und im nicht verriegelten Zustand nicht im Eingriff steht, wobei ein Betätigungsmittel (146) an einem der Elemente Zentrifugenrotor (102) und Antriebswelle (104) besteht, dessen Betätigung bewirkt, dass das erste Verriegelungselement (106) außer Eingriff mit dem zweiten Verriegelungselement (134) gerät, wodurch der Zentrifugenrotor (102) von der Antriebswelle (104) abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungselement ein Hebel (106) ist, dessen Hebelarm (114) in einer Ebene parallel zur Wellenachse (W) beweglich ist, und dass das Betätigungsmittel (146) eine Anlagefläche (154) für eine Gegenanlagefläche (156) des ersten Verriegelungselements (106) aufweist, wobei die Anlagefläche (154) in Betätigungsrichtung (B) des Betätigungsmittels (146) zumindest im verriegelten Zustand der Verbindungskonstruktion (100) einen geneigten Verlauf derart aufweist, dass eine Betätigung des Betätigungsmittels (146) ein Verschwenken des ersten Verriegelungselements (106) bewirkt, wobei die Anlagefläche (154) in axialer Richtung der Wellenachse (W) geneigt verläuft.
  2. Verbindungskonstruktion (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (114) in einer Ebene beweglich ist, die die Wellenachse (W) einschließt.
  3. Verbindungskonstruktion (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (106) um eine Achse (108) verschwenkbar gelagert ist.
  4. Verbindungskonstruktion (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsmittel (106) zumindest eine Fase (138) aufweist, die als Verriegelungshilfe dient, wobei die Fase (138) bevorzugt parallel zur Längserstreckung des Hebels (106) liegt.
  5. Verbindungskonstruktion nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungselement in Richtung des Eingriffs mit dem zweiten Verriegelungselement vorgespannt ist.
  6. Verbindungskonstruktion (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei erste Verriegelungselemente (106), bevorzugt drei erste Verriegelungselemente (106) bestehen.
  7. Verbindungskonstruktion (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verriegelungselement (106) an dem Zentrifugenrotor (102) angeordnet ist.
  8. Verbindungskonstruktion (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verriegelungselement (134) ein Vorsprung (134) der Antriebswelle (104) ist, den das erste Verriegelungselement (106) im verriegelten Zustand hintergreift.
  9. Verbindungskonstruktion (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel (146) als Druckknopf (148) ausgebildet ist, der gegen die Betätigungsrichtung (B) vorgespannt (162) ausgebildet ist.
  10. Verbindungskonstruktion (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsmittel (146) am Zentrifugenrotor (102) besteht.
  11. Verbindungskonstruktion nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskonstruktion eine Rastverbindung bereitstellt, wobei die Verriegelung im Rahmen einer Clipverbindung erfolgt, die lösbar ausgestaltet ist.
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