DE2901907C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifugen-Rotorbaugruppe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Die verschiedenen Bestandteile einer aus einem Strömungsmittel­ gemisch bestehenden Strömungsmittelprobe lassen sich dadurch trennen, daß man die Strömungsmittelprobe in einer Zentrifuge sehr hohen Rotationsdrehzahlen aussetzt. Ein Problem im Zu­ sammenhang mit dem Zentrifugationsvorgang besteht dabei hin­ sichtlich einer möglichen Rückvermischung der verschiedenen abgetrennten Bestandteile während der Zeit, in welcher der Rotor von seiner hohen Drehzahl bis zum vollständigen Stillstand abgebremst wird.

Um diese Vermischung zu vermeiden ist bereits eine Zentrifugen- Rotorbaugruppe der eingangs genannten Art bekannt (US-PS 40 56 225), bei der der untere Teil der Rotorauskleidung durch einen oberen aufschraubbaren Teil verschließbar ist, wobei der kreisringförmige Dichtungs-Verbindungsbereich entweder durch eine elastische Vorspannung der unteren und oberen Teile gegeneinander im Ruhezustand geschlossen wird oder der obere Teil durch den Rotordeckel elastisch auf den unteren Teil aufgepreßt wird. Im ersteren Fall ist die Entnahme der vonein­ ander getrennten Bestandteile der Strömungsmittelprobe nach Entnahme der Rotorauskleidung aus der Rotorbaugruppe sehr schwierig, weil die unteren und oberen Teile der Rotorausklei­ dung hierzu mit Hilfe eines Werkzeugs auseinangergespreizt werden müssen, während im letzteren Fall die Größe des kreisring­ förmigen Spaltes, der im Betrieb der Rotorbaugruppe durch Zentrifugalwirkung hervorgerufen wird, sehr stark von der Kraft abhängt, mit der der Rotordeckel auf das Rotorunterteil aufge­ schraubt ist und damit auf den oberen Teil der Rotorauskleidung drückt.

Es ist weiterhin eine Zentrifugen-Rotorbaugruppe bekannt (US-PS 32 39 136), die einen komplizierten Mechanismus zur Be­ wegung des Unterteils der Auskleidung in und außer Dichtungs­ eingriff mit dem Oberteil der Auskleidung aufweist, was insbe­ sondere bei Hochgeschwindigkeitszentrifugen unerwünscht sein kann. Weiterhin muß die Auskleidung bei jedem Zentrifugiervorgang von Hand zurückgesetzt werden, was zu Bedienungsfehlern führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifugen- Rotorbaugruppe der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine leichte Handhabung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch diese Ausgestaltung der Zentrifugen- Rotorbaugruppe ergibt sich ein einfacher Aufbau ohne zusätzliche Betätigungsmechanismen zur Herstellung des kreisringförmigen Spaltes am Dichtungs-Verbindungsbereich während des Betriebes der Zentrifuge und weiterhin ist eine leichte Entnahme der Bestandteile der Strömungsmittelprobe aus der kreisringförmigen Kammer der Rotorauskleidung möglich, da die Auskleidung im kraftfreien Zustand einen kreisringförmigen Spalt im Dichtungs- Verbindungsbereich bildet. Dieser Spalt wird erst durch das Auf­ setzen des Rotordeckels auf das Rotorunterteil geschlossen. Durch die beim Zentrifugiervorgang auftretenden Kräfte in der Strömungsmittelprobe wird dieser Ringspalt dadurch geöffnet, daß der untere Teil der Auskleidung in die Hohlräume des Rotor­ unterteils hineingedrückt wird.

Am Ende des Zentrifugiervorganges wird wieder eine Abdichtung der kreisringförmigen Kammer der Auskleidung gegenüber ihrer in der Mitte liegenden Kammer erreicht, wobei diese Abdichtung erst aufgehoben wird, wenn der Rotordeckel von dem Rotorunter­ teil gelöst wird. Damit sind keine zusätzlichen Werkzeuge zur Entleerung der äußeren Ringkammer nach dem Entfernen des Rotor­ deckels erforderlich, wie dies bei einer Vorspannung des Dichtungs-Verbindungsbereiches in den geschlossenen Zustand bei kraftfreiem Zustand der Auskleidung der Fall sein würde, und die Größe des kreisringförmigen Spaltes hängt lediglich von der konstruktiven Gestaltung der Rotorauskleidung, nicht jedoch von der Kraft ab, mit der der Rotordeckel aufgeschraubt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Auskleidung des Rotors einstückig ausgebildet.

Wenn das Material der Auskleidung keine ausreichende Federela­ stizität aufweist, ist es weiterhin gemäß einer bevorzugten Aus­ gestaltung möglich, eine zusätzliche Vorrichtung zur Verstellung des Unterteils der Auskleidung in Richtung auf den oberen Teil der Auskleidung zur Unterstützung der Eigenvorspan­ nung des unteren Teils der Auskleidung vorzusehen. Diese Verstellvorrichtung kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung ein zwischen dem Boden eines der beiden Rotorhohlräume des Rotorunterteils und dem Boden der mittleren Kammer der Auskleidung angeordnetes Federglied sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils einer Zentrifuge mit einer Ausführung der Zentrifugen-Rotorbaugruppe,

Fig. 2 in auseinandergezogener perspektivischer Ansicht die Einzelteile der Zentrifugen-Rotorbaugruppe,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht der Ausführung der Rotorbaugruppe zur Veranschaulichung der Lage der einzel­ nen Kammern im abgedichteten Zustand in der Ruhelage der Rotorbaugruppe,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Schnittansicht der Rotorbaugruppe während des Zentrifugationsbetriebs, bei dem die Abdichtung zwischen der Ringkammer und der in der Mitte liegenden Kammer der Auskleidung aufgehoben ist.

Fig. 1 zeigt in etwas schematischer vereinfachter Form eine Zentrifugenanordnung 10 mit einem Gehäuse 12 und einer in dem Gehäuse vorgesehenen Rotorkammer 14, die die Rotorbaugruppe aufnimmt. Eine obere Öffnung 18 des Gehäuses 12 ist durch einen um einen Schwenkzapfen 22 schwenkbaren Deckel 20 verschlossen. Die Rotorbaugruppe 16 ist in der Rotorkammer 14 auf einem aus einem Statorkörper 26 und einem Stator­ kissen 28 bestehenden Rotorsitz 24 angeordnet. Der Stator­ körper weist einen sich abwärts erstreckenden Mittelteil 30 sowie ein äußeres Ringteil 32 auf. Das Stator­ kissen 28 ist in einer Ausnehmung 34 des Ringteils 32 des Statorkörpers freischwebend beweglich angeordnet. Auf der Unter­ seite des Ringteils 32 des Statorkörpers ist eine O-Ringdich­ tung 36 angebracht, welche den Statorkörper gegen den Boden 38 der Rotorkammer 14 abdichtet.

Zwischen dem abwärts gerichteten Mittelteil 30 des Stator­ körpers und dem Gehäuse 12 befindet sich eine ringförmige Sammel- bzw. Verteilerleitung 40, die in Strömungsverbindung mit einem Antriebsluftkanal 42 steht. In dem Statorkörper 26 sind mehrere Antriebsluftdüsen 44 in Strömungsmittelverbindung mit der ringförmigen Sammel- bzw. Verteilerkammer 40 vorgese­ hen. Aus diesen Luftdüsen wird Antriebsluft zum Drehantrieb des Rotors gegen den Rotor gerichtet. Die Unterseite 46 des abwärts gerichteten Mittelteils 30 des Statorkörpers 26 ist am Boden 48 der Verteiler- bzw. Sammelkammer 40 durch einen O-Dichtungsring 49 abgedichtet.

Wie im einzelnen aus Fig. 2 zu erkennen ist, besteht die Rotorbaugruppe 16 aus einem Rotorunterteil 50 und einem Rotordeckel 52. Das Rotorunterteil 50 weist eine Mittelausnehmung 54 sowie eine Ringausnehmung 56 auf, die voneinander durch eine kreisringförmige Wandung 58 getrennt sind. Am Boden 60 des Rotorunterteils 50 ist eine Reihe von Luftschaufeln bzw. -ausnehmungen 62 vorgesehen, auf welche die Luft aus den Luftdüsen 44 (Fig. 1) zum Drehantrieb der Rotorbaugruppe 16 im Zentrifugationszustand auftrifft.

Die Mittelausnehmung 54 und die Ringausnehmung 56 im Rotor­ unterteil 50 sind zur Aufnahme einer Auskleidung 64 mit einem entsprechenden Mittelteil 66 und Ringteil 68 aus­ gebildet. Die Auskleidung 64 weist einen unteren Teil 70 und einen oberen Teil 72 auf. In der Mitte des oberen Teils 72 der Auskleidung 64 ist ein erhöht ausgebildeter Mittel­ bereich 74 mit einer Öffnung 76 zum Zugang in das Innere der Auskleidung 64 vorgesehen. Die Auskleidung ist gemäß Fig. 3 einstückig ausgebildet, wodurch Abdichtverbindungen als potentielle Leckstellen während der Zentrifugation entfal­ len. Die in dem Ringteil 68 der Auskleidung ent­ haltene Ringkammer 78 steht in dem in Fig. 3 gezeigten nicht belasteten, kräftefreien Zustand der Auskleidung 64 in Strömungs­ mittelverbindung mit der mittleren Kammer 80 des Mittelteils 66. Der Mittelbereich 74 der Auskleidung 64 ist erhöht ausgebil­ det, zur besseren Zugänglichkeit durch die Öffnung 76 unter Verwendung einer Pipette zur Einbringung einer Strömungs­ mittelprobe in die Ringkammer 78. Die Öffnung 75 in dem Rotordeckel 52 nach Fig. 2 nimmt den Mittelbereich 74 der Rotorauskleidung auf.

Fig. 4 veranschaulicht die Rotorbaugruppe 16 in ihrem stationä­ ren Zustand. Die Auskleidung 64 ist mit ihrem Mittel­ teil 66 und ihrem Ringteil 68 in den entsprechenden Ausnehmungen 54 bzw. 56 im Rotorunterteil 50 angeordnet. Wenn der Rotordeckel 52 auf das Rotor­ unterteil 50 aufgesetzt und an diesem durch die Schraubver­ bindung 82 befestigt wird, wird der obere Teil 72 der Rotoraus­ kleidung in Richtung auf einen ringförmigen Dichtungs-Verbindungsbereich 84 im unteren Teil 70 der Auskleidung 64 bis zur Berührung mit diesem Verbindungsbereich 84 gedrückt. Der ringförmige Ver­ bindungsbereich 84 ist am oberen Ende der Trenn-Doppelwandung zwischen der mittleren Kammer 80 und der Ringkammer 78 vorgesehen. Somit wird die Ringkammer 78 dichtschließend von der mittleren Kammer 80 abgeschlossen, wenn die Rotorbaugruppe 16 in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise montiert ist und der Rotor sich im stationären Zustand befindet. Das Strömungsmittelge­ misch 86 in der Ringkammer 78 ist hierbei von jeglichem Strö­ mungsmittelgemisch 86 in der mittleren Kammer 80 dichtschließend getrennt.

Der Boden 88 des Mittelteils 66, wie auch der Boden 90 des Ringteils 68 befinden sich dabei in einem Abstand vom Boden 92 der Mittel­ ausnehmung 54 bzw. vom Boden 94 der Ringausnehmung 56. Zwi­ schen dem oberen Ende 96 der die Ausnehmungen 54 und 56 des Rotors trennenden Wandung 58 und der einspringenden Verbindungs­ stelle 98 zwischen dem Mittelteil 66 und dem Ringteil 68 der Rotorauskleidung befindet sich ebenfalls ein Ab­ stand.

Während der in Fig. 5 veranschaulichten Zentrifugation übt das Strömungsmittelgemisch auf die gesamte Innenfläche 100 der Auskleidung 64 Kräfte aus, während der Rotor um seine Drehachse 102 rotiert. Diese Kräfte werden durch die Zentrifugalwirkung hervorgerufen; überall dort, wo die biegsame Auskleidung 64 nicht durch die Innenkonfiguration des Rotors begrenzt bzw. abgestützt ist, kommt es zu einer Ausbiegung bzw. Auslenkung der Auskleidung 64, bis diese zur Anlage gegen eine durch einen Festkörper gegebene Grenze gelangt. In dem in Fig. 5 veranschaulichten Zustand der Auskleidung 64 bewirken daher die durch Zentrifugalwirkung erzeugten Kräfte auf die Innenfläche 100 der Auskleidung 64 eine Verbiegung bzw. Auslenkung des unteren Teils 70 der Rotorauskleidung nach unten in einer insgesamt zur Drehachse 102 parallelen Richtung auf den Boden 92 bzw. 94 der Mittelausnehmung 54 bzw. der Ringausnehmung 56 des Rotors zu. Sobald das untere Teil 70 der Rotorauskleidung sich aus seiner in Fig. 4 veranschaulich­ ten Lage in die in Fig. 5 gezeigte Lage als Folge der durch Zentrifugalwirkung induzierten Kräfte des Strömungsmittelge­ mischs während der Zentrifugation verschiebt, entfernt sich der ringförmige Dichtungs-Verbindungsbereich 84 an den die Mittel- und Ringkammer der Rotorauskleidung voneinander trennenden Wan­ dungen vom oberen Teil 72 der Rotorauskleidung. Daher kommt es zur Bildung eines Spalts zwischen dem ringförmigen Verbindungsbereich 84 und dem oberen Teil 72 der Rotorauskleidung, der eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Ringkammer 78 und der mittleren Kammer 80 der Rotorauskleidung eröffnet. Somit vermag sich während der Zentrifugation das gesamte Strömungsmittelgemisch frei zwischen den betreffenden Kammern zu bewegen, d. h. es wird beispielsweise, wenn die Chylekomponente von Blutserum getrennt werden soll, die leich­ tere Chyle 106 sich in der mittleren Kammer 80 ansammeln, während das schwere Serummaterial 108 des Bluts sich in der äußeren Ringkammer 78 sammelt.

Nach Abschluß des Zentrifugationsvorgangs und Rückkehr des Rotors in seinen stationären Zustand wird die elastische Auskleidung 64 aufgrund ihrer inneren Eigenvorspannung wieder in ihren, in Fig. 4 veranschaulichten, vorgespannten Zustand zurückkehren, unter Herstellung einer automatischen Abdichtung zwischen der Ringkammer 78 und der mittleren Kammer 80.

Durch diese automatische Wiederherstellung der Abdichtung zwi­ schen dem ringförmigen Verbindungsbereich 84 und dem oberen Teil 72 der Rotorauskleidung wird jegliche Rück­ vermischung zwischen dem in der dicht abgeschlossenen Ring­ kammer 78 enthaltenen abgetrennten Serummaterial und dem in der mittleren Kammer 80 befindlichen Chylematerial etwa bei un­ stabilen Bewegungen des Rotors während der Abbremsung in seinen stationären Zustand vermieden. Sobald der Rotor seinen stationären oder Ruhezustand erreicht hat, kann die Chyle 106 durch die Öffnung 76 aus der mittleren Kammer 80 entnommen werden. Der Rotordeckel 52 kann sodann vom Rotorunterteil 50 abgenommen werden, wodurch sich das obere Teil 72 der Rotorauskleidung nach oben in seine in Fig. 3 veranschaulichte Lage ausdehnt. Sodann kann eine Pipette durch die Öffnung 76 und einen dann zwischen dem ringförmigen Verbindungsbereich 84 und dem oberen Teil 72 der Auskleidung vorliegenden Spalt in die Ringkammer 78 eingeführt werden, um das abgetrennte Serum zu entnehmen.

Gemäß einer abgeänderten Ausführung kann ein in Fig. 4 ge­ strichelt angedeutetes Federglied 104 vorgesehen werden, um zu gewährleisten, daß die Auskleidung 64 nach der Zentrifuga­ tion zuverlässig in ihre Konfiguration gemäß Fig. 4 zurückkehrt. Die Rotorauskleidung kann beispielsweise aus einem Polyolefinpoly­ mer der gewünschten Biegsamkeit bzw. Elastizität hergestellt, jedoch können auch anderweitige Werkstoff mit entsprechender Federungselastizität zur Herstellung der Rotorauskleidung verwendet werden. Falls aus einem Grund die Verwendung eines Materials geringerer Federelastizität erwünscht ist, müßte die Ausführung mit Verwendung eines Federglieds 104 gemäß der gestrichelten Darstellung in Fig. 4 vorgesehen werden.

Claims (4)

1. Zentrifugen-Rotorbaugruppe mit einem Rotorunterteil mit mindestens zwei Hohlräumen, mit einem an dem Rotorunterteil lösbar befestigten Rotordeckel und mit einer in dem Rotorunterteil angeordneten Rotorauskleidung, die einen unteren Teil mit einer in der Mitte liegenden Kammer und einer kreisringförmigen Kammer zur Aufnahme einer Strömungsmittelprobe aufweist, wobei die Kammern voneinander durch einen kreisringförmigen Dichtungs-Verbindungsbereich voneinander getrennt sind, der normalerweise geschlossen ist und bei Stillstand des Rotors an der Innenoberfläche des oberen Teils der Auskleidung unter Abdichtung anliegt, während er bei Drehung des Rotors von dem oberen Teil der Auskleidung durch die durch die Zentrifugalwirkung hervorgerufenen Kräfte der Strömungsmittelprobe getrennt wird, so daß ein kreisringförmiger Spalt gebildet wird, über den die beiden Kammern in Strömungsmittelverbindung miteinander stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Auskleidung (64) derart unter Eigenvorspannung steht, daß er vom Boden der Rotorhohlräume (Mittelausnehmung 54, Ringausnehmung 56) aus nach oben weggebogen ist, wenn die Zentrifuge sich in Stillstand befindet, wobei der Dichtungs- Verbindungsbereich (84) mit dem oberen Teil (72) der Auskleidung (64) ausgebildet wird, daß der untere Teil (70) der Auskleidung (64) nach unten hin in Richtung auf den Boden der Hohlräume (Mittelausnehmung 54, Ringausnehmung 56) durch durch die Zentrifugalkraft hervorgerufene Kräfte der Strömungsmittelprobe gebogen wird, wenn sich der Rotor dreht, so daß die Strömungsmittelverbindung zwischen der mittleren Kammer (80) und der kreisringförmigen Kammer (Ringkammer 78) der Auskleidung (64) ausgebildet wird, und daß die Auskleidung (64) von dem Boden der Rotorhohlräume (Mittelausnehmung 54, Ringausnehmung 56) unter der Wirkung ihrer Eigenelastizität fort nach oben gebogen wird, wenn die Zentrifuge in den Ruhezustand zurückkehrt.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (64) des Rotors einstückig ausgebildet ist.

3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Vorrichtung (Federglied 104) zur Verstellung des unteren Teils (70) der Auskleidung (64) in Richtung auf den oberen Teil (72) der Auskleidung (64) zur Unterstützung der Eigenvorspannung des unteren Teils (70) der Auskleidung (64).

4. Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung ein zwischen dem Boden (92) eines der beiden Rotorhohlräume (Mittelausnehmung 54) des Rotorunterteils (50) und dem Boden (88) der mittleren Kammer (80) der Auskleidung (64) angeordnetes Federglied (104) ist.