DE2328346C2

DE2328346C2 - Zentrifuge

Info

Publication number: DE2328346C2
Application number: DE2328346A
Authority: DE
Inventors: Allen Jamaica Plain Mass. Latham jun.
Original assignee: Haemonetics Corp
Current assignee: Haemonetics Corp
Priority date: 1972-07-31
Filing date: 1973-06-04
Publication date: 1985-06-13
Also published as: GB1436003A; FR2194488B1; DE2328346A1; CA979869A; JPS4958463A; FR2194488A1; JPS5713345B2; IT986569B; US3785549A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Zentrifugieren von Flüssigkeiten, wie beispielsweise Blut, wird ein einfaches Futter benötigt, das den Zentrifugenrotor präzise ausgerichtet hält und dennoch ein rasches und einfaches Einsetzen und Herausnehmen des Zentrifugenrotors gestattet. Beispielsweise bei einer Blutuntersuchung sollte die untersuchende Bedienungsperson so weit wie möglich von technischen Einzelheiten freigehalten werden. Dies bedeutet, daß der Zentrifugenrotor derart in das Futter einseizbar sein soll, daß sowohl in axialer wie auch vertikaler Richtung automatisch die erforderliche Ausrichtung herbeigeführt wird und dennoch das Einspannen des Zentrifugenrotors im Futter mit einem Minimum an einfachen Bewegungen durchführbar sein soll.

Bei einer Zentrifuge der eingangs genannten Gattung, wie sie in der US-PS 35 81 981 beschrieben ist, ist zur Verriegelung des Rotors im Futter ein Mechanismus vorgesehen, in welchem über eine Nockensteuerung der obere Futterring entgegen der Vorspannung einer Federscheibenpackung nach unten zum unteren Futterkörper gezogen wird, so daß sich das elastomere Halteelement verformt und in eine Umfangsnul des Rotors eingreift. Zum Lösen dieser Verriegelung ist ein weiterer Nockenkörper vorgesehen, der federvorgespannte Auswerferstifte zum Herausdrücken des Rotors aus dem Futter betätigt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, eine Zentrifuge der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung dahingehend weiterzubilden, daß bei konstruktiv einfachem Aufbau nur einfache Handgriffe zum Einsetzen und Herausnehmen des Rotors aus dem Futter erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst.
Eine derartige erfindungsgemäße Ausgestaltung der

Zentrifuge zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß das Einsetzen des Rotors sehr einfach ist und nur minimales Geschick der Bedienungsperson erfordert Der Rotor schnappt beim Einsetzen mit seiner Basis unter das elastomere Halteelement ein und wird von diesem während des Betriebs gehalten. Durch geringfügiges Kippen von Hand kann der Rotor wieder herausgenommen werden, wobei die Bedienungsperson lediglich das Oberteil des Rotors in horizontaler Richtung ein wenig drückt. Besonders ist hervorzuheben, daß das Futter sehr einfach und aus wenigen Teilen aufgebaut ist, so daß sich eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb und günstige Herstellungskosten ergeben.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Zentrifuge sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und v/erden nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch das Futter und den Rotor bei einer Ausführungsform, bei der das Futter aus zwei getrennten Elementen besteht;

F i g. 2 eine Ansicht des Futters nach F i g. 1 von unten;

F i g. 3 in einem Querschnitt Einzelheiten der Ausgestaltung des Futters nach F i g. 1, der Basis des Zentrifugenrotors, den elastomeren Haltering und eine Schraube zum Festziehen in der Lösestellung;

F i g. 4 in entsprechender Weise wie F i g. 3 den Rotor und das Futter in der Betriebsstellurig; und

Fig.5 in einem Teilschnitt einen Abschnitt des Futters und des Rotors bei einer Ausführungsform, bei der das Futter aus einem einzelnen Element besteht und das Halteelement eine bestimmte Formgebung hat.

In Fig. 1 sind das Futter und das Halteelement im Querschnitt und der Rotor in einem Teilschnitt dargestellt. Lediglich der Verlauf der Strömung am Boden des Rotors ist angedeutet.

Der Rotor 10 wird durch ein elastomeres Haltelement

12 in dem Futter 11 gehalten. Das Futter nach Fig. 1 besteht aus einem oberen Klemmring, dem Futterring

13 und einem unteren Futterkörper 14, der an einer umlaufenden Spindel 15 befestigt werden kann, beispielsweise einer Spindel mit Temperaturüberwachung. Zur Verbindung des oberen und unteren Futterelementes sind wenigstens drei Spannelemente als Einrichtung 16 zum Verspannen vorgesehen, deren Anordnung aus F i g. 2 ersichtlich ist.

Der Rotor 10, der ein einsetzbarer Rotor für einmaligen Gebrauch sein kann, wird über eine stationäre äußere Verbindung 20 an eine Quelle für die zu zentrifugierende Flüssigkeit (z. B. Blut) mittels einer Einlaßleitung 21 und über eine Auslaßleitung 22 an einen Lagerbehälter für die überlaufende Flüssigkeit (z. B. Blutplasma) angeschlossen. Die stationäre Einlaßleitung 21 steht mit einem stationären Zuführungsrohr 23 in VerDindung, das sich in den Rotor hineinerstreckt. Dichtungen sorgen für die erforderliche verschmutzungsfreie Abdichtung zwischen den stationären Bauteilen und dem umlaufenden Rotor 10. Leitflächen, wie die in Fig. 1 dargestellten Leitflächen 24 und 25, führen den Flüssigkeitsstrom nach außen und bewirken, daß die zentrifugierten Festkörper (z. B. rote Blutkörperchen) sich im Zentrifugenrotor ansammeln.

Das Rotorgehäuse 30 besteht aus einem sich verjüngenden, glockenförmigen Abschnitt und einem unteren Bodenteil 31, der mit dem glockenförmigen Abschnitt so verbunden ist, daß sich mittels einer nicht dargestellten Dichtung ein fluiddichter Raum innerhalb des Gehäuses ergibt. Der untere Abschnitt weist von innen nach außen eine in der Mitte liegende, kreisförmige Richtfläche 32, eine nach oben schräg verlaufende Fläche 33, die den größten Teil des unteren Abschnitts einnimmt und eine ebene Ringfläche 34 auf.

Wie aus F i g. 3 hervorgeht ist am unteren Teil der Basis des glockenförmigen Abschnitts auf dem Außenumfang eine abgeschrägte Eingriffsschulter35 ausgebildet deren Neigungswinkel Φ annähernd 45°, das heißt

ίο 45° ± 15° beträgt Die Schulter 35 ist zwischen einem unteren Abschnitt der aus einer leicht schräg verlaufenden Wandfläche, dem Abschnitt 36 und einer senkrechten Wandfläche, dem Eingriffsabschnitt 37 besteht, und einem oberen senkrechten Abschnitt 38 ausgebildet.

Der zwischen der Wandfläche und der Senkrechten gebildete Winkel fliegt im Bereich zwischen 15 und 30°. Die Höhenabmessung der senkrechten Wandfläche, welche dem maximalen Durchmesser der Basis des Rotors entspricht, beträgt normalerweise etwa 0,8 mm. Die Wandfläche 36 kann auch senkrecht verlaufen. Es kann auch am Rand der Basis eine Art Vorsprung ausgebildet sein, damit der Napf bzw. Rotor leichter eingesetzt werden kann. Die Bedeutung der Schulter 35 und deren Anordnung wird aus dem folgenden deutlich.

Wie die F i g. 1 zeigt, weist die obere Fläche des Futterkörpers 14 von innen nach außen eine in der Mitte liegende, flache Bohrung 40 auf, deren Durchmesser dem der in der Mitte liegenden kreisförmigen Richtfläche 32 des Rotors entspricht, eine nach oben schräg verlaufende Fläche 41, die der schrägen Fläche 33 des Rotors entspricht, jedoch in einem Abstand von dieser verläuft und eine ebene Ringfläche 42, die der ebenen

• bzw. horizontalen Ringfläche 34 des Rotors entspricht. Durch die Anlage der ebenen Flächen 34 und 42 und der in der Mitte liegenden kreisförmigen Richtfläche 32 des Rotors in der flachen Bohrung 40 wird der Rotor in dem Futterkörper automatisch sowohl in senkrechter als auch in axialer Richtung ausgerichtet. Das Futter ist auf der Spindel 15 über einen Ring 43 mittels einer geeigneten Einrichtung befestigt, beispielsweise durch Verwendung eines Klebstoffes in Verbindung mit einem engen zylindrischen Sitz.

Der untere Futierkörper 14 weist auf dem Außenumfang eine ebene bzw. horizontal verlaufende Umfangsfläche 44 auf, die etwas tiefer liegt als die ebene Ringfläche 42, wie die Fig. 3 und 4 deutlicher zeigen. Diese beiden ebenen Flächen 42 und 44 sind durch einen sich nach oben erstreckenden Ring 45 verbunden, dessen obere Fläche 46 eine Seite einer Nut 47 bildet, die zur Aufnahme eines elastomeren Halteelementes 12 in der Form eines O-Ringes dient. Die Innenwand 48 des Rings 45 hat einen Durchmesser, der zwischen der senkrechten Wandfläche des unteren Wandabschnit's der Rotorbasis ein Spiel von etwa 0,25 mm ergibt. Dieses Spiel kann zwischen etwa 0,2 und 0,4 mm betragen.

Der untere Rand der Schulter 35 an der Rotorbasis liegt zwischen etwa 2,5 und 5.0 mm über dem senkrechten Anschlag, das heißt der Ringfläche 42, für einen Rotor, dessen Durchmesser zwischen etwa 100 und 140 mm liegt, gemessen an der senkrechten Wandfläche des unteren Abschnitts der Rotorbasis. Das Verhältnis der Randhöhe der Rotorbasis, gemessen zwischen dem unteren Rand der Schulter 35 und dem senkrechten Anschlag, zum Außendurchmesser der Rotorbasis kann somit zwischen etwa 2,5/140 und 5,0/100, also zwischen etwa 0,02 und 0,05, liegen. Ein anderes Verhältnis, das zur Bestimmung der Formgebung der Rotorbasis und der Eingriffseinrichtung verwendet werden kann, ist das

Verhältnis der Randhöhe der Rotorbasis (Abstand swischen der Ringfläche 42 und dem unteren Rand der Wandfläche der Eingriffsabschnittes 37) zur Randhöhe der Schulter (Abstand zwischen der Fläche 42 und dem unteren Rand der Schulter 35). Dieses Verhältnis sollte zwischen etwa 0,2 und 0,6 liegen.

Der oben liegende Klemmring, der Futterring 13, des Futters 11 weist, wie die F i g. 3 und 4 zeigen, eine Innenfläche auf, die so bearbeitet ist, daß ein unterer senkrechter Wandabschnitt, die Wandfläche 51 und ein oberer senkrechter Watidabschnitt, die Wandfläche 52 mit kleinerem Durchmesser vorhanden ist. Diese Wandabschnitte stehen über eine Schulter 53 miteinander in Verbindung. Der untere senkrechte Wandabschnitt fluchtet mit der Außenfläche 49 des Rings 45, so daß er an diesem anliegen kann. Der obere Teil des Wandabschnitts, die Wandfläche 51, und die Schulter 53 bilden die zv/ei anderen Seiten der Nut 47 für das Halteelement, deren Breite zur Änderung der Querschniusform des O-Ringes eingestellt werden kann, damit dieser den Rotor hält oder freigibt, wie aus den F i g. 3 und 4 hervorgeht.

Die Einrichtung 16 zum Verspannen des Futters besteht aus Klemmschrauben 55, die mit einem Innengewinde versehen sind, in das der Gewindeschaft einer Schraube 56 mit Halbrundkopf eingeschraubt werden kann.

Zum Einsetzen des Rotors in das Futter werden die Spannelemente durch Verdrehen der Klemmschrauben 55 um etwa eine Umdrehung gelöst, damit der Klemmring und der Futterkörper die in F i g. 3 dargestellte Stellung einnehmen. Der Rotor wird von Hand am oberen Teil erfaßt und dann kräftig nach unten in das Futter eingedrückt, so daß er die in F i g. 3 dargestellte Stellung einnimmt. Worauf es dabei ankommt, ist das Einsetzen der Schulter 35 unter einen schmalen Abschnitt des O-Ringes. Die Ausrichtung des Rotors im Futter erfolgt automatisch. Hierauf werden die Spannelemente durch Verdrehen der Klemmschrauben 55 um etwa eine volle Umdrehung angezogen. Wie die Fig.4 zeigt, wird durch das Andrücken des Klemmrings 13 der O-Ring so verformt, daß er mit der Schulter 35 am Rotor in Eingriff tritt und dicht an dieser anliegt. Der Rotor wird damit fest im Futter gehalten, wenn dieses umläuft. Nach dem Zentrifugieren wird der Klemmring durch Lösen der Klemmschrauben 55 angehoben und der Rotor herausgenommen, indem man ihn etwas kippt.

Die F i g. 5 erläutert in einem Teilschnitt eine zweite Ausführungsform des Futters und des Halteelementes, wobei der untere Futterkörper und der obere Ring aus einem Stück bestehen, so daß Spannelemente wie die Klemmschrauben 55 und die Schrauben 56 bei der Ausführungsform nach den F i g. 3 und 4 entfallen. In F i g. 5 sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den F i g. 3 und 4 versehen.

Das Futter 11 nach F i g. 5 besteht aus einem einzelnen Metallstück, dem Teil 60, das den unteren Futterkörper 61 und den darüber angeordneten Futterring 62 bildet Es ist natürlich auch möglich, diese Elemente als getrennte Bauteile auszubilden und sie durch eine geeignete Einrichtung wie beispielsweise Schrauben aneinander zu befestigen. Die Nut 63, in der das elastomere Halteelement 64 gehalten wird, wird durch maschinelle Bearbeitung auf der Innenfläche 65 des Futterrings 62 ausgebildet. Das Halteelement 64 ist ein elastomerer Ringkörper, der so ausgebildet bzw. zugeschnitten ist, daß er in der Nut 63 eingesetzt werden kann und an der unteren senkrechten Wandfläche, dem Eingriffs-

20

25

30

35

40 abschnitt 37, und der Schulter 35 des unteren Rohrabschnitts dicht anliegt. Die Querschnittsform des Halteelementes 64 ist bei diesem Ausführungsbeispiel rechteckig mit einem dreieckigen Ansatz 66, der mit dem innenliegenden oberen Abschnitt aus einani Stück besteht, wobei die unten vorstehende Fläche 67 des Dreiecks so ausgebildet ist, daß sie an der Schulter 35 der Rotorbasis dicht bzw. fest anliegt.

Ein Vergleich mit dem Halteelement 12 nach den F i g. 3 und 4 zeigt, daß dieses in bestimmter Weise ausgestaltete Halteelement 64 nach Fig.5 dem gleichen Zweck dient und in der gleichen Weise wirkt wie das Halteelement 12. Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 kann die Bedienungsperson den Rotor einsetzen und herausnehmen, ohne daß Schrauben gelöst und angezogen werden müssen. Das Einsetzen des Rotors erfolgt dadurch, daß er senkrecht nach unten kräftig in die in Fig.5 dargestellte Einspannstellung eingedrückt wird. Zum Herausnehmen des Rotors wird ein Werkzeug 70 verwendet, das ein mit Kautschuk überzogener Hebel 71 sein kann, an dem ein Griff 72 befestigt ist. Mit dem Hebel 71 wird auf das Rotorgehäuse 30 gedrückt, wobei die Innenwand des Schutzgehäuses 73, das um die Zentrifuge angeordnet ist, als Widerlager für den Hebel 71 dient. Durch eine leichte Kippbewegung des Griffes 72 wird ein Abschnitt der Schulter 35 herausgedrückt und von der entsprechenden Eingriffsfläche des Halteelementes 64 freigegeben. Dies reicht aus, um den gesamten Rotor aus dem Futter herausnehmen zu können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zentrifuge mit einem Rotor (10), der zur Halterung in ein auf einer drehbar gelagerten Spindel (15) angebrachtes Futter (11) einsetzbar ist, welches einen unteren Futterkörper (14), dessen obere Fläche mit einer ebenen Ringfläche (42) und außerhalb einem nach oben ragenden Ring (45) mit einer etwa ebenen, kreisförmigen oberen Fläche (46) versehen ist, und einen oberen Futterring (13) aufweist, der mit der kreisförmigen oberen Fläche (46) des Rings (45) eine Nut (47) begrenzt, in welcher ein elastomeres ringförmiges Halteelement (12) angeordnet ist, und der Rotor (10) ein Rotorgehäuse (30) und ein Bodenteil (31) umfaßt, dessen untere Oberfläche eine zentrale kreisförmige Richtfläche (32) zum Eingriff mit dem Futter (11) und am Umfang eine ebene Ringfläche (34) zur Anlage an der Ringfläche (42) des Futterkörpers (14) aufweist, wobei an der Verbindung des Rotorgehäuses (30) und des Bodenteils (31) eine Rotorbasis gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorbasis ausgehend vom unteren Unifangsrand einen schräg nach außen und oben verlaufenden Abschnitt (36) aufweist, einen unteren senkrechten Eingriffsabschnitt (37), an dem der Rotor (10) seinen größten Durchmesser aufweist, und daß der Eingriffsabschnitt (37) mit geringem Spiel in eine von einer Innenwand des Ringes (45) gebildete öffnung einschiebbar ist, sowie eine schräg nach oben und innen verlaufende Eingriffsschulter (35) und einen oberen senkrechten Abschnitt (38), und daß der untere senkrechte Eingriffsabschnitt (37) und die Eingriifsschulter (35) bei eingesetztem Rotor (10) im Verriegelungseingriff mit dem Halteelement (12) stehen.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (Φ) zwischen dem schräg nach außen verlaufenden Abschnitt (36) der Rotorbasis und der Innenwand (48) des nach oben ragenden Rings (45) am unteren Futterkörper (14) zwischen etwa 15 und 30° beträgt.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel zwischen dem unteren senkrechten Eingriffsabschnitt (37) der Rotorbasis und der Innenwand (48) des nach oben ragenden Rings (45) am unteren Futterkörper etwa 0,2 bis 0,4 mm beträgt.

4. Zentrifuge nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhenabmessung der Rotorbasis, gemessen von der ebenen Ringfläche (42) des unteren Futterkörpers (14) bis zum unteren Rand der Eingriffsschulter (35), zum Außendurchmesser des unteren senkrechten Eingriffsabschnitts (37) der Rotorbasis zwischen etwa 0,02 und 0,05 liegt.

5. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhenabmessung der Rotorbasis, gemessen von der ebenen Ringfläche (42) am unteren Futterkörper (14) bis zum unteren Rand des unteren senkrechten Eingriffsabschnitts (37), zu der Höhenabmessung der Eingriffsschulter (35), gemessen von der ebenen Ringfläche (42) bis zum unteren Rand der Eingriffsschulter (35), zwischen etwa 0,2 und 0,6 liegt.

6. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Futterkörper (14) von dem oberen Futterring (13) getrennt ist und eine ebene Umfangsfläche (44) aufweist, die den Ring (45) umgibt und tiefer Hegt als die ebene Ringfläche (42), daß die Innenfläche des oberen Futterringes (13) durch eine untere senkrechte Wandfläche (51) und eine obere senkrechte Wandfläche (52) gebildet ist, die über eine Schulter (53) miteinander verbunden sind, daß ein Abschnitt dieser unteren senkrechten Wandfläche an der Außenfläche des Rings (45) anliegt und mit der Schulter (53) die Nut (47) bildet, und daß eine Einrichtung (16) zum Verspannen des oberen Futterrings (13) mit dem unteren Futterkörper (14) vorgesehen ist.

7. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Futterkörper (61) und der obere Futterring (62) aus einem einzigen Teil (60) bestehen und das Halteelement (64) eine allgemein rechteckige Querschnittsform mit einem nach innen vorstehenden, dreieckigen Ansatz (66) versehen ist, der am oberen Teil des Halteelementes (64) ausgebildet ist und mit diesem aus einem Stück besteht, wobei die untere Fläche (67) dieses Ansatzes (66) für einen festen Sitz an der schrägen Eingriffsschulter (35) der Rotorbasis ausgebildet ist.

8. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel {Φ) der Eingriffsschulter (35) an der Basis des Rotorgehäuses (30) etwa 45° beträgt.