DE2833911C2

DE2833911C2 - Vorrichtung zur Verbindung relativ zueinander um eine im wesentlichen zentrale Achse drehbarer Teile

Info

Publication number: DE2833911C2
Application number: DE2833911A
Authority: DE
Inventors: Eric Lidingö Westberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-03
Filing date: 1978-08-02
Publication date: 1985-09-05
Also published as: SE408859B; SE7708858L; DE2833911A1; US4230263A

Description

läufers liegt und vorzugsweise mit dieser zusammenfällt. Die Umbiegung oder Schleife, die vom Leitungselement gebildet ist, ähnelt somit einem Angelhaken oder einem Fragezeichen. Wenn diese Schleife, die im Hauptläufer zur Drehung um ihre eigene, gekrümmte Längsachse relativ zum Hauptläufer gelagert ist, veranlaßt wird, um die Drehachse des Hauptläufers umzulaufen, und wenn der Sekundärläufe- veranlaßt wird, in derselben Richtung, aber mit der doppelten Drehzahl umzulaufen, mit der die Schleife umläuft, dann verursachen die Drehbewegungen kein Verdrillen des Leitungseiements. Eine in der obenbeschriebenen Weise abgeänderte Vorrichtung ist in der DE-OS 26 12 988 und DE-AS 21 14 161 beschrieben.

Aus der DE-OS 26 12 988 bzw. DE-AS 21 14 161 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei der die Verbindungsleitung vom ersten Läufer in einer hakenförmigen Schleife zum stationären Anschluß geführt wird. Zur Erzeugung dieser hakenförmigen Schleife trägt der zweite Läufer eine Kulisse bzw. eine Leitungsführung, in der sich du Verbindungsleitung frei verdrillen kann. Um eine stetig zunehmende Verdrillung der Verbindungsleitung zu verhindern, wird der erste Läufer im zweiten Läufer drehbar gelagert und mit der doppelten und gleichgerichteten Drehzahl des zweiten Läufers angetrieben. Die Führung der Verbindungsleitung in einer hakenförmigen Schleife schafft die Voraussetzung dafür, daß die bezüglich des stationären Anschlusses vorgegebene Verdriil-Winkelgeschwindigkeit der Verbindungsleitung durch die Winkelgeschwindigkeit der Leitungsführung kompensiert wird. Dies kann deshalb geschehen, weil die durch die Drehgeschwindigkeit der Leitungsführung hervorgerufenen Verdrillbewegungen der Verbindungsleitung an den Übergangsstellen zwischen erstem Läufer und zweitem Läufer und zwischen zweitem Läufer und stationärem Anschluß so gerichtet sind, daß sie die durch den ersten Läufer eingeleitete Verdrillung der Verbindungsleitung stufenweise abbauen. Diese stufenweise Reduzierung bzw. Kompensation der eingeleiteten Verdrillbewegung kann dann sichergestellt verden, wenn für die Verbindungsleitung genügend Freiraum dafür geschaffen wird, daß sich ihre Leitungsabschnitte zueinander frei bzw. elastisch bis zu einem bestimmten Grad verdrillen können. So muß sich beispielsweise die in F i g. 14 der DE-OS 26 12 988 gezeigte Verbindungsleitung mit ihrem äußeren Leitungsabschnitt, der in der Leitungsrührung verläuft, mit einer der halben Drehgeschwindigkeit des ersten Läurers entsprechenden Winkelgeschwindigkeit soweit verdrillen können, daß die im restlichen inneren Leitungsabschnitt »aufgestaute« Verdrillung schlagartig abgebaut wird. Durch die hakenförmige Führung der Verbindungsleitung besitzen diese Verdrillungen gleiches Vorzeichen. Um diese notwendige freie Verdrillung stets sicherstellen zu können, muß bei vorgegebener Torsionselastizität der Verbindungsleitung dafür gesorgt werden, daß dieser Verdrillbewegung ein möglichst geringer Widerstand entgegengesetzt wird, d. h. daß die Reibungskraft zwischen der Verbindungsleitung und den verschiedenen Abschnitten der Leitungsführung minimiert wird. Diese Reibungskraft ist aber abhängig von der Fliehkraft, d. h. von der Drehzahl des zweiten Läufers, und es ergibt sich durch die feste, oben angesprochene Zuordnung der Drehzahlen des zweiten Läufers und des ersten Läufers, daß dieser bei vorgegebenen Reibung·,- und Torsionselastizitätsverhältnissen der Verbindungsleitung nur mit einer relativ kleinen Drehzahl betrieben werden kann. Andererseits folgt aber auch, daß bei vorgegebener Drehzahl des ersten Läufers (beispielsweise als Träger einer Zentrifuge) die Drehzahl des außenliegenden Leitungsabschnitts so groß wird (halbe Zentrifugendrehzahl), daß eine unerwünschte Trennung der zuzuführenden Flüssigkeit in ihre einzelnen Bestandteile auftreten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß bei vorgegebener Drehzahl des ersten Läufers die auf die Verbindungsleitung einwirkende Zentrifugalkraft wesentlich verringert wird, bzw. daß die Drehzahl des ersten Läufers erhöht werden kann, ohne daß sich die auf die Verbindungsleitung einwirkende Zentrifugalkraft erhöht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß wird ein dritter Läufer vorgesehen, der sich eintgegengesetzt zum ersten Läufer und zum zweiten Läufer dr.-':t und in dem die Vcrbindungsleitung wiederum in Fern; einer hakenförmigen Schleife drehbar geführt ist Die erfindungsgemäßen Maßnahmen führen zu dem folgenden Effekt, der nachstehend unter Verfolgung einer Mantellinie der Verbindungsleitung vom ersten Läufer zum stationären Anschluß dargelegt werden soll:

Die Verbindungsleitung, die mit dem ersten Läufer fest verbunden ist, wird mit der Winkelgeschwindigkeit ωχ zunächst verdrillt. Die Winkelgeschwindigkeit an des zweiten Läufers ist von der Verbindungsleitung aus betrachtet im Übergangsbereich zwischen erstem Läufer und zweitem Läufer mit dieser Verdrill-Winkelgeschwindigkeit ω\ gleichgerichtet, so daß die Verdrill-Winkelgeschwindigkeit der Verbindungsleitung im zweiten Läufer nur noch die Größe cos—an hat. Diese noch vorhandene Verdrill-Winkelgeschwindigkeit ω\ — (θ2 wird aufgrund der Führung der Verbindungsleitung in einer hakenförmigen Schleife bezüglich eines Bezugssystems auf dem dritten Läufer umgekehrt, so daß die Relativ-Winkelgeschwindigkeit zwischen dem zweiter Läufer und dem dritten Läufer mit der Größe a>2 + an die im zweiten Läufer auftretende Verdrill-Winkelgeschwindigkeit a>\—afr der Verbindur.gsleitung zusätzlich reduziert. Im dritten Läufer tritt damit eine Verdrill-Winkelgeschwindigkeit der Verbindungsleitung der Größenordnung

ω = ω\ — ω2—(ωι + O)₂)

auf. Die Führung der Verbindungsleitung im dritten Läufer in einer weiteren hakenförmigen Schleife kehrt diese Verdrill-Winkelgeschwindigkeit relativ zum festen Bezugssystem (stationärer Anschluß) wiederum um, so daß die Winkelgeschwindigkeit an des dritten Läufers im Übergangsbereich dritter Läufer/staticnärer Anschluß eine weitere Reduzierung der Verdrill-Winkelgeschwindigkeit der Verbindungsleitung um den Wert an bewirkt. Die bezüglich Jes stationären Anschlusses verbleibende Verdrill-Winkelgeschwindigkeit beträgt demnach im stationären Anschluß noch:

ω = cü\ — 2 (an + a>i)

Die Drehzahlen der einzelnen Läufer sind nun erfindungsgemäß so aufeinander abgestimmt, daß die Verdrill-Winkelgeschwindigkeit co\ des ersten Läufers der folgenden Formel genügt:

u>\ — 2

+ 0J2)

wobei o>] die Winkelgeschwindigkeit des dritten Läufers und c>i die Winkelgeschwindigkeit des /weiten Läufers bedeuten. Damit wird die Gesamtverdrillung der Verbindungsleitung zu null und es ergibt sich ferner, daß zum einen die Drehzahl AZ₃ des dritten Läufers bei vorgegebener Drehzahl N\ des ersten Läufers wesentlich herabgesetzt werden kann, so daß die mit zunehmendem Radialabstand von der Drehachse linear zunehmende Fliehkraft, welche auf die Verbindungsleitung und die beispielsweise zu transportierende Flüssigkeit wirkt, in erheblichem Maße reduziert werden kann (N₂ = '/;,Vi —/Vj). Darüber hinaus kann die Fliehkraft im Leitungsabschnitt des zweiten Läufers durch geeignete Abstimmung der Läuferdrehzahlen und der Radialerstreckungen der Leitungsabschnittc in erträglichen Grenzen gehalten werden. Auf der anderen Seite kann bei vorgegebener Torsionselastizität der Verbindungsieitung (beispielsweise für den Fall, daß sie als elektrisches Kabel Verwendung findet) die Drehzahl des ersten Läufers im Vergleich mit dem Stand der Technik angehoben werden, da die der freien Verdrillung entgegenwirkende Zentrifugalkraft nicht mehr unmittelbar mit der zweiten Potenz der Drehzahl des ersten Läufers ansteigt.

Die Verbindungsleitung ist um ihre gekrümmte Längsachse relativ zum dritten Läufer und zweiten Läufer drehbar.

Wenn die Verbindungsleitung torsionssteif ist. d. h., wenn sie in der Lage ist, ein hinlängliches Drehmoment ohne unzulässige Verdrehung zu übertragen, dann kann ein getrennter Antrieb für den ersten Läufer weggelassen werden, weil die torsionssteife Verbindungsleitung den ersten Läufer derart antreibt, daß dieser mit einer Drehzahl umläuft, die der zweifachen Summe der Drehzahlen von dritten und zweiten Laufer entspricht.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigi

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Zentrifuge, die zur kontinuierlichen Trennung von Blut bestimmt ist:

F i g. 2 eine Ansicht im Vertikaischnitt längs Linie 11-11 in F i g. 1

F i g. 3 eine Draufsicht auf den ersten Läufer und den Trennbehälter, der von diesem getragen wird;

F i g. 4 den Trennbehäiter mit seinen flexiblen Rohren sowie die Umhüllung für die Rohre und

F i g. 5 die Zentrifuge schematisch vereinfacht in perspektivischer Darstellung.

Die dargestellte Zentrifuge umfaßt ein Maschinengestell 11, das eine Grundplatte 12 und ein Gehäuse 13 aufweist, das auf der Grundplatte angebracht ist und die beweglichen Teile der Zentrifuge umschließt. An der unteren Seite der Grundplatte 12 ist ein Elektromotor 14 befestigt, dessen Welle 15 vertikal angeordnet ist und nach oben über die Oberseite der Grundplatte hinausragt.

Die Welle 15 trägt einen Läufer 20. der nachfolgend als dritter Läufer bezeichnet wird. Sie dreht sich um ihre vertikale Achse A 1. und der dritte Läufer 20 wird mit derselben Drehzahl um dieselbe Achse gedreht, und zw ar gemäß der Draufsicht auf die in F i g. 1 und 2 dargestellte Anordnung im Gegenuhrzeigersinn.

Der dritte Läufer 20 ist im wesentlichen aus zwei C-förmigen, flachen Bögen 21 und 22 sowie einem Paar oberer und unterer Lagerblöcke 23 und 24 zusammengesetzt, durch die die freien Enden der beiden Bögen starr aneinander befestigt sind. Wie in F i g. 1 gezeigt ist, bilden die gegenüberliegenden Bögen 21, 22 einen geschlossenen Rahmen, und wie in F i g. 2 gezeigt ist, sind die Bögen in vertikalen, parallelen Ebenen angeordnet und an den gegenüberliegenden Seiten der Lagerblöcke 23,24 befestigt.

Der untere Lagerblock 24 ist unverdrehbar an der Motorwelle 15 befestigt, und der obere Lagerblock 23 bildet für einen /weiten Läufer 30 eine Drehlagerung bzw. ist mit einer derartigen Lagerung versehen. Der zweite Läufer 30 umfaßt eine vertikale Welle 31, die im

π Lagerblock 23 um eine Achse /\ 2 drehbar ist, die auf die Achse A 1 des dritten Läufers 20 ausgcrichiet ist, d. h. mit der verlängerten Achse A 1 zusammenfällt. Somit ist der zweite Läufer 30 relativ zum dritten Laufer 20 innerhalb der Öffnung drehbar, die von den Bögen 21, 22 begrenzt ist.

Der zweite Läufer 30 ist im allgemc.iieii auf dieselbe Weise ausgebildet, wie der dritte Läufer 20 und ist somit aus zwei C-förmigen flachen Bögen 32 und 33 sowie einem oberen und einem unteren Lagerblock 34 und 35 zusammengesetzt, die starr die freien Enden der Bögen aneinander befestigen. Die Bögen 32, 33 sind in ähnlicher Weise in parallelen vertikalen Ebenen an den gegenüberliegenden Seiten der Lagerblöckc 34, 35 angeordnet und bilden einen Rahmen, der eine öffnung begrenzt.

Der obere Lagerblock 34 des /weiten Läufers 30 ist starr an der Welle 31 und an einer Treibscheibe 36 befestigt. Der untere Lagerblock 35 bildet eine Drehlagerung für einen schüsseiförmigen ersten Läufer 40. der

J5 innerhalb der Öffnung die vom zweiten Läufer 30 begrenzt ist. drehbar ist. Eine vertikale Welle 41 des ersten Läufers 40 im im Lagerblock 35 urr, c;nc Achse /. 3 drehbar, die auf die Achsen A 1 und -4 2 des dritten Läufers 20 bzw. des zweiten Läufers 30 ausgerichtet ist.

Die drei Achsen A 1, .4 2 und A 3 sind allgemein mit A bezeichnet. Am ersten Läufer 40 ist hier ein geschlossener Trennbehäiter angeordnet, der einen Teil einer Trenneinrichtung bildet, die allgemein mit 45 bezeichnet ist. Die Trenneinrichtung, die nachfolgend unter Bezuges nähme auf F i g. 4 noch näher besc hrieben wird, umfaßt zwei Teile, und zwar den gerade erwähnten Trennbehälter 46 und eine flexible, strangförmige Verbindungsieitung 47. Diese Verbindungsleitung 47 umfaßt ein Bündel aus drei flexiblen Rohren 4β. die am Behälter 46 befestigt sind und mit dem Inneren des Behälters an räumlich voneinander getrennten Stellen in Verbindung stehen, sowie eine Umhüllung 49 (Fig.3, 4). die um das Rohrbündel herumgewickelt ist. Die Umhüllung 49 weist einen hohen Grad an Flexibilität auf und liegt im dargestellten Ausführungsbeispiel in der Form eines eng spiralig gewickelten Drahtes vor. Ein Ende der Umhüllung 49 ist unverdrehbar am ersten Läufer 40 angeschlossen und dreht sich somit hiermit. Wie nachfolgend noch näher beschrieben ist. erstreckt sich die strangförmige Verbindungsleitung 47 vom ersten Läufer 40 durch den zweiten Läufer 30 und den dritten Läufer 2C zu einem Halter oder einer Klemme 50. die an der Oberseite des Gehäuses 13 angebracht ist. wo das andere Ende der Umhüllung 49 unverdrehbar am Gehäuse befestigt

b5 ist, d. h. am maschinengestell «' der Zentrifuge.

Die Treibscheibe 36, die am zweiten Läufer 30 befestigt ist. bildet einen Teil einer Kraftübertragungseinrichtung, die dazu dient, den zweiten Läufer 30 im Uhr-

zeigersinn (von oben auf die F i g. 1 und 2 gesehen) relativ zum Maschinengestell 11 mit einer Drehzahl zu drehen, die gleich oder etwa gleich ist der Drehzahl, mit der der dritte Läufer 20 im Gegenuhrzeigersinn relativ zum Maschinengestell gedreht wird. Zusätzlich zur Treibscheibe V· umfaßt diese Kraftiibertragungseinrichtung eine vertikale Welle 51, die im dritten Läufer drehbar gelagert ist und eine obere Treibscheibe 52 und eine untere Treibscheibe 53 trägt, wobei eine Treibscheibe 54 surr an der Grundplatte 12 und koaxial zur Motorwelle 15 befestigt ist. und wobei ein Transmissionsseil oder -riemen 55 die Treibscheiben 36 und 52 miteinander verbindet, sowie ein Transnnssionsseil oder -riemen 56 die Treibscheiben 53 und 54 miteinander verbindet.

Die Durchmesser der Treibscheiben 52 und 53 sind etwa gleich, und der Durchmesser der Treibscheibe 54 beträgt im wesentlichen das Doppelte von dem der Treibscheibe 36. Wenn der dritte Läufer 20 mit einer Drehzahl N^ um die Achse A gedreht wird, dann wird sich deshalb der zweite Läufer 30 in der entgegengesetzten Richtung mit einer Drehzahl /V? drehen, die etwa gleich ist /V₁. Das genaue Verhältnis von /Vj und A/j hängt natürlich von den Verhältnissen der Durchmesser der Treibscheiben ab. Vorteilhiifterweise kann AA ein wenig größer sein als /Vj.

Die Verbindungsleitung 47 erstreckt sich zwischen dem ersten Läufer 40 und dem Halter 50 am Gestell 11 längs eines Leitungsweges 60 (F ig. I) der durch eine strichpunktierte Linie markiert ist. Dieser Leitungsweg umfaßt zwei zusammenhängende Schleifen, eine innere Schleife 61 und eine äußere Schleife 62, die sich an der Achse A η η einen Zwischenraum C zwischen dem dritten Läufer 20 und dem zweiten Laufer 30 anschließen. Die zwei Abschnitte der Verbindungsleitung 47, die sich längs der Schleifen 61 und 62 erstreckt, sind jeweils entsprechend mit 47' und 47" bezeichne;. Die beiden Enden einer jeden Schleife sind in gleicher Richtung ausgerichtet, d. h.. sie weisen in die gleiche Richtung; die Enden der inneren Schleife 61 weisen nach unten und die Enden der äußeren Schleife 62 weisen nach oben. Wie am besten in F i g. 1 gezeigt ist. erinnert die Form der Schleifen 61 und 62 an die eines Angelhakens oder eines Fragezeichens. Die beiden Schleifen 61.62 werden am zweiten bzw. dritten Läufer in einer festen Lage gehalten, und wenn die Läufer umlaufen, wie dies oben erwähnt ist. dann rotieren die beiden Schleifen um die vertikale Achse A. Die Rotationsfläche, die von der inneren Schleife 61 während einer derartigen Drehung erzeugt wird, wird völlig von der Rotationsfläche eingeschlossen, die von der äußeren Schleife 62 erzeugt wird. Dies ist aus F i g. 1 ersichtlich, in der die beiden Schleifen in einer gemeinsamen Ebene gezeigt sind.

Die Verbindungsleitung 47 wird in ihrer Lage an den Läufern 20 und 30 mittels einer rohrförmigen Führung 63 gehalten, die an den Läufern befestigt ist und eine Drehlagerung für die Leitung bildet. Somit kann die Leitung 47 relativ zu den Läufern um ihre eigene, gekrümmte Längsachse rotieren, die durch die Linie für den Leitungsweg 60 dargestellt ist Abgesehen von einer kurzen Unterbrechung am Zwischenraum G erstreckt sich die Führung 63 kontinuierlich zwischen einem Punkt H an der Achse A nahe den ersten Läufer 40 bis zu einem Punkt /, der in ähnlicher Weise an der Achse A unmittelbar unter dem Halter 50 atn Geste!! 11 gelegen ist. Die beiden Teile der Führung €3, die die Abschnitte 47' und 47" in ihrer Stellung halten, sind entsprechend mit 63' und 63" bezeichnet

Damit die Leitung 47 leicht in die Führung 63 eingelegt werden und aus dieser entfernt werden kann, ist diese an der Stelle 64 über ihre 1 ^serstreckung geschlitzt. Der Schlitz 64 ist an der Seite der Führung 63 vorgesehen, die von den Bögen 21. 32 abgewandt ist. Der Schlitz 64 ist ein wenig breiter ;\js der Durchmesser der Leitung 47 und ist gewellt, um das leichte Einsetzen und Entfernen der Leitung zu gestatten, dieses jedoch auf zuverlässige Weise während der Drehung des Läufers festzuhalten.

ίο Bei einem anderen Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) ist der Schlitz ein wenig enger als die Leitung und wird von zwei nachgiebigen Flanken eines Kanalelements begrenzt. Das Material der Führung 63. el. h. des Teils der Führung, der mit der Leitung in Eingriff tritt,

l) sollte im Hinblick auf einen mögliehst kleinen Reibungswiderstand gegenüber der Drehung der Leitung in der Führung gewählt werden.

Um die i-.nden der Verbindungsieiiung 47 daran zu hindern, sich relativ zum ersten Läufer 40 und zum HaI-

:o ter 50 am Gestell 11 zu drehen, sind an diesen eben erwähnten Teilen nahe dem entsprechenden nächstliegenden Ende der Führung 63 Kopplungsteile vorgesehen, die mit Kopplungsteilen an der Umhüllung 49 in Eingriff treten können, nachdem die Leitung 47 in die

2", Führung eingesetzt wurde. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kopplungsteile am ersten Läufer 40 und am Halter 50 in der Form einer Nut oder einer anderen Ausnehmung ausgebildet, und die Kopplungsteile an den Enden der Umhüllung 49 sind durch vorspringende Endabschnitte 49A 49ß eines Federdrahtes gebildet, aus dem die Umhüllung gewickelt ist. Natürlich können auch Kopplungen einer anderen Art verwendet werden.

Die beiden Bögen 22 und 33, die die Führung 63 nicht tragen, sind mit Gewichten 65 versehen (Fig. 1), die einen Gewichtsausgleich für einen größeren oder kleineren Anteil des zusätzlichen Gewichtes darstellen, das durch die Führung 63 und die Leitung 47 hervorgerufen wird, wenn diese in die Führung eingesetzt ist. Ein grobes Auswuchten kann natürlich durch eine geeignete Bemessung der Bögen bewirkt werden.

Bei den Zeichnungen ist zum Zwecke der klaren Darstellung ein Paar Drehlager weggelassen, die jeweils an den Stellen vorgesehen sind, die mit G und /in Fig. 1 und 2 bezeichnet sind, um sicherzustellen, daß der zweite Läufer 30 und der dritte Läufer 20 genau auf der Achse A während der Drehung der Läufer zentriert bleiben. Derartige Lager werden durch Manschetten gebildet, die koaxial zu den beiden Läufern 30, 20 angeordnet sind und von diesen getragen werden. Um das Einsetzen der Leitung 47 zu gestatten, sind die Manschetten in Achsrichtung geschlitzt.

Wenn der dritte Läufer 20 und der zweite Läufer 30 in der oben beschriebenen Weise umlaufen, d. h. entsprechend im Gegenuhrzeigersinn mit einer Geschwindigkeit AZ₃ und im Uhrzeigersinn mit einer Geschwindigkeit Λ/2. dann werden der erste Läufer 40 und demzufolge der Trennbehälter 46 und das danebenliegende Ende der Verbindungsleitung 47 im Uhrzeigersinn mit einer Drehzahl

A/, = 2 (AZ₃ + AZ₂)

rotieren. Dies fordert von der Leitung 47. daß sie eine hinlänglich große Torsionssteifigkeit aufweist, um imstande zu sein, das Drehmoment zu übertragen, das erforderlich ist, um den ersten Läufer 40 mit einer Drehzahl A/i zu drehen, ohne in unzulässiger Weise verdrillt

zu werden. Mit einer geeigneten Ausbildung der Umhüllung 49 kann ein Verdrillen von mehreren Umdrehungen hingenommen werden. Natürlich darf kein Verdrillen zugelassen werden, das ein Verbiegen der Umhüllung 49 verursacht, so daß sie in der Führung 43 klemmt oder die Rohre 48 einklemmt. Das Maß der Verdrillung dai Γ sich während des Betriebs der Zentrifuge verändern, mit einer hieraus folgenden Veränderung der Drehzahlverhältnisse der Läufer.

Wie aus der voranstehenden Beschreibung ersichtlich ist, muß kein genaues Drehzahlverhältnis zwischen dritten und zweiten Läufer aufrechterhalten werden. Ein gewisses Maß an Schlupf oder Verzögerung bei einem dieser Läufer relativ zum anderen muß nicht notwendigerweise ein Verdrillen der Leitung 47 hervorrufen. Demzufolge kann eine einfache Kraftübertragungseinrichtung verwendet werden, die die Läufer miteinander verbindet.

Bei der oben beschriebenen Zentrifuge ist die Trenneinrichtung 45 ein auswechselbares Bestandteil und kann somit ersetzt werden, wenn Blut von einem unterschiedlichen Spender oder unterschiedlicher Herkunft getrennt werden soll. Es ist demzufolge wichtig, daß die Trenneinrichtung einfach und rasch in die Zentrifuge eingesetzt und von dieser entfernt werden kann.

Der Trennbehälter 46 der Trenneinrichtung 45 ist aus weichem, biegsamen Folienmaterial, hergestellt. Er kann als geschlossener Kreisring aufgebaut sein. Wenn die Läufer 20 und 30 die Relativstellung einnehmen, die in den Zeichnungen gezeigt ist, dann kann der ringförmige Behälter zwischen dem ersten Läufer 40 und den Teilen des zweiten Läufers 30 eingesetzt werden, und die Führung 6.3, die nach unten in den ersten Läufer hineinragt, kann dann in die ordnungsgemäße Stellung am ersten Läufer gebracht werden. Es wird allerdings bevorzugt, den Behälter derart auszubilden, wie dies in F i g. 3 und 4 gezeigt ist; die iängiiche Form, die in diesen Figuren gezeigt ist, erleichtert das Einsetzen des Behälters in die ordnungsgemäße Stellung am ersten Läufer. Wie in F i g. 1 und 2 gezeigt ist, weist der erste Läufer 40 eine kegelstumpfförmige Tasche 4OC auf, die dem Behälter 46 eine Gestalt verleiht, die die Nutzung des Winkeleffektes gestattet, wodurch für die rasche und wirksame Trennung des Blutes in eine Plasma- und eine Blutkörperchenfraktion gesorgt wird.

F i g. 3 zeigt den ersten Läufer 40 mit dem in seinem Inneren angeordneten Trennbehälter 46 in einer Ansicht längs Linie IH-III in Fig. 1, während Fig.4 die komplette Trenneinrichtung 45 zeigt, wenn sie vom ersten Läufer entfernt ist.

Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist der Trennbehälter 45 als ein Längenabschnitt eines abgeflachten, gebogenen Rohres ausgebildet, das an beiden Enden abgeschlossen ist. Wenn der rohrförmige Behälter in den ersten Läufer 40 eingesetzt ist, wie dies in F i g. 1 bis 3 gezeigt ist, dann bildet er einen konzentrischen, unterbrochenen Kreisring, wobei die Enden nebeneinanderliegen, und wenn er aus dem ersten Läufer entfernt wird, dann hat er die Form, die in F i g. 4 gezeigt ist

In Fig.3 und 4 sind die oben erwähnten flexiblen Rohre 48 mit 4SA, 4SB und 48C bezeichnet. Sie sind fest am Trennbehälter 46 in oder nahe seiner Innenumfangswand befestigt. Das Rohr 4SA dient zur Zufuhr des ungetrennten Blutes in den Trennbehälter 46, und wie in beiden Figuren gezeigt ist, tritt es am einen Ende des abgeflachten Rohres ein, das den Behälter bildet. Es öffnet sich innerhalb des Behälters etwa auf der halben Strecke zwischen innerer und äußerer Umfangswand,

d. h. an der Stellt, an der die Trennfläche zwischen der schwereren Blutkörperchenfraktion und der leichteren Plasmafraktion während des kontinuierlichen Trennprozesses liegt.

Das Rohr 48S dient zum Abziehen der Plasmafraktion und tritt in den Trennbehälter nahe seinem entgegengesetzten Ende ein und öffnet sich nahe der inneren Umfangswand. Das dritte Rohr48Ctritt in den Behälter am selben Ende wie das Plasmarohr ein, aber öffnet sich nahe der äußeren Umfangswand. Es dient zum Abziehen der Blutkörperchenfraktion.

Die Blutkörperchenfraktion kann ziemlich viskos sein. Die Entnahme dieser Fraktion aus dem Trennbehälter wird erleichtert, wenn das Bündel flexibler Rohre ein viertes flexibles Rohr umfaßt, das sich in unmittelbarer Nähe des Rohres 48C öffnet und kontinuierliche Salzlösung oder ein anderes geeignetes Verdünnungsmittel in den Bereich des Behälters einspeist, in dem die Blutkörperchenfraktion in das Rohr 48C eintritt. Ein derartiges viertes Rohr ist mit 48D bezeichnet. Die Blutkörperchen werden im Verdünnungsmittel suspendiert, und die so gebildete Suspension kann mühelos in das Rohr 48Ceintreten, selbst wenn dieses Rohr eng ist.
Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, erstrecken sich die Rohre 48,4. 480, 48C und 48D frei über einen Abstand zwischen dem inneren Ende der Umhüllung 49 und dem Trennbehälter 46, d. h. vom mittleren Abschnitt des ersten Läufers 40 bis zum Trennbehälter 46, wenn die Trenneinrichtung 45 in die Zentrifuge eingesetzt ist. Es können allerdings die Rohre so angeordnet sein, daß sie über diesen Abstand ebenso gut in einer festen Lage gehalten werden, obwohl dies in der Praxis kaum erforderlich sein dürfte.

Bei einem abgeänderten Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) der Trenneinrichtung 45 tritt das Blut-Aufgaberohr 4SA in die Trennkammer 46 nahe dem Ende ein oder ist nahe diesem befestigt, ar, dem die anderen Rohre an dem Behälter angeschlossen sind. Das Blut-Aufgaberohr läuft dann längs des Trennbehälters (entweder im Inneren oder an der Außenseite) bis zum entgegengesetzten Ende, wo es sich auf der halben S.recke zwischen der inneren und äußeren Umfangswand öffnet, wie oben ausgeführt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiei können somit alle Rohre ein Bündel über die gesamte Strecke vom Trennbehälter weg bilden.

Das Einsetzen und Entfernen der Trenneinrichtung kann durch eine abgeänderte Montage des ersten Läufers 40 am zweiten Läufer 30 erleichtert werden. Mit dieser abgeänderten Montage, die nicht dargestellt ist, ist der erste Läufer 40 ohne weiteres vom zweiten Läufer 30 derart entfernbar, daß der Trennbehälter 46 in seine Tasche im ersten Läufer eingesetzt werden kann, während dieser von der Zentrifuge entfernt ist. Nachdem der Trennbehälter ordnungsgemäß in seiner Tasehe angeordnet wurde, wird der erste Läufer wieder am zweiten Läufer angebracht, und die Verbindungsleitung 47 wird in die Führung 63 eingesetzt.

Bei einem weiteren, abgeänderten Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) ist die Tasche 4OC im ersten Läufer 40 derart umgekehrt, daß sie nach oben abgeschrägt is', und längs ihrer oberen Kante offen ist. Bei diesem abgeänderten Ausführungsbeispiel ändert sich die Neigung der Seitenwände der Tasche kontinuierlich in Umfangsrichtung; der Winkel, der zwischen den Seitenwänden

bj und der Achse A eingeschlossen ist, hat seinen minimalen Wert in dem Bereich, in dem das Blut in den Trennbehälter eintritt, und nimmt kontinuierlich zn dem Bereich hin zu, in dem die getrennten Fraktionen aus dem

Trennbehälter entnommen werden. Die Fraktionen, in die das Blut dementsprechend aufgetrennt wird, sind Kräften ausgesetzt die dazu neigen, die Frakionen zu veranlassen, zum Ende des rohrförmigen Trennbehälters zu strömen, wo die Ausiaßrohre mit dem Innenraum des Trennbehälters in Verbindung stehen. Auf diese Weise wird eine besonders wirksame Trennung erzielt

Die Trennung wird noch durch ein anderes Merkmal des oben beschriebenen abgeänderten Ausführungsbeispiels verbessert; der Querschnittbereich des rohrförmigen Trennbehälters 46 und der Tasche 4OC im ersten Läufer 40, die den Trennbehälter aufnimmt nimmt vom Einlaßende des Trennbehälters zum Auslaßende fortlaufend zu. Als Ergebnis des zunehmenden Querschnitts is nimmt die Strömungsgeschwindigkeit in Längs- oder Umfangsrichtung des Trennbehälters fortlaufend vom Einlaßende zum Auslaßende ab. so daß die Gefahr einer unerwünschten Vermischung der getrennten Fraktionen auf ein Minimum verringci i isi.

Die Abschnitte der Rohre 48. die aus dem äußeren Ende der Umhüllung 49 heraustreten, können an herkömmliche Zusatzeinrichtungen oder Hilfsanlagen entweder ständig oder über trennbare sterile Kupplungen angeschlossen werden. Wenn die Trennung als ein Schritt bei der sogenannten Plasmapherese durchgeführt wird, dann können das Blut-Aufgaberohr 48A und dis Blutkörperchenrohr 48C somit mit den verschiedenen Armen einer gegabelten Kanüle verbunden sein, die in eine Vene des Blutspenders oder Patienten eingeführt ist. während das Plasmarohr 48fl an einen Sammelbehälter für Blutplasma angeschlossen ist. Während der Trennung arbeiten eine oder mehrere peristaltische Pumpen auf herkömmliche Weise an den Rohren zwischen dsm Trsnnbshälter 46 und den Zubehorteilen oderder Hilfsanlage.

Bei dem dargestellten beispielsweisen Ausführungsbeispiel der Trenneinrichtung 45 ist die Umhüllung 49. die als torsionsstarre, flexible Welle dient, aus spiralig gewickeltem Draht hergestellt, dessen Enden derart gebogen sind, daß sie die oben erwähnten Kopplungsteile 49.4 und 495 bilden. Es ist allerdings auch möglich, andere Arten von Umhüllungen zu verwenden, die in der Lage sind, das Drehmoment zu übertragen, das für die D^reiiung des ersten Läufers erforderlich ist, ohne derart verdrillt zu werden, daß die Rohre eingeklemmt oder beschädigt werden, oder daß ein Klen:men in der Führung stattfindet. Obwohl es normalerweise bevorzugt ist. daß die Umhüllung ständig einen Teil der Trenneinrichtung bildet, d. h. zusammen mit dem Rest der Trenneinrichtung außer Gebrauch genommen wird, kann auch eine Umhüllung verwendet werden, die mit der Trenneinrichtung kombiniert und von dieser getrennt werden kann.

Obwohl die Vorrichtung vorstehend als Zentrifuge beschrieben wurde, ist sie auch für andere Anwendungszwecke geeignet, bei denen es notwendig ist, einen ständigen Verbindungsweg zwischen ständig rotierenden Teilen aufrechtzuerhalten, ohne daß man auf Schleifkontakt- oder Rotationsdichtungs-Verbindungsvorrichtungen ausweicht, wie beispielsweise in Fällen, in denen es erforderlich ist. elektrischen Strom, Gas- oder Flüssigkeitsströme oder elektrische, optische pneumatische oder hydraulische Signale von einem stationären Anschluß zu einem kontinuierlich rotierenden Anschluß zu übertragen.

Es ist auch möglich, mehr als drei relativ zueinander rotierende Läufer zu verwenden, um eine noch weitere Verringerung der Drehzahl zu erzielen, mit der die Schleifen der strangförmigen Verbindungsleitung reiati'' zum Gestell ti umlaufen. Die zusätzlichen Läufer sind zwischen dem Gestell 11 und dem dritten Läufer, der oben beschrieben ist angeordnet, und jeder Läufer ist derart angeordnet daß er sich entgegengesetzt zum nächtsfolgenden Läufer dreht und daß die Leitung rund um diesen Läufer in einer Schleife geführt ist. deren Enden in dieselbe Richtung weisen.

Es sollte auch darauf hingewiesen werden, daß es nicht immer notwendig ist, daß ein Ende der Leitung unverdrehbar am Gestell befestigt ist obwohl eine derartige Befestigung normalerweise gefordert oder erwünscht ist. Mit anderen Worten, es können sich auch beide Enden relativ zum Gesteil drehen. In Anbetracht dessen sollte auch vermerkt werden, daß der Begriff »Ende« nicht so zu verstehen ist daß er streng auf tatsächliche Enden oder Endanschlüsse der Leitung beschränkt ist Demzufolge sollte »Enden« derart verstanden werden, daß

■ oder weniger gewählte

Punkte an der Leitung oder Abschnitte hiervon umfaßt werden, die eine Länge der Leitung begrenzen und denen die Relativdrehung zueinander unbegrenzt ermöglicht ist. Beispielsweise können bei der oben beschriebenen Trenneinrichtung 45 sich die Umhüllung 49 und/ oder die Rohre 48, die in ihr eingeschlossen sind, vom dritten Läufer 20 bis über den Halter 50 beispielsweise bis zu einer Kanüle und einer Behälteranordnung erstrecken. Bei einem derartigen Fall wird bei der Leitung das »Ende«, das unverdrehbar am Zentrifugengestell 11 befestigt ist, von einem Abschnitt der Umhüllung und der Rohre gebildet, der zwischen den tatsächlichen Enden dieser Elemente angeordnet ist.
Ein anderer Begriff, der in einem weiten Sinn verstan-

J5 den werden soll und sich auch auf die Verbindungslei tung bezieht ist »strangförmig«. Dieser Begriff beabsichtigt nur die Kennzeichnung der Leitung als längliches und schlankes Element mit einem im wesentlicher konstanten Querschnitt über mindestens einen wesentli chen Teil seiner Länge.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verbindung relativ zueinander um eine im wesentlichen zentraie Achse drehbarer Teile, mit einer weitgehend verdrillfrei zu haltenden Verbindungsleitung, die ausgehend von einem an einem drehbaren ersten Läufer fest angebrachten Innenanschluß über einen diesem gegenüber relativ im gleichen Drehsinn drehbaren zweiten Läufer um 180° in einer hakenförmigen Schleife mit gleichgerichteten Enden zu einem weiteren Anschluß geführt ist, dessen Zentrum nahe der Drehachse liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Anschluß (G) sich an einem im wesentlichen um die zentrale Achse (A) drehbaren dritten Läufer (20) befindet, an dem die Verbindungsleitung (47) wiederum in Form einer hakenförmigen Schleife (62) mit gleichgerichteten Enden zu einem nahe der zentralen Achse (a) gelegenen Außenanschluß (WA) geführt ist, daß sich der dritte und der erste Läufer (20 bzw. 40) mit entgegengesetztem Drehsinn relativ zu dem Außenanschluß (47A^ drehen, und daß die Drehzahl (N]) des ersten Läufers gleich der doppelten Summe der Drehzahlen (W₃ bzw. M) des dritten Läufers (20) und des zweiten Läifers (30) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Motor (14) zum unmittelbaren Antrieb des dritten Läufers (20) und eine Kraftübertragungseinrichtung (51—56) zur Übertragung der Drehbewegung des Motors auf den zweiten Läufer (30) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindiuigsleitune (47) eine flexible verdrehungssteife Umhüllung (49) ι, von der ein Ende unverdrehbar an einem Maschinengestell (11) und das andere Ende unverdrehbar am ersten Läufer (40) befestigt ist, und mindestens ein flexibles Rohr (48) in der Umhüllung aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Läufer (20) und der zweite Läufer (30) jeweils ein Führungsteil (63", 63') auf weisen, das sich längs der zugeordneten Schleifen (62) bzw. (61) erstreckt und eine Drehlagerung für die Umhüllung (49) bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (49) in seitlicher Richtung in die Führungsteile (63", 63') einsetzbar und aus diesen entnehmbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5. gekennzeichnet durch die Anwendung für eine Zentrifuge wobei der erste Läufer (40) einen lösbar angeordneten Trennbehälter (46) aufweist, an den ein die Verbindungsleitung (47) bildendes Bündel flexibler Einlaß- und Auslaßrohre (48/4, 48ß, 48Q angeschlossen ist, das jeweils am Maschinengestell (U) und am ersten Läufer (40) befestigt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennbehälter (46) aus flexiblem Folienmaterial besteht sowie rohrförmig ausgebildet ist und daß mindestens eines der flexiblen Rohre (48Λ, 480, 48Q in den Behälter nahe seinem einen Ende und mindestens eines der anderen flexiblen Rohre in den Behälter nahe seinem entgegengesetzten Ende mündet.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es gibt zahlreiche Vorrichtungen und Maschinen, die eine ständige Verbindung für einen Energie- oder Strömungsmittelstrom zwischen Elementen fordern, die sich ständig relativ zueinander in ein und derselben Richtung drehen. Beispielsweise kann gefordert sein, daß ein elektrischer Strom oder ein Gas- oder Flüssigkeitsstrom zwischen einem stationären Element und einem ständig rotierenden Element übertragen wird. In derartigen Fällen ist es allgemeine Praxis, Schleifring-Koppelungsvorrichtungen oder Rotationsdichtungs-Koppelungsvorrichtungen zu verwenden, d. h. Vorrichtungen, die miteinander in Eingriff stehende, relativ zueinander drehende Teile aufweisen. Derartige Vorrichtungen verursachen allerdings oftmals Schwierigkeiten. Im Fall einer elektrischen Schleifringkoppelung können Störungen, geänderter Widerstand des Kontaktes und Ve-schleiß Schwierigkeiten verursachen, und im Fall von Rota-

tionsdichtungen liegt das Hauptproblem in der Schwierigkeit, eine zuverlässige, ströinurigsiviüicidichie Abdichtung zwischen den relativ zueinander drehenden Teilen herzustellen.

Es ist allerdings möglich, durch ein flexibles elektrisches Kabel, ein flexibles Rohr oder ein anderes, durchgehendes, flexibles, strangförmiges Leitungselement einen elektrischen Strum oder einen Flüssigkeits- oder Gasstrom von einem stationären, nichtrotierenden Anschluß auf einen kontinuierlich rotierenden Anschluß zu übertragen, ohne daß man eine Schleifring-Koppelungsvorrichtung oder Rotationsdichtungs-Koppelungsvorrichtung verwendet. Es ist somit möglich, ein Ende des strangförmigen Leitungselements am stationären Anschluß zu befestigen, und das andere Ende des Leitungselements am rotierenden Anschluß zu befestigen, und die Übertragung durch das Leitungselement zu bewirken, ohne dieses zu verdrehen.

Bei einer Vorrichtung aus dem Stand der Technik, die eine derartige Übertragung gestatte., ^:M ein Ende eines strangförmigen Leitungselements in Form eines flexiblen Rohres oder eines flexiblen elektrischen Kabels vertikal und unbeweglich an einem stationären Teil befestigt, während sein anderes Ende horizontal angeordnet und drehbar an einem Hauptläufer gelagert ist. Die Drehachse des Hauptläufers steht vertikal und läuft durch das erste Ende des Leitungselements. Wenn der Hauptläufer und somit die rechtwinklige Schleife oder Abbiegung, die durch das Leitungselement gebildet wird, um die vertikale Achse rotieren, dann rotiert das horizontale Ende des Leitungselements um seine eigene horizontale Achse mit derselben Drehgeschwindigkeit wie der Hauptläufer, vorausgesetzt, daß kein Verdrillen des Leitungselements stattfindet. Das horizontale Ende des Leitungselements ist an einem Sekundärläufer befestigt, der am Hauptläufer abgestützt ist und um die Längsachse des horizontalen Endes des Leitungselementes drehbar ist. Verwendet man diese Anordnung, kann ein elektrischer Strom oder ein Gas- oder Flüssigkeitsstrom kontinuierlich vom unbeweglich befestigten Ende in den ständig rotierenden Sekundarläufer übertragen werden. Beispiele derartiger Anordnungen sind in US-PS 36 57 941 und 38 56 669 gezeigt.

Die obenbeschriebene Vorrichtung des Standes der Technik kann dadurch abgewandelt werden, daß man das Leitungselement ferner derart abbiegt, daß seine Enden in dieselbe Richtung weisen, und daß man den Sekundarläufer zur Drehung um eine Achse anbringt, die im wesentlichen parallel zur Drehachse des Haupt-