DE3544115C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugal-Elutriator-Rotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Zentrifugal-Elutriator-Rotor ist aus der DE-OS 24 26 908 bekannt. Dieser Rotor besitzt ein Rotorgehäuse mit einem rechtwinkligen Toroidhohlraum in dessen Außenumfangsbereich eine Einlaßleitung und in dessen Innenumfangsbereich eine Auslaßleitung mündet. Weiter ist eine Probeneinlaßleitung und eine zweite Auslaßleitung vorgesehen, deren Mündungen radial zwischen der ersten Auslaßleitung und der Einlaßleitung liegen, wobei die Probeneinlaßleitung radial innerhalb der zweiten Auslaßleitung mündet.

Dieser bekannte Zentrifugal-Elutriator-Rotor wird zur Trennung von Teilchen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, z. B. unterschiedlicher Größe, insbesondere zur Trennung von roten und weißen Blutkörperchen verwendet, wobei durch die Probeneinlaßleitung eine die zu trennenden Teilchen enthaltende Pufferflüssigkeit eingeführt wird. Zusätzlich wird eine Suspensionsflüssigkeit durch die in den Außenumfangsbereich mündende Einlaßleitung in den Hohlraum hineingedrückt, so daß sich eine Strömung der Suspensionsflüssigkeit zur radial innenliegenden ersten Auslaßleitung ergibt. Die Strömungsgeschwindigkeit der Suspensionsflüssigkeit im Hohlraum des Rotors wird dabei so gewählt, daß die sich langsamer absetzenden Teilchen von der Suspensionsflüssigkeit mitgenommen werden und durch die erste Auslaßleitung aus dem Hohlraum herausgelangen. Die sich schneller absetzenden Teilchen werden von der Zentrifugalkraft nach außen getrieben, wo sie über die zweite Auslaßleitung dem Hohlraum entnommen werden können.

Mit diesem bekannten Zentrifugal-Elutriator-Rotor können also Teilchen mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften, die demzufolge unterschiedliche Absatzgeschwindigkeiten aufweisen, voneinander getrennt werden. Die Teilchen sind nach der Trennung jedoch immer noch in einer Flüssigkeit aufgeschwemmt, mit der sie aus dem Rotor entnommen werden. Will man jedoch die Teilchen aus der Flüssigkeit herausbekommen, so ist ein weiterer Absetzvorgang erforderlich.

Aus der US-PS 43 50 238 ist ein Zentrifugal-Elutriator-Rotor bekannt, bei dem die Trennung der Teilchen voneinander und von der Suspensions- oder Pufferflüssigkeit in einer Elutrierzelle erfolgt, in der sich die zu trennenden Teilchen an unterschiedlichen Stellen absetzen. Bei diesem bekannten Rotor wird eine kurze rohrförmige Elutrierzelle verwendet, durch die während eines Zentrifugal-Elutriervorgangs eine die zu trennenden Teilchen enthaltende Pufferlösung in Zentripetalrichtung gepumpt wird, so daß sich die zu trennenden Teilchen darin in unterschiedlichen Radialabständen zur Drehachse absetzen.

Um diese bekannte Vorrichtung möglichst effektiv zu betreiben, ist es dabei erforderlich, den Absetzvorgang der einzelnen Teilchen zu beobachten, um den Trennvorgang zu unterbrechen, wenn die mit der verwendeten Elutrierzelle erreichbare Absetzung von Teilchen vorliegt. Dann wird der Elutriervorgang unterbrochen und die Elutrierzelle wird dem Rotor entnommen, um die voneinander getrennten Teilchen daraus zu entnehmen.

Es hat sich nun gezeigt, daß dieser bekannte Zentrifugal- Elutriator-Rotor ein verhältnismäßig kleines Nutzvolumen besitzt, so daß unter Umständen nur ein relativ unwirtschaftlicher Betrieb dieser bekannten Vorrichtung möglich ist. Es ist relativ aufwendig, den Absetzvorgang zu beobachten, und so das Ende des jeweils durchgeführten Trennvorgangs zu bestimmen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen einfach zu handhabenden Zentrifugal-Elutriator-Rotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem während eines Abtrennvorgangs der Teilchen von der Flüssigkeit im Rotor eine verhältnismäßig große Menge von Probenteilchen abgetrennt werden kann.

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

Durch diese Ausbildung der Abtrennkammer wird erreicht, daß sich die zu trennenden Teilchen in genau definierten ringförmigen Bereichen ansammeln, wodurch einerseits eine erhebliche Vergrößerung des Nutzvolumens geschaffen wird, und andererseits die Handhabung des Zentrifugal-Elutriator-Rotors vereinfacht wird, da keine kleine Elutrierzelle aus dem Rotor ausgebaut und ausgeleert zu werden braucht, sondern der erfindungsgemäße Rotor als Ganzes gehandhabt und geleert werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen, bei denen die Handhabbarkeit des Rotors weiter verbessert ist, sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Achsenschnittdarstellung eines Zentrifugal-Elutriator-Rotors nach Linie I-I in Fig. 2, und

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Elektromotor 1 für den Antrieb eines Rotors 2 gezeigt. Der Rotor 2 besteht aus einem Rotorgehäuse 3 und einem Kerneinsatz 4 zusammen mit einem durchsichtigen Deckel 6. Ein sich nach oben öffnender konvexer Abschnitt, die Krümmung 31, ist in dem Rotorgehäuse 3 ausgebildet.

Der Kern 4 ist in das Rotorgehäuse 3 konzentrisch zum Drehzentrum des Rotorgehäuses 3 eingesetzt, und wird aus einer zentralen Welle 41 und vier Teilwänden 42 gebildet, welche radial von der Welle 41 mit gleichen Winkelabständen nach außen abstehen. Jede Teilwand 42 besitzt einen darin ausgebildeten Durchlaß 43, der sich radial vom Umfang des Kernes 41 zum Außenende der betreffenden Teilwand 42 erstreckt. In dem Kern 4, d. h. in seiner Welle 41 befindet sich ein mit der Drehachse des Rotors 2 ausgerichteter Durchlaß 44 zusammen mit vier zur Seite abbiegenden Durchlässen 45, von denen jeder mit dem axialen Durchlaß 44 in Verbindung steht und vom unteren Ende desselben radial nach außen von der Drehachse des Rotors 2 bis zur Verbindung mit dem inneren Ende eines jeweiligen, in einer Teilwand 42 ausgebildeten Durchlasses 43 reicht; d. h. die Querdurchlässe, also die Durchlässe 45, sind mit gleichen Winkelabständen entsprechend denen der Teilwände 42 angeordnet. Eine Reihe von vier vertikal ausgerichteten Durchlässen 46 sind gleichfalls in der Welle 41 parallel zur Drehachse des Rotors 2 ausgebildet, die konzentrisch mit Abstand um diese Achse und mit gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Die unteren Enden der vertikalen Durchlässe 46 stehen jeweils mit in der Welle 41 ausgebildeten Seitendurchlässen 47 in Verbindung, welche radial nach außen in jeweils eine kleine Abtrennkammer 81 münden, wie später beschrieben wird. Zusätzlich ist eine Drehdichtung 5 an das obere Ende der Welle 41 angesetzt. In der Drehrichtung 5 ist ein Durchlaß 51 vertikal in der Mitte ausgebildet, der mit dem zentralen Vertikaldurchlaß 44 in Verbindung steht, und jeweils ein vertikaler Durchlaß 52 zur Verbindung mit jedem Durchlaß 46.

Ein aus einem transparenten Material ausgebildeter Deckel 6 ist entfernbar an dem Rotorgehäuse 3 und dem Kerneinsatz 4 angebracht, und zwar mittels eines Befestigungsringes 7. Der Befestigungsring 7 ist mit einem Innengewinde versehen, das mit einem entsprechenden am Außenumfang des Rotorgehäuses 3 ausgebildeten Außengewinde in Eingriff bringbar ist.

Zwischen dem konvexen Bereich des Rotorgehäuses 3, also der Krümmung 31, und dem Deckel 6 ist eine Abtrennkammer 8 ausgebildet, und wie ein Blick auf Fig. 2 zeigt, wird die Abtrennkammer 8 durch die Teilwände 42 in eine Reihe von vier kleineren Abtrennkammern 81 unterteilt. Die in den Trennwänden 42 enthaltenen Durchlässe 43 stehen über in den Außenenden der Teilwände 42 ausgebildete Nuten 48 mit den Abtrennkammern 81 in Verbindung, d. h. die äußeren Enden der Durchlässe 43 münden in die Nuten 48 und damit in die jeweiligen Abtrennkammern. Zur Abdichtung des Kerneinsatzes 4 mit dem Rotorgehäuse 3 und dem Deckel 6, bzw. des Deckels 6 mit dem Gehäuse dienen Dichtringe 9, 10, 11 und 22.

Es ist eine obere Deckplatte 12 aus einem durchsichtigen Material vorgesehen, die einen Teil des Außengehäuses der den Rotor 2 enthaltenden Zentrifuge bildet. Ein Dichtelement 15 wird in einer Weise abgestüzt, die eine begrenzte Bewegungsgröße in Vertikalrichtung mittels Wendelfedern 13 in Verbindung mit einer Stützklammer 14 zuläßt, welche auf der oberen Platte 12 angebracht ist. Eine feste Dichtung 16 ist an dem unteren Ende des Dichtelementes 15 in Berührung mit der Drehdichtung 5 angebracht. In der festen Dichtung 16 sind Durchlässe 161, 162 ausgebildet, wobei das untere Ende des Durchlasses 161 mit dem oberen Ende des Durchlasses 51 und das untere Ende des Durchlasses 162 mit den oberen Enden der Durchlässe 52 in Verbindung steht. Das obere Ende des Durchlasses 161 wird dann durch einen weiteren Durchlaß 151 im Dichtelement 15 weitergeführt, und das obere Ende des Durchlasses 162 steht mit dem unteren Ende eines Durchlasses 152 im Dichtelement 15 in Verbindung.

Ein Federdruckteil 17 ist, beispielsweise durch Schrauben, fest an der oberen Deckplatte 12 angebracht. Ein Zuführrohr 18 ist mit dem oberen Ende des Durchlasses 151, und ein Auslaßrohr 19 mit dem oberen Ende des Durchlasses 152 verbunden. Damit ist zu sehen, daß die Durchlässe 151, 161, 51, 44, 45 und 43 eine Reihe von aufeinanderfolgend miteinander in Verbindung stehenden Fluidzuführleitungen bilden, während die Durchlässe 152, 162, 52, 46 und 47 eine Reihe von aufeinanderfolgend in Verbindung stehenden Fluidauslaßleitungen bilden.

Eine Photofühlereinheit 20 ist an der unteren Fläche der oberen Deckplatte 12 befestigt, und enthält einen Licht aussendenden und einen Licht empfangenden Abschnitt. Die Photofühlereinheit 20 wird verwendet, um eine Trennschicht zu überwachen, die in zu beschreibender Weise gebildet wird.

Eine Lichtquelle 21 ist über der oberen Deckplatte 12 angebracht und dient zur Beleuchtung der Oberseite des Rotors 2, um eine direkte Beobachtung des allgemeinen Abtrennvorganges zu gestatten.

Das Gerät wir auf folgende Weise betrieben: Ein mit abzutrennenden Probenteilchen versehenes Pufferfluid wird durch das Zuführrohr 18 zugepumpt, während der Rotor 2 durch den Motor 1 angetrieben wird. Das Fluid durchläuft die oben beschriebene Reihe von Fluidzuführleitungen, bis es jeweils an den Außenumfängen in die kleinen Abtrennkammern 81 eintritt, und dann findet in jeder Abtrennkammer 81 eine Zentrifugal-Elutrierung statt. Das heißt, während das Fluid vom Umfang jeder Abtrennkammer 81, wie durch die Pfeile in Fig. 2 bezeichnet, fließt, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Fluides kontinuierlich in durch die Form der Abtrennkammer 8 bestimmter Weise ab. Jedes Probenteilchen wird dann, wenn die Strömungsgeschwindigkeit auf einen Wert abgefallen ist, bei dem die auf das Teilchen einwirkende Zentrifugalkraft gleich der durch die Fluidströmung darauf ausgeübten Strömungskraft wird, an dieser Stelle festgehalten und nicht weiter zur Drehachse des Rotors 2 mitgenommen. Der Abstand von der Drehachse des Rotors 2, bei dem dieser Gleichgewichtszustand eintritt, hängt von gewissen physikalischen Eigenschaften des Teilchens ab, und so werden größere Teilchen weiter radial nach innen mitgenommen als kleinere Teilchen. Auf diese Weise tritt eine Auftrennung der Teilchen in besondere Arten auf. Hierbei ist wesentlich, daß dieser Trennvorgang innerhalb der gesamten Abtrennkammer 8 stattfindet, die den größten Teil des Innenvolumens des Rotors 2 einnimmt, so daß eine relativ große Menge von Teilchen abgetrennt werden kann.

Um die Trennung in der beschriebenen Weise auszuführen, müssen die Flächengrößen der Umfangsschnitte des Innenraumes der Abtrennkammer 8, die jeweils konzentrisch um die Drehachse des Rotors 2 genommen und im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Pufferflüssigkeit ausgerichtet sind, fortschreitend vom Außenumfang der Abtrennkammer 8 zum Innenumfang derselben hin anwachsen, wobei die Flächengrößen umgekehrt proportional zum Radialabstand jedes Umfangsquerschnittes von der Drehachse des Rotors 2 sind. Die Fläche Fx eines entsprechenden Umfangs- Segmentquerschnittes irgendeiner der kleinen Trennkammern 81 errechnet sich auf folgende Weise:

Fx =

wobei Rx der Radialabstand dieser Querschnittsfläche von der Drehachse des Rotors 2 und Hx die an diesem Ort vorhandene Höhe der Abtrennkammer 8 ist.

Bei der beschriebenen Ausführung wird die angesprochene Form der Abtrennkammer 8 dadurch erreicht, daß die untere Fläche des Innenraumes der Abtrennkammer 8 mit bestimmter konvexer Krümmung ausgeführt ist, wie in Fig. 1 gezeigt, während der transparente Deckel 6 eine ebene Unterfläche besitzt.

Infolge dieser Form der Abtrennkammer 8 wird die Auftrennung der Probenteilchen entsprechend der Teilchengröße, entsprechend der Winkelgeschwindigkeit des Rotors 2 und der Fließgeschwindigkeit der Pufferflüssigkeit ausgeführt. Teilchen von kleiner Abmessung werden relativ stark durch die von der Pufferflüssigkeit darauf ausgeübten Strömungskräfte beeinflußt im Vergleich zu den Auswirkungen dieser Strömungskräfte auf größere Partikel, während die größere Partikel stärker durch die Zentrifugalkräfte beeinflußt werden als es bei den kleineren Partikeln der Fall ist. Damit werden die großen Probenteilchen in einem Bereich in der Nähe des Umfangs der Abtrennkammer 8 verbleiben, wie es beispielsweise durch den Abschnitt 23 in Fig. 1 dargestellt ist, während die kleinen Teilchen mit der Pufferflüssigkeit zum Innenumfang der Abtrennkammer 8 mitgenommen und dort längs des beschriebenen Ablaßweges aus der Abtrennkammer 8 herausgeschwemmt werden.

Wie sich aus der Beschreibung klar ergibt, wirkt der Rotor 2 selbst als Behälter für die abgetrennten Probenteilchen, und der Deckel 6 kann zum Entfernen der Probe nach dem Zentrifugieren rasch entfernt werden. Damit ist die Notwendigkeit beseitigt, wiederholt eine kleine Trennzelle aus dem Rotor zu entnehmen und wieder einzusetzen. Zusätzlich sind, da die abgetrennten Teilchen dicht am Umfang der Abtrennkammer 8 verbleiben, diese Teilchen klar als ringförmige Schicht sichtbar, die sich um den Außenumfang der Abtrennkammer 8 erstreckt, und sie können durch den durchsichtigen Deckel 6 beobachtet werden. Diese Tatsache macht es möglich, Mittel vorzusehen, durch die eine automatische Anzeige geschaffen werden kann, daß der Trennzustand eine bestimmte Stufe erreicht hat. Das kann beispielsweise durch den optischen Fühler 20 geschehen, der über dem durchsichtigen Deckel 6 in der Nähe des Außenumfangs der Abtrennkammer 8 angebracht ist. Es ist ersichtlich, daß durch den optischen Fühler 20 erzeugte elektrische Signale beispielsweise benutzt werden können, um automatisch den Rotor 2 anzuhalten und/oder ein hör- oder sichtbares Signal zu erzeugen, zur Anzeige, daß der Trennvorgang beendet ist.

Claims (6)

1. Zentrifugal-Elutriator-Rotor zur Abtrennung von Probenpartikeln
mit besonderen physikalischen Eigenschaften aus durch eine Pufferflüssigkeit transportierten Partikeln, mit einem Außengehäuse, dessen Innenraum eine Abtrennkammer bildet, die symmetrisch um und koaxial zur Drehachse angeordnet ist,
mit Fluidzuführleitungen, die in einen Außenumfangsbereich der Abtrennkammer münden,
mit Fluidabführleitungen, deren Einlaßöffnungen in einem Innenumfangsbereich der Abtrennkammer vorgesehen sind, wobei die Fluidzuführleitungen und die Fluidabführleitungen eine kontinuierliche Strömung der Pufferflüssigkeit in Richtung vom Außenumfang zum Innenumfang der Abtrennkammer ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächengrößen von jeweils koaxial zur Drehachse und im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Pufferflüssigkeit gerichteten Umfangsschnitten des Innenraumes der Abtrennkammer (8) aufeinanderfolgend umgekehrt proportional zum jeweiligen Radialabstand (R _x ) der betreffenden Umfangsschnitte von der Drehachse zunehmen.

2. Zentrifugal-Elutriator-Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse des Rotors (2) aus einem an der Oberseite offenen Rotorgehäuse (3) und einem abnehmbar am Rotorgehäuse (3) angebrachten Deckel (6) gebildet ist und daß die besondere Form der Abtrennkammer (8) durch eine nach oben konvexe Krümmung (31) einer Innenfläche des Rotorgehäuses (3) gebildet ist.

3. Zentrifugal-Elutriator-Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von sich radial erstreckenden, feststehenden Teilwänden (42) in der Abtrennkammer (8) mit gleichen Winkelabständen um die Drehachse angeordnet sind, um die Abtrennkammer (8) in eine Vielzahl von kleinen Abtrennkammern (81) aufzuteilen.

4. Zentrifugal-Elutriator-Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (Durchlaß 43) der Fluidzuführleitungen (18, 151, 161, 51, 44, 45, 43, 48) innerhalb der Teilwände (42) ausgebildet ist und, bezüglich der Drehachse radial gerichtet, in die kleinen Abtrennkammern (81) mündet.

5. Zentrifugal-Elutriator-Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß um einen Außenumfangsabschnitt des Rotorgehäuses (3) ein Außengewinde gebildet ist und daß ein mit einem entsprechenden Innengewinde versehener Befestigungsring (7) zum entfernbaren Anbringen des Deckels (6) am Rotorgehäuse (3) vorgesehen ist.

6. Zentrifugal-Elutriator-Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (6) aus einem durchsichtigen Material gebildet ist.