DE3544115C2 - - Google Patents
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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.
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.
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