DE4242476C1 - Vorrichtung zum Zentrifugieren von Proben - Google Patents

Vorrichtung zum Zentrifugieren von Proben

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    • B04B2005/0435Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles with adapters for centrifuge tubes or bags

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zentri­ fugieren von Proben nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Typische Vorgänge bei der Probenaufbereitung im Laborbe­ reich sind Dosieren, Mischen, Temperieren, Filtrieren, Schließen, Öffnen, Waschen, Numerieren, Codieren, Wieder­ auffinden, Ordnen, Zentrifugieren. Man ist bestrebt, diese Vorgänge durch eine geeignete Probenorganisation zu för­ dern. Überdies wird eine möglichst weitgehende Automati­ sierung der Probenaufbereitung angestrebt.
Für eine gemeinsame Handhabung von Probenaufnahmegefäßen sind bereits kettenartige Vorrichtungen bekannt geworden, die zylindrische Gefäßaufnahmen haben. Die Aufnahmezylin­ der sind über achsparallele Schwenkgelenke miteinander verbunden, die eine Kettenbewegung um enge Radien, bei­ spielsweise in Analysegeräten ermöglichen. Die Kette ver­ einfacht zwar die Labororganisation, indem sie eine Er­ leichterung von Transport, Numerieren, Codieren und Wie­ derauffinden der Laborgefäße bewirkt. Problematisch ist jedoch die Beschickung der Aufnahmen, die zumeist mehrfa­ che manuelle Ordnungsvorgänge erfordert. Das Zentrifugie­ ren setzt bei Probengefäßen mit herkömmlicher Abdichtung eine schräge oder horizontale Anordnung der Gefäßachse auf dem Rotor voraus, die den Massenausgleich beeinträchtigen und zu unerwünschten Durchmischungen nach Entnahme und Wiederaufrichten der Kette führen kann.
Grundsätzlich können die Probengefäße beim Zentrifugieren horizontal, schräg oder vertikal angeordnet sein. Es gibt auch Zentrifugen mit Rotoren, die einen Schwenkarm haben, so daß die Gefäßausrichtung bei stehender Zentrifuge vertikal und beim Zentrifugieren schräg oder annähernd horizontal ist. Im biochemischen La­ bor und der Mikrobiologie werden starre Rotoren mit ca. 45° Schrägstellung der Laborgefäße bevorzugt. Die Proben­ stellung in der Zentrifuge ist zum einen von Bedeutung, weil von ihr der die Zentrifugierzeit mitbestimmende maxi­ male Sedimentationsweg abhängt, über den sich das Präzipi­ tat aufgrund eines Dichteunterschieds von der Flüssigkeit trennt. Der Sedimentationsweg ist bei horizontaler Gefäß­ ausrichtung am größten und bei vertikaler Ausrichtung am geringsten. Die Deckelabdichtung wird bei horizontalem Gefäß von der Probe am wenigsten und bei vertikalem Gefäß am stärksten belastet. Eine schräge Ausrichtung der Probengefäße kann als günstiger Kompromiß angesehen werden.
Bislang hat man Laborzentrifugen entweder von Hand oder mittels eines besonderen Laborroboters automatisch be­ stückt. Es ist auch schon bekannt geworden, den Rotor ma­ nuell oder automatisch vorzubestücken und danach mit der Zentrifuge zu koppeln. Dabei erfordert Teilbeschickung ei­ ne symmetrische Massenverteilung auf dem Rotor. Diese Vor­ gänge sind bei manueller Durchführung mühselig sowie feh­ lerträchtig und bei Automatisierung zeitaufwendig. Eine Automatisierung der Zentrifugation mit höherer Bearbei­ tungsgeschwindigkeit ist insbesondere bei Mehrfachzentri­ fugation ohne Gefäßwechsel innerhalb eines Prozesses wün­ schenswert. Dies ist vor allem in der Molekularbiologie der Fall, beispielsweise bei der Gewinnung von DNA aus Plasmiden oder Bakteriophagen. Dafür ist ein periodischer Wechsel zwischen den Dosier-, Misch-, Zentrifugier- und Temperierstationen charakteristisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Zentrifugieren zu schaffen, welche die Behandlung von Proben im Laborbereich und deren Auto­ matisierung begünstigt.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vor­ teilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen ent­ halten.
Bei dieser Vorrichtung ermöglicht der Trä­ ger das einheitliche Aufnehmen, Transportieren und Aufbe­ reiten einer Mehrzahl von Proben. Dadurch werden Übertra­ gungsschritte der Probengefäße mit dem einhergehenden Handhabungs- und Zeitaufwand so wie den dabei möglichen Fehlern vermindert. Beispielsweise entfällt das Umsetzen einzelner Probengefäße beim Übergang von einer Mischsta­ tion in eine Zentrifuge. Die Träger sind hingegen mit ei­ ner Mehrzahl von Proben besonders einfach in ihre gekrümm­ te Lage auf dem Rotor überführbar.
Durch die Anordnung der Probenaufnahmen auf einem Kreis mit dem Mittelpunkt auf der Rotordrehachse wird zudem die Zentrifugation selber begünstigt, insbesondere der Massen­ ausgleich und Probenausrichtung zur Zentri­ fugenachse. Die Aufnahmen sind zu den Gelenkachsen geneigt und bei Anordnung auf einer Kreisbahn mit ihren Füllöff­ nungen dem Kreismittelpunkt am nächsten, so daß die einge­ setzten Proben im Rotor geneigt sind. Hierdurch werden un­ günstige Deckelbelastungen und Durchmischungseffekte ver­ mieden sowie relativ günstige Zentrifugierzeiten erreicht.
Für eine Probenbehandlung außerhalb des Rotors können die Elemente mit ihren Aufnahmen in eine lineare Lage bis auf eine Gerade geschwenkt werden. Diese Ausrichtung ist für andere Vorgänge wie Beschicken, Entnahme, Öffnen und Schließen von Gefäßen, Zugeben, Verdünnen und Entnehmen sowie Transferieren von Proben vorzuziehen. Die Träger können, gegebenenfalls als Blöcke zusammengefaßt, automa­ tisch abgearbeitet werden. Eine Symmetrie der Rotorbe­ schickung wird durch gleichartige Anordnung von gleichvie­ len Gefäßen auf sämtlichen Trägern des Rotors sicherge­ stellt. Die Vorrichtung ermöglicht einen automatisierten Ablauf des Zentrifugiervorgan­ ges und dessen Einbeziehung in eine automatisierte Proben­ aufbereitung unter blockweiser Probenzusammenfassung und günstigen Anordnung derselben innerhalb und/oder außerhalb des Rotors ohne Wechsel des Gefäßhalters.
Die Ausrichtung der Probengefäße außerhalb des Rotors ist bevorzugt vertikal. Die Elemente können vorzugsweise senk­ recht zu den Erstreckungsachsen der Aufnahmen gerichtete erste Aufstandsflächen aufweisen, die eine vertikale Aus­ richtung der Probenaufnahmen zumindest außerhalb des Ro­ tors ermöglichen. Die Elemente können auch vorzugsweise senkrecht zu den Gelenkachsen gerichtete zweite Aufstands­ flächen aufweisen, die ein Halten der Proben in Schrägaus­ richtung ermöglichen. Ein Träger mit ersten und zweiten Aufstandsflächen kann außerhalb eines Rotors bei einer Vertikalausrichtung der Probengefäße auf den ersten Auf­ standsflächen und auf dem Rotor für eine Schrägausrichtung der Probengefäße auf den zweiten Aufstandsflächen ruhen. Der Träger ist in der linearen Lage auf die zweiten Auf­ standsflächen kippbar und kann dann in die gekrümmte Lage gebracht werden.
Die aneinandergeketteten Elemente des Trägers können von einer gekrümmten Lage mit sämtlichen Aufnahmen auf einer Kreisbahn bis in eine durch äußere Anschläge begrenzte La­ ge mit sämtlichen Aufnahmen auf einer Geraden schwenkbar sein. In der gekrümmten Lage befinden sich die Proben in den Aufnahmen also auf einer Kreisbahn und sind in der li­ nearen Lage auf einer Geraden angeordnet. Die Träger kön­ nen zusätzlich innere Anschläge aufweisen, welche die Ele­ mente an einer weiteren Schwenkbewegung von der Geraden weg hindern. "Äußere Anschläge" sind bezüglich der Kreis­ bahn durch die Aufnahmezentren in gekrümmter Lage des Trä­ gers außen und "innere Anschläge" bezüglich der Kreisbahn innen angeordnet.
Ferner können die Elemente des Trägers in Richtung der Aufnahmen parallel zueinander erstreckte erste und zweite Anlageflächen haben, mit denen sich benachbarte Träger an­ einanderlegen können. Zudem können die ersten und zweiten Anlageflächen für eine platzsparende Anordnung komplemen­ tär geformt und für eine gegenseitige Abstützung beim Ruhen der Träger auf den zweiten Aufstandsflächen mit Stu­ fen versehen sein.
Die Träger können der Aufnahme von Probengefäßen dienen, worunter auch Zentrifugenröhrchen oder -gläschen verstan­ den werden. Dafür können die Aufnahmen zumindest bereichs­ weise der Außenkontur von Probengefäßen angepaßt sein. Die Aufnahmen können kürzer als aufzunehmende Probengefäße sein, so daß diese im Boden- und Deckelbereich von außen beeinflußbar sind, beispielsweise für ein Mischen oder ein Temperieren. Bei Aufnahmen für Probenaufnahmegefäße können sich quer zu den Aufnahmen Durchbrüche erstrecken, die eine optische Messung und Begutachtung ermöglichen. Alter­ nativ können die Aufnahmen unterhalb der Füllöffnungen für eine unmittelbare Probenaufnahme geschlossen sein. Nahe der Füllöffnung wird man die Elemente dann mit Gefäß­ deckeln ausstatten.
Die Gelenke können als zusätzlich oder einteilig mit den Elementen ausgebildete Scharnierbänder oder als zusätzli­ che Verbindungselemente mit Verankerungen in Zapfenaufnah­ men der Elemente ausgebildet sein. Ferner kommen Kombina­ tionen aus Zapfen und Zapfenaufnahmen an benachbarten Ele­ menten in Betracht.
Bevorzugt haben die Träger Einrichtungen zur Stabilisie­ rung der Elemente in der gekrümmten und/oder der linearen Lage, die federnde Elemente, Verrastungen oder in den End­ lagen wirksame Magnete haben können.
Ferner können die Träger Einrichtungen zum Ankuppeln an den Rotor bzw. eine Transportvorrichtung haben, die bevor­ zugt in einer Gelenkebene angreifen und formschlüssige oder reibschlüssige Mittel bzw. Magneteinrichtungen auf­ weisen.
Bevorzugt bedeckt jeder Träger in gekrümmter Lage ledig­ lich ein Kreissegment. Ein Rotor wird dann stets mit meh­ reren Trägern bestückt, wobei durch symmetrische Anordnung der Spalte zwischen den Trägern eine günstige Massenver­ teilung erreicht wird.
Vorzugsweise werden die Trägerelemente aus Kunststoff und/ oder aus Metall hergestellt. Im allgemeinen wird man einen beständigen und festen Werkstoff auswählen.
Der Rotor kann eine Stellfläche für mindestens einen Trä­ ger in gekrümmter Lage und eine radiale Abstützung für den Träger aufweisen. Die radiale Abstützung kann innen an ei­ nem Kern des Rotors und außen an einem Rotormantel ausge­ bildet sein. Bevorzugt ist der Rotormantel in Axialrich­ tung verschiebbar und als Rotorhaube ausgebildet.
Zur Lagefixierung kann zwischen die Trägerenden jeweils ein Radialsteg des Rotors eingreifen. Der Radialsteg kann Kupplungseinrichtungen komplementär zu denjenigen des Trä­ gers haben.
Der Transfer des Trägers zum Rotor hin bzw. vom Rotor weg kann entlang axialer, radialer und/oder tangentialer Füh­ rungen erfolgen. Außerhalb des Rotors können die Träger in linearer Lage, parallel und/oder seriell zueinander ange­ ordnet sein.
Bevorzugt durchläuft jeder Träger eine definierte Bewe­ gungsbahn, in der sich neben anderen Bearbeitungseinrich­ tungen eine Zentrifuge befinden kann. Unabhängig von der Form der Bewegungsbahn kann sich darin, eine Dosiersta­ tion, eine Mischeinrichtung, eine Temperiereinrichtung, eine Deckelschließstation bzw. eine Deckelöffnungsstation befinden.
Die Bewegung des Trägers entlang einer Bahn kann von einer automatischen Steuerung, vorzugsweise einer Programm­ steuerung, gesteuert sein. Diese kann den Trägertransport sowie die Bearbeitung in den Bearbeitungsstationen an der Bewegungsbahn steuern. Es können auch unterschiedliche Ab­ läufe bei verschiedenen Trägern oder Gruppen von Trägern vorgesehen sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Träger mit 45° zur vertikalen geneigten Aufnah­ men im Querschnitt;
Fig. 2 denselben Träger in linearer Lage in der Draufsicht;
Fig. 3 einen Träger mit um 45° zur Gelenkachse geneigten Aufnah­ men sowie ersten, zweiten und dritten Aufstandsflä­ chen im Querschnitt;
Fig. 4 ein Element desselben Trägers in der Draufsicht;
Fig. 5 zwei weitere Träger auf der zweiten Aufstandsfläche ruhend und aneinander abgestützt im Querschnitt;
Fig. 6 zwei Träger gemäß Fig. 5 auf der ersten Aufstands­ fläche ruhend und zusammengeschoben im Querschnitt;
Fig. 7 eine Gelenkverbindung zweier Trägerelemente im Längsschnitt;
Fig. 8 eine andere Gelenkverbindung zweier Trägerelemente im Längsschnitt;
Fig. 9 ein Verbindungselement der Gelenkverbindung gemäß Fig. 8 in vergrößerter Perspektivansicht;
Fig. 10 einen Träger bei der Übernahme auf einem Rotor im Quer­ schnitt;
Fig. 11 eine Magnetankopplung eines Trägers an einen Rotor in der Draufsicht;
Fig. 12 einen Träger mit eingesetztem Probengefäß auf einem Ro­ tor im Querschnitt;
Fig. 13 denselben Träger mit eingesetztem Gefäß außerhalb eines Rotors auf einer anderen Aufstandsfläche ru­ hend im Querschnitt;
Fig. 14 einen Träger in einer Deckelöffnungsvorrichtung im Quer­ schnitt;
Fig. 15 einen Träger in einer Deckelschließvorrichtung im Quer­ schnitt;
Fig. 16 einen Träger mit Durchbrüchen quer zu den Aufnahmen in einer optischen Meßvorrichtung im Querschnitt;
Fig. 17 einen einteilig aus Kunststoff gespritzten Träger in Vorderansicht;
Fig. 18 denselben Träger in der Draufsicht;
Fig. 19 einen einteilig gespritzten Träger mit darin ausgebilde­ ten Probengefäßen im stark schematisierten Quer­ schnitt;
Fig. 20 eine automatische Zentrifuge mit tangentialer Rotorbe­ schickung und getrennten Ein- und Ausgabebahnhöfen in der Draufsicht;
Fig. 21 eine automatische Analyseneinrichtung mit geschlossener Bewegungsbahn der Proben und darin enthaltener Zentrifuge in schematischer Draufsicht.
In der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungs­ beispiele sind funktionell gleiche oder ähnliche Konstruk­ tionselemente mit identischen Bezugsziffern versehen.
Ein Träger 1 gemäß Fig. 1 und 2 hat mehrere Elemente 2, die jeweils eine Aufnahme 3 aufweisen. Diese ruhen sowohl in der linearen Lage als auch in der ge­ krümmten Lage auf ersten Aufstandsflächen 4. Die Aufnahmen 3 sind um 45° zur ersten Aufstandsfläche 4 geneigt.
Zwischen den Elementen 2 sind Gelenke 5 ausgebildet, deren Achsen vertikal zu den ersten Aufstandsflächen 4 und somit um 45° zu den Aufnahmen 3 ausgerichtet sind. Außerdem hat jedes Element 2 äußere Seitenflächen 6, die parallel zu den Aufnahmen 3 und vertikal zur ersten Aufstandsfläche 4 hin gerichtet sind. Die äußeren Seitenflächen 6 bilden An­ schläge, die in linearer Lage des Trägers 1 zwischen den Elementen 2 aneinanderstoßen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Gelenke 5 sind innere Seitenflächen 7 angeord­ net, die ebenfalls parallel zu den Aufnahmen 3 und senk­ recht zur ersten Aufstandsfläche 4 gerichtet sind und in jedem Element zu den Gelenken 5 hin divergieren. Die inne­ ren Seitenflächen 7 bilden wiederum Anschläge, die in der gekrümmten Lage des Trägers 1 zwischen benachbarten Elementen 2 aneinanderstoßen.
Bei diesem Träger 1 sind durch obere Füllöffnungen 8 der Elemente 2 eingesetzte Probengefäße 9 sowohl in der line­ aren, als auch in der gekrümmten Lage des Trägers 1 um 45° zur Vertikalen geneigt. Die Abdichtung des Probengefäßes 9 durch einen Deckel 10 wird folglich durch Zentrifugalkräfte nur ge­ ringfügig belastet. Eine exakte Ausrichtung der Probenge­ fäße 9 im Träger 1 wird durch zwei voneinander beabstande­ te Führungssäulen 11 für beidseitige Führung des Deckels 10 erreicht.
Elemente 2 eines Trägers 1 gemäß Fig. 3 und 4 haben senk­ recht zu ihren Aufnahmen 3 erste Aufstandsflächen 4. Zwei­ te Aufstandsflächen 12, auf denen das Element 2 ruhend dargestellt ist, sind um 45° geneigt zu den ersten Auf­ standsflächen 4 angeordnet. Durch eine Füllöffnung 8 in die Aufnahmen 3 der Elemente 2 eingeschobene Probengefäße 9 stehen also vertikal, wenn der Träger 1 auf den ersten Auf­ standsflächen 4 ruht. Sie sind um 45° zur Vertikalen ge­ neigt, wenn der Träger 1 auf den zweiten Aufstandsflächen 12 aufliegt. In linearer Lage läßt man den Träger 1 bevorzugt auf den ersten Aufstandsflächen 4 ruhen, wogegen er in ge­ krümmter Lage auf den zweiten Aufstandsflächen 12 ruhen muß.
Als Schwenkwinkelbegrenzungen sind wiederum parallele äußere Seitenflächen 6 auf der einen Seite der Gelenke 5 und zueinander angewinkelte innere Seitenflächen 7 auf der anderen Gelenkseite angeordnet. Die äußeren Seitenflächen 6 bilden die Anschläge für die lineare Lage und die inne­ ren Seitenflächen 7 wirken als Anschlagflächen für die ge­ krümmte Lage des Trägers 1.
Zur Lagestabilisierung des Trägers 1 in den Endlagen hat je­ des Element 2 in den äußeren und den inneren Seitenflächen 6 und 7 Dauermagnete 13, die einen Preßsitz in den Seitenflächen 6 und 7 haben können. Die Dauermagnete 13 wirken mit entsprechen­ den Magneten eines benachbarten Elementes 2 zusammen, wo­ bei in der linearen Lage Magneten in den äußeren Seiten­ flächen 6 und in der gekrümmten Lage Magnete in den inne­ ren Seitenflächen 7 aneinander haften und den Träger in der jeweiligen Lage halten.
Die inneren Seitenflächen 7 sind im Unterbereich der Ele­ mente 2 an voneinander beabstandeten Wandabschnitten 14 ausgebildet, die zwischen sich entsprechende Einführele­ mente weiterer Vorrichtungsteile zur Lagestabilisierung aufnehmen können.
Die Gelenke 5 sind als Scharnierbänder ausgebildet, die in oberen und unteren Aufnahmenuten 15 der Elemente 2 gehal­ ten sind und sämtliche Elemente des Trägers miteinander verbinden.
Die Elemente 2 haben eine dritte Fläche, die Anlagefläche 16, die parallel zur Aufnahme 3 sowie senkrecht zur ersten Aufstandsfläche 4 gerichtet ist. Die Anlagefläche 16 kann der ho­ rizontalen Probenlagerung im linear ausgerichteten Träger 1 dienen.
Ruhen die Elemente 2 auf den ersten Aufstandsflächen 4, so sind eingesetzte Probengefäße 9 vertikal ausgerichtet. Diese Anordnung wird in der linearen Lage des Trägers 1 be­ vorzugt.
Sowohl in der linearen Lage, als auch der gekrümmten Lage des Trägers 1 können die Elemente 2 auf der zweiten Auf­ standsfläche 12 ruhen, die senkrecht zu den Achsen der Gelenke 5 ausgerichtet ist. Die Probengefäße 9 sind dann um 45° zur Vertikalen geneigt.
Schließlich ist in linearer Lage des Trägers ein Aufliegen der Elemente 2 auf den dritten Flächen 16 mög­ lich. Dann sind die Probengefäße 9 horizontal ausgerich­ tet.
Die dritte Fläche 16 ist zugleich eine erste An­ lagefläche, die beim Zusammenschieben benachbarter Träger wirksam wird. Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, ist noch eine zweite Anlagefläche 17 parallel zur ersten Anlagefläche 16 auf der gegenüberliegenden Seite der Auf­ nahme 3 angeordnet. Im Bereich der zweiten Aufstandsflä­ chen 12 hat die zweite Anlagefläche 17 einen Vorsprung 18, wogegen die erste Anlagefläche 16 dort mit einer komple­ mentären Aussparung 19 versehen ist. Die Fig. 6 zeigt, daß in linearer Lage auf ihren ersten Aufstandsflächen 4 ruhende benachbarte Träger 1 mit ihren ersten und zweiten Anlageflächen 16, 17 gegeneinander und dabei mit ihren Vorsprüngen 18 und Aussparungen 19 ineinanderschiebbar sind. Trotz der zweiten Aufstandsflächen 12 ist somit eine platzsparende Lagerung paralleler Träger 1 möglich.
Die Aussparung 19 sowie die erste Aufstandsfläche 4 gren­ zen bei jedem Element der Träger 1 an der Seite der ersten Anlagefläche 16 Außenstufen 20 ab. In den zweiten Anlage­ flächen 17 sind hingegen Innenstufen 21 ausgebildet, die bei auf den zweiten Aufstandsflächen 12 ruhenden Trägern 1 mit den Außenstufen 20 aneinanderstoßen und eine gegensei­ tige Abstützung sowie eine Einsparung des Lagerraumes be­ wirken (Fig. 5). Zudem hat jede zweite Anlagefläche 17 im Oberbereich eine Anschrägung 22, die sich in der Schrägla­ ge des Trägers 1 an eine Wand der Aussparung 19 anlegt und eine zusätzliche Abstützung bewirkt.
Auch diese Träger 1 haben äußere und innere Seitenflächen 6, 7, die bei linearer und gekrümmter Ausrichtung als An­ schläge wirken.
In den Fig. 3 bis 6 sind für die Gelenkausbildung obere und untere Aufnahmenuten 15 erkennbar, welche der Aufnahme von Scharnierbändern dienen. Nach Fig. 7 können benachbar­ te Elemente 2 eines Trägers 1 auch durch angeformte Verbin­ dungselemente aneinandergelenkt sein, von denen ein erstes einen Zapfen 23 mit einer Stegverbindung zum Element 2 und eine zweite eine Zapfenaufnahme 24 mit einem Durchführ­ schlitz für die Stegverbindung aufweist.
Gemäß Fig. 8 und 9 kann ein Gelenk 5 ein zusätzliches Verbindungselement 25 mit einem Mittelsteg, dem Steg 26, und endseitigen Verbindungszapfen 27 haben. Die Verbindungszapfen 27 sind wiederum in Zap­ fenaufnahmen 24 zweier benachbarter Elemente 2 eingesetzt, die Durchführschlitze für den Steg 26 haben.
Fig. 10 zeigt einen Träger 1 gemäß Fig. 5 und 6, der mit seiner zweiten Aufstandsfläche 12 auf einem unteren Rand­ flansch des Rotortellers 28 eines Rotors 29 ruht. Dabei legt sich der Träger 1 mit seiner zweiten Anlagefläche 17 und dem Ober­ bereich seines Vorsprunges 18 an einen komplementär ge­ formten Kern 30 des Rotortellers 28 an.
Die Fig. 10 zeigt den Träger 1 auch in einer Nachbarlage auf einer Zuführschiene 31, in die er in Abgaberichtung A zurückkippbar ist.
Zur Festlegung des Trägers 1 auf dem Rotor 29 ist jedoch in der zweiten Aufstandsfläche 12 zumindest eines äußeren Elementes 2 eine Kupplungseinrichtung 32 angebracht, die ebenfalls ein Dauermagnet sein kann. Die Kupplungsein­ richtung 32 kann auch für die Kupplung einer Transportein­ richtung (Kette, Band) dienen und ist genau in der Ebene der Gelenke 5 angeordnet.
Gemäß Fig. 11 hat der Träger 1 zusätzlich an der inneren Seitenfläche 7 eines äußeren Elementes 2 eine Metallplatte 33, die mit einem Magneten 34 eines Radialsteges 35 des Rotors 29 zusammenwirkt. Das andere äußere Element 2 (nicht dargestellt) des Trägers 1 ist mit einem Magneten 34 ausgestattet, der mit einer Metallfläche in einem Ra­ dialsteg des Rotors 29 zusammenwirkt.
Anhand eines Trägers 1 mit Elementen 2 gemäß Fig. 3 und 4 sind in den Fig. 12 und 13 weitere Einzelheiten der Anord­ nung innerhalb und außerhalb des Rotors 29 gezeigt. Gemäß Fig. 18 liegt der Träger 1 in gekrümmter Lage mit seinen zweiten Aufstandsflächen 12 auf dem Rotorteller 28 auf und ist radial innen am Kern 30 des Rotors 29 abgestützt. Ein eingesetztes Probengefäß 9 stützt sich dabei mit einem Rand oberhalb des Deckels 10 am Oberbereich des Trägers 1 ab und ragt mit einem Bodenabschnitt aus einer Bodenöff­ nung 38 heraus.
Der Rotor 29 hat zudem eine Rotorhaube 39, die in axialer Verschieberichtung V in eine ausgezogen eingetragene Frei­ gabestellung und in eine strichliert eingetragene Schließ­ stellung beweglich ist. In der Schließstellung umgreift die Rotorhaube 39 den Träger 1 und stützt diesen radial außen an der Anlagefläche 16 ab.
In der Fig. 13 ist derselbe Träger 1 beim Ruhen auf seiner ersten Aufstandsfläche 4 gezeigt, wobei eine Unterlage 40 auf den Bodenbereich des Probengefäßes 9 einwirkt und die­ ses in Hubrichtung H anhebt, so daß sich sein Deckel 10 vom Oberbereich des Trägers entfernt. Hierdurch wird der Zugriff auf das Gefäß 9 erleichtert. Bevorzugt ist dabei das Probengefäß 9 vertikal ausgerichtet.
Der Träger 1 gemäß Fig. 5 und 6 sowie Fig. 10 und 11 ist in Fig. 14 in einer Deckelöffnungsstation 42 zur Deckelöffnung gezeigt. Diese hat eine Grundplatte 43 mit Halteleisten 44, 45, welche den auf seiner ersten Aufstandsfläche 4 ruhenden Träger 1 an seinem Vorsprung 18 und seiner Aussparung 19 erfassen. Der Träger 1 ist mit den Führungssäulen 11 unter einen Niederhalter 46 geschoben, der fest mit der Grund­ platte 43 verbunden ist.
Wie anhand der Fig. 13 erläutert, ragen eingesetzte Pro­ bengefäße 9 mit dem Rand ihres Deckels 10 über einen obe­ ren Auflagebereich des Trägers 1 hinaus.
Mit der Auflage der Grundplatte 43 sind außerdem Führungen 47 verbunden, an denen Gabeln von Öffnungsarmen 48 in Richtung R verschieblich geführt sind. Die Gabeln untergreifen jeweils einen Deckel 10, so daß sie diese bei Verschiebung nach oben öffnen können.
Dabei wird jedes Gefäß 9 vom Niederhalter 46 im Scharnierbe­ reich des Deckels 10 festgehalten, so daß es von der Gabel des Öffnungsarmes 48 nicht aus dem Träger 1 herausgezogen werden kann. Anstatt des Niederhalters 46 kann eine radiale Belastung des Ge­ fäßes 9 zu dessen Sicherung vorgesehen sein.
Bei einer Deckelschließvorrichtung 49 gemäß Fig. 15 sind ebenfalls eine Grundplatte 43 sowie seitliche Halte­ leisten 44, 45 vorgesehen, die mit dem Vorsprung 18 und der Aussparung 19 eines Trägers 1 zusammenwirken. Gegenüber der Deckelöffnungsstation 42 ist die Halteleiste 44 der Deckelschließvorrichtung 49 etwas höher gezogen, so daß sie den Träger 1 im Bereich der zweiten Anlagefläche 17 seitlich abstützt.
Durch das Ruhen des Trägers 1 auf der Grundplatte 43 sind eingesetzte Probengefäße 9 etwas angehoben, wobei ein auf­ geklappter Deckel 10 über die Führungssäulen 11 hinaus­ steht. Eine Deckelandruckrolle 50 ist in Parallelrichtung P zur Grundplatte 43 verschieblich, so daß sie beim Überfahren des Deckels 10 diesen mit dem Hauptabschnitt des Probenge­ fäßes 9 zusammenschwenkt, schließt und verriegelt.
Fig. 16 zeigt einen Träger 1, der ebenfalls dem gemäß Fig. 5 und 6 sowie 10 und 11 entspricht, zusätzlich jedoch mit Durchbrüchen 51 in Querrichtung zur Aufnahme 3 mit einem darin gehaltenen Probengefäß 9 ausgestattet ist. Auch in diesem Falle ruht der Träger 1 mit seiner ersten Auf­ standsfläche 4 auf einer Grundplatte 43, so daß das Proben­ gefäß 9 etwas herausgehoben ist.
Der Durchbruch 51 dient einer optischen Prüfung des Gefäß­ inhaltes. Dafür ist eine fotometrische Vorrichtung 52 mit einem Lichtsender 53 und einem Empfänger 54 auf die Achse des Durchbruches 51 ausgerichtet.
Die Fig. 17 und 18 zeigen einen weiteren Träger 1, der einteilig aus Kunststoff gespritzt ist. Seine Elemente 2 haben Aufnahmen 3, die senkrecht zu einer ersten Auf­ standsfläche gerichtet sind. Um 45° dazu abgewinkelt ist eine zweite Aufstandsfläche. Die Achsen der Gelenke 5 verlaufen senkrecht zur zweiten Aufstandsfläche und sind somit in einem Winkel von 45° zu den Aufnahmen 3 ausge­ richtet.
Die Elemente 2 des Trägers weisen jeweils innere und äuße­ re Seitenflächen 6, 7 für eine Schwenkwinkelbegrenzung auf. Aus Fig. 18 ist erkennbar, daß die äußeren Seitenflä­ chen 6 in linearer Lage etwas voneinander beabstandet sind, so daß die Elemente 2 geringfügig darüber hinaus ge­ geneinander abwinkelbar sind.
Die Gelenke 5 sind als Filmscharniere ausgebildet und ha­ ben an der den inneren Seitenflächen zugewandten Seite ei­ nen Radius, der ein Verschwenken in die gekrümmte Lage be­ günstigt, einem Schwenken über die lineare Lage hinaus je­ doch entgegenwirkt. Insofern nimmt das Gelenk 5 an der Be­ grenzung des Schwenkwinkels teil.
Gemäß Fig. 19 kann ein einteilig aus Kunststoff ausgebil­ deter Träger 1 mit seinen Aufnahmen 3 ein Gefäß für die unmittelbare Probenaufnahme bilden. Dafür ist die Aufnahme 3 nach unten zur ersten Aufstandsfläche 4 hin verschlossen und oben mit einem Deckel 10 schließbar, der über ein Filmscharnier angelenkt ist. Außerdem ist eine zweite Auf­ standsfläche 12 für eine Probenanordnung schräg zur Zen­ trifugenachse vorgesehen. Die Achsen der Gelenke 5 für die Verbindung einzelner Elemente 2 dieses einteiligen Trägers 1 schneidet die Schnittlinie der ersten und zweiten Auf­ standsflächen 4, 12.
In der Fig. 20 ist der grundsätzliche Aufbau einer automa­ tischen Laborzentrifuge 74 dargestellt. Der Rotor 29 be­ findet sich in einem Mittelbereich hinter einem Bedienfeld 77. Auf der einen Seite des Mittelbereichs befindet sich ein Eingangsbahnhof 78 und auf der anderen Seite ist ein Ausgangsbahnhof 79 angeordnet. Zwischen Eingangsbahnhof 78 und Ausgangsbahnhof 79 ist eine Führungsschiene 80 er­ streckt, die tangential am Rotor 29 vorbeiführt.
Auf dem Eingangsbahnhof 78 sind Träger 1 in mehreren Reihen angeordnet, die in Richtung des Eingangspfeiles E bewegt werden. Dabei handelt es sich um Träger, die anhand der Fig. 5, 6, 10 und 11 erläutert sind.
Unmittelbar vor Erreichen der Führungsschiene 80 wird je­ der Träger 1 mittels geeigneter Einrichtungen von der ersten Aufstandsfläche 4 auf die zweite Aufstandsfläche 12 gekippt. Dann wird er auf die Führungsschiene 80 geschoben und dem Rotor 29 zugeführt. Der Rotor 29 ist gemäß Fig. 20 so konstruiert, daß er zwischen zwei Radialstegen 35 zwei Träger 1 aufnehmen kann. Der Rotor 29 hat eine Rotorhaube 29, die axial verschiebbar ist, um Träger 1 radial zu sichern bzw. freizugeben.
Mittels weiterer, nicht dargestellter Einrichtungen sind die Träger 1 nach dem Zentrifugieren der Proben vom Rotor 29 auf die Führungsschiene 80 zurückbewegbar. Durch diese gelangen sie auf den Ausgangsbahnhof 79, wo sie in Rich­ tung des Ausgangspfeiles A abtransportiert werden. Beim Übergang von der Führungsschiene 80 zum Ausgangsbahnhof 79 bewirkt eine weitere Mechanik, daß die Träger 1 von ihrer gekippten Position auf der zweiten Aufstandsfläche 12 in ihre ursprüngliche Lage auf der ersten Aufstandsfläche 4 mit vertikal angeordneten Gefäßen zurückgekippt werden. Die Lageänderung ist an der Außenkante des Ausgangsbahn­ hofs 79 in Fig. 20 versinnbildlicht.
Die Fig. 21 zeigt eine automatische Zentrifuge 74 in einen Analysenautomaten 82 integriert den die Träger 1 auf einer geschlossenen Bewegungsbahn 83 durchlaufen.
In einer Beschickungseinrichtung 84 werden die Träger 1 mit neuen Probengefäßen 10 beschickt. Der Beschickungsein­ richtung 84 in Umlaufrichtung U der Träger 1 nachgeordnet ist eine Zuführeinrichtung 85, in der Proben zugeführt, do­ siert bzw. diluiert werden. In der Zuführeinrichtung 85 werden auch die Deckel der Probengefäße geschlossen.
In Umlaufrichtung U dahinter befindet sich eine Mischein­ richtung 86, aus der eine Speicher- und Temperiereinrich­ tung 87 gespeist wird.
Aus der Speicher- und Temperiereinrichtung 87 gelangen die Träger 1 nach einer gewissen Verweilzeit in die Zentrifuge 74. Nach Ablauf der Zentrifugation wird eine Dekantiervor­ richtung 88 durchlaufen, der eine Meßeinrichtung 89 folgt.
Anschließend werden die Träger 1 in einer Entsorgungsein­ richtung 90 entsorgt, indem die Probengefäße 9 entfernt und in geeigneter Weise weitergegeben werden. Die oben er­ läuterten Träger 1 nehmen beispielsweise 0,5/1,5/2-ml-Pro­ bengefäße 9 auf.

Claims (38)

1. Vorrichtung zum Zentrifugieren von Proben, mit einem Rotor (29) und mindestens einem darauf angeordneten, mehrere Aufnahmen (3) für Proben aufweisenden Träger (1), der mehrere Elemente (2) mit jeweils mindestens einer Aufnahme hat, die über Gelenke (5) mit paralle­ len Achsen aneinandergelenkt sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elemente (2) des Trägers (1) von ei­ ner linearen Lage in eine gekrümmte Lage mit sämtli­ chen Aufnahmen (3) auf einer Kreisbahn und dem Kreis­ mittelpunkt auf der Drehachse des Rotors (29) ge-­ schwenkt sind, die Aufnahmen (3) zu den Gelenkachsen geneigt sind und die Füllöffnungen (8) der Aufnahmen (3) dem Kreismittelpunkt am nächsten sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (3) ca. 45° zu den Gelenkachsen ge­ neigt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elemente (2) des Trägers (1) erste Aufstandsflächen (4) für eine senkrechte Ausrichtung der Aufnahmeachsen und zweite Aufstandsflächen (12) für eine zur Vertikalen geneigte Ausrichtung der Auf­ nahmeachsen haben.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) senkrecht zu den Gelenkachsen gerichtete zweite Aufstandsflächen (12) haben.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ebenen durch die Aufstandsflächen (4, 12) die Gelenkachsen schneiden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) in der gekrümmten Lage durch innere Anschläge (Seitenflächen 7) an einer weiteren Krümmung gehindert sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Anschläge der Elemente (2) jeweils von zwei zueinander angewinkelten inneren Seitenflächen (7) gebildet sind, die jeweils eine verschiedene der beiden Gelenkachsen des Elementes (2) in ihrer Ebene ent­ halten und in Richtung der Gelenke (5) divergieren.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) in der linearen Lage nur zu einer Seite hin schwenkbar sind, während äußere Anschläge (Seitenflächen 6) einem Schwenken zur anderen Seite hin entgegenstehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die äußeren Anschläge der Elemente (2) jeweils von zwei parallelen äußeren Seitenflächen (6) gebildet sind, die jeweils eine verschiedene der bei­ den Gelenkachsen des Elementes (2) in ihrer Ebene enthal­ ten.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) aus der linearen Lage zu beiden Seiten hin schwenkbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) in Richtung der Aufnahmen (3) parallel zueinander erstreckte erste und zweite Anlageflächen (16, 17) haben.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß von den ersten und zweiten seitlichen Anlageflä­ chen (16, 17) die einen Außenstufen (20) und die ande­ ren Innenstufen (21) aufweisen, die bei auf den zwei­ ten Aufstandsflächen (12) ruhenden und seitlich mit den Anlageflächen (16, 17) aneinanderliegenden Trägern (1) aneinander abgestützt sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß von in Richtung der Aufnahmen (3) zueinander parallel erstreckten ersten und zweiten seitlichen Anlageflächen (16, 17) die einen Vorsprünge (18) und die anderen komplementäre Aussparungen (19) aufweisen, die bei auf den ersten Aufstandsflächen (4) ruhenden und mit den Anlageflächen (16, 17) aneinan­ derliegenden zwei Trägern (1) ineinandergreifen.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (3) zumindest be­ reichsweise der Außenkontur von Probengefäßen (9) an­ gepaßt sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (3) neben Füllöff­ nungen (8) Führungssäulen (11) für die Deckel (10) von Probengefäßen (9) haben.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (3) kürzer als auf­ zunehmende Probengefäße (9) sind und Bodenöffnungen (38) für den Austritt eines Gefäßbodens haben.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) quer zu den Auf­ nahmen (3) gerichtete Durchbrüche (51) für die opti­ sche Gefäßprüfung haben.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (3) ein Gefäß für die unmittelbare Probenaufnahme bilden.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (5) Scharnierbänder aufweisen, insbesondere angespritzte Filmscharniere, und/oder die Gelenke (5) zusätzliche Verbindungsele­ mente (25) aufweisen, die in Zapfenaufnahmen (24) der Elemente (2) verankert sind, wobei die Verbindungsele­ mente (25) insbesondere einen Steg (26) mit endseiti­ gen Verbindungszapfen (27) haben und die Stege (26) Seiten­ schlitze der die Verbindungszapfen (27) aufnehmenden Elemente (2) durchgreifen, und/oder die Gelenke (5) jeweils von ei­ nem über eine Stegverbindung mit einem Element (2) verbundenen Zapfen (23) und einer Zapfenaufnahme (24) des benachbarten Elements (2) mit Seitenschlitz für den Durchtritt der Stegverbindung gebildet sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) Einrichtungen zur Stabilisierung der Elemente (2) in der ge­ krümmten und/oder der linearen Lage hat, wobei die Stabilisierungseinrichtungen insbesondere federnd aus­ gebildete Gelenke sind, welche die Elemente (2) von einer bestimmten Schwenkstellung aus in die lineare Lage oder von einer bestimmten Schwenkstellung aus in die gekrümmte Lage bewegen und/oder in Seitenflächen (6, 7) der Elemente (2) angeordnete Magneteinrichtun­ gen (Dauermagnete 13) haben.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (1) Einrichtungen (Metallplatte 33) zum Ankuppeln an den Rotor (29) oder an eine Transportvorrichtung haben, wobei die Kupplungsein­ richtungen insbesondere Magneteinrichtungen (Metallplatte 33, Magnet 34) aufweisen und/oder Stifte zum Einführen in Stiftboh­ rungen haben.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (1) einteilig herge­ stellt sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) an ihren Füllöffnungen (8) je­ weils mit einem einteilig angebundenen Deckel (10) hergestellt sind.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Träger (1) gleich viele Elemente (2) aufweisen.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Träger (1) gleichmäßig über den Rotorumfang verteilt sind.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) aus einem che­ misch beständigen und mechanisch festen Werkstoff wie Kunststoff und/oder Metall sind.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (29) eine Stellfläche (Rotorteller 28) für mindestens einen Träger (1) in gekrümmter Lage und eine radiale Abstützung für den Träger auf­ weist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellfläche an einem Rotorteller (28) ausge­ bildet ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Träger (1) innen an einem Kern (30) des Rotors (29) abgestützt ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Träger (1) außen an einem Rotormantel abgestützt ist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, da­ durch gekennzeichnet, daß Träger (1) für unterschied­ liche Probengefäße auf dem Rotor (29) plazierbar sind.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 31, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen Seitenflächen (6, 7) benachbarter Trägerenden jeweils ein Radialsteg (35) des Rotors (29) eingreift.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens eine axiale, ra­ diale und/oder tangentiale Führung zum Transferieren der Träger (1) zum Rotor (29) hin und/oder vom Rotor (29) weg vorgesehen sind.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Träger (1) in Speicher-, Transport- und/oder Bearbeitungseinrichtungen in line­ arer Lage und/oder parallel angeordnet sind.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Träger eine definierte Bewe­ gungsbahn (83) durchläuft.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bewegungsbahn (83) des Trä­ gers (1) Vorrichtungen zur Probenaufbereitung (Zuführeinrich­ tung 85, Mischeinrichtung 86) angeordnet sind.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bewegungsbahn (83) des Trä­ gers (1) eine Deckelschließvorrichtung (Zuführeinrichtung 84, 49) für eingesetzte Probengefäße (9) angeordnet ist, die eine quer zur Aufnahme verschiebliche Deckelandruckrolle (50) hat und/oder in der Bewegungsbahn (83) des Trä­ gers (1) eine Deckelöffnungsstation (42) für einge­ setzte Probengefäße (9) angeordnet ist, mit einem auf den Führungssäulen (11) positionierbaren Niederhalter (46) für den Scharnierbereich des Gefäßdeckels (10) und einem Öffnungsarm (48), der eine Deckelvorderla­ sche untergreift.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) des Trägers (1) fortlaufend jeweils auf zwei Ebenen numeriert sind, so daß die Ziffern in der senkrechten und in der geneig­ ten Lage des Trägers (1) zu sehen sind.
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