DE69800873T2 - Zentrifugal belastete, selbst-dichtende, integrale verschlusskappe - Google Patents

Description

Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Zentrifugen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine verbesserte, dichtende Verschlußkappe für entnehmbare, die Probe aufnehmende Behälter, die in Verbindung mit Zentrifugen benutzt werden.
Stand der Technik
• Zentrifugen werden gewöhnlich in der medizinischen Technik und der biologischen Industrie benutzt, um Materialien unterschiedlicher Dichte, wie z. B. Viren, Bakterien, Zellen und Proteine zu trennen und zu reinigen. Eine Zentrifuge enthält einen Rotor und einen Behälter, der eine Probe aufnimmt, die der Zentrifugation unterworfen wird. Der Rotor hält den Probenbehälter, während der Rotor auf Drehzahlen bis herauf zu Zehntausenden von Umdrehungen pro Minute hochläuft. Um ein Verspritzen, eine Verdampfung oder Aerosolbildung der Probe zu vermeiden, wird eine Verschlußkappe auf den Behälter plaziert, um eine Strömungsmitteldichtung dazwischen zu gewährleisten.
• Während des Zentrifugiervorganges kann der hydrostatische Druck innerhalb des Behälters die Abdichtungsintegrität des verschlossenen Behälters gefährden. Der hydrostatische Druck kann die Probe veranlassen, zwischen der Verschlußkappe und dem Behälter auszutreten. Die Vermeidung eines derartigen Leckstroms stellt ein wichtiges Problem bei dem Entwurf von Zentrifugen-Probenbehältern dar. Der Stand der Technik zeigt unterschiedliche Gestaltungen für Probenhalte-Behälter, aus denen Ideen abgezogen werden können, um verbesserte Probenhalte-Zentrifugenbehälter zu schaffen.
• Die US-PS 718 643 (Lees et al) beschreibt ein Dichtungsgefäß für Prese-Ving-Gegenstände von Nahrungsmitteln; Fig. 1 zeigt den Körper eines Behälters (a), eine Ausnehmung (b), eine Abdeckung (c), einen flachen Flansch (d), eine kreisrunde, nach unten gebogene Rippe (e) und eine Gummidichtung (f). Durch die Dichtung (f), die um die Abdeckung (c) unter dem Flansch (d) herum so angeordnet ist, daß sie gegen die Ausnehmung (b) anliegt, wird eine Dichtung geschaffen, aber diese Dichtung ist durch die Zentrifugalkräfte leicht zu beschädigen.
• Das australische Patent Nr. 4247/26 (Lucke et al) beschreibt eine Vorrichtung zur Abdichtung von Flaschen und Gefäßen (Fig. 1 bis 3), die ein kuppelförmiges, scheibenförmiges Absperrorgan 8 mit einer nach unten vorspringenden Wand 9 in der Nähe des äußeren Randes aufweisen. Die Wand 9 ist angestellt, um sich dem Sitz 7 an der Oberseite eines starren Halses 5 des Gefäßes oder der Flasche anzupassen. Eine starre Kappe 12 besitzt innere Schraubgewindegänge 6, die auf den Hals 5 aufschraubbar sind. Ein elastischer Ring 10 paßt in eine Ringnut in der Fläche des Absperrorgans ein (Spalte 3, Zeile 4 bis 8). Der elastische Ring 10 wird gegen den Hals 5 durch die Kappe 12 gedrückt, die gegen das Absperrorgan 8 drückt.
• Die US-A-3 924 772 (Magnani et al) beschreibt eine luftdichte Behälterkappe (Fig. 1 bis 3), die eine Ringmutter 1 mit einem oberen Kreisloch 2, einem Schlitz 3 in der Seitenoberfläche und Gewindegänge 4 aufweist; ein Gefäß 7 mit einem Gewindehals 6; ein Glasabsperrorgan 8 mit einer Nut 9 im oberen Abschnitt und eine zweite Nut 10 im unteren Abschnitt und eine Schulter 12; außerdem ist ein kreisringförmiger Dichtungsring 11 vorgesehen. Der kreisringförmige Dichtungsring 11 liegt innerhalb der Nut 10 des Glasabsperrorgans 8. Das Glasabsperrorgan 8 wird dann innerhalb der Ringmutter 1 durch das Loch 2 gehalten. Die Ringnut 1 wird dann auf den Hals 2 des Gefäßes 7 aufgeschraubt, wodurch eine hermetische Abdichtung zustandekommt.
• Die US-A-4 844 273 (Hawkins et al) beschreibt einen Verschluß mit einer verbesserten Abdichtung für einen Behälter (Fig. 1 bis 3) mit einer Behälterhalslippe 30 und einer Kappe 18 mit einem inneren Kragen 24 und mit einem Kopf 20 und einem herabhängenden koaxialen äußeren Kragen 22. Der äußere Kragen besitzt ein Innengewinde 26, um auf ein komplementäres Außengewinde 28 des Behälterhalses aufgeschraubt zu werden. Der innere Kragen 24 hat einen Preßsitz mit der Innenseite der Behälterhalslippe 30 und formt so ein Element der verbesserten Dichtung. Ein Bördelrand 32 steht nach innen von dem herabstehenden Kragen 22 vor und schafft das zweite Element der verbesserten Dichtung, wodurch eine Umfangsberührung mit der Außenseite der Behälterhalslippe 30 aufrechterhalten wird. Ein o-Ring 34 wird zwischen den äußeren und den inneren Kragen 20 bzw. 24 gefügt, und dieser wird zwischen dem Kopf 20 und der Behälterlippe 30 zusammengepreßt, um eine hermetische Abdichtung aufrechtzuerhalten, während die Kappe 18 auf den Behälterhals 12 aufgeschraubt ist. Der starre innere Kragen drückt dicht gegen die Innenseite der Lippe 30 und wirkt mit dem nach innen gerichteten Bördelrand 32 zusammen, um die Umfangsberührung mit der Außenlippe 20 aufrechtzuerhalten, wodurch die hermetische Abdichtung unterstützt wird, indem der o-Ring 34 in seinem zusammengepreßten Zustand gehalten bleibt.
• Die US-A-5 291 783 (Hall) beschreibt ein Rohr 10 zur Benutzung in einem Zentrifugenrotor mit festem Winkel, und das Rohr 10 besitzt eine Anzeigemarke 20, die den Pegel angibt, bis zu dem das Rohr gefüllt werden darf, ohne daß die Gefahr eines Verspritzens infolge einer Meniscus-Reorientierung zu befürchten ist.
• Die US-A-5 325 977 (Haynes et al) beschreibt einen entlüftbaren Verschluß für einen Kapillarrohr-Aufbau 10. Der Aufbau 10 weist ein Kapillarrohr 12 mit einer durchgehenden Bohrung und eine Kappe 14 auf, die gleitbar auf einem Ende des Rohres 12 aufgesteckt ist. Die Kappe 14 weist einen vergrößerten Kopf 16 und einen im wesentlichen zylindrischen Körper 18 auf. Eine oder mehrere Entlüftungsnuten 20 sind in dem Körper ausgebildet, welche ein Entweichen der Luft ermöglichen, wenn die Kappe 14 in einer ersten Gleitstellung befindlich ist. Die Nut 20 erstreckt sich im typischen Fall parallel zur Längsachse des zylindrischen Körpers 18.
• Die US-A-5 458 252 beschreibt eine umstellbare druckabhängige Dichtungskappe 1 zur Befestigung auf einem Behälter 2, der eine Mündung 4 mit einem nach außen weisenden Gewindeabschnitt 12 aufweist. Die Mündung 4 besitzt eine innere zylindrische Dichtungsoberfläche 6. Die Kappe 1 besitzt einen Gewindeabschnitt 3, der auf einem Kragen 5 einer Kappe angeordnet ist, wobei der Gewindeabschnitt 3 nach innen nach der Achse 7 einer Kappe weist. Ein zentraler Kuppelabschnitt 9 ist symmetrisch um die Kappenachse 7 angeordnet und erstreckt sich von dieser nach außen und endet in einem Ringabschnitt 11. Der kuppelförmige Teil 9 ist ursprünglich konkav und erstreckt sich in die Mündung 4 des Behälters 2. Die Zwischenfläche zwischen Kuppelabschnitt 9 und ringförmigem Abschnitt 11 definiert einen ersten biegsamen Bereich 17. Ein Dichtungsabschnitt 13 ist um den ringförmigen Abschnitt 11 gelegt und definiert dort einen zweiten biegsamen Bereich 21. Der Dichtungsabschnitt 13 besitzt eine nach außen weisende zylindrische Oberfläche 23. Im Betrieb wird die Kappe 1 an den Behälter 2 angepaßt und der darin aufgebaute Druck verursacht eine Abflachung des Kuppelabschnitts 9, wodurch die Dichtungskraft zwischen den Dichtungsoberflächen 23 und 6 erhöht wird. Ein Nachteil der vorgenannten Behälter besteht darin, daß die strömungsmitteldichte Integrität der Abdichtungen durch Proben beeinträchtigt wird, die während des Zentrifugiervorganges hindurchtreten, und dies hat zur Entwicklung von Dichtungen geführt, die die Zentrifugalkraft benutzen, um eine Kappe oder einen Stopfen gegen einen Behälter zu drücken.
• Die US-A-5 127 895 (R. Pawlovich); die US-A-5 395 001 (P. Moore) die US-A-5 361 922 (P. Moore et al); die US-A-4 304 356 (S. Chulay et al); die US-A-4 290 550 (S. Chulay et al); die US-A-4 080 175 (S. Chulay et al) und die US-A-4 076 170 (S. Chulay et al) (sämtlich übertragen auf die Anmelderin vorliegender Erfindung) beschreiben Zentrifugenbehälter, die eine Dichtung bewirken, indem eine Kappe oder ein Stopfen durch Zentrifugalkraft gegen einen Behälter gedrückt wird. Bei einigen dieser Patente werden deformierbare o-Ringe als Teil des Dichtungsmechanismus benutzt. Verjüngte Oberflächen, ringförmige Rippen und ringförmige Nuten werden wie in der US-A- 5 395 001 benutzt, um eine abgedichtete Probe zu erhalten.
• Was benötigt wird, ist ein Kappenaufbau für einen die Probe halternden Zentrifugenbehälter, der die Strömungsmitteldichtung während des Zentrifugiervorganges mit hoher Drehzahl aufrechterhält, wobei die Dichtungskraft proportional zur Zentrifugalbelastung erhöht wird, der der Behälter unterworfen wird.
Zusammenfassung der Erfindung
• Ein Kappenaufbau für einen die Probe aufnehmenden Zentrifugenbehälter weist eine selbstdichtende Kappe auf, die eine Öffnung des Behälters mit einer vorbestimmten Kraft abdichtet, wobei die Kraft abhängig ist von der Zentrifugalbelastung, der der Kappenaufbau ausgesetzt wird. Die Büchse weist ein geschlossenes Ende, ein dem geschlossenen Ende entgegengesetztes offenes Ende und eine zylindrische Wandung auf, die sich dazwischen erstreckt. Die Kappe weist einen Abdeckabschnitt und einen Umfangsabschnitt auf, der den Kappenabschnitt umgibt und sich quer hierzu erstreckt. Die Kappe ist innerhalb des offenen Endes angeordnet, wobei der Umfangsabschnitt eine kegelstumpfförmige Oberfläche aufweist, die der zylindrischen Wand zugewandt ist. Ein Dichtungsring ist um die kegelstumpfförmige Oberfläche gelegt und bewirkt eine strömungsmitteldichte und luftdichte Abdichtung mit der zylindrischen Wandung. Im Sinne dieser Beschreibung bedeutet eine strömungsmitteldichte Abdichtung eine Abdichtung, die sowohl für Flüssigkeit als auch für Luft sperrt. Mehrere bogenförmige Rippen erstrecken sich über den Kappenabschnitt. Jede der Rippen kann sich unter Zentrifugalbelastung ausbiegen und den Umfangsabschnitt nach außen ausdehnen. Auf diese Weise wird eine Dichtungskraft zwischen dem Umfangsabschnitt und der zylindrischen Wand vergrößert.
• Vorzugsweise wird die selbstdichtende Kappe in einem Doppelgefäß-Zentrifugenbehälter benutzt. Zusätzlich zu der Büchse weist der Doppelgefäß-Zentrifugenbehälter einen Aufnahmebehälter mit einem rohrförmigen Abschnitt auf, der sich von einem Gewindehalsabschnitt erstreckt und in einem geschlossenen Fußpunkt endet. Der Halsabschnitt weist mehrere Gewindegänge auf und definiert ein offenes Mundstück. Der Umfangskörper weist einen Gewindeabschnitt auf, der an den Gewindegängen des Halsabschnitts angreift. Eine Dichtungsvorrichtung, beispielsweise ein o-Ring oder ein anderer Ring aus einem Elastomer oder aus einem plastomeren Material wird zwischen die zweite Hauptseite und den Hals gefügt, um eine flüssigkeitsdichte und luftdichte Verbindung dazwischen herzustellen. Die relativen Abmessungen von Kappe, Büchse und Aufnahmebehälter sind so gewählt, daß der Aufnahmebehälter in die Büchse einpaßt. Wenn der Aufnahmebehälter in der Büchse angeordnet ist, dann bildet die kegelstumpfförmige Oberfläche eine flüssigkeitsdichte und luftdichte Verbindung mit der zylindrischen Wand, und der Rohrabschnitt liegt im Abstand zu der zylindrischen Wand, wobei der Fußpunkt proximat zu dem geschlossenen Ende und im Abstand hierzu liegt.
• Es ist zweckmäßig, daß die erwähnte Dichtungsanordnung ein Absperrorgan mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Hauptoberflächen und eine Umfangsoberfläche aufweist, die sich dazwischen erstreckt. Ein ringförmiger, herabhängender Abschnitt erstreckt sich von der zweiten Hauptoberfläche weg von der ersten Hauptoberfläche und definiert einen Ringflansch und eine Schulter dazwischen. Der herabhängende Abschnitt liegt im Abstand zu der Umfangsoberfläche und definiert einen Ringflansch. Ein Dichtungsring ist über die Schulter gefügt, und der herabhängende Abschnitt paßt in die Mündung. Auf diese Weise ruht der Dichtungsring gegen den Hals. Eine zweite Hauptseite der Kappe weist einen ringförmigen Berührungsbereich auf, der sich von der zweiten Hauptoberfläche weg erstreckt und mit dem Ringflansch zusammenfällt, auf den die Kappe auf dem Hals aufgeschraubt ist, wobei der übrige Teil der zweiten Hauptseite im Abstand zu der ersten Hauptoberfläche liegt.
• Schließlich weist der Aufnahmebehälter eine erste Richtmarke auf, und die Kappe besitzt eine zweite Richtmarke, und beide Richtmarken sind so angeordnet, daß sie axial ausgerichtet sind, nachdem eine vorbestimmte Drehbewegung zwischen dem Gewindeabschnitt und dem Hals stattgefunden hat. Auf diese Weise wird der Dichtungsring einem vorbestimmten Drehmoment unterworfen, um eine flüssigkeitsdichte und luftdichte Verbindung herzustellen. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die erste Richtmarke aus einer Ausnehmung, die in der Rohrwand so angeordnet ist, daß sie sich über eine Länge derselben erstreckt. Bei dieser Ausbildung arbeitet die Ausnehmung als Entlüftung, damit sich Flüssigkeit und Luft frei bewegen können, wenn der Aufnahmebehälter in die Büchse eingesetzt oder aus dieser entnommen wird. Dadurch wird verhindert, daß ein Vakuum oder ein positiver Druck zwischen der Büchse und dem Aufnahmebehälters vorhanden ist, und dadurch wird der Einsatz des Aufnahmebehälters in die Büchse oder die Entnahme erleichtert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Kappenaufbaus, der bei einem die Probe aufnehmenden entnehmbaren Doppelgefäß- Zentrifugenbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird;
• Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines die Probe aufnehmenden entnehmbaren Doppelgefäß- Zentrifugenbehälters gemäß Fig. 1, plaziert in einem Zentrifugenrotor gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Deckelkappe, die in Fig. 1 dargestellt ist;
• Fig. 4 ist eine Schnittansicht der Deckelkappe, geschnitten nach der Linie 4-4 gemäß Fig. 1;
• Fig. 5 ist eine Ansicht der Deckelkappe gemäß Fig. 3 von unten gesehen;
• Fig. 6 ist eine Schnittansicht des Absperrorgans oder Stopfens, wie dieser in Fig. 1 dargestellt ist;
• Fig. 7 ist eine Schnittansicht des Behälters gemäß Fig. 1, wobei sich der Kappenaufbau in der abschließenden Dichtungsstellung befindet;
• Fig. 8 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine Teilschnittansicht des Behälters gemäß Fig. 7;
• Fig. 9 ist eine Seitenansicht der Kappe gemäß Fig. 3 im Ruhezustand;
• Fig. 10 ist eine Ansicht der Kappe gemäß Fig. 9, wenn diese einer Zentrifugalbelastung ausgesetzt ist;
• Fig. 11 ist eine Ansicht der Kappe gemäß Fig. 3 von oben her gesehen mit einem daran angeordneten Handgriff;
• Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht des Handgriffs gemäß Fig. 11.
Beste Möglichkeit zur Durchführung der Erfindung
• Zunächst wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Hier ist ein Doppelgefäß-Zentrifugenbehälter 10 dargestellt zur Benutzung in einem Zentrifugenrotor 12 mit festem Anstellwinkel, bei dem mehrere Einstecklöcher 14 radial symmetrisch um die Drehachse 16 des Rotors 12 herum angeordnet sind. In dem Zentrifugenrotor 12 mit festem Anstellwinkel bildet eine Längsachse 18 des Zentrifugenbehälters einen Winkel Θ gegenüber der Drehachse 16. Der Zentrifugenbehälter 10 weist eine Büchse 20, einen Aufnahmebehälter 22 und einen Kappenaufbau 24 auf. Die Büchse 20 kann dauerhaft am Rotor 12 festgelegt sein, oder sie kann abnehmbar vom Rotor sein, und sie kann irgendeine gewünschte Querschnittsgestalt haben. Der Übersichtlichkeit wegen wird die Büchse 20 als abnehmbar vom Rotor 12 beschrieben, und sie soll eine kreisförmige Querschnittsfläche besitzen, die durch eine zylindrische Wand 26 definiert ist, die sich von einem geschlossenen Ende 28 erstreckt und in einem offenen Ende 30 mündet. Von der zylindrischen Wand 26 steht zwischen dem geschlossenen Ende 28 und dem offenen Ende 30 eine Ringschulter 32 vor. Jedes der Einstecklöcher 14 ist so gestaltet, daß die Büchse 20 so aufgenommen wird, daß ihre Schulter 32 am Rotor 12 anliegt.
• Gemäß Fig. 1, 3 und 4 weist der Kappenaufbau 24 eine Kappe 34 auf, die einen Deckelteil 36 und einen Umfangsflansch 38 besitzt, der den Deckelteil 36 umschließt und rechtwinklig von diesem vorsteht. Der Deckelteil 36 besitzt eine erste Hauptseite 40 und eine zweite gegenüberliegende Hauptseite 42. Die erste Hauptseite 40 hat eine konvexe Gestalt, und die zweite Hauptseite 42 besitzt eine konkave Gestalt. Ein oberer Abschnitt 44 des Umfangsflansches 38 erstreckt sich von der zweiten Seite 42 weg und endet in einem Ringrand 46, der der ersten Hauptseite 40 zugewandt ist. Der obere Abschnitt 44 weist eine innere Oberfläche 48 und eine äußere Oberfläche 50 auf, die der inneren Oberfläche 48 gegenüberliegt. Die innere Oberfläche 48 erstreckt sich zwischen einer oberen Oberfläche des Ringrandes 46 und der ersten Seite 40. Die äußere Oberfläche 50 erstreckt sich von dem Ringrand 46 nach der zweiten Hauptseite 42 und endet in einem Bereich des Umfangsflansches 38, der dem Deckelteil 36 gegenüberliegt. Die äußere Oberfläche 50 besitzt eine kegelstumpfförmige Gestalt und weist eine Ringnut 52 auf, die einen Dichtungsring, beispielsweise einen o-Ring, 54 aufnimmt. Der Ringrand 46 steht nach außen über die äußere Oberfläche 50 vor und kann aufgerauht oder geriffelt sein, um ein Ergreifen desselben zu erleichtern. Ein unterer Abschnitt 54' des Umfangsflansches 38 erstreckt sich von dem oberen Abschnitt 44 weg und endet in einem Ringrand 56, der der zweiten Hauptseite 42 zugewandt ist. Der untere Abschnitt 54' weist innere und äußere Oberflächen 58 bzw. 60 auf. Die innere Oberfläche 58 erstreckt sich zwischen der zweiten Seite 42 und dem Ringrand 56. Die äußere Oberfläche 60 geht in die äußere Oberfläche 50 über und erstreckt sich zwischen der Ringnut 52 und dem Ringrand 56. Der untere Abschnitt 54' weist mehrere Gewindegänge 62 auf, die an der inneren Oberfläche 58 angeordnet sind. Es ist jedoch zweckmäßig, daß die Gewindegänge 62 an der inneren Oberfläche 58 vorhanden sind.
• Wie aus Fig. 3 und 5 ersichtlich, erstreckt sich eine erste Gruppe bogenförmiger Rippen 64 über die erste Seite 40, und sie folgen der Kontur dieser ersten Seite. Jede der Rippen 64 überspannt den Deckelteil 36 zwischen gegenüberliegenden Bereichen der inneren Oberfläche 48. Die Rippen 64 der ersten Gruppe schneiden sich in der Nähe des Mittelpunktes des Deckelteils 36 und bilden dort einen Scheitelpunkt 66. Eine kreisbogenförmige Kontaktringfläche 68 ist auf der zweiten Hauptseite 42 so angeordnet, daß sie in der Nähe der inneren Oberfläche 58 des unteren Abschnitts 54' zu liegen kommt. Eine zweite Gruppe von Rippen 70 erstreckt sich über die zweite Seite 42 zwischen gegenüberliegenden Bereichen der Kontaktringfläche 68. Die zweite Gruppe von Rippen 70 ist bogenförmig in der Weise ausgebildet, daß sie der Kontur der zweiten Seite 42 folgt und sich benachbart zur Mitte des Deckelteils 36 trifft und dort einen Scheitel 72 bildet. Jede der Rippen 64 und 70 ist so ausgebildet, daß sie sich unter Zentrifugalbelastung biegt und den Umfangsflansch 38 nach außen ausdehnt, wie dies weiter unten erläutert wird.
• Gemäß Fig. 1 und 4 kann der Aufnahmebehälter 22 aus irgendeinem Polymermaterial hergestellt sein, der so geformt ist, daß er einen rohrförmigen Abschnitt 74 aufweist, der sich von einem Halsteil 76 erstreckt und in einem geschlossenen Boden 78 endet. Der Innendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 74 ändert sich über die Länge, wodurch die innere Oberfläche des rohrförmigen Abschnitts 74 mit einer graduellen Verjüngung versehen wird. Insbesondere ist der Innendurchmesser des rohrförmigen Abschnitts 74 am kleinsten in der Nähe des Halsteils 76, und der Durchmesser vergrößert sich, und der größte Durchmesser liegt in der Nähe des Bodens 78. Dies ermöglicht die Entnahme einer Probe durch Einführung eines nicht dargestellten Spatels oder einer anderen Vorrichtung. Verglichen mit den übrigen Abschnitten des Aufnahmebehälters 22 ist der Halsteil 76 mit einer vergrößerten Wandstärke ausgestattet, und daher ergibt sich eine erhöhte Festigkeit infolge der graduellen Verjüngung der inneren Oberfläche. Der Halsteil 76 weist mehrere Gewindegänge 80 auf und definiert eine offene Mündung 82. Die Gewindegänge 62 sind auf der Innenseite 58 des unteren Abschnitts 54' angeordnet und greifen in die Gewindegänge 80 des Halsteils 76 ein. Auf diese Weise wird die Kappe 34 auf den Aufnahmebehälter 22 aufgeschraubt, wobei die zweite Hauptseite 42 benachbart zum Halsteil 76 zu liegen kommt, wenn die Kappe sich in ihrer abschließenden Endstellung befindet. Um eine flüssigkeitsdichte und luftdichte Integrität zwischen der Kappe 34 und dem Aufnahmebehälter 22 zu gewährleisten, ist eine Dichtungsanordnung zwischen der zweiten Seite 42 und dem Halsteil 76 vorgesehen. Obgleich jede Art von Abdichtungsvorrichtungen benutzt werden kann, beispielsweise ein o-Ring oder eine Dichtung aus einem Elastomer oder einem plastomeren Material, ist es zweckmäßig, daß ein Absperrorgan oder ein Stopfen 84 benutzt wird, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.
• Gemäß Fig. 1 und 6 weist das Absperrorgan 84 eine erste Hauptoberfläche 86 und eine zweite Hauptoberfläche 88 gegenüberliegend der ersten Hauptoberfläche 86 auf. Dazwischen verläuft ein Umfangsflansch 90. Ein vorstehender Kragen 92 erstreckt sich von der zweiten Hauptoberfläche 88 weg von der ersten Oberfläche 86. Dieser vorstehende Kragen 92 erstreckt sich von einem Bereich der zweiten Hauptoberfläche 88, der im Abstand zu dem Umfangsflansch 90 verläuft, wodurch ein Ringflansch 94 gebildet ist. Eine Ringschulter 96 ist zwischen dem Ringflansch 94 und dem Kragen 92 vorgesehen, um einen Dichtungsring 98, z. B. einen o-Ring, aufzunehmen. Um zu gewährleisten, daß der Dichtungsring 98 auf dem Absperrorgan 84 gehalten wird, ist eine Ringrippe 99 in dem vorstehenden Kragen 92 angeordnet.
• Gemäß Fig. 1, 2, 7, und 8 ist der Kragen 92 des Absperrorgans 84 bei der Benutzung innerhalb der Mündung 82 des Aufnahmebehälters 22 angeordnet, und die Kappe 34 ist auf den Halsteil 76 aufgeschraubt, wobei der Aufnahmebehälter in die Büchse 20 derart eingepaßt ist, daß die kegelstumpfförmige Oberfläche 50 der zylindrischen Wand 26 anliegt. Hierbei sind die relativen Abmessungen von Absperrorgan 84 und Aufnahmebehälter 22 derart, daß der Kragen 92 in die Mündung 82 einpaßt. Hierbei wird der Dichtungsring 98 gegen den Halsteil 76 verkeilt und der Ringflansch 94 nähert sich dem oberen Rand 100 des Halsteils 76. Damit sich der Dichtungsring 98 der Schulter 96 anpassen kann, während die Kraft vermindert wird, die notwendig ist, um dies zu erreichen, weist der Halsteil 76 eine bogenförmige Stopfbuchse 102 auf. Die bogenförmige Stopfbuchse 102 ist in dem Halsteil 76 derart eingeformt, daß sie sich von dem Oberrand 100 weg von den Gewindegängen 80 erstreckt. Die Form der Stopfbuchse 102 erzeugt eine Rollwirkung, wenn der Dichtungsring 98 zusammengepreßt wird. Die Rollwirkung vermindert die Kraft, die erforderlich ist, um den Dichtungsring 98 zu verzerren und in die geeignete Form zu quetschen, um eine flüssigkeitsdichte und luftdichte Verbindung zwischen dem Absperrorgan 84 und dem Aufnahmebehälter 22 zu gewährleisten. Um diese erwähnte Kompression zu ermöglichen, liegt die Kontaktringfläche 68 der Kappe 34 derart an, daß sie gegen den Ringflansch 94 des Absperrorgans direkt über den Dichtungsring 98 einwirkt. Die Kontaktringfläche 68 ist so bemessen, daß sie sich nach dem Absperrorgan 84 hin in einem weiteren Abstand erstreckt als die zweite Gruppe von Rippen 70. Auf diese Weise liegt die zweite Gruppe von Rippen 70 im Abstand von der ersten Hauptoberfläche 86, und es wird dazwischen eine Lücke 106 gebildet.
• Wenn der Rotor 12 um seine Drehachse 16 umläuft, dann wird der Zentrifugenbehälter 10 einer Zentrifugalbelastung ausgesetzt, die auf diesen in Richtung parallel zur Achse 18 einwirkt. Die kegelstumpfförmige Oberfläche 50 bewirkt, daß die Kappe 34 und der Aufnahmebehälter 22 sich nach dem geschlossenen Ende 28 gemäß dieser Zentrifugalbelastung bewegen, wodurch die Dichtung zwischen dem Dichtungsring 54 und der zylindrischen Wand 26 weiter verstärkt wird. Um diese Bewegung zu ermöglichen, steht der rohrförmige Abschnitt 74 in Gleitberührung mit der zylindrischen Wand 26, und der Boden 78 liegt im Abstand zu dem geschlossenen Ende 28, wenn der Aufnahmebehälter fertig eingesetzt und der Rotor 12 in Ruhe befindlich ist. Die flüssigkeitsdichte und luftdichte Verbindung, die zwischen dem Dichtungsring 54 und der zylindrischen Wand 26 ausgebildet ist, verhindert einen Leckstrom einer Probe oder von Luft aus der Büchse 20, wenn der Aufnahmebehälter 22 bricht oder auf andere Weise die Probe aus dem Aufnahmebehälter austreten kann. Ein weiterer Vorteil, der sich durch die Kappe 34 ergibt, besteht darin, daß die Rippen 64 und 70, die darin angeordnet sind, die Kraft gemäß der Zentrifugalbelastung verstärken. In spezieller Weise sind die Rippen 64 und 70 so ausgebildet, daß sie unter Zentrifugalbelastung ausgebogen werden, wodurch die Scheitel 66 und 72 sich nach der ersten Hauptoberfläche 86 bewegen. Die Bewegung der Scheitel 66 und 72 dehnt den Umfang des oberen Abschnitts 44 des Umfangsflansches 38 aus.
• Die Fig. 9 und 10 demonstrieren die Ausdehnung des Umfangs des oberen Abschnitts 44 des Umfangsflansches 38. Die statischen Abmessungen der Kappe 34 sind in Fig. 9 dargestellt. Hierbei steht der nicht dargestellte Rotor still, und der Durchmesser des Umfangsflansches 38 ist mit D bezeichnet, und die Höhe des Scheitels 66 über dem Ringrand 46 ist mit H bezeichnet. Wie aus Fig. 10 ersichtlich, ändert sich während des Zentrifugiervorganges die Höhe des Scheitels 66 über dem Ringrand 46 infolge der Zentrifugalbelastung auf ein Maß h, wobei h < H ist. Diese erwähnte Änderung der Höhe resultiert aus der Durchbiegung der Rippen 64 und 70. Die Durchbiegung liegt in einem Bereich zwischen 0,0254 mm (0,0010 Zoll) bis 0,1143 mm (0,0045 Zoll) in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors und den Abmessungen des Rotors. Die erwähnte Auslenkung bewirkt eine proportionale Änderung im Durchmesser des Umfangsflansches. Wie ersichtlich, mißt der Durchmesser des Umfangsflansches 38 während des Zentrifugiervorganges d, wobei d > D ist. Dies führt zu einem Ansteigen der Dichtungskraft, die durch die Kappe 34 ausgeübt wird, und diese Kraft ist proportional zur Zentrifugalbelastung, der die Kappe 34 ausgesetzt ist.
• Nunmehr wird wiederum auf die Fig. 2, 7 und 8 Bezug genommen. Die erste Gruppe von Rippen 64 und die zweite Gruppe von Rippen 70 bieten einen so hohen Widerstand gegenüber der Zentrifugalbelastung, daß die Lücke 106 zwischen der zweiten Gruppe von Rippen 70 und der ersten Hauptseite 86 aufrechterhalten bleibt. Hierdurch wird die Kompressivkraft, die auf die Kappe 34 ausgeübt wird, auf den Bereich des Absperrorgans 84 konzentriert, der mit der Kontaktringfläche 68 übereinstimmt. Es wurde gefunden, daß Kompressivkräfte, die auf die Mitte des Absperrorgans 84 ausgeübt wurden, einen Ausfall der Dichtung verursachten, die zwischen der Stopfbuchse 102 und dem Dichtungsring 98 vorgesehen ist. Dadurch, daß die von der Kappe 34 ausgeübte Kompressivkraft wie oben erwähnt konzentriert wird, vermeidet man dieses Problem.
• Es wird auf die Fig. 1 und 8 Bezug genommen. Um eine Flüssigkeitsdichtung und eine Luftdichtung zwischen dem Dichtungsring 98 und der Stopfbuchse 102 zu erreichen, weist der Aufnahmebehälter 22 eine erste Richtmarke 108 auf und die Kappe 34 weist eine zweite Richtmarke 110 auf. Sowohl die erste als auch die zweite Richtmarke 108 und 110 sind so ausgebildet, daß sie axial ausgerichtet sind, nachdem eine vorbestimmte Rotationsbewegung zwischen der Kappe 34 und dem Aufnahmebehälter 22 stattgefunden hat. Obgleich die Richtmarken 108 und 110 als Markierungen ausgebildet sein können, so ist es doch zu bevorzugen, die erste Richtmarke 108 als Ausnehmung auszubilden, die in dem rohrförmigen Abschnitt 74 der Wand angeordnet ist und sich über deren Länge erstreckt. Bei dieser Ausbildung wirkt die Ausnehmung als Entlüftungskanal, damit das Strömungsmittel sich frei bewegen kann, wenn der Aufnahmebehälter in die Büchse 20 eingesetzt oder aus dieser entnommen wird. Hierdurch wird verhindert, daß ein Vakuum oder ein positiver Druck zwischen der Büchse 20 und dem Aufnahmebehälter 22 aufgebaut wird, und dadurch wird die Ankopplung und die Abkopplung des Aufnahmebehälters erleichtert. Die zweite Richtmarke 110 ist im typischen Fall ein Rastvorsprung.
• Im folgenden wird auf die Fig. 1, 11 und 12 Bezug genommen. Es können zusätzliche Merkmale vorgesehen werden, um das Ankoppeln und Abkoppeln der verschiedenen Komponenten des Doppelgefäß-Zentrifugenbehälters 10 zu erleichtern. Beispielsweise kann die Kappe 34 einen bügelförmigen Handgriff 112 aufweisen, dessen beide Enden an einer der Rippen 64 auf gegenüberliegenden Seiten des Scheitels 66 festgelegt sind. Die beiden Enden des Bügels können runde Ösen 114 mit einem Spalt 116 aufweisen. Eine der Rippen 64 kann Einschnitte 118 aufweisen, in die jeweils eine Öse eingelegt wird. Hierdurch kann der Handgriff 112 schwenkbar an der Kappe 34 befestigt werden, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, den Handgriffbügel benachbart zu den Rippen 64 abzulegen, wenn das Gerät nicht in Betrieb befindlich ist, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. Um den Luftwiderstand weiter zu vermindern, den der Handgriff 112 bei dem Zentrifugiervorgang verursachen könnte, kann ein Schlitz 120 in jeder Rippe 64 ausgebildet sein, um den Handgriffbügel aufzunehmen, wenn er umgelegt ist. Die Schlitze 120 sind genügend tief, um den bügelförmigen Handgriff 112 zwischen Scheitel 66 und Ringrand 46 aufzunehmen. Außerdem kann die Flexibilität der Rippen 64 und 70, wie dies deutlich aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, dadurch erhöht werden, daß entweder die Zahl oder die Größe der Schlitze 120 in diesen Rippen vergrößert wird. Schließlich kann, wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich, das Abschlußorgan 84 einen zentralen Ansatz 122 mit einer Gewindebohrung 124 aufweisen. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, eine mit Gewinde versehene Abzugseinrichtung (nicht dargestellt) zu verwenden, um das Absperrorgan 84 aus dem Aufnahmebehälter 22 herauszuziehen.

Claims (12)

1. Verschlußkappenaufbau (24) für einen Zentrifugenbehälter (10), der einen Aufnahmebehälter (22) und eine Büchse (20) aufweist, welchletztere ein geschlossenes Ende (28) und ein offenes Ende (30) besitzt, wobei sich eine zylindrische Wand (26) zwischen dem geschlossenen Ende und dem offenen Ende erstreckt, und wobei der Aufnahmebehälter eine Öffnung und einen Hals besitzt, der die Öffnung umschließt, wobei der Hals (76) mehrere Gewindegänge aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkappenaufbau folgende Teile aufweist:

eine Kappe (34) mit einem Deckelteil (36) und einen Umfangsflansch (38) mit einer Dichtungsoberfläche, wobei der Umfangsflansch in das offene Ende einpaßt und die Dichtungsoberfläche die zylindrische Wand mit einer vorbestimmten Kraft andrückt, wodurch eine Flüssigkeitsabdichtung und eine Luftabdichtung bewirkt wird;

Mittel (64, 70) die an dem Deckelteil vorgesehen sind, um die Kraft gemäß der Zentrifugalbelastung der Kappe zu verstärken.

2. Kappenaufbau nach Anspruch 1, bei welchem die Verstärkungsmittel aus mehreren Rippen (64, 70) bestehen, die sich über den Deckelteil erstrecken, wobei jede der Rippen mit gegenüberliegenden Bereichen des Umfangsflansches (38) verbunden ist und sich unter Zentrifugalbelastung ausdehnen kann, um die gegenüberliegenden Bereiche nach außen weg von einem Mittelbereich des Deckelteils zu expandieren und dadurch den Umfangsflansch auszudehnen.

3. Kappenaufbau nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei welchem der Deckelteil erste und zweite gegenüberliegende Hauptseiten (40, 42) aufweist, wobei die erste Seite konvexe Gestalt besitzt und die zweite Seite der Öffnung zugewandt ist und eine konkave Gestalt aufweist, und wobei mehrere Rippen vorgesehen sind, die aus einer ersten Gruppe von Rippen bestehen, welche benachbart zu der ersten Hauptseite angeordnet sind und deren Kontur folgen und eine zweite Gruppe von Rippen benachbart zu der zweiten Seite angeordnet ist und der Kontur dieser Seite folgen.

4. Kappenaufbau nach den Ansprüchen 2 oder 3, bei welchem die Kappe einen Gewindebereich (62) aufweist, der am Gewinde (80) des Halsteiles (76) derart angreift, daß die Öffnung zwischen den gegenüberliegenden Bereichen des Gewindebereichs zu liegen kommt.

5. Kappenaufbau nach Anspruch 4, welcher außerdem Abdichtmittel (84) aufweist, die benachbart zu dem Hals angeordnet sind, um eine flüssigkeitsdichte und luftdichte Verbindung zwischen der Kappe und dem Aufnahmebehälter herzustellen.

6. Kappenaufbau nach Anspruch 4, bei welchem der Umfangsflansch (38) obere (44) und untere Abschnitte (54') aufweist, wobei der Gewindebereich (62) in dem unteren Abschnitt zu liegen kommt und eine Untergruppe der gegenüberliegenden Bereiche in dem oberen Abschnitt angeordnet sind und der obere Abschnitt eine kegelstumpfförmige Oberfläche (50) besitzt, die den gegenüberliegenden Bereichen entgegengesetzt ist und außerdem einen Dichtungsring (54) aufweist, der um die kegelstumpfförmige Oberfläche herum angeordnet ist.

7. Kappenaufbau nach Anspruch 5, bei welchem die Dichtungsmittel ein Absperrorgan (84) aufweisen, das erste und zweite gegenüberliegende Hauptoberflächen (86, 88) und einen vorstehenden Kragen (92) besitzen, der von der zweiten Hauptoberfläche von der ersten Oberfläche weg vorsteht, wobei der vorstehende Kragen in die Öffnung einpaßt und einen Paßsitz mit dem Hals herstellt.

8. Kappenaufbau nach Anspruch 5, bei welchem der Aufnahmebehälter (22) eine erste Richtmarke (108) und die Kappe eine zweite Richtmarke (110) aufweist, wobei die erste und zweite Richtmarke derart angeordnet sind, daß sie axial aufeinander ausgerichtet sind, nachdem eine vorbestimmte Drehbewegung zwischen den Gewindebereichen und dem Hals stattgefunden hat, um eine Abdichtung bei einer vorbestimmten Belastung herzustellen.

9. Kappenaufbau nach Anspruch 8, bei welchem der Aufnahmebehälter einen rohrförmigen Abschnitt (74) aufweist, der sich von dem Halsteil (76) erstreckt und in einem Boden (78) endet, wobei die erste Richtmarke aus einer Ausnehmung besteht, die in der Rohrwandung ausgebildet ist und sich über deren Länge erstreckt.

10. Kappenaufbau nach Anspruch 4, bei welchem die Büchse (20) den Aufnahmebehälter (22) derart aufnimmt, daß der Umfangsflansch (38) benachbart zum offenen Ende sitzt und einen Paßsitz mit der zylindrischen Wand (26) bildet, wodurch die Expansion des Umfangsflansches eine Abdichtung des Paßsitzes zwischen dem Umfangsflansch und der zylindrischen Wand bewirkt.

11. Kappenaufbau nach Anspruch 7 mit einer Kontaktringfläche (68), die von der zweiten Seite vorsteht und gegen das Absperrorgan (84) an einer Stelle drückt, die über dem Hals liegt.

12. Kappenaufbau nach Anspruch 11, bei welchem ein verbleibender Abschnitt der zweiten Hauptseite (42) im Abstand zu der ersten Hauptoberfläche (86) verbleibt.