EP4469193A1 - Vorrichtung zum schütteln von proben - Google Patents

Vorrichtung zum schütteln von proben

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Publication number
EP4469193A1
EP4469193A1 EP23709657.3A EP23709657A EP4469193A1 EP 4469193 A1 EP4469193 A1 EP 4469193A1 EP 23709657 A EP23709657 A EP 23709657A EP 4469193 A1 EP4469193 A1 EP 4469193A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tray
drive
drive element
counterweight
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23709657.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Hawrylenko
Johan DOPPLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infors AG
Original Assignee
Infors AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infors AG filed Critical Infors AG
Priority to EP25167260.6A priority Critical patent/EP4553146A3/de
Publication of EP4469193A1 publication Critical patent/EP4469193A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/20—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes
    • B01F31/22—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes with supporting means moving in a horizontal plane, e.g. describing an orbital path for moving the containers about an axis which intersects the receptacle axis at an angle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/20—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes
    • B01F31/265—Mixing the contents of independent containers, e.g. test tubes the vibrations being caused by an unbalanced rotating member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/30—Driving arrangements; Transmissions; Couplings; Brakes
    • B01F35/32—Driving arrangements
    • B01F35/32005—Type of drive
    • B01F35/3204—Motor driven, i.e. by means of an electric or IC motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/40—Mounting or supporting mixing devices or receptacles; Clamping or holding arrangements therefor
    • B01F35/42—Clamping or holding arrangements for mounting receptacles on mixing devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/16—Vibrating; Shaking; Tilting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/23—Mixing of laboratory samples e.g. in preparation of analysing or testing properties of materials

Definitions

  • the invention relates to a device for shaking samples, in particular a laboratory shaker, in particular for shaking and/or mixing samples containing liquid.
  • the invention is advantageous for the cultivation of bacteria and cells in liquid nutrient media.
  • Shakers are used to shake and/or mix liquids, e.g. cell cultures, biofuels or blood samples, in vessels in an orbital motion.
  • the shaken unit often includes a tray on which the vessels, e.g. Erlenmeyer flasks, test tubes or other ampoules with the samples are located.
  • a high shaking frequency is desirable for good mixing.
  • a high shaking frequency enables rapid oxygen transfer from the gas phase to the liquid phase, which enables good growth of the cell cultures.
  • EP 3479894 A1 presents a shaker in which the tray with a tray shaft is mounted eccentrically in a drivable hollow shaft.
  • a counterweight is provided on the hollow shaft to balance an imbalance caused by eccentric mass distribution.
  • this counterweight (reference number 17 in FIG. 2 there) has the disadvantage that there is an imbalance in the Hollow shaft only partially compensates, since it compensates in particular only a static imbalance.
  • the object is therefore to provide a device for shaking samples that enables better mixing of the samples and/or sufficiently good mixing of larger samples.
  • the task can be seen as providing a device for shaking samples that is suitable for continuous operation with a high shaking frequency of over 1000 rpm, in particular over 1500 rpm, 2000 rpm or 2500 rpm, e.g. with a 3 mm diameter of the orbital movement.
  • a sample is understood to mean in particular a substance or a composition of substances which contains a liquid, e.g. a cell culture, a biofuel or a blood sample.
  • the sample is usually contained in a vessel, e.g. a test tube or a microtiter plate, which in turn can be held by a vessel holder or stand.
  • the device includes
  • the carrier is set up in particular to carry or support a shelf.
  • a drive element which is mounted on the carrier so as to be rotatable about a drive axis and can be driven by a drive, e.g.
  • the tray is a flat element on which the samples can be attached.
  • the tray advantageously includes fastening elements for fastening at least one vessel with a sample or for fastening at least one vessel holder or stand.
  • a tray shaft which is, in particular firmly, connected to the tray and mounted eccentrically on the drive element: the tray shaft is advantageously attached centrally to the tray, in particular near a center of gravity of the tray or the tray with a defined loading of samples.
  • an area around the center of gravity up to +/- 10% of length and is considered "near”. Denotes the width of the tray. Due to the central attachment, the shelf shaft (with a defined load) supports the shelf near the center of gravity.
  • the eccentricity (of the bearing) of the tray shaft on the drive element is the distance between an axis of rotation of the tray shaft and the drive axis of the drive element, which in particular run parallel to one another.
  • the eccentricity determines a deflection of the tray (and thus of the samples) when shaken.
  • the eccentricity of the mounting of the tray shaft on the drive element can be between 0.5 and 3 mm, in particular between 1 and 2 mm. This leads to a deflection of the tray, which is adapted for shaking samples in smaller vessels, e.g. test tubes and microtiter plates.
  • the achievable shaking frequency of the tray as a result of the drive is at least 1000 rpm, in particular at least 1500 rpm, at least 2000 rpm or at least 2500 rpm.
  • Such high shaking frequencies have not been achievable with previous shakers, in particular due to imbalances.
  • a shaking frequency in this range leads to good mixing of the samples, especially in smaller vessels, e.g. test tubes and microtiter plates, especially with a volume of up to 1 ml with a volume of more than 1 ml, e.g. 2 ml, which is not possible with a lower shaking frequency.
  • larger amounts of cells can be cultivated, e.g. in higher vessels, which makes the cultivation considerably more efficient.
  • the device comprises a counterweight attached to the drive element, which is adapted to compensate for an imbalance occurring during operation of the device with a defined loading of the tray.
  • the defined loading of the tray with samples is characterized in particular by a mass, e.g. a number of samples times the average mass of the samples plus the mass of the vessels and any vessel holders, and a mass distribution on the tray, e.g. a distribution or a focus of the samples, vessels and any container holder on the tray.
  • the mass and the mass distribution or the center of gravity of the load preferably deviate only slightly from the defined values, ie the defined load. With regard to the mass, this means in particular a deviation of at most +/-25%, with regard to the center of gravity in particular a deviation of at most 3 cm.
  • a static imbalance occurs in particular when the axis of rotation does not pass through the center of gravity of the body.
  • a dynamic imbalance also called moment imbalance
  • the axis of rotation does not coincide with one of the main axes of inertia of the body, but is tilted at the center of gravity in relation to the main axes of inertia.
  • a body with any axis of rotation has both a static and a dynamic imbalance.
  • the imbalance can be clearly broken down into a static and a dynamic component.
  • the static component leads to a rotating, resulting force, the dynamic to a rotating, resulting torque. Both the resulting force and the resulting torque increase with the square of the speed.
  • the counterweight is adapted in such a way that it compensates for both a static and a dynamic imbalance on the drive axle.
  • the counterweight advantageously represents the only counterweight on the drive element.
  • the device with the counterweight which compensates for both static and dynamic imbalance on the drive axle, has several advantages: On the one hand, the resulting torque on the drive axle and in particular on its bearing can be avoided. As a result, there are fewer noise emissions and less wear and tear, especially at high shaking frequencies (of in particular 1000 rpm and more), so that the service life of the device is increased.
  • the device can be built compactly with the (single) counterweight, which is particularly advantageous for shakers with several trays one above the other.
  • high shaking frequencies in particular of more than 1000, 1500, 2000 or 2500 rpm, can only be achieved with the counterweight described. This in turn leads to better mixing of the shaken samples and faster oxygen transfer from the gas phase to the liquid phase, which enables good growth of cell cultures in the samples. counterweight
  • a center of gravity of the counterweight is located in relation to the drive axis of the drive element opposite the tray shaft. Since the weight of the tray including the load acts eccentrically on the drive element via the tray shaft, the counterweight is attached to the drive element in such a way that the center of gravity of the counterweight is opposite the drive axis of the tray shaft. In particular, the center of gravity of the counterweight, like the tray shaft, revolves around the drive axis when the drive element rotates. With a suitable choice of mass and center of gravity of the counterweight, the static imbalance can be compensated for.
  • center of gravity of the counterweight and a center of gravity of the tray together with the tray shaft and defined loading are in the same plane running orthogonally to the drive axis. This avoids the occurrence of a dynamic imbalance.
  • a first torque that is exerted on the drive axis by the tray together with the tray shaft and a defined load is of the same magnitude and directed in the opposite direction to a second torque that is exerted on the drive axis by the counterweight.
  • the tray has a protuberance in the area of the tray shaft, within which the counterweight is located at least partially.
  • the center of gravity of the counterweight is inside the protuberance.
  • the counterweight advantageously has a mass of between 0.1 and 1 kg, in particular between 0.5 and 0.9 kg.
  • the counterweight can be made of metal, in particular cast iron or stainless steel be. Due to its high density, such a counterweight can be dimensioned compactly and mounted in the protuberance in a space-saving manner.
  • such a counterweight needs only a few centimeters, in particular between 1 and 5 cm, for example between 2 and 3 cm, spaced from the drive axle to be attached, for example, an imbalance in the above-mentioned advantageous eccentricities between 0.5 and 3 mm, in particular between 1 and 2 mm and a tray load of 15, 20 or 25 kg, for example.
  • the tray has a rectangular shape. This allows space-saving loading of the tray with typical containers and container holders.
  • the shelf can have a length of between 50 and 100 cm and/or a width of between 30 and 70 cm.
  • Such a tray is suitable both for a tabletop shaker, which is placed on a laboratory bench as an independent device, for example, and for a multiple shaker with several trays stacked on top of each other, which are enclosed in a housing, for example.
  • the tray is secured against rotation relative to the carrier in order to generate the desired orbital movement. Otherwise the tray would also rotate around the drive axis when the drive element rotates.
  • an orbital movement is desired for the shaking process, i.e. a translation of the tray including the load on a circular path, which is given in particular by the eccentricity of the bearing of the tray shaft on the drive element.
  • Such translation can be accomplished in a number of ways.
  • the drive element has a first pulley for driving via a belt.
  • the device comprises a second drive element and a second tray shaft, which is connected to the tray and is mounted eccentrically on the second drive element.
  • a counterweight for compensating for the imbalance is also attached to the second drive element, as described above.
  • a center of gravity of the second counterweight relative to the second drive axis of the second drive element is located opposite the second tray shaft.
  • the center of gravity of the second counterweight and the center of gravity of the tray, including the second tray shaft and defined loading are in the same plane running orthogonally to the second drive axis.
  • the second drive element rotates about the second drive axis
  • a third torque is produced by the tray together with the second shelf shaft and a defined load, is exerted on the second drive axle, is of the same magnitude and directed in the opposite direction to a fourth torque, which is exerted on the second drive axle by the second counterweight.
  • the second drive element comprises a second pulley, which is connected to the first pulley via a toothed belt and is driven in this way.
  • the tray is advantageously mounted on the second drive element with the same eccentricity as on the drive element together with the first pulley, so that the tray is secured against rotation by the synchronous drive of the first and second pulleys.
  • the tray comprises a first tray part and a second tray part.
  • the first and second tray shafts are connected, in particular firmly, to the first or second tray part and are mounted eccentrically on the first or second drive element.
  • the first and second tray parts are connected to one another by a linear guide.
  • a linear guide is set up in particular so that the first and the second tray part can move relative to one another along an axis of the linear guide, but cannot rotate relative to one another.
  • the linear guide restricts all degrees of freedom of the tray parts relative to one another with the exception of a degree of freedom in translation along the axis of the linear guide.
  • the embodiment with two shelf parts, which are connected with a linear guide has the advantage that harmful forces on the bearing of the shelf shafts, which are caused, for example, by thermal expansion of a one-piece shelf, are prevented. This in turn allows higher shaking frequencies, a longer service life and smoother running of the shaker to be achieved.
  • rotation of the tray can also be prevented by the device additionally comprising flexible elements and/or joint elements which are attached to the carrier or to a housing connected to the carrier and are set up to guide the tray.
  • the flexible elements and/or joint elements engage in an edge area of the tray.
  • the device additionally comprises an openable housing, with the tray, the tray shaft, the drive element and the carrier being located in an interior space within the housing.
  • the case can serve on the one hand to complete the tray and samples from an area surrounding the device, for example to avoid contamination of the area by splashing liquid.
  • the housing can be set up to air-condition the interior.
  • the device can include a climate control element that is set up to control the temperature and/or humidity in the interior of the housing.
  • the climate control element can comprise, for example, a heater, a cooler, a humidifier and/or a dehumidifier, which can be attached to the housing.
  • the housing advantageously comprises a door, for example a pivoting door, in particular on a front side of the housing.
  • the device comprises at least one additional tray together with an additional tray shaft, an additional drive element, an additional counterweight and an additional carrier in the interior of the housing.
  • the device can include at least five additional trays, together with additional tray shafts, additional drive elements, additional counterweights and additional carriers in the interior of the housing. This increases the capacity of the device, ie in particular a number of samples that can be shaken at the same time.
  • the drive element and the at least one additional drive element or the at least five additional drive elements can be driven via a main drive shaft. A compact design with easy maintenance is achieved by the common drive via the main drive shaft.
  • an angular position of a bearing of the further shelf shaft on the further drive element deviates from an angular position of the bearing of the shelf shaft on the drive element. Otherwise, particularly when the trays are heavily loaded, an imbalance could affect the main drive shaft and cause the entire device to vibrate.
  • the drive comprises a motor, e.g. an electric motor, for driving the drive element and, if present, the at least one further drive element.
  • the motor can be coupled to the main drive shaft via a gearbox.
  • the motor is mounted outside the housing, if one is present. Attaching the motor outside the housing has the advantage that heat generated during operation of the motor is not introduced into the interior of the housing.
  • temperature and/or humidity control e.g. by climate control as described above, is desirable.
  • the humidity is kept close to the dew point, in particular at a relative humidity of between 80% and 100%.
  • the interior has to be cooled at the same time, e.g. due to the input of heat from an engine in the interior, the humidity reaches 100% locally on the climate control or on the radiator and condenses out. Condensation, on the other hand, is undesirable because it can lead to an uncontrolled multiplication of foreign germs, which can be harmful to the samples.
  • the interior of the housing should be thermally decoupled from the engine. This problem is solved by a motor mounted outside the housing.
  • the motor can be attached to an underside of the housing. This lowers the center of gravity of the device and thus increases the stability of the device, particularly at high shaking frequencies.
  • the main drive shaft is advantageously passed through an opening in the underside of the housing.
  • FIG. 1a shows a perspective view of a device for shaking samples according to an embodiment of the invention
  • FIG. 1b is a top plan view of the device of FIG. 1a;
  • FIG. 2 shows a schematic section through a device for shaking samples with an internal motor according to the prior art
  • FIG. 3 shows a schematic section through a device for shaking samples with an external motor according to an embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic side view of an embodiment of the device according to the invention with several trays;
  • Fig. 5a is a schematic drawing of a prior art sample shaking device which compensates for static imbalance
  • 5b shows a schematic drawing of a device in which both a static and a dynamic imbalance are compensated for;
  • FIG. 6a shows a schematic vertical section through a device for shaking samples according to an embodiment
  • Fig. 6b is a detailed view of area C of Fig. 6a.
  • FIG. 7 shows a horizontal section and a plan view from above of a shelf and a counterweight according to an embodiment of the invention
  • FIG. 9 shows a schematic section through a bearing with which the tray is mounted on the main drive shaft according to one embodiment
  • FIG. 10a shows a perspective view of a pivotable shelf with a latch, which is shown enlarged in FIG. 10b, according to an embodiment
  • FIG. 11a an embodiment with a divided tray in a perspective view (FIG. 11a), a schematic horizontal section (FIG. 11b) and a schematic vertical section (FIG. 11c).
  • FIG. 1a and 1b show a device for shaking samples, a so-called shaker, according to one embodiment.
  • 1a is a perspective view of the device, while FIG. 1b shows a plan view from above.
  • the device comprises a tray 11 which is designed to be loaded with samples.
  • the tray 11 is on a support 12 (in Figs, la and 1b not visible) and is supported by it.
  • the carrier 12 and with it the tray 11 can be pivoted about a main drive shaft 13 .
  • the carrier 12 is connected to the main drive shaft 13 via a bearing 13a, for example a ball bearing.
  • the tray 11 has an opening 11a at its edge region, through which the main drive shaft 13 passes.
  • the opening 11a is larger than a diameter of the main drive shaft 13, depending on the eccentricity of the mounting of the tray, in particular on the deflection of the shaking movement.
  • the tray 11 advantageously comprises an easy-to-clean surface, e.g. made of metal, at least on its upper side, i.e. the side facing the samples. This enables sterile operation of the device. Furthermore, the tray 11 can have a standard size of 850 mm ⁇ 470 mm.
  • the tray 11 in the folded-in state 11' and at least part of the main drive shaft 13 can be enclosed by a housing 14, which has a door 14a for opening and closing.
  • the housing 14 generally fulfills several functions: On the one hand, it forms a stationary frame which can be placed on a table, in a laboratory or generally on a base, e.g. via feet 14b. The shaking movement of the tray takes place relative to this stationary frame.
  • the housing provides protection to the device environment, for example, from sample splashes or spills or from vapors, which is particularly desirable in the case of harmful samples or in a sterile laboratory.
  • controlled conditions e.g. with regard to temperature and/or humidity, can be set in an interior space of the housing, as is advantageous for many samples.
  • the device can comprise a climate control system for the interior (as described above, not shown in FIGS. 1a and 1b).
  • Figs. 1a and 1b the tray is shown in two positions: on the one hand (designated 11) pivoted out of the housing 14, on the other hand (dashed, designated 11') pivoted into the housing in the operational state.
  • the angle between the two positions is 90°. In general, however, an angle of at least 45° is advantageous since it improves the accessibility of the tray 11 and the interior of the housing 14 .
  • a swiveling tray enables the process of filling and removing the samples to be automated, since, for example, a robot arm can operate the device more easily under computer control.
  • FIG. 2 shows a schematic section through a shaker according to the prior art.
  • a tray 21 is driven by a motor 25 which is located within a housing 24 .
  • the arrangement of the motor 25 in the interior of the housing 24 has the disadvantage that heat generated by the motor 25 directly heats the interior and the samples located therein.
  • heat generated by the motor 25 directly heats the interior and the samples located therein.
  • An internal motor 25 contributes to this problem since the heat generated by the motor 25 has to be extracted from the interior by the climate control 26 .
  • FIG. 3 illustrates a further aspect of the invention with a schematic section through a shaker.
  • the tray 31 can be driven here via a main drive shaft 33 by a motor 35 which is fitted outside the housing 34 .
  • the main drive shaft 33 runs orthogonally to the tray 31 and for the most part inside the housing 34, while a smaller part of the main drive shaft 33 runs outside the housing.
  • the attachment of the motor 35 below the housing 34 is advantageous with regard to a low center of gravity of the device.
  • a motor mounted outside the housing in particular as in FIG. 3, generally has the advantage that the heat generated by the motor is not introduced into the interior of the housing and therefore does not heat it up. As a result, less cooling power is required to keep the interior at a constant temperature. This means that less moisture condenses in the interior, for example locally on the climate control or the cooler, which is harmful to the samples could be. This facilitates the creation of controlled environmental conditions in the interior, in particular a constant temperature and a high humidity, eg between 80% and 100% relative humidity without condensate.
  • FIG. 4 illustrates a shaker with several, in particular six, trays 41 which can be driven by a single main drive shaft 43 in a housing 44 with a door 44a.
  • all trays 41 can be driven by a motor (not shown in FIG. 4), which in turn can be mounted outside the possibly air-conditioned interior of the housing 44, as described above.
  • the main drive shaft 43 again runs through the trays 41 in the edge area, in particular in the corner area, for optimum pivotability of the trays 41 .
  • a tray 51 with a load 59 comprising e.g. samples, vessels and vessel holders, is mounted eccentrically on a drive element, e.g. a hollow shaft, via a tray shaft 57.
  • the bearing 57a of the tray shaft 57 on the drive element does not lie on the drive axis 52b, about which the drive element rotates due to its bearing 52a on a carrier 52. Rather, the bearing 57a is spaced apart from the drive axis 52b by the first radius rl due to the eccentricity.
  • a counterweight 56a is attached to the drive element in such a way that the center of gravity SP2 of the counterweight 56a is opposite the center of gravity SP1 of the unbalanced mass ul in relation to the drive axle 52b.
  • an additional counterweight 56b shows a basic sketch of how the dynamic imbalance can also be compensated for by an additional counterweight 56b.
  • the additional counterweight 56b is attached in the direction of the drive axle 52b on the other side of the bearing 52a, as is the tray 51 together with the load 59 and tray shaft 57 and the counterweight 56a.
  • the additional counterweight 56b with mass u3, center of gravity SP3 and center distance r3 of center of gravity SP3 is attached in relation to drive axle 52b on the same side as center of gravity SP1, ie on the opposite side of center of gravity SP2.
  • an additional force F3 acts in the same way as above.
  • One aspect of the present invention therefore relates to a space-saving arrangement of a counterweight that compensates for both the static and the dynamic unbalance. Such an arrangement is described below in relation to Figure 6b.
  • figs 6a and 6b focus on the mechanical aspect, how a tray 61 is pivotably attached to the main drive shaft 63 via a carrier 62 with a bearing 63a (Fig. 6a), as well as details on the drive of the tray 61 via a drive element 66 with a counterweight 66a (Fig 6b).
  • the mechanisms described can also be used on several trays, e.g. on the shaker according to FIG. 4.
  • the tray 61 is designed to be loaded with one or more samples 69, for example in microtiter plates, which are to be shaken.
  • the tray 61 preferably has fastening elements, eg for a vessel stand, in order to keep the samples 69 or vessels, in particular microtiter plates, stationary relative to the tray 61 during the shaking process.
  • the tray 61 is rotatably mounted on the drive element 66 via a firmly connected tray shaft 67 .
  • the drive member 66 is in turn rotatably mounted on the carrier 62 which is pivotally mounted on the main drive shaft 63 via the bearing 63a.
  • the mounting of the tray shaft 67 in or on the drive element 66 is eccentric, so the axis of rotation of the tray shaft 67 does not coincide with the axis of rotation of the drive element 66 .
  • This eccentricity of the tray shaft 67 results in a circular motion when the drive element 66 rotates, on which the tray 61 rotates, and thus the desired shaking of the tray 61 together with the samples 69.
  • the tray 61 is surrounded by a housing 64 in the swiveled-in state, which, as described above, serves as protection against splashing and/or for air conditioning of the samples.
  • the main drive shaft 63 runs, in particular vertically, ie in the direction of gravity, through the housing 64 and is freely rotatably mounted on it.
  • a motor 65 for driving the main drive shaft 63 is attached to the housing 64, preferably externally.
  • the housing 64 (as already described with reference to FIG. 1a) can include feet 64b adapted to support the weight of the device.
  • the feet can also be designed for attachment to a base, e.g. a laboratory bench.
  • Figure 6b is an enlarged view of portion C of Figure 6a.
  • the tray 61 which can be loaded with samples 69 , for example in a microtiter plate, is rotatably mounted on the drive element 66 via the tray shaft 67 .
  • the drive member 66 preferably comprises a pulley driven by a belt 68 from the main drive shaft.
  • a second pulley is attached to the main drive shaft and the belt 68 is stretched over the two pulleys.
  • the tray 61 is also mounted eccentrically on the second belt pulley in the same way as on the first belt pulley on the drive element 66. This represents an anti-twist device for the tray 71, since its freedom of movement is thus restricted to a circular translation.
  • the tray to prevent rotation can comprise two tray parts which are connected to one another, for example by a linear guide.
  • this also affects the drive element 66 in particular otherwise, an imbalance will lead to vibrations, increased wear on the bearings and mountings, and excessive noise.
  • FIG. 6b shows an arrangement of a counterweight 66a on the drive element 66, which compensates for an imbalance caused by the eccentric mounting of the tray 61 (with samples 69 and tray shaft 67) on the drive element 66 in a particularly simple and effective manner.
  • the center of gravity SP2 of the counterweight 66a is in the same plane running orthogonally to the axis of rotation of the drive element 66 as the center of gravity SP1 of the tray 61 together with the intended loading with samples 69 and the tray shaft 67.
  • the above condition is considered to be met in particular if the imbalances U1 and U2 of tray 61 including load 69 and tray shaft 67 on the one hand and of counterweight 66a on the other hand deviate by no more than 25%.
  • the center distance 1 i.e. the distance between the centers of gravity SP1 and SP2 in the direction of the axis of rotation
  • the above condition is considered to be fulfilled in particular if the center distance 1 is at most 1 cm.
  • the tray 61 comprises a protuberance 61a at the top, under which at least part of the counterweight 66a is located.
  • the torques exerted by SP1 and SP2 as the drive member 66 rotates about the axis of rotation are generally intended to just cancel.
  • both a static as well as to compensate for a dynamic imbalance This makes it possible to achieve high shaking frequencies of over 1000 rpm, in particular over 1500 rpm or over 2000 rpm, with a space-saving design. At the same time, this enables a long service life and continuous operation of the shaker due to the avoidance of increased wear.
  • FIG. 7 shows a plan view from above or a horizontal section through a tray 91 with a counterweight 96a.
  • Two microtiter plates with a large number of samples 99 are attached to the tray 91, e.g.
  • the counterweight 96a is attached to the drive element 96 so that an imbalance caused by the eccentric mounting of the tray 91 (with samples 99) on the drive element 96 is compensated for in a particularly simple and effective manner.
  • the counterweight 96a may be secured to the drive member 96 with screws, for example.
  • the center of gravity of the counterweight 96a is in the same plane, running orthogonally to the axis of rotation of the drive element 96, as the center of gravity of the tray 91, including the intended loading with samples 99.
  • the counterweight 96a advantageously includes an opening through which the tray shaft 97 runs.
  • the counterweight 96a can advantageously be shaped like a sector of a circle when viewed from above. Both configurations enable the largest possible volume and thus the largest possible mass of the counterweight 96a, with the counterweight 96a nevertheless being able to rotate with the drive element 96 in the bulge of the tray 91. This maximizes the space available on the tray 91 for the samples 99 .
  • figs 8a, 8b and 8c illustrate the effect of different shaking frequencies n1, n2 and n3 on a liquid sample that is in a vessel, e.g. a test tube or a microtiter plate.
  • the sample liquid has an approximately flat and horizontal surface.
  • the liquid at the edge of the vessel is pressed upwards and a meniscus forms, ie a concave surface of the sample liquid.
  • the sample liquid is “pulled” far up the edge of the vessel.
  • the transport of oxygen into the sample is thus further improved.
  • FIG. 9 shows how a tray 71 can be mounted on a main drive shaft 73 via a carrier 72 .
  • a tray 71 is mounted eccentrically on a drive element (not shown) with a first belt pulley.
  • the drive element or the first pulley is rotatably mounted on the carrier 72 and set up to be driven via the belt 78 .
  • the belt 78 also runs over the second belt pulley 75, which is attached to the main drive shaft 73 and is driven accordingly by the drive or motor via the main drive shaft 73.
  • the carrier 72 which is set up to support the weight of the tray 71 including the load with the samples, is mounted on the main drive shaft 73 via a bearing 73a, for example a ball bearing.
  • a bearing 73a for example a ball bearing.
  • the carrier 72 can remain stationary, for example by having a catch as shown in Figs. 10a/b is locked while the main drive shaft 73 rotates.
  • the bearing 73a is preferably located below the second belt pulley 75.
  • the carrier 72 together with the shelf 71 can alternatively or additionally also be mounted on the main drive shaft 73 above the second belt pulley 75 via an additional bearing 73b.
  • care must be taken to ensure that the tray has enough leeway for its circular translation, which is caused by the eccentric mounting.
  • an opening in the tray 71 through which the main drive shaft 73 passes in a preferred embodiment must be larger than the diameter of the main drive shaft 73 or than the second bearing 73b, if present, at least by the eccentricity of the bearing.
  • FIG. 10b shows detail D from FIG. 10a on an enlarged scale.
  • a first locking element 82a comprises a catch at or near its end remote from the main drive shaft.
  • a second locking element 82b is attached to the support structure 86 as a counterpart to the first locking element 82a.
  • the first and second locking element 82a and 82b are designed in particular to establish a releasable connection upon contact.
  • the carrier 82 can be connected to the support structure 86 for the shaking process and, in particular, the carrier 82 can be prevented from pivoting about the main drive shaft 83 .
  • a part of the weight of carrier 82 and tray 81 plus specimens are carried by the support structure 86, reducing stress on the bearing 83a on the main drive shaft.
  • the latch includes, for example, mechanical or magnetic components for releasably connecting the carrier 82 to the support structure 86.
  • the locking elements 82a and 82b can include magnets, which are designed to lock the carrier 82 to the support structure 86 through their mutual attraction.
  • the locking elements 82a and 82b can be designed as a snap closure or as a flap closure, in which a detachable connection is produced mechanically.
  • the shaker includes a housing 114 having a door 114a adapted to open and close a housing front. In Figs. 11a and 11b the door 114a is shown in the open state.
  • the shaker also includes a main drive shaft 113 which can be driven by a motor 115 .
  • a carrier 112 is rotatably mounted on the main drive shaft 113 and can be latched onto the housing, for example by means of a latch (as described above).
  • a first drive element 116a and a second drive element 116b are in turn rotatably mounted on the carrier 112 .
  • the first drive member 116a is coupled to and driven by the main drive axle 113 via a first belt 118a.
  • the second drive element 116b is coupled to the first drive element 116a via a second belt 118b and is thus also driven. It is important that the two drive elements 116a and 116b run synchronously. A toothed belt is therefore advantageously used at least for the second belt 118b.
  • a first tray shaft 117a or a second tray shaft 117b is mounted eccentrically on or in the first drive element 116a or the second drive element 116b.
  • a first shelf part 111a or a second shelf part 111b is fastened, in particular secured against rotation.
  • samples 119 are attached, for example in test tubes or microtiter plates.
  • a particularly simple and reliable anti-twist device for the two shelf parts 11a and 111b can now be achieved via a flexible connection of the two shelf parts (not shown in FIGS. 11a-c).
  • this connection includes a linear guide between the first tray part I 11a and the second tray part 111b.
  • the linear guide can, for example, be permanently attached to one part of the shelf, while allowing the other part of the shelf to be moved along the guide.
  • Such a flexible connection avoids harmful forces on the bearings of the tray shafts and drive elements, e.g. due to thermal expansion of the carrier 112 in particular.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schütteln von Proben umfassend einen Träger (62) und ein Antriebselement (66), das um eine Antriebsachse drehbar am Träger (62) gelagert und durch einen Antrieb (65) antreibbar ist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung ein Tablar (61) eingerichtet zur Beladung mit den Proben (69), eine Tablarwelle (67), die mit dem Tablar (61) verbunden und exzentrisch an dem Antriebselement (66) gelagert ist, sowie ein an dem Antriebselement (66) befestigtes Gegengewicht (66a), das angepasst ist, eine im Betrieb der Vorrichtung mit einer definierten Beladung des Tablars (61) auftretende Unwucht auszugleichen. Ein Schwerpunkt des Gegengewichts (66a) befindet sich bezogen auf die Antriebsachse des Antriebselements (66) gegenüber der Tablarwelle (67). Der Schwerpunkt des Gegengewichts (66a) und ein Schwerpunkt des Tablars (61) samt Tablarwelle (67) und definierter Beladung befinden sich in derselben, orthogonal zur Antriebsachse verlaufenden Ebene. Bei Rotation des Antriebselements (66) um die Antriebsachse ist ein erstes Drehmoment, das durch das Tablar (61) samt Tablarwelle (67) und definierter Beladung auf die Antriebsachse ausgeübt wird, betragsgleich und entgegengesetzt gerichtet zu einem zweiten Drehmoment, das durch das Gegengewicht (66a) auf die Antriebsachse ausgeübt wird. Dadurch ist das Gegengewicht (66a) so angepasst, dass es sowohl eine statische als auch eine dynamische Unwucht auf die Antriebsachse ausgleicht. Entsprechend erreicht eine Schüttelfrequenz des Tablars (61) infolge des Antriebs (65) mindestens 1000 rpm, insbesondere mindestens 2000 rpm.

Description

Vorrichtung zum Schütteln von Proben
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schütteln von Proben, insbesondere einen Laborschüttler, insbesondere für das Schütteln und/oder Durchmischen von Flüssigkeit enthaltenden Proben. Die Erfindung ist vorteilhaft für die Kultivierung von Bakterien und Zellen in flüssigen Nährmedien.
Hintergrund
Schüttler werden verwendet, um Flüssigkeiten, z.B. Zellkulturen, Biotreibstoffe oder Blutproben, in Gefässen in einer Orbitalbewegung zu schütteln und/oder zu durchmischen. Häufig umfasst die geschüttelte Einheit ein Tablar, auf welchem sich die Gefässe, z.B. Erlenmeyerkolben, Reagenzgläser oder sonstige Ampullen, mit den Proben befinden. Für eine gute Durchmischung ist eine hohe Schüttelfrequenz wünschenswert. Gleichzeitig ermöglicht eine hohe Schüttelfrequenz einen schnellen Sauerstoff-Transfer von der Gasphase in die Flüssigphase, wodurch ein gutes Wachstum der Zellkulturen ermöglicht wird.
Gerade bei hohen Schüttelfrequenzen treten während des Schüttelvorgangs aber erhebliche Unwuchten an den rotierenden Bauteilen auf, z.B. an einer Antriebswelle und/oder an einem Antriebselement, an dem das Tablar gelagert ist. Eine solche Unwucht führt beim Schüttel vorgang zu Vibrationen des Schüttlers und dadurch zu Lärm sowie zu schädlichen Kräften auf Lager, mit denen die rotierenden Bauteile gelagert sind, was wiederum zu erhöhtem Verschleiss führt. Insofern limitiert eine Unwucht an einem rotierenden Bauteil in der Praxis die maximal erreichbare Schüttelfrequenz für einen Dauerbetrieb des Schüttlers. Dies hat zur Folge, dass die Kultivierung von Zellen in einem herkömmlichen Schüttler nur ein wesentlich langsameres Wachstum und die Produktion von deutlich weniger Biomasse ermöglicht als eine Kultivierung in einem Bioreaktor.
EP 3479894 Al stellt einen Schüttler vor, bei dem das Tablar mit einer Tablarwelle exzentrisch in einer antreibbaren Hohlwelle gelagert ist. Zur Balancierung einer durch exzentrische Massenverteilung auftretenden Unwucht ist dort ein Gegengewicht an der Hohlwelle vorgesehen. Allerdings hat dieses Gegengewicht (Bezugszeichen 17 in der dortigen Fig. 2) den Nachteil, dass es eine Unwucht der Hohlwelle nur teilweise ausgleicht, da es insbesondere nur eine statische Unwucht ausgleicht.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Schütteln von Proben bereitzustellen, die eine bessere Durchmischung der Proben und/oder eine ausreichend gute Durchmischung von grösseren Proben ermöglicht. Alternativ kann die Aufgabe darin gesehen werden, eine Vorrichtung zum Schütteln von Proben bereitzustellen, die für einen Dauerbetrieb mit hoher Schüttelfrequenz über 1000 rpm, insbesondere über 1500 rpm, 2000 rpm oder 2500 rpm, z.B. bei 3 mm Durchmesser der Orbitalbewegung, geeignet ist.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst von einer Vorrichtung zum Schütteln von Proben, einem sogenannten Schüttler, gemäss Anspruch 1. Unter einer Probe wird dabei insbesondere ein Stoff oder eine Stoffzusammensetzung verstanden, welche eine Flüssigkeit enthält, z.B. eine Zellkultur, einen Biotreibstoff oder eine Blutprobe. Die Probe ist üblicherweise in einem Gefäss, z.B. einem Reagenzglas oder einer Mikrotiterplatte, enthalten, das wiederum von einem Gefässhalter oder -Ständer gehalten werden kann.
Die Vorrichtung umfasst
- einen Träger: Der Träger ist insbesondere eingerichtet zum Tragen oder Unterstützen eines Tablars.
- ein Antriebselement, das um eine Antriebsachse drehbar am Träger gelagert und durch einen Antrieb, z.B. von einem Motor, antreibbar ist: Das Antriebselement kann beispielsweise eine Hohlwelle oder eine Antriebsscheibe umfassen.
- ein Tablar eingerichtet zur Beladung mit den Proben: Insbesondere ist das Tablar ein flächiges Element, auf dem die Proben angebracht werden können. Vorteilhafterweise umfasst das Tablar Befestigungselemente zum Befestigen mindestens eines Gefässes mit einer Probe bzw. zum Befestigen mindestens eines Gefässhalters oder -Ständers.
- eine Tablarwelle, die, insbesondere fest, mit dem Tablar verbunden und exzentrisch an dem Antriebselement gelagert ist: Vorteilhafterweise ist die Tablarwelle zentral an dem Tablar befestigt, insbesondere nahe eines Schwerpunkts des Tablars bzw. des Tablars mit einer definierten Beladung mit Proben. Als „nahe“ ist insbesondere ein Bereich um den Schwerpunkt bis zu +/- 10% von Länge und Breite des Tablars bezeichnet. Durch die zentrale Befestigung unterstützt die Tablarwelle (bei definierter Beladung) das Tablar nahe dem Schwerpunkt.
Als Exzentrizität (der Lagerung) der Tablarwelle an dem Antriebselement wird der Abstand zwischen einer Drehachse der Tablarwelle und der Antriebsachse des Antriebselements bezeichnet, welche insbesondere parallel zueinander verlaufen. Die Exzentrizität bestimmt eine Auslenkung des Tablars (und damit der Proben) beim Schütteln. Insbesondere kann die Exzentrizität der Lagerung der Tablarwelle an dem Antriebselement zwischen 0.5 und 3 mm betragen, insbesondere zwischen 1 und 2 mm. Dies führt zu einer Auslenkung des Tablars, welche für das Schütteln von Proben in kleineren Gefässen, z.B. Reagenzgläsern und Mikrotiterplatten, angepasst ist.
Die erreichbare Schüttelfrequenz des Tablars infolge des Antriebs beträgt mindestens 1000 rpm, insbesondere mindestens 1500 rpm, mindestens 2000 rpm oder mindestens 2500 rpm. So hohe Schüttelfrequenzen sind bis bisherigen Schüttlern, insbesondere infolge von Unwuchten, nicht erreichbar. Eine Schüttelfrequenz in diesem Bereich führt zu einer guten Durchmischung der Proben insbesondere in kleineren Gefässen, z.B. Reagenzgläsern und Mikrotiterplatten, insbesondere mit einem Volumen von bis zu 1 ml. Ausserdem lässt sich mit einer Schüttelfrequenz in diesem Bereich auch eine ausreichende Durchmischung von grösseren Proben, insbesondere mit einem Volumen von über 1 ml, z.B. 2 ml, erreichen, was mit einer geringeren Schüttelfrequenz nicht möglich ist. Mit der erfindungsgemässen Schüttelvorrichtung lassen sich also grössere Mengen an Zellen, z.B. in höheren Gefässen, kultivieren, was die Kultivierung erheblich effizienter macht.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung ein an dem Antriebselement befestigtes Gegengewicht, das angepasst ist, eine im Betrieb der Vorrichtung mit einer definierten Beladung des Tablars auftretende Unwucht auszugleichen. Die definierte Beladung des Tablars mit Proben ist insbesondere charakterisiert durch eine Masse, z.B. einer Anzahl von Proben mal mittlere Masse der Proben plus Masse der Gefässe und etwaiger Gefässhalter, und eine Massenverteilung auf dem Tablar, z.B. eine Verteilung bzw. einen Schwerpunkt der Proben, Gefässe und etwaiger Gefässhalter auf dem Tablar. Für ein gutes Ausgleichen der Unwucht weichen die Masse und die Massenverteilung bzw. der Schwerpunkt der Beladung bevorzugt nur unwesentlich von den definierten Werten, also der definierten Beladung, ab. In Bezug auf die Masse bedeutet dies insbesondere eine Abweichung von höchstens +/-25%, in Bezug auf den Schwerpunkt insbesondere eine Abweichung von höchstens 3 cm.
Von einer Unwucht spricht man insbesondere bei einem rotierenden Körper, dessen Rotationsachse nicht einer seiner Hauptträgheitsachsen entspricht. Eine statische Unwucht entsteht insbesondere, wenn die Rotationsachse nicht durch den Schwerpunkt des Körpers verläuft. Eine dynamische Unwucht (auch Momentenunwucht genannt) entsteht, wenn die Rotationsachse nicht mit einer der Hauptträgheitsachsen des Körpers übereinstimmt, sondern im Schwerpunkt gegenüber den Hauptträgheitsachsen gekippt ist. Im allgemeinen Fall weist ein Körper mit beliebiger Drehachse sowohl eine statische als auch eine dynamische Unwucht auf. Die Unwucht kann eindeutig in einen statischen und einen dynamischen Anteil zerlegt werden. Der statische Anteil führt zu einer umlaufenden, resultierenden Kraft, der dynamische zu einem umlaufenden, resultierenden Drehmoment. Sowohl resultierende Kraft als auch resultierendes Drehmoment nehmen quadratisch mit der Drehzahl zu.
Erfindungsgemäss ist das Gegengewicht so angepasst, dass es sowohl eine statische als auch eine dynamische Unwucht auf die Antriebsachse ausgleicht. Dabei stellt das Gegengewicht vorteilhafterweise das einzige Gegengewicht an dem Antriebselement dar. Insbesondere befindet sich auf der dem Tablar gegenüberliegenden Seite des Antriebselements kein weiteres Gegengewicht. Dies ist ein Unterschied zu herkömmlichen Unwuchtausgleichen bei Schüttlern: Mit einem Gegengewicht wird herkömmlicherweise nur die statische Unwucht ausgeglichen, während für den Ausgleich der dynamischen Unwucht ein weiteres Gegengewicht benötigt würde.
Die Vorrichtung mit dem Gegengewicht, das sowohl eine statische als auch eine dynamische Unwucht auf die Antriebsachse ausgleicht, hat mehrere Vorteile: Einerseits lässt sich damit das resultierende Drehmoment auf die Antriebsachse und insbesondere auf deren Lagerung vermeiden. Dadurch entstehen gerade bei hohen Schüttelfrequenzen (von insbesondere 1000 rpm und mehr) weniger Lärmemissionen und weniger Verschleiss, sodass die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht wird. Andererseits lässt sich die Vorrichtung mit dem (einzigen) Gegengewicht kompakt bauen, was insbesondere für Schüttler mit mehreren Tablaren übereinander von Vorteil ist. Ausserdem lassen sich hohe Schüttelfrequenzen, insbesondere von mehr als 1000, 1500, 2000 oder 2500 rpm, mit dem beschriebenen Gegengewicht überhaupt erst erreichen. Dies wiederum führt zu einer besseren Durchmischung der geschüttelten Proben sowie einem schnelleren Sauerstoff-Transfer von der Gasphase in die Flüssigphase, wodurch ein gutes Wachstum von Zellkulturen in den Proben ermöglicht wird. Gegengewicht
Zum Ausgleichen der statischen und dynamischen Unwucht befindet sich ein Schwerpunkt des Gegengewichts bezogen auf die Antriebsachse des Antriebselements gegenüber der Tablarwelle. Da über die Tablarwelle das Gewicht des Tablars samt Beladung exzentrisch auf das Antriebselement einwirkt, ist das Gegengewicht so an dem Antriebselement angebracht, dass der Schwerpunkt des Gegengewichts in Bezug auf die Antriebsachse der Tablarwelle gegenüber liegt. Insbesondere läuft der Schwerpunkt des Gegengewichts wie auch die Tablarwelle bei einer Rotation des Antriebselements um die Antriebsachse um. Bei geeigneter Wahl von Masse und Schwerpunkt des Gegengewichts kann dadurch die statische Unwucht ausgeglichen werden.
Ausserdem befinden sich der Schwerpunkt des Gegengewichts und ein Schwerpunkt des Tablars samt Tablarwelle und definierter Beladung in derselben, orthogonal zur Antriebsachse verlaufenden Ebene. Dadurch wird das Auftreten einer dynamischen Unwucht vermieden.
Weiterhin ist bei Rotation des Antriebselements um die Antriebsachse ein erstes Drehmoment, das durch das Tablar samt Tablarwelle und definierter Beladung auf die Antriebsachse ausgeübt wird, betragsgleich und entgegengesetzt gerichtet zu einem zweiten Drehmoment, das durch das Gegengewicht auf die Antriebsachse ausgeübt wird. So können wiederum eine statische und eine dynamische Unwucht auf das Antriebselement vermieden werden.
In einer Ausführungsform weist das Tablar im Bereich der Tablarwelle eine Ausstülpung auf, innerhalb derer sich das Gegengewicht zumindest teilweise befindet. Insbesondere befindet sich der Schwerpunkt des Gegengewichts innerhalb der Ausstülpung. Dies hat den Vorteil, dass das Gegengewicht wie auch die weiteren Bauteile, z.B. Tablarwelle und Antriebselement, durch das Tablar vor Verschmutzung, z.B. übergelaufene oder verspritzte Proben, geschützt sind. Dadurch wird ein Reinigen der Vorrichtung nach Verschmutzung vereinfacht. Gleichzeitig kann durch die Ausstülpung und spezifische Anordnung des Gegengewichts erreicht werden, dass der Schwerpunkt des Gegengewichts und der Schwerpunkt von Tablar samt Tablarwelle und definierter Beladung (wie oben beschrieben) in derselben Ebene liegen.
Vorteilhafterweise weist das Gegengewicht eine Masse zwischen 0.1 und 1 kg, insbesondere zwischen 0.5 und 0.9 kg, auf. Ausserdem kann das Gegengewicht aus Metall, insbesondere aus Gusseisen oder rostfreiem Stahl, hergestellt sein. Ein solches Gegengewicht lässt sich aufgrund seiner hohen Dichte kompakt dimensionieren und platzsparend in der Ausstülpung anbringen. Ausserdem braucht ein solches Gegengewicht nur um einige Zentimeter, insbesondere zwischen 1 und 5 cm, z.B. zwischen 2 und 3 cm, beabstandet zur Antriebsachse angebracht werden, um z.B. eine Unwucht bei den oben genannten vorteilhaften Exzentritäten zwischen 0.5 und 3 mm, insbesondere zwischen 1 und 2 mm, und einer Beladung des Tablars von z.B. 15, 20 oder 25 kg auszugleichen.
In einer Ausführungsform weist das Tablar eine rechteckige Form auf. Dies erlaubt eine platzsparende Beladung des Tablars mit typischen Gefässen und Gefässhaltern. Insbesondere kann das Tablar eine Länge zwischen 50 und 100 cm und/oder eine Breite zwischen 30 und 70 cm aufweisen. Ein solches Tablar eignet sich sowohl für einen Tischschüttler, der als eigenständiges Gerät z.B. auf einem Labortisch platziert wird, als auch für einen Mehrfachschüttler mit mehreren Tablaren übereinandern, die z.B. von einem Gehäuse umschlossen sind.
Rotationssicherung des Tablars
Vorteilhafterweise ist das Tablar gegen Rotation gegenüber dem Träger gesichert, um die erwünschte Orbitalbewegung zu erzeugen. Ansonsten würde das Tablar bei Rotation des Antriebselements ebenfalls um die Antriebsachse rotieren. Gewünscht ist für den Schüttel vorgang aber eine Orbitalbewegung, also eine Translation des Tablars samt Beladung auf einer kreisförmigen Bahn, die insbesondere durch die Exzentrizität der Lagerung der Tablarwelle am Antriebselement gegeben ist. Eine solche Translation kann auf verschiedene Arten erreicht werden.
In einer Ausführungsform weist das Antriebselement eine erste Riemenscheibe zum Antreiben über einen Riemen auf. Ausserdem umfasst die Vorrichtung ein zweites Antriebselement und eine zweite Tablarwelle, die mit dem Tablar verbunden und exzentrisch an dem zweiten Antriebselement gelagert ist. Auch an dem zweiten Antriebselement ist ein Gegengewicht zum Ausgleichen der Unwucht befestigt wie oben beschrieben. Insbesondere befindet sich ein Schwerpunkt des zweiten Gegengewichts bezogen auf die zweite Antriebsachse des zweiten Antriebselements gegenüber der zweiten Tablarwelle. Ausserdem befinden sich der Schwerpunkt des zweiten Gegengewichts und der Schwerpunkt des Tablars samt zweiter Tablarwelle und definierter Beladung in derselben, orthogonal zur zweiten Antriebsachse verlaufenden Ebene. Weiterhin ist bei Rotation des zweiten Antriebselements um die zweite Antriebsachse ein drittes Drehmoment, das durch das Tablar samt zweiter Tablarwelle und definierter Beladung auf die zweite Antriebsachse ausgeübt wird, betragsgleich und entgegengesetzt gerichtet ist zu einem vierten Drehmoment, das durch das zweite Gegengewicht auf die zweite Antriebsachse ausgeübt wird. Vorteilhafterweise umfasst das zweite Antriebselement eine zweite Riemenscheibe, welche über einen Zahnriemen mit der ersten Riemenscheibe verbunden ist und so angetrieben wird. Vorteilhafterweise ist das Tablar an dem zweiten Antriebselement mit der gleichen Exzentrizität gelagert ist wie an dem Antriebselement samt erster Riemenscheibe, sodass das Tablar durch den synchronen Antrieb von erster und zweiter Riemenscheibe gegen Rotation gesichert wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mit erster und zweiter Riemenscheibe, erster und zweiter Tablarwelle und erstem und zweitem Antriebselement umfasst das Tablar einen ersten Tablarteil und einen zweiten Tablarteil. Die erste und zweite Tablarwelle sind, insbesondere fest, mit dem ersten bzw. zweiten Tablarteil verbunden und exzentrisch an dem ersten bzw. zweiten Antriebselement gelagert. Zur Verhinderung einer Rotation des Tablars sind der erste und der zweite Tablarteil durch eine Linearführung miteinander verbunden. Eine solche Linearführung ist insbesondere dazu eingerichtet, dass sich der erste und der zweite Tablarteil zwar entlang einer Achse der Linearführung gegeneinander verschieben, aber nicht gegeneinander verdrehen können. In anderen Worten beschränkt die Linearführung alle Freiheitsgrade der Tablarteile zueinander mit Ausnahme eines Translationsfreiheitsgrads entlang der Achse der Linearführung. Die Ausführungsform mit zwei Tablarteilen, die mit einer Linearführung verbunden sind, hat den Vorteil, dass schädliche Kräfte auf die Lagerung der Tablarwellen, die z.B. durch eine Wärmeausdehnung eines einstückigen Tablars bewirkt werden, verhindert werden. Damit lassen sich wiederum höhere Schüttelfrequenzen, eine längere Betriebsdauer sowie ein ruhigerer Lauf des Schüttlers erzielen.
Alternativ kann eine Rotation des Tablars auch dadurch verhindert werden, dass die Vorrichtung zusätzlich flexible Elemente und/oder Gelenkelemente umfasst, die am Träger oder an einem mit dem Träger verbundenen Gehäuse angebracht sind und eingerichtet sind, das Tablar zu führen. Vorteilhafterweise greifen die flexiblen Elemente und/oder Gelenkelemente in einem Randbereich des Tablars an.
Gehäuse
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich ein öffenbares Gehäuse, wobei sich das Tablar, die Tablarwelle, das Antriebselement und der Träger in einem Innenraum innerhalb des Gehäuses befinden. Das Gehäuse kann einerseits dem Abschluss von Tablar und Proben von einer Umgebung der Vorrichtung dienen, z.B. um Verschmutzung der Umgebung durch Verspritzen von Flüssigkeit zu vermeiden. Andererseits kann das Gehäuse zur Klimatisierung des Innenraums eingerichtet sein. Dazu kann die Vorrichtung ein Klimasteuerelement umfassen, das eingerichtet ist zum Steuern von Temperatur und/oder Feuchtigkeit im Innenraum des Gehäuses. Zu diesem Zweck und insbesondere um ideale Umgebungsbedingungen für die Proben zu schaffen, kann das Klimasteuerelement z.B. einen Heizer, einen Kühler, einen Befeuchter und/oder einen Entfeuchter umfassen, der an dem Gehäuse angebracht sein kann. Zum öffenbaren Verschliessen des Gehäuses und damit zum Aufrechterhalten der idealen Umgebungsbedingungen umfasst das Gehäuse vorteilhafterweise eine Tür, z.B. eine schwenkbare Tür, insbesondere an einer Vorderseite des Gehäuses.
Mehrere Tablare
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens ein weiteres Tablar samt weiterer Tablarwelle, weiterem Antriebselement, weiterem Gegengewicht und weiterem Träger im Innenraum des Gehäuses. Insbesondere kann die Vorrichtung mindestens fünf weitere Tablare, samt weiteren Tablarwellen, weiteren Antriebselementen, weiteren Gegengewichten und weiteren Trägern im Innenraum des Gehäuses umfassen. Dadurch wird die Kapazität der Vorrichtung, also insbesondere eine Anzahl gleichzeitig schüttelbarer Proben, erhöht. Vorteilhafterweise sind das Antriebselement sowie das mindestens eine weitere Antriebselement bzw. die mindestens fünf weiteren Antriebselemente über eine Hauptantriebswelle antreibbar. Durch den gemeinsamen Antrieb über die Hauptantriebswelle wird eine kompakte Bauweise mit einfacher Wartbarkeit erreicht.
Um eine Unwucht im Falle mehrerer Tablare zu vermeiden, ist es von Vorteil, dass eine Winkelposition einer Lagerung der weiteren Tablarwelle an dem weiteren Antriebselement abweicht von einer Winkelposition der Lagerung der Tablarwelle an dem Antriebselement. Ansonsten könnte, besonders bei schwerer Beladung der Tablare, eine Unwucht auf die Hauptantriebswelle wirken und die gesamte Vorrichtung zu Vibrationen anregen.
Dies kann insbesondere vermieden werden, indem sich die Winkelposition der Lagerungen der verschiedenen Tablarwellen zueinander um 360°/N unterscheiden, wobei N die Anzahl der Tablare in der Vorrichtung ist. Dadurch wird eine Unwucht auf die Hauptantriebswelle ausgeglichen. Antrieb
In einer Ausführungsform umfasst der Antrieb einen Motor, z.B. einen Elektromotor, zum Antreiben des Antriebselements und, wenn vorhanden, des mindestens einen weiteren Antriebselements. Der Motor kann insbesondere über ein Getriebe an die Hauptantriebswelle gekoppelt sein.
Vorteilhafterweise ist der Motor ausserhalb des Gehäuses angebracht, wenn ein solches vorhanden ist. Die Anbringung des Motors ausserhalb des Gehäuses hat den Vorteil, dass Wärme, welche beim Betrieb des Motors entsteht, nicht in den Innenraum des Gehäuses eingebracht wird. Für viele Anwendungen bzw. Proben ist eine Steuerung von Temperatur und/oder Feuchte, z.B. durch eine Klimasteuerung wie oben beschrieben, wünschenswert. Dabei wird insbesondere die Feuchtigkeit nahe des Taupunkts gehalten, insbesondere bei einer relativen Feuchte zwischen 80% und 100%. Wenn der Innenraum nun aber gleichzeitig gekühlt werden muss, z.B. wegen des Eintrags von Wärme durch einen Motor im Innenraum, erreicht die Feuchte lokal an der Klimasteuerung bzw. am Kühler 100% und kondensiert aus. Ein Kondensieren ist wiederum unerwünscht, weil dadurch eine unkontrollierte Vermehrung von Fremdkeimen auftreten kann, was schädlich für die Proben sein kann. Insbesondere soll der Innenraum des Gehäuses thermisch von dem Motor entkoppelt sein. Dieses Problem wird durch einen ausserhalb des Gehäuses angebrachten Motor gelöst.
Insbesondere kann der Motor an einer Unterseite des Gehäuses angebracht sein. Dies setzt einen Schwerpunkt der Vorrichtung herunter und erhöht somit die Standfestigkeit der Vorrichtung, insbesondere bei hohen Schüttelfrequenzen. Dabei ist die Hauptantriebswelle vorteilhafterweise durch eine Öffnung in der Unterseite des Gehäuses hindurchgeführt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Ausführungsformen, wo technisch sinnvoll, auch kombiniert werden können, wodurch synergistische Effekte und weitere Vorteile erreicht werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen: Fig. la eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Schütteln von Proben gemäss einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 1b eine Draufsicht von oben auf die Vorrichtung von Fig. la;
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Schütteln von Proben mit innenliegendem Motor gemäss dem Stand der Technik;
Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Schütteln von Proben mit aussenliegendem Motor gemäss einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mit mehreren Tablaren;
Fig. 5a eine Schemazeichnung einer Vorrichtung zum Schütteln von Proben gemäss dem Stand der Technik, bei der eine statische Unwucht ausgeglichen wird; Fig. 5b eine Schemazeichnung einer Vorrichtung, bei der sowohl eine statische als auch eine dynamische Unwucht ausgeglichen wird;
Fig. 6a einen schematischen Schnitt vertikal durch eine Vorrichtung zum Schütteln von Proben gemäss einer Ausführungsform; Fig. 6b eine Detailansicht des Bereichs C von Fig. 6a.
Fig. 7 einen horizontalen Schnitt bzw. eine Draufsicht von oben auf ein Tablar und ein Gegengewicht gemäss einer Ausführungsform der Erfindung;
Figs. 8a, 8b und 8c Schemazeichnungen einer flüssigen Probe in einem Gefäss bei anwachsender Schüttelfrequenzen;
Fig. 9 einen schematischen Schnitt durch ein Lager, mit dem das Tablar gemäss einer Ausführungsform an der Hauptantriebswelle gelagert ist;
Fig. 10a eine perspektivische Ansicht eines schwenkbaren Tablars mit einer Verrastung, welche in Fig. 10b vergrössert dargestellt ist, gemäss einer Ausführungsform;
Figs. 11a, 11b und 11c eine Ausführungsform mit geteiltem Tablar in einer perspektivischen Ansicht (Fig. 11a), einem schematischen horizontalen Schnitt (Fig. 11b) und einem schematischen vertikalen Schnitt (Fig. 11c).
Wege zur Ausführung der Erfindung
Figs, la und 1b zeigen eine Vorrichtung zum Schütteln von Proben, einen sogenannten Schüttler, gemäss einer Ausführungsform. Dabei ist Fig. la eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung, während Fig. 1b eine Draufsicht von oben wiedergibt. Die Vorrichtung umfasst ein Tablar 11, das dazu eingerichtet ist, mit Proben beladen zu werden. Das Tablar 11 ist auf einem Träger 12 (in Figs, la und 1b nicht sichtbar) gelagert und wird von diesem gestützt. Der Träger 12 und mit ihm das Tablar 11 sind um eine Hauptantriebswelle 13 schwenkbar. Zu diesem Zweck ist der Träger 12 über ein Lager 13a, z.B. ein Kugellager, mit der Hauptantriebswelle 13 verbunden. Ausserdem weist das Tablar 11 an seinem Randbereich eine Öffnung 11a auf, durch weiche die Hauptantriebswelle 13 hindurchtritt. Die Öffnung 11a ist dabei abhängig von der Exzentrizität der Lagerung des Tablars, insbesondere von der Auslenkung der Schüttelbewegung, grösser als ein Durchmesser der Hauptantriebswelle 13.
Das Tablar 11 umfasst mit Vorteil zumindest an seiner Oberseite, also der den Proben zugewandten Seite, eine leicht zu reinigende Oberfläche, z.B. aus Metall. Dies ermöglicht einen sterilen Betrieb der Vorrichtung. Weiterhin kann das Tablar 11 eine Standardgrösse von 850 mm x 470 mm aufweisen.
Das Tablar 11 im eingeklappten Zustand 11 ‘ sowie zumindest ein Teil der Hauptantriebswelle 13 können von einem Gehäuse 14 umschlossen sein, das zum Öffnen und Verschliessen eine Tür 14a umfasst. Das Gehäuse 14 erfüllt im Allgemeinen mehrere Funktionen: Zum einen bildet es einen ortsfesten Rahmen, der, z.B. über Füsse 14b, auf einem Tisch, in einem Labor oder allgemein auf einer Unterlage platziert werden kann. Die Schüttelbewegung des Tablars geschieht relativ zu diesem ortsfesten Rahmen. Zum zweiten bietet das Gehäuse einen Schutz der Umgebung der Vorrichtung, z.B. vor Verspritzen oder Überlaufen von Proben oder vor Dämpfen, was insbesondere bei schädlichen Proben oder in einem sterilen Labor wünschenswert ist. Zum dritten können in einem Innenraum des Gehäuses kontrollierte Bedingungen, z.B. in Bezug auf Temperatur und/oder Feuchtigkeit, eingestellt werden, wie es für viele Proben vorteilhaft ist. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung eine Klimasteuerung für den Innenraum umfassen (wie oben beschrieben, in Figs, la und 1b nicht gezeigt).
In Figs, la und 1b ist das Tablar in zwei Positionen gezeigt: einerseits (mit 11 bezeichnet) aus dem Gehäuse 14 herausgeschwenkt, andererseits (gestrichelt, mit 11 ‘ bezeichnet) im Gehäuse eingeschwenkt in betriebsbereitem Zustand. In der Figur beträgt der Winkel zwischen den beiden Positionen 90°. Im Allgemeinen ist aber bereits ein Winkel von mindestens 45° vorteilhaft, da er die Zugänglichkeit des Tablars 11 und des Innenraums des Gehäuses 14 verbessert.
Weiterhin ist in Figs, la und 1b erkennbar, dass eine Anbringung der Hauptantriebswelle 13 im Randbereich oder gar Eckbereichs des Tablars, insbesondere weniger als 20% einer Länge und/oder Breite des Tablars von einem Rand des Tablars entfernt, vorteilhaft ist für die Schwenkbarkeit und Zugänglichkeit des Tablars. Alternativ kann der gleiche Vorteil dadurch erreicht werden, dass die Hauptantriebswelle 13 ausserhalb des Tablars 11 nahe dessen Randbereich verläuft, insbesondere weniger als 20% der Länge oder Breite des Tablars vom Rand des Tablars entfernt (nicht gezeigt in Figs, la und 1b). In diesem Fall ist die Öffnung 11a im Tablar 11 überflüssig und der Träger 12 ragt in horizontaler Richtung über das Tablar 11 hinaus. Im Allgemeinen verbessert die Schwenkbarkeit des Tablars aus dem Gehäuse heraus die Zugänglichkeit der Proben. Insbesondere ermöglicht ein schwenkbares Tablar eine Automatisierung des Befüll- und Entnahmeprozesses der Proben, da z.B. ein Roboterarm die Vorrichtung einfacher computergesteuert bedienen kann.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen Schüttler gemäss dem Stand der Technik. Ein Tablar 21 wird von einem Motor 25 angetrieben, welcher sich innerhalb eines Gehäuses 24 befindet. Die Anordnung des Motors 25 im Innenraum des Gehäuses 24 hat den Nachteil, dass Wärme, die vom Motor 25 generiert wird, direkt den Innenraum und damit darin befindliche Proben erwärmt. Für einige Proben ist es allerdings erforderlich, den Innenraum zu klimatisieren, insbesondere Temperatur und/oder Feuchtigkeit zu steuern, z.B. über eine Klimasteuerung 26. Wie oben beschrieben, kann dies zum Kondensieren von Feuchtigkeit im Innenraum, insbesondere an der Klimasteuerung 26 bzw. dem Kühler, führen, was wiederum die Proben beschädigen kann. Ein innenliegender Motor 25 trägt zu diesem Problem bei, da dem Innenraum die durch den Motor 25 generierte Wärme durch die Klimasteuerung 26 wieder entzogen werden muss.
Fig. 3 illustriert mit einem schematischen Schnitt durch einen Schüttler einen weiteren Aspekt der Erfindung. Im Gegensatz zu Fig. 2 (Stand der Technik) ist das Tablar 31 hier über eine Hauptantriebswelle 33 von einem Motor 35 antreibbar, welcher ausserhalb des Gehäuses 34 angebracht ist. Die Hauptantriebswelle 33 verläuft orthogonal zum Tablar 31 und zum grösseren Teil innerhalb des Gehäuses 34, während ein kleinerer Teil der Hauptantriebswelle 33 ausserhalb des Gehäuses verläuft. Die Anbringung des Motors 35 unterhalb des Gehäuses 34 ist im Hinblick auf einen tiefen Schwerpunkt der Vorrichtung vorteilhaft.
Ein ausserhalb des Gehäuses angebrachter Motor, insbesondere wie in Fig. 3, hat allgemein den Vorteil, dass die vom Motor erzeugte Wärme nicht in den Innenraum des Gehäuses eingebracht wird und diesen damit nicht erwärmt. Dadurch ist weniger Kühlleistung erforderlich, um den Innenraum auf einer konstanten Temperatur zu halten. So kondensiert im Innenraum, z.B. lokal an der Klimasteuerung bzw. dem Kühler, auch weniger Feuchtigkeit aus, welche für die Proben schädlich sein könnte. Dies erleichtert das Schaffen kontrollierter Umgebungsbedingungen im Innenraum, insbesondere einer konstanten Temperatur und einer hohen Feuchtigkeit, z.B. zwischen 80% und 100% relativer Feuchte ohne Kondensat.
Fig. 4 illustriert einen Schüttler mit mehreren, insbesondere sechs, Tablaren 41, die in einem Gehäuse 44 mit Tür 44a von einer einzigen Hauptantriebswelle 43 antreibbar sind. So sind alle Tablare 41 von einem Motor (nicht gezeigt in Fig. 4) antreibbar, der wiederum ausserhalb des möglicherweise klimatisierten Innenraums des Gehäuses 44 angebracht sein kann, wie oben beschrieben. Vorteilhafterweise verläuft die Hauptantriebswelle 43 für eine optimale Schwenkbarkeit der Tablare 41 wiederum im Randbereich, insbesondere im Eckbereich, durch die Tablare 41 hindurch.
Fig. 5a zeigt anhand einer Prinzipskizze, wie eine statische Unwucht bei einem herkömmlichen Schüttler (wie im Abschnitt „Hintergrund“ oben genannt) ausgeglichen werden kann. Ein Tablar 51 mit einer Beladung 59, umfassend z.B. Proben, Gefässe und Gefässhalter, ist über eine Tablarwelle 57 exzentrisch an einem Antriebselement, z.B. einer Hohlwelle, gelagert. Die Lagerung 57a der Tablarwelle 57 am Antriebselement liegt nicht auf der Antriebsachse 52b, um die das Antriebselement aufgrund seiner Lagerung 52a an einem Träger 52 rotiert. Vielmehr ist die Lagerung 57a aufgrund der Exzentrizität um den ersten Radius rl von der Antriebsachse 52b beabstandet. Die Masse von Tablar 51, Beladung 59 und Tablarwelle 57 stellt daher eine Unwuchtmasse ul dar, die zur Unwucht Ul = ul*rl führt.
Gemäss dem Stand der Technik wird zum Ausgleichen der statischen Unwucht Ul ein Gegengewicht 56a so an dem Antriebselement angebracht, dass der Schwerpunkt SP2 des Gegengewichts 56a dem Schwerpunkt SP1 der Unwuchtmasse ul in Bezug auf die Antriebsachse 52b gegenüber liegt. Dabei wird das Gegengewicht 56a z.B. in Richtung der Antriebsachse 52b zwischen dem Schwerpunkt SP1 und der Lagerung 52a des Antriebselements angebracht. Wenn die Unwucht U2 = u2*r2 des Gegengewichts 56a, mit Masse u2 des Gegengewichts und Abstand r2 des Schwerpunkts SP2 von der Antriebsachse 52b, gleich gross ist wie die Unwucht Ul = U2, wird die statische Unwucht gerade ausgeglichen. Mit anderen Worten würde sich das Antriebselement bei waagerechter Antriebsachse 52b aus einer beliebigen Anfangsstellung nicht ohne Einwirkung einer äusseren Kraft drehen.
Die Anordnung mit Gegengewicht 56a gemäss Fig. 5a weist aber weiterhin eine dynamische Unwucht auf, da die Unwuchten Ul und U2 in Richtung der Antriebsachse 52b um den Achsabstand 1 zueinander versetzt sind. Bei einer Rotation des Antriebselements (samt Tablar 51, Beladung 59, Tablarwelle 57 und Gegengewicht 56a) wirken Kräfte Fl = Ul*co2 und F2 = U2*co2, siehe die dicken Pfeile in Fig. 5a, wobei co die Kreisfrequenz ist. Mit U = Ul = U2 und entgegengesetzten Richtungen der Kräfte Fl und F2, F = Fl = -F2, bewirken dies Kräfte ein Drehmoment M = Fl *1/2 - F2*l/2 = 1*F = l*U*co2 senkrecht zur Antriebsachse 52b, das mit der Antriebsachse rotiert. Damit ergibt sich bei idealem Ausgleich der statischen Unwucht ein Deviationsmoment D = u*l*r = U*l.
Fig. 5b zeigt eine Prinzipskizze, wie durch ein zusätzliches Gegengewicht 56b auch die dynamische Unwucht ausgeglichen werden kann. Zu diesem Zweck ist das zusätzliche Gegengewicht 56b in Richtung der Antriebsachse 52b auf der anderen Seite der Lagerung 52a angebracht wie das Tablar 51 samt Beladung 59 und Tablarwelle 57 sowie das Gegengewicht 56a. Ausserdem ist das zusätzliche Gegengewicht 56b mit Masse u3, Schwerpunkt SP3 und Achsabstand r3 des Schwerpunkts SP3 in Bezug auf die Antriebsachse 52b auf der gleichen Seite angebracht wie der Schwerpunkt SP1, also auf der gegenüberliegenden Seite zu Schwerpunkt SP2. Dadurch wirkt bei einer Rotation um die Antriebsachse analog zu oben zusätzlich eine Kraft F3.
Auf diese Weise kann bei geeigneter Wahl von u3 und r3 zusätzlich zur statischen auch die dynamische Unwucht auf die Antriebsachse 52b ausgeglichen werden. Damit werden schädliche Kräfte und ein Verschleiss des Lagers 52a vermieden. Nachteilig an der Anordnung gemäss Fig. 5b ist aber die Notwendigkeit, zwei Gegengewichte 56a und 56b vorzusehen, was eine platzsparende Konstruktion verhindert.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich daher auf eine platzsparende Anordnung eines Gegengewichts, die sowohl die statische als auch die dynamische Unwucht ausgleicht. Eine solche Anordnung ist unten in Bezug auf Fig. 6b beschrieben.
Figs. 6a und 6b fokussieren auf den mechanischen Aspekt, wie ein Tablar 61 über einen Träger 62 mit einem Lager 63a an der Hauptantriebswelle 63 schwenkbar befestigt ist (Fig. 6a), sowie Details zum Antrieb des Tablars 61 über ein Antriebselement 66 mit Gegengewicht 66a (Fig. 6b). Prinzipiell sind die beschriebenen Mechanismen auch auf mehrere Tablare anwendbar, z.B. auf den Schüttler nach Fig. 4. Das Tablar 61 ist dazu eingerichtet, mit einer oder mehreren Proben 69, z.B. in Mikrotiterplatten, beladen zu werden, die geschüttelt werden sollen. Hierfür weist das Tablar 61 bevorzugt Befestigungselemente, z.B. für einen Gefässständer, auf, um die Proben 69 bzw. Gefässe, insbesondere Mikrotiterplatten, während des Schüttelvorgangs relativ zum Tablar 61 ortsfest zu halten.
Das Tablar 61 ist über eine fest verbundene Tablarwelle 67 drehbar an dem Antriebselement 66 gelagert. Das Antriebselement 66 ist wiederum an dem Träger 62 drehbar befestigt, welcher an der Hauptantriebswelle 63 über das Lager 63a schwenkbar gelagert ist. Die Lagerung der Tablarwelle 67 in oder an dem Antriebselement 66 ist exzentrisch, die Drehachse der Tablarwelle 67 fällt also nicht mit der Drehachse des Antriebselements 66 zusammen. Durch diese Exzentrizität der Tablarwelle 67 entsteht bei Rotation des Antriebselements 66 eine Kreisbewegung, auf der das Tablar 61 umläuft, und somit das gewünschte Schütteln des Tablars 61 samt Proben 69.
Optional wird das Tablar 61 im eingeschwenkten Zustand von einem Gehäuse 64 umschlossen, welches wie oben beschrieben als Verspritzschutz und/oder zur Klimatisierung der Proben dient. Die Hauptantriebswelle 63 verläuft, insbesondere vertikal, also in Richtung der Schwerkraft, durch das Gehäuse 64 hindurch und ist an diesem frei drehbar gelagert. Weiterhin ist ein Motor 65 zum Antreiben der Hauptantriebswelle 63, bevorzugt aussen, am Gehäuse 64 befestigt.
Ausserdem kann das Gehäuse 64 (wie bereits in Bezug auf Fig. la beschrieben) Füsse 64b umfassen, die dazu eingerichtet sind, das Gewicht der Vorrichtung zu tragen. Im Allgemeinen können die Füsse auch für eine Befestigung an einer Unterlage, z.B. an einem Labortisch, eingerichtet sein.
Fig. 6b ist eine vergrösserte Ansicht von Ausschnitt C in Fig. 6a.
Das Tablar 61, das mit Proben 69 z.B. in einer Mikrotiterplatte bestückt werden kann, ist über die Tablarwelle 67 drehbar an dem Antriebselement 66 gelagert. Das Antriebselement 66 umfasst bevorzugt eine Riemenscheibe, die über einen Riemen 68 von der Hauptantriebswelle angetrieben wird. Dazu ist an der Hauptantriebswelle eine zweite Riemenscheibe angebracht und der Riemen 68 ist über die beiden Riemenscheiben gespannt. Vorteilhafterweise ist das Tablar 61 auch an der zweiten Riemenscheibe in gleicher Weise exzentrisch gelagert wie an der ersten Riemenscheibe am Antriebselement 66. Dies stellt eine Verdrehsicherung für das Tablar 71 dar, da seine Bewegungsfreiheit damit auf eine kreisförmige Translation eingeschränkt wird. Ausserdem kann das Tablar zur Verdrehsicherung, wie oben beschrieben, zwei Tablarteile umfassen, die miteinander z.B. durch eine Linearführung verbunden sind. Im Allgemeinen ist es (wie oben beschrieben) vorteilhaft, Unwuchten, die an rotierenden Bauteilen der Vorrichtung auftreten, auszugleichen. Dies betrifft neben der Hauptantriebswelle, vgl. oben den Abschnitt „Mehrere Tablare“, vor allem auch das Antriebselement 66. Insbesondere bei hohen Schüttelfrequenzen und daher Drehzahlen, z.B. von über 1000 rpm, über 1500 rpm oder gar über 2000 rpm, wie sie die Vorrichtung erreichen kann, führt eine Unwucht sonst zu Vibrationen, zu erhöhtem Verschleiss der Lager und Lagerungen sowie zu übermässiger Lärmentwicklung.
Fig. 6b zeigt eine Anordnung eines Gegengewichts 66a an dem Antriebselement 66, welche besonders einfach und wirkungsvoll eine Unwucht ausgleicht, die durch die exzentrische Lagerung des Tablars 61 (mit Proben 69 und Tablarwelle 67) an dem Antriebselement 66 hervorgerufen wird. Dabei befindet sich der Schwerpunkt SP2 des Gegengewichts 66a in der gleichen, orthogonal zur Drehachse des Antriebselements 66 verlaufenden Ebene wie der Schwerpunkt SP1 des Tablars 61 samt der vorgesehenen Beladung mit Proben 69 und der Tablarwelle 67.
Im Allgemeinen gilt: Dadurch dass die beiden Schwerpunkte SP1 und SP2 in der gleichen Ebene orthogonal zur Drehachse des Antriebselements 66 liegen, ist der oben (zu Fig. 5a) definierte Achsabstand 1=0. Die beiden bei einer Rotation um die Drehachse auftretenden Kräfte Fl und F2 greifen also im gleichen Punkt an der Drehachse an. Somit gibt es kein Deviationsmoment D = U*1 = 0 und das Auftreten einer dynamischen Unwucht wird per Design verhindert. Wenn zusätzlich die Bedingung zum Ausgleich einer statischen Unwucht (wie oben zu Fig. 5a beschrieben) erfüllt ist, nämlich Ul = U2, wird auch diese vermieden.
Für das Ausgleichen der Unwucht in der Praxis gilt die obige Bedingung insbesondere als erfüllt, wenn die Unwuchten Ul und U2 von Tablar 61 samt Beladung 69 und Tablarwelle 67 einerseits und vom Gegengewicht 66a andererseits um höchstens 25% voneinander abweichen. In Bezug auf den Achsabstand 1, also den Abstand der Schwerpunkte SP1 und SP2 in Richtung der Drehachse, gilt die obige Bedingung insbesondere als erfüllt, wenn der Achsabstand 1 höchstens 1 cm beträgt. Diese Toleranzen erlauben, dass die Unwucht auf das Antriebselement 66 in der Praxis auch bei kleineren Abweichungen, z.B. in Bezug auf Masse oder Massenverteilung, von der definierten Beladung ausreichend ausgeglichen wird.
Dies kann gemäss Fig. 6b so gelöst werden, dass das Tablar 61 eine Ausstülpung 61a nach oben umfasst, unter welcher sich zumindest ein Teil des Gegengewichts 66a befindet. Die Drehmomente, die bei Rotation des Antriebselements 66 um die Drehachse durch SP1 und SP2 ausgeübt werden, sollen sich im Allgemeinen gerade aufheben. Mit der gezeigten Anordnung lassen sich sowohl eine statische als auch eine dynamische Unwucht ausgleichen. Dies ermöglicht es, mit einem platzsparenden Aufbau hohe Schüttelfrequenzen von über 1000 rpm, insbesondere über 1500 rpm oder über 2000 rpm, zu erreichen. Gleichzeitig ermöglicht dies aufgrund der Vermeidung von erhöhtem Verschleiss eine lange Lebensdauer und einen Dauerbetrieb des Schüttlers.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht von oben auf bzw. einen horizontalen Schnitt durch ein Tablar 91 mit Gegengewicht 96a. Auf dem Tablar 91 sind z.B. mittels Gefässhaltern zwei Mikrotiterplatten mit einer Vielzahl von Proben 99 angebracht. Wie oben im Zusammenhang mit Fig. 6b beschrieben, ist das Gegengewicht 96a an dem Antriebselement 96 angebracht, sodass besonders einfach und wirkungsvoll eine Unwucht ausgeglichen wird, die durch die exzentrische Lagerung des Tablars 91 (mit Proben 99) an dem Antriebselement 96 hervorgerufen wird. Wie gezeigt kann das Gegengewicht 96a z.B. mit Schrauben an dem Antriebselement 96 befestigt sein. Wiederum befindet sich der Schwerpunkt des Gegengewichts 96a in der gleichen, orthogonal zur Drehachse des Antriebselements 96 verlaufenden Ebene wie der Schwerpunkt des Tablars 91 samt der vorgesehenen Beladung mit Proben 99.
Vorteilhafterweise umfasst das Gegengewicht 96a eine Öffnung, durch welche die Tablarwelle 97 hindurch verläuft. Ausserdem kann das Gegengewicht 96a in der Draufsicht von oben vorteilhafterweise ähnlich einem Kreissektor geformt sein. Beide Ausgestaltungen ermöglichen ein möglichst grosses Volumen und damit eine möglichst grosse Masse des Gegengewichts 96a, wobei das Gegengewicht 96a dennoch mit dem Antriebselement 96 in der Ausstülpung des Tablars 91 umlaufen kann. Dadurch wird der für die Proben 99 auf dem Tablar 91 verfügbare Platz maximiert.
Figs. 8a, 8b und 8c illustrieren den Effekt verschiedener Schüttelfrequenzen nl, n2 bzw. n3 auf eine flüssige Probe, die sich in einem Gefäss, z.B. einem Reagenzglas oder einer Mikrotiterplatte, befindet. Das Probenvolumen V ist in jeder der Abbildungen gleich: VI = V2 = V3.
In Fig. 8a ist die Probe in Ruhe, also Schüttelfrequenz nl = 0. Die Probenflüssigkeit weist eine annähernd ebene und waagrechte Oberfläche auf. Die Probenflüssigkeit füllt das Gefäss dabei bis zu einer Höhe HL Diese Höhe kann als Mass für die Diffusionsstrecke dl genommen werden, welche Sauerstoff aus dem umgebenden Gas in die Probe hinein zurücklegen muss: dl = HL In Fig. 8b wird die Probe mit einer Schüttelfrequenz n2 > 0 geschüttelt, z.B. mit n2 = 1000 rpm. Dabei wird die Flüssigkeit am Gefässrand nach oben gedrückt und es bildet sich ein Meniskus, also eine konkave Oberfläche der Probenflüssigkeit aus. Während die Oberfläche gegenüber der Situation in Fig. 8a zunimmt, nimmt die Diffusionsstrecke d2 = H2-h2 ab: d2 < dl. Beides führt dazu, dass Sauerstoff schneller in die Probe gelangt.
In Fig. 8c wird die Probe noch deutlich schneller geschüttelt, n3 > n2, z.B. mit n3 = 2000 rpm. Die Probenflüssigkeit wird weit am Gefässrand nach oben „gezogen“. Die Oberfläche nimmt infolge des sich verstärkenden Meniskus weiter zu und die Diffusionsstrecke d3 = H3-h3 nimmt weiter ab: d3 < d2. Der Sauerstofftransport in die Probe ist also nochmals verbessert.
Damit ist einer der grossen Vorteile der beschriebenen Vorrichtung gezeigt, welche Schüttelfrequenzen von über 1000 rpm, insbesondere über 1500 rpm oder über 2000 rpm, erreichen kann: Der Sauerstofftransport aus der Gasphase in die Flüssigphase, also in die Probe hinein, wird stark erhöht. Insbesondere lassen sich so Zellen mit einem ähnlichen schnellen Wachstum kultivieren und ähnlich viel Biomasse produzieren wie bei einer Kultivierung in einem Bioreaktor. Mit einer solchen Vorrichtung können also bereits erste Tests bei der Zellkultivierung unter ähnlichen Bedingungen durchgeführt werden wie später im ausgereiften Prozess, insbesondere im Bioreaktor.
Ausserdem zeigen die Figs. 8a, 8b und 8c auf, dass bei höheren Schüttelfrequenzen höhere Gefässe verwendet werden können und entsprechend eine grössere Probenmenge ausreichend durchmischt werden kann. So kann das Probenvolumen mindestens verdoppelt werden, z.B. von 1 ml auf 2 ml pro Einzelprobe in einer Deep Well Platte, und die Proben dennoch ausreichend durchmischt und mit Sauerstoff versorgt werden. Dies macht die Zellkultivierung erheblich zeitsparender und produktiver.
Fig. 9 zeigt, wie ein Tablar 71 über einen Träger 72 an einer Hauptantriebswelle 73 gelagert sein kann. Eine solche Lagerung ist z.B. kompatibel mit den Ausführungsformen der Figs, la/b, 3, 4 und 6a/b. Wie in Figs. 6a/b ist das Tablar 71 exzentrisch an einem Antriebselement (nicht gezeigt) mit erster Riemenscheibe gelagert. Das Antriebselement bzw. die erste Riemenscheibe ist an dem Träger 72 drehbar gelagert und eingerichtet, über den Riemen 78 angetrieben zu werden. Der Riemen 78 verläuft zusätzlich über die zweite Riemenscheibe 75, welche an der Hauptantriebswelle 73 befestigt ist und entsprechend vom Antrieb bzw. Motor über die Hauptantriebswelle 73 angetrieben wird. Der Träger 72, welcher dazu eingerichtet ist, das Gewicht des Tablars 71 samt Beladung mit den Proben abzustützen, ist über ein Lager 73a, z.B. ein Kugellager, an der Hauptantriebswelle 73 gelagert. So kann der Träger 72 ortsfest bleiben, z.B. indem er über eine Verrastung wie in Figs. 10a/b arretiert wird, während die Hauptantriebswelle 73 rotiert. Bevorzugt befindet sich das Lager 73a unterhalb der zweiten Riemenscheibe 75.
Als Option kann der Träger 72 samt Tablar 71 alternativ oder zusätzlich auch oberhalb der zweiten Riemenscheibe 75 über ein zusätzliches Lager 73b an der Hauptantriebswelle 73 gelagert sein. Im Allgemeinen ist darauf zu achten, dass das Tablar für seine kreisförmige Translation, welche durch die exzentrische Lagerung verursacht wird, genügend Spielraum hat. Insbesondere muss eine Öffnung in dem Tablar 71, durch welche die Hauptantriebswelle 73 in einer bevorzugten Ausführungsform hindurchtritt, mindestens um die Exzentrizität der Lagerung grösser sein als der Durchmesser der Hauptantriebswelle 73 bzw. als das zweite Lager 73b, wenn vorhanden.
Mit einem Lager 73a bzw. 73b lassen sich auch mehrere Träger übereinander an einer Hauptantriebswelle 73 schwenkbar anbringen und gleichzeitig antreiben.
Figs. 10a und 10b illustrieren eine Möglichkeit, ein Tablar 81, das (wie z.B. im Zusammenhang mit Figs. 6a/b und 9 beschrieben) über ein Antriebselement (nicht sichtbar) an einem Träger 82 befestigt ist, für den Schüttelvorgang im Gehäuse bzw. an einer Stützstruktur 86 im Gehäuse zu arretieren, sodass es vorübergehend nicht um die Hauptantriebsachse schwenkbar ist. Die Stützstruktur 86 kann dabei Teil des Gehäuses oder ein separates Bauteil sein, das am Gehäuse befestigt ist. Für die Schwenkbarkeit des Tablars 81 ist der Träger 82 wiederum über ein Lager 83a an der Hauptantriebswelle 83 schwenkbar gelagert, siehe z.B. Fig. 9.
Fig. 10b zeigt den Ausschnitt D von Fig. 10a vergrössert. Dabei umfasst ein erstes Arretierelement 82a als Verrastung an oder nahe seinem Hauptan- triebswellen-fernen Ende. Als Gegenstück zum ersten Arretierelement 82a ist an der Stützstruktur 86 ein zweites Arretierelement 82b angebracht. Das erste und zweite Arretierelement 82a und 82b sind insbesondere dazu eingerichtet, bei Kontakt eine lösbare Verbindung herzustellen. Dadurch kann der Träger 82 für den Schüttelvorgang mit der Stützstruktur 86 verbunden und insbesondere ein Schwenken des Trägers 82 um die Hauptantriebswelle 83 verhindert werden. Zusätzlich kann ein Teil des Gewichts von Träger 82 und Tablar 81 samt Proben von der Stützstruktur 86 getragen werden, was eine Belastung des Lagers 83a an der Hauptantriebsachse vermindert.
Im Allgemeinen umfasst die Verrastung z.B. mechanische oder magnetische Komponenten zum lösbaren Verbinden des Trägers 82 mit der Stützstruktur 86. Beispielsweise können die Arretierelemente 82a und 82b Magneten umfassen, welche dazu eingerichtet sind, durch ihre gegenseitige Anziehung den Träger 82 an der Stützstruktur 86 zu arretieren. Alternativ können die Arretierelemente 82a und 82b als Schnappverschluss oder als Klappverschluss ausgebildet sein, bei dem mechanisch eine lösbare Verbindung hergestellt wird.
Figs. 11a, 11b und 11c illustrieren eine Ausführungsform des Schüttlers mit geteiltem Tablar, wodurch eine besonders einfache und zuverlässige Verdrehsicherung für das Tablar erreicht werden kann. Fig. 1 la ist eine perspektivische Ansicht analog zu Fig. la; Fig. 11b ist ein schematischer Schnitt durch den Schüttler in der Ebene der Antriebselemente analog zu Fig. 1b; Fig. 11c ist ein schematischer vertikaler Schnitt analog zu Fig. 6a. Die zu den früheren Ausführungsformen beschriebenen Merkmale sind hier analog anwendbar.
Der Schüttler umfasst ein Gehäuse 114 mit einer Tür 114a, die zum Öffnen und Schliessen einer Gehäusevorderseite eingerichtet ist. In Figs. 1 la und 11b ist die Tür 114a in geöffnetem Zustand dargestellt. Weiterhin umfasst der Schüttler eine Hauptantriebswelle 113, die von einem Motor 115 antreibbar ist. An der Hauptantriebswelle 113 ist ein Träger 112 drehbar gelagert, der z.B. mittels einer Verrastung (wie oben beschrieben) am Gehäsue eingerastet werden kann. Am Träger 112 sind wiederum ein erstes Antriebselement 116a und ein zweites Antriebselement 116b drehbar gelagert. Das erste Antriebselement 116a ist über einen ersten Riemen 118a an die Hauptantriebsachse 113 gekoppelt und wird von dieser angetrieben. Das zweite Antriebselement 116b ist über einen zweiten Riemen 118b an das erste Antriebselement 116a gekoppelt und wird damit ebenfalls angetrieben. Wichtig ist, dass die beiden Antriebselemente 116a und 116b synchron laufen. Daher wird zumindest für den zweiten Riemen 118b vorteilhafterweise ein Zahnriemen eingesetzt.
An oder in dem ersten Antriebselement 116a bzw. dem zweiten Antriebselement 116b ist eine erste Tablarwelle 117a bzw. eine zweite Tablarwelle 117b exzentrisch gelagert. An der ersten Tablarwelle 117a bzw. an der zweiten Tablarwelle 117b ist wiederum ein erster Tablarteil I l la bzw. ein zweiter Tablarteil 111b, insbesondere verdrehsicher, befestigt. Auf den Tablarteilen I l la und 111b können, wie früher beschrieben, Proben 119 angebracht werden, z.B. in Reagenzgläsern oder Mikrotiterplatten.
Eine besonders einfache und zuverlässige Verdrehsicherung für die beiden Tablarteile I l la und 111b kann nun über eine flexible Verbindung der beiden Tablarteile erreicht werden (in Figs. 1 la-c nicht gezeigt). Vorteilhafterweise umfasst diese Verbindung eine Linearführung zwischen dem ersten Tablarteil I l la und dem zweiten Tablarteil 111b. Die Linearführung kann z.B. am einen Tablarteil fix befestigt sein, während sie eine Verschiebung des anderen Tablarteils entlang der Führung zulässt. Durch eine solche flexible Verbindung werden schädliche Kräfte auf die Lager der Tablarwellen und Antriebselemente, z.B. infolge von Wärmeausdehnung insbesondere des Trägers 112, vermieden.
Alternativ kann die Vorrichtung auch zwei Antriebselemente 116a und 116b wie in den Figs. 1 la bis 11c gezeigt umfassen, die synchron angetrieben werden, ohne dass das Tablar in zwei Tablarteile I l la und 111b gezeigt ist. In diesem Fall ist das Tablar einstückig ausgebildet und (dennoch wie in Figs. 11a bis 11c gezeigt) über die erste Tablarwelle 117a und 117b an den Antriebselementen 116a und 116b gelagert. Auch in diesem Fall ist das Tablar gegen Rotation gesichert, sodass insbesondere keine zusätzlichen Führungselemente, z.B. Federn, zwischen Tablar und Gehäuse 114 erforderlich sind. Dies trägt wiederum zur Erreichung der erfindungsge- mässen hohen Drehzahlen bei.
Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Schütteln von Proben umfassend
- einen Träger (62),
- ein Antriebselement (66), das um eine Antriebsachse drehbar am Träger (62) gelagert und durch einen Antrieb (65) antreibbar ist,
- ein Tablar (61) eingerichtet zur Beladung mit den Proben (69),
- eine Tablarwelle (67), die mit dem Tablar (61) verbunden und exzentrisch an dem Antriebselement (66) gelagert ist,
- ein an dem Antriebselement (66) befestigtes Gegengewicht (66a), das angepasst ist, eine im Betrieb der Vorrichtung mit einer definierten Beladung des Tablars (61) auftretende Unwucht auszugleichen, wobei sich ein Schwerpunkt des Gegengewichts (66a) bezogen auf die Antriebsachse des Antriebselements (66) gegenüber der Tablarwelle (67) befindet, wobei sich der Schwerpunkt des Gegengewichts (66a) und ein Schwerpunkt des Tablars (61) samt Tablarwelle (67) und definierter Beladung in derselben, orthogonal zur Antriebsachse verlaufenden Ebene befinden, wobei bei Rotation des Antriebselements (66) um die Antriebsachse ein erstes Drehmoment, das durch das Tablar (61) samt Tablarwelle (67) und definierter Beladung auf die Antriebsachse ausgeübt wird, betragsgleich und entgegengesetzt gerichtet ist zu einem zweiten Drehmoment, das durch das Gegengewicht (66a) auf die Antriebsachse ausgeübt wird, wobei eine Schüttelfrequenz des Tablars (61) infolge des Antriebs (65) mindestens 1000 rpm beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gegengewicht (66a) so angepasst ist, dass es sowohl eine statische als auch eine dynamische Unwucht auf die Antriebsachse ausgleicht.
3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gegengewicht (66a) das einzige Gegengewicht an dem Antriebselement (66) ist, insbesondere wobei sich auf der dem Tablar (61) gegenüberliegenden Seite des Antriebselements (66) kein weiteres Gegengewicht befindet.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tablarwelle (67) zentral an dem Tablar (61) befestigt ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Tablar (61) im Bereich der Tablarwelle (61) eine Ausstülpung (61a) aufweist, wobei sich das Gegengewicht (66a) zumindest teilweise innerhalb der Ausstülpung (61a) befindet.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gegengewicht (66a) eine Masse zwischen 0. 1 und 1 kg aufweist, insbesondere wobei das Gegengewicht (66a) aus Metall hergestellt ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Exzentrizität der Lagerung der Tablarwelle (67) an dem Antriebselement (66) zwischen 0.5 und 3 mm beträgt, insbesondere zwischen 1 und 2 mm.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Schüttelfrequenz des Tablars (61) infolge des Antriebs
(65) mindestens 1500 rpm, insbesondere mindestens 2000 rpm oder mindestens 2500 rpm, beträgt.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Tablar (61) eine rechteckige Form aufweist, insbesondere wobei das Tablar (61) eine Länge zwischen 50 und
100 cm aufweist, und/oder insbesondere wobei das Tablar (61) eine Breite zwischen 30 und 70 cm aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Tablar (61) gegen Rotation gegenüber dem Träger (62) gesichert ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, weiterhin umfassend - ein zweites Antriebselement, das um eine zweite Antriebsachse drehbar am Träger (62) gelagert und durch den Antrieb (65) antreibbar ist, insbesondere wobei das zweite Antriebselement über einen Zahnriemen mit dem Antriebselement (66) verbunden ist,
- eine zweite Tablarwelle, die mit dem Tablar (61) verbunden und exzentrisch an dem zweiten Antriebselement gelagert ist,
- ein an dem zweiten Antriebselement befestigtes zweites Gegengewicht, das angepasst ist, eine im Betrieb der Vorrichtung mit einer definierten Beladung des Tablars (61) auftretende Unwucht auszugleichen, wobei sich ein Schwerpunkt des zweiten Gegengewichts bezogen auf die zweite Antriebsachse des zweiten Antriebselements gegenüber der zweiten Tablarwelle befindet, wobei sich der Schwerpunkt des zweiten Gegengewichts und der Schwerpunkt des Tablars (61) samt zweiter Tablarwelle und definierter Beladung in derselben, orthogonal zur zweiten Antriebsachse verlaufenden Ebene befinden, wobei bei Rotation des zweiten Antriebselements um die zweite Antriebsachse ein drittes Drehmoment, das durch das Tablar (61) samt zweiter Tablarwelle und definierter Beladung auf die zweite Antriebsachse ausgeübt wird, betragsgleich und entgegengesetzt gerichtet ist zu einem vierten Drehmoment, das durch das zweite Gegengewicht auf die zweite Antriebsachse ausgeübt wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Tablar einen ersten Tablarteil (I l la) und einen zweiten Tablarteil (111b) umfasst, wobei der erste Tablarteil (I l la) und der zweite Tablarteil (111b) über eine erste Tablarwelle (117a) bzw. eine zweite Tablarwelle (117b), die mit dem ersten bzw. dem zweiten Tablarteil verbunden sind, exzentrisch an einem ersten Antriebselement (116a) bzw. einem zweiten Antriebselement (116b) gelagert sind, wobei das erste Antriebselement (116a) und das zweite Antriebselement (116b) drehbar am Träger (112) gelagert und über die Hauptantriebswelle (113) antreibbar sind, wobei der erste und der zweite Tablarteil durch eine flexible Verbindung, insbesondere durch eine Linearführung, miteinander verbunden sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Antriebselement (66) eine Riemenscheibe zum Antreiben über einen Riemen (68) aufweist. 14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter- hin umfassend
- ein öffenbares Gehäuse (64), insbesondere eingerichtet zur Klimatisierung eines Innenraums des Gehäuses (64), wobei sich das Tablar (61), die Tablarwelle (67), das Antriebselement (66) und der Träger (62) im Innenraum befinden.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend
- mindestens ein weiteres Tablar (41, 61), insbesondere mindestens fünf weitere Tablare, samt weiterer Tablarwelle, weiterem Antriebselement, weiterem Gegengewicht und weiterem Träger im Innenraum des Gehäuses (44), wobei das Antriebselement (66) und das mindestens eine weitere Antriebselement über eine Hauptantriebswelle (43, 63) antreibbar sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei der Antrieb (65) einen Motor zum Antreiben des Antriebselements (66) und, wenn vorhanden, des mindestens einen weiteren Antriebselements, insbesondere über die Hauptantriebswelle (63), umfasst, wobei der Motor ausserhalb des Gehäuses (64) angebracht ist, insbesondere wobei der Innenraum des Gehäuses (64) thermisch von dem Motor entkoppelt ist.
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