DE102004052156A1

DE102004052156A1 - Vorrichtung zum Schütteln von Medien

Info

Publication number: DE102004052156A1
Application number: DE102004052156A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. Baumfalk; Stefan Obermann; Christian Schmelig; Len Goren; Kenneth P. Clapp
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2024-10-27
Also published as: US8186870B2; US20090225626A1; WO2006045477A1; DE502005002779D1; ATE385514T1; EP1807502A1; EP1807502B1; DE102004052156B4

Abstract

Vorrichtung zum Schütteln von Medien, die auf einem Tablar angeordnet sind, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Schüttelmechanik, über die das Tablar in Schüttelbewegungen versetzbar ist, und mit mindestens einem mit einer eine Sensorelektronik aufweisenden Steuereinheit verbundenen Sensor, wobei der mindestens eine Sensor und die mit dem Sensor verbundene Sensorelektronik auf dem Tablar angeordnet sind und drahtlos mit der ortsfest angeordneten Steuereinheit kommunizieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schütteln von Medien, die auf einem Tablar angeordnet sind, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Schüttelmechanik, über die das Tablar in Schüttelbewegungen versetzbar ist, und mit mindestens einem mit einer eine Sensorelektronik aufweisenden Steuereinheit verbundenen Sensor.

Soweit im Labor zu untersuchende Medien, beispielsweise für biologische Fermentationsprozesse, in Bewegung gehalten werden müssen, werden hierzu Laborschüttler verwendet. Die Laborschüttler weisen ein im Wesentlichen horizontales Tablar auf, auf dem sich das zu untersuchende Medium, beispielsweise in einem Schüttelkolben, befindet. Das Tablar wird dabei von einer in einem Gehäuse angeordneten Schüttelmechanik in eine kreisende Bewegung, eine Längsbewegung oder in eine Kippbewegung versetzt. Um das in Bewegung gehaltene Medium zu untersuchen, werden Sensoren benutzt. Zusätzlich mit dem steigenden Bedürfnis jeden Schüttelkolben auf einem Tablar mit Sensoren bzw. einer Sensorik für Größen wie Sauerstoffgehalt oder ph-Wert auszustatten, um hier bereits Daten für die Prozessentwicklung zu sammeln, müssen auf dem Tablar derzeitig immer mehr Sensoren mit den zugehörigen Verkabelungen, Sensorelektronik und Datenleitungen untergebracht werden.

Eines der Hauptprobleme für die Indikation von Sensorik auf einem Laborschüttler ist die Tatsache, dass sich die zu untersuchenden Medien in Bewegung befinden müssen, so dass die Übertragung von Sensorsignalen der Sensoren zur Sensorelektronik bzw. zu einer Steuereinheit über permanent bewegte, geknickte Kabel notwendig ist, was besonders bei den zahlreichen Messleitungen ein mechanisch-elektrisches Problem durch möglichen Kabelbruch darstellt.

Aus der WO 02/101000 A2 ist eine Schüttelmaschine zur biologischen Fermentation bekannt. Bei dem bekannten Schüttler sind die Sensoren bzw. Messköpfe getrennt von dem Tablar angeordnet, so dass sich das Tablar gegenüber den Messköpfen bewegt. Dies ist allerdings nur durch berührungslose, optische Messmethoden möglich und scheidet die Anordnung von Sensoren am Tablar bzw. an oder in einem Schüttelkolben aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Schütteln von Medien anzugeben, die eine messtechnische Überwachung der auf einem Tablar insbesondere in Schüttelkolben angeordneten Medien, die in Bewegung gehalten werden, durch auf dem Tablar angeordnete Sensoren zu überwachen und dabei mechanische Probleme, wie Kabelbruch von Messleitungen zur Messwertverarbeitung, zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass der mindestens eine Sensor und die mit dem Sensor verbundene Sensorelektronik auf dem Tablar angeordnet sind und drahtlos mit der ortsfest angeordneten Steuereinheit kommunizieren.

Dadurch, dass die Sensorelektronik von der Steuereinheit getrennt und auf dem Tablar angeordnet ist, bestehen zwischen Sensor und Sensorelektronik keine Bewegungsprobleme mit Verbindungskabeln zu den Sensoren, da die Sensorelektronik gegenüber den Sensoren keiner Relativbewegung unterliegt. Dadurch, dass die Sensorelektronik drahtlos mit der ortsfesten, beispielsweise am Gehäuse angeordneten Steuereinheit kommuniziert, besteht auch zwischen Sensorelektronik und Steuereinheit kein Kabelproblem.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind auf dem Tablar eine Mehrzahl von Sensoren angeordnet und ist auf dem Tablar ein zentraler Datenbus vorgesehen, über den mit Hilfe der Sensorelektronik die Kommunikation zwischen Sensoren und einer zentralen Schnittstelle am Tablar erfolgt, wobei die zentrale Schnittstelle drahtlos mit einer ortsfesten Schnittstelle, beispielsweise am Gehäuse, kommuniziert. Durch den zentralen Datenbus ist es möglich, die Kommunikation zwischen den Sensoren und der ortsfesten Steuereinheit über nur eine zentrale Schnittstelle am Tablar und über die mit dieser korrespondierenden ortsfesten Schnittstelle drahtlos durchzuführen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die zentrale Schnittstelle einen Signalsender auf, dessen Signale von einem Signalempfänger der ortsfesten Schnittstelle empfangen werden. Weiterhin weist die zentrale Schnittstelle einen Kommunikationsempfänger auf, der Signale von einem Kommunikationssender der ortsfesten Schnittstelle empfängt. Signalempfänger und Kommunikationssender der ortsfesten Schnittstelle sind mit der Steuereinheit über eine Datenleitung verbunden. Die Steuereinheit weist zur Verarbeitung der Messdaten und zur Steuerung einen Mikroprozessor auf. Die Steuereinheit kann aber auch von einem Computer gebildet werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden von der Sensorelektronik gesammelte und aufbereitete Messsignale der Sensoren über den zentralen Datenbus zur zentralen Schnittstelle geleitet. Die Kommunikation zwischen der zentralen Schnittstelle und der ortsfesten Schnittstelle kann dabei mittels Verwendung von Radiofrequenzen über die bekannte RFID(Radio Frequency Identification)-Technik erfolgen. Es ist aber auch eine drahtlose Kommunikation über die ebenfalls bekannte Bluetooth-Technik möglich.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befinden sich die Medien in auf dem Tablar angeordneten Schüttelkolben. Zur Messung des Mediums in einem Schüttelkolben ist dabei ein dem Schüttelkolben benachbarter, drahtloser Sensor vorgesehen. Der drahtlose Sensor kann dabei als optischer Sensor ausgebildet sein. Auch ist es möglich, einen Sensor als eine in dem Schüttelkolben anordenbare Sonde mit einer Drahtverbindung zur Sensorelektronik auszubilden. Die Sensorelektronik und / oder -mechanik kann dabei weitergehend im Tablar räumlich untergebracht sein. Die Unterseite des Tablars kann dabei so gestaltet sein, dass sie die Maße und Haltepunkte handelsüblicher Schüttlertablare aufweist, so dass eine einfache Installation und Nachrüstung von Laborschüttlern möglich ist. Die Oberfläche des Tablars kann mit den üblichen Gewindelochrastern ausgestattet sein, so dass übliche Halter oder Coaster für Schüttelkolben installiert werden können.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Energieversorgung der Sensoren und der Sensorelektronik auf dem Tablar drahtlos. Dies hat den Vorteil, dass auch bei der Energie- bzw. Spannungsversorgung keine Probleme mit zu bewegenden Kabeln auftreten. Da allerdings eine Spannungsversorgung gegenüber Datenleitungen wesentlich unempfindlicher gegen Störungen aufgrund von Unerbrechungen reagiert und zur Energieversorgung nur zwei bewegliche Kabel notwendig wären, könnte grundsätzlich auch eine drahtgebundene Verbindung verwendet werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Gehäuse ein ortsfester Energiesender und am Tablar ein Energieempfänger vorgesehen. Die Energie könnte dabei induktiv oder durch eine RFID-Verbindung übertragen werden. Insbesondere bei einer kreisförmigen Bewegung des Tablars ist es möglich, die Energieversorgung der Sensoren und der Sensorelektronik über einen Generator durchzuführen, der von der Bewegung des Tablars angetrieben wird.

Weiterhin ist es von Vorteil, eine stromsparende Sensortechnik, d.h. optische und / oder miniaturisierte Messtechnik, zu verwenden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigen:
1: Eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Schütteln von Medien und
2: ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Schütteln von Medien.
Eine Vorrichtung 1 zum Schütteln von Medien besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 2, einem Tablar 3, Sensoren 4, 5, eine Sensorelektronik 6 und einer Steuereinheit 7.
Das Gehäuse 2 weist dabei eine nicht weiter dargestellte Schüttelmechanik auf, die das Tablar 3 in Schüttelbewegungen versetzt. Bei der Schüttelbewegung kann es sich dabei um eine kreisende Bewegung, um eine horizontale oder vertikale Längsbewegung, um eine Kippbewegung oder um eine Kombination von Bewegungen handeln.
Auf dem Tablar 3 sind übliche nicht dargestellte Halter zum Halten der Schüttelkolben 8, in denen sich das zu schüttelnde Medium 9 befindet, angebracht.
Das Tablar 3 weist drahtlose Sensoren 4, die beispielsweise als optische Sensoren ausgebildet und den Schüttelkolben 8 benachbart angeordnet sind, sowie drahtgebundene Sensoren 5 auf. Die drahtgebundenen Sensoren 5 sind beispielsweise als in die Schüttelkolben 8 einsteckbare Sonden ausgebildet.
Die Sensoren 4,5 sind mit der Sensorelektronik 6 verbunden, die in das Tablar 3 integriert ist. Messsignale von den Sensoren 4,5 werden von der jeweils zugeordneten Sensorelektronik 6 gesammelt, aufbereitet und über einen zentralen Datenbus 10 einer ebenfalls am Tablar 3 angeordneten, zentralen Schnittstelle 11 zugeleitet. Von der zentralen Schnittstelle 11 erfolgt eine drahtlose Kommunikation mit einer ortsfesten Schnittstelle 12, die im Beispiel am Gehäuse 2 angeordnet ist. Die Kommunikation zwischen zentraler Schnittstelle 11 und ortsfester Schnittstelle 12 erfolgt im Beispiel nach der RFID(Radio Frequency Identification)-Technik. Sie ermöglicht eine schnelle und automatische Datenerfassung über Radiowellen, beispielsweise mit Hilfe von Transpondern und entsprechenden Lese- und Sendegeräte. Die Kommunikation zwischen zentraler Schnittstelle und ortsfester Schnittstelle kann auch per Funk nach den bekannten Bluetooth-Schnittstellen-Standard erfolgen.
Die ortsfeste Schnittstelle 12 ist über eine Drahtverbindung mit der Steuereinheit 7 verbunden. Die Steuereinheit 7 kann auch als ein separater PC ausgebildet sein. Von der Steuereinheit 7 können in entsprechender, umgekehrter Richtung Steuersignale zu der Sensorelektronik 6 bzw. den Sensoren 4, 5 gesendet werden.
Die zentrale Schnittstelle 11 weist einen Signalsender 13 auf, dessen Signale von einem Signalempfänger 14 der ortfesten Schnittstelle 12 empfangen werden. Die zentrale Schnittstelle 11 weist weiterhin einen Kommunikationsempfänger 15, der Signale von einem Kommunikationssender 16 der ortsfesten Schnittstelle 12 empfängt, auf.
Die Energieversorgung der Sensoren 4, 5 und der Sensorelektronik 6 erfolgt drahtlos über einen am Gehäuse 2 ortsfest angeordneten Energiesender 17 und einem am Tablar 3 angeordneten Energieempfänger 18. Die Energieversorgung bzw. Energieübertragung kann dabei über eine RFID-Verbindung erfolgen. Grundsätzlich ist aber auch eine induktive Energieübertragung möglich. Auch ist es möglich, dass die Energieversorgung der Sensoren 4, 5 und der Sensorelektronik 6 über einen nicht dargestellten Generator erfolgt, der von der Bewegung des Tablars 3 angetrieben wird.

Claims

Vorrichtung zum Schütteln von Medien, die auf einem Tablar angeordnet sind, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Schüttelmechanik, über die das Tablar in Schüttelbewegungen versetzbar ist, und mit mindestens einem mit einer eine Sensorelektronik aufweisenden Steuereinheit verbundenen Sensor, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (4, 5) und die mit dem Sensor ((4, 5) verbundene Sensorelektronik (6) auf dem Tablar (3) angeordnet sind und drahtlos mit der ortsfest angeordneten Steuereinheit (7) kommunizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Sensoren (4,5) auf dem Tablar (3) angeordnet sind, dass auf dem Tablar (3) ein zentraler Datenbus (10) vorgesehen ist, über den mit Hilfe der Sensorelektronik (6) die Kommunikation zwischen Sensoren (4, 5) und einer zentralen Schnittstelle (11) am Tablar (3) erfolgt, und dass die zentrale Schnittstelle (11) drahtlos mit einer ortsfesten Schnittstelle (12) kommuniziert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Schnittstelle (11) einen Signalsender (13) aufweist, dessen Signale von einem Signalempfänger (14) der ortsfesten Schnittstelle (12) empfangen werden, der mit der Steuereinheit (7) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Schnittstelle (11) einen Kommunikationsempfänger (15) aufweist, der Signale von einem Kommunikationssender (16) der ortsfesten Schnittstelle (12) empfängt, der mit der Steuereinheit (7) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfeste Schnittstelle (12) am Gehäuse (2) angeordnet ist und über eine Datenleitung mit der Steuereinheit (7) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) von einem Computer gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass von der Sensorelektronik (6) gesammelte und aufbereitete Messsignale der Sensoren (4, 5) über den zentralen Datenbus (10) zur zentralen Schnittstelle (11) geleitet werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Kommunikation über RFID-Technik erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Kommunikation über Bluetooth-Technik erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Medien (9) sich in auf dem Tablar (3) angeordneten Schüttelkolben (8) befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Mediums (9) ein dem Schüttelkolben (8) benachbarter, drahtloser Sensor (4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der drahtlose Sensor (4) als optischer Sensor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (5) als eine im Schüttelkolben (8) anordenbare Sonde mit einer Drahtverbindung zur Sensorelektronik (6) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung der Sensoren (4, 5) und der Sensorelektronik (6) drahtlos erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (2) ein ortsfester Energiesender (17) und am Tablar (3) ein Energieempfänger (18) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung induktiv erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung über eine RFID-Verbindung erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung der Sensoren (4, 5) und der Sensorelektronik (6) über einen Generator erfolgt, der von der Bewegung des Tablars (3) angetrieben wird.