DE19723984C2 - Auswechselbarer Zentrifugen-Rotor mit wenigstens einem Magnetkörper als Informationsträger sowie ein Verfahren zum Einbringen eines Magnetkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen auswechselbaren Zentrifugen-Rotor für eine Labor-Zentrifuge mit wenigstens einem im Abstand zur Rotor-Achse in einer Ausnehmung des Rotors angeordneten Magnetkörper als Informationsträger, dessen Magnetfeld von einem stationär angeordneten Magnetfeld-Sensor abtastbar ist, sowie ein Verfahren zum Einbringen wenigstens eines Ma­ gnetkörpers nach dem Oberbegriff des Anspruches 8.

Aus der DE 40 37 458 A1 ist eine Zentrifuge mit einem Antriebsmotor bekannt, auf dessen An­ triebswelle auswechselbar ein Rotor angeordnet ist, der mit einem Informationsträger für ma­ schinenlesbare Information versehen ist; die Zentrifuge weist ferner eine Leseeinrichtung auf, die mindestens einen Detektor zur Abtastung des Informationsträgers umfaßt und mit einer Aus­ werteeinheit zur Verarbeitung der vom Detektor aufgenommenen Information versehen ist. Um bei einer solchen Zentrifuge unabhängig von einem Datenbestand in der Auswerteeinheit die aktuellen rotorspezifischen Kenn- und Betriebsdaten zu erfassen bzw. die rotorspezifischen Da­ ten zu aktualisieren, weist der Informationsträger mindestens einen lesbaren und in seinem In­ formationsgehalt veränderbaren Schreib-Lese-Speicher auf, dem eine mit der Auswerteeinheit verbundene Schreibeinrichtung zugeordnet ist, die einen Schreibkopf zur berührungslosen Übertragung von maschinenlesbaren Information von der Auswerteeinheit in den Schreib-Lese- Speicher aufweist.

Weiterhin ist es aus der EP 0 226 886 A1 bekannt, die Unterseite jedes Rotors, der in eine Zen­ trifuge eingesetzt wird, mit Permanent-Magnetstiften unterschiedlicher Polarität individuell so zu kennzeichnen, daß ein Teil der Magnete der Drehzahlüberwachung und der andere zur Charak­ terisierung des Rotors dient. Die individuelle Rotorkennzeichnung wird von einem magnetischen Sensorelement abgetastet und in einen Mikroprozessor übertragen. Vor jedem Zentrifugenlauf wird überprüft, ob die für die Zentrifugation vorgewählten Betriebsparameter mit dem eingesetzten Rotor durchgeführt werden können.

Weiterhin ist es aus der EP 0 344 443 A2 für eine Zentrifuge bekannt, einen Rotor auch mit ma­ gnetisch abtastbaren Markierungen zu versehen, in denen als Strichcodierung nach Art eines Barcodes spezifische Daten wie Rotortyp, Seriennummer und Herstellungsdatum gespeichert sind. Die Codemarkierungen werden von einem magnetischen Sensor abgetastet, in einen Mi­ kroprozessor übertragen, entschlüsselt und entsprechend der zuvor beschriebenen Verfahrens­ weise ausgewertet.

Als problematisch erweist sich die Anbringung von Magnetkörpern an Rotoren, da das übliche Einkleben von Magneten in Bohrungen des Rotors bzw. Ankleben am Rotor eine Anfälligkeit der Befestigung gegenüber höheren Temperaturen, Chemikalien sowie Heißdampf mit sich bringt. Ein Einpressen des Magneten in Bohrungen von Rotaren verlangt enge Toleranzen und hohe Festigkeit des Magnetwerkstoffes, woraus sich aufwendige Herstellungsverfahren ergeben.

Aus der EP 0 604 912 A2 ist ein gattungsgemäßer Rotor, mit dem das gattungsgemäße Verfah­ ren zum Einbringen eines Magnetkörpers durchgeführt werden kann, bekannt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, auf möglichst einfache Weise eine formschlüssige Verbin­ dung zwischen Rotor und Magnetkörper zu schaffen, die das Magnetmaterial vor mechani­ schen, thermischen und chemischen Angriffen schützt; insbesondere soll die Korrosionsgefahr von Magnetmaterial vermindert werden.

Die Aufgabe wird für den Rotor durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Als vorteilhaft erweist es sich, daß der Magnetkörper zusammen mit der als formschlüssige Hal­ terung dienenden Kappe eine abgeschlossene untere Außenfläche des Rotors ermöglicht, die in der Praxis keinen Angriff auf das Magnetmaterial zuläßt; auch ist die Reinhaltung des Rotors stark vereinfacht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben.

Die Aufgabe wird für das Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.

Als besonders vorteilhaft erweist sich, daß die Einbringung von Kappe und Magnetkörper keine engen Toleranzen erfordert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 8 sind in den Ansprüchen 9 bis 11 angegeben; ein weiterer Vorteil ergibt sich bei Einsatz einer weich-magnetischen Anpreßfläche des Preß-Stempels hinsichtlich der vereinfachten Herstellung, da der Magnetkörper vor und während des Preßvorganges seine korrekte Position im oberen Bereich der Kappe einnimmt.

Ein Ausführungsbeispiel des Rotors gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend, ebenso wie das Verfahren, näher erläutert.

Fig. 1a stellt einen Querschnitt als Teilausschnitt eines Rotors mit Ausnehmung dar, wobei Ma­ gnetkörper und Kappe in eine Ausnehmung der Außenfläche auf der Unterseite des Rotors ein­ zubringen sind, die jedoch in Fig. 1a sowie den Fig. 1b und 1c als nach "oben" gerichtet dargestellt ist; in der nachfolgenden Beschreibung und den Patentansprüchen sind die Begriffe "oben" und "unten" auf diese Figuren und nicht auf den in der Zentrifuge in korrekter Position eingesetzten Rotor gemäß Fig. 2 bzw. auf die Wirkungsrichtung der in Anspruch 11 genannten Gravitation bezogen.

Fig. 1b zeigt im Teil-Querschnitt den in die Ausnehmung des Rotors eingebrachten Magnetkör­ pers vor der Verpressung;

Fig. 1c zeigt den fertig montierten Magnetkörper;

Fig. 2 zeigt im Querschnitt eine Zentrifugenanordnung, bei der der Rotor einen bzw. mehrere Magnetkörper gemäß Fig. 1c aufweist und eine ortsfeste Abtasteinrichtung mit einem auf das Magnetfeld ansprechenden Sensor sowie einer daran angeschlossenen Auswerteeinrichtung vorgesehen ist.

Gemäß Fig. 1a weist der bruchstückhaft dargestellte Rotor 1 eine von seiner Außenfläche 2 ins Innere des Rotors führende Ausnehmung 3 auf, die sich von der Außenfläche 2 aus gese­ hen nach innen zunehmend erweitert. Im vorliegenden Fall ist die Ausnehmung 3 im oberen Be­ reich als Bohrung ausgebildet, während der erweiterte Bereich 4 in Form eines Hohlkegelstump­ fes als Hinterschneidung ausgebildet ist. In Ausnehmung 3 wird ein zylindrisch ausgebildeter axial polarisierter Magnetkörper 5 entlang der Achse 7 der Ausnehmung 3 eingeführt und an­ schließend mit einer als Hohlzylinder ausgebildeten Kappe 8 auf seiner Mantelfläche und Stirnfläche abgedeckt. Die Höhe der Kappe 8 überragt den Magnetkörper 5, dessen Höhe sich wiederum aus der Höhe der Ausnehmung 3 abzüglich der Dicke der Stirnfläche der Kappe 8 ergibt.

Gemäß Fig. 1b sind Kappe 8 und Magnetkörper 5 in die Ausnehmung 3 eingebracht. Da die Kappe 8 länger ist als die Tiefe der Ausnehmung 3, überragt sie zunächst die Ebene der Au­ ßenfläche 2 des Rotor-Unterteils. Die eigentliche Verpressung von Kappe 8 und Magnetkörper 5 in Ausnehmung 3 erfolgt mit Hilfe eines externen Preß-Stempels 13; die Anpreßfläche 15 des Preß-Stempels 13 ist magnetisch weich ausgebildet und zieht den Magnetkörper 5 an, so daß während des eigentlichen Preßvorgangs der Magnetkörper 5 an die Innenfläche im oberen Be­ reich 9 der Kappe 8 anschlägt und das obere Ende der Kappe 8 stabilisiert, während sich das offene Ende im unteren Bereich 10 der Kappe 8 unter dem Druck zu einer seitlichen Ausbuch­ tung verformt und in den erweiterten Bereich 4 der Ausnehmung 3 eindringt; der Preßvorgang wird dann abgeschlossen, wenn der Magnetkörper 5 mit seinem unteren Bereich 11 an die inne­ re Stirnfläche 14 der Ausnehmung 3 anschlägt; d. h. daß der Preßvorgang abgeschlossen ist, sobald der Magnetkörper 5 mit seinem oberen Bereich 12 an der Innenfläche des oberen Be­ reichs 9 der Kappe 8 und der inneren Stirnfläche 14 im erweiterten Bereich 4 der Ausnehmung 3 anliegt und somit gegen irgendwelche Bewegung arretiert ist.

Dabei wird gemäß Fig. 1c die Kappe 8 so in Ausnehmung 3 eingebracht, daß sich die ausge­ buchtete Mantelfläche von Kappe 8 in den sich kegelstumpfartig konisch erweiternden Bereich 4 der Ausnehmung 3 erstreckt; somit bildet Kappe 8 durch Hinterschneiden eine Halterung für Magnetkörper 5. Im montierten Zustand gemäß Fig. 1c bildet die Stirnfläche der Kappe 8 eine Ebene mit der unteren Außenfläche 2 des Rotors 1. Das Verhältnis der Wandstärke von Kappe 8 zur Höhe des Magnetkörpers liegt im Bereich von 1/8 bis 1/4.

Der Rotor kann aus einem Werkstoff mit einer Streckgrenze R_p0,2 von ca. 200 N/mm² bestehen, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, z. B. aus AlMgSi1, während der Magnetkörper aus AlNiCo, SmCo oder NdFeB besteht; beispielsweise besteht der Magnetkörper aus Samariumko­ balt; Kappe 8 besteht aus einem Werkstoff mit einer Streckgrenze R_p0,2 von ca. 110 N/mm², z. B. aus AlMg5.

Fig. 2 zeigt schematisch einen in einer Zentrifuge eingesetzten Rotor 1, dessen Außenfläche 2 der Unterseite mit mehreren Magnetkörpern 5 versehen ist, welche in Ausnehmungen 3 mittels Kappen 8 gehaltert sind; mit Bezugsziffer 20 ist ein Teil der Zentrifuge im Querschnitt bruchstückhaft dargestellt, wobei sich Rotor 1 innerhalb des Rotorkessels 21 befindet. Der Ro­ tor 1 wird mittels Antriebsmotor 22 um Rotor-Achse 6 in Drehung versetzt, wobei die Magnetkör­ per 5 im gleichen Abstand von Rotorachse 6 beabstandet sind wie der zur Erfassung von Kenn­ werten erforderliche Magnetfeld-Sensor 16, der über Leitung 17 mit Auswerteeinheit 18 verbun­ den ist. Die zur Aufnahme von Proberöhrchen vorgesehen Ausnehmungen des Rotors 1 sind mit Bezugsziffern 19 bezeichnet.

Während des Zentrifugiervorganges durchlaufen einzelne Ausnehmungen 3 mit Magnetkörper 5 den ortsfest angeordneten Magnetfeld-Sensor 16, wobei im Magnetfeld-Sensor 16 ein von dem Magnetkörper abhängiges Signal erzeugt wird, das über Leitung 17 zur Auswerteeinheit 18 wei­ tergeleitet wird.

Claims (11)

1. Auswechselbarer Rotor für eine Labor-Zentrifuge mit wenigstens einem im Abstand zur Rotor-Achse in einer Ausnehmung des Rotors angeordneten Magnetkörper als Informati­ onsträger, dessen Magnetfeld von einem stationär angeordneten Magnetfeld-Sensor ab­ tastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkörper (5) in der Ausnehmung (3) der Außenfläche (2) des Rotors (1) durch eine Kappe (8) aus plastisch verformbaren Material formschlüssig gehalten wird, die den Magnetkörper (5) im Bereich der Außenfläche (2) und an seinen Seitenflanken wenigstens teilweise umgibt und durch eine plastische Ver­ formung der Kappe (8) in einem sich von der Außenfläche (2) des Rotors (1) zum Inneren erweiterten Bereich der Ausnehmung (3) gehalten wird.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkörper (5) durch eine im Querschnitt gesehen U-förmig ausgebildete Kappe (8) gehalten wird, die den Magnetkör­ per (5) im Bereich zur Außenfläche des Rotors (1) und zweier sich gegenüberliegender Seiten umfaßt, wobei die seitlichen Flanken der U-förmigen Kappe (8) in eine sich zum In­ neren des Rotors (1) erweiternde Hinterschneidung spreizend eingreifen.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (8) aus einem Werkstoff besteht, der eine geringere Streckgrenze aufweist als der Werkstoff an der Un­ terseite des Rotorkörpers.

4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe aus AlMg5, der Rotor zumindest an seiner Unterseite aus AlMgSi1 besteht.

5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ausnehmung (3), Kappe (8) und Magnetkörper (5) rotationssymmetrisch ausgebildet sind.

6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (7) einer als Bohrung ausgebildeten Ausnehmung (3) und eines zylindrisch ausgebildeten Magnetkörpers (5) parallel zur Rotor-Achse (6) verlaufen.

7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (3) an der Unterseite des Rotors (1) angeordnet ist.

8. Verfahren zum Einbringen wenigstens eines Magnetkörpers als Informationsträger in eine Ausnehmung eines Rotors einer Labor-Zentrifuge, dessen Magnetfeld von einem stationär angeordneten Magnetfeld-Sensor abgetastet werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt auf den Magnetkörper (5) eine Kappe (8) aus plastisch verformbarem Werkstoff so aufgeschoben wird, daß sie ihn wenigstens teilweise an zwei sich gegen­ überliegenden Seiten und im Bodenbereich (im Längsschnitt gesehen) U-förmig umgibt, wobei sie den Magnetkörper in seiner Höhe überragt, daß in einem zweiten Schritt die Kappe (8) zusammen mit dem eingesetzten Magnetkörper (5) in die Ausnehmung (3) der Außenfläche des Rotors (1) im Abstand zur Rotor-Achse (6) so eingebracht wird, daß der obere Bereich (9) der Kappe (8) aus der Ausnehmung (3) herausragt, und daß in einem dritten Schritt durch Druck eines externen Preß-Stempels (13) auf den oberen Bereich (9) der Kappe (8) der untere Bereich (10) der Kappe (8) durch plastische Verformung so de­ formiert wird, daß er in einen sich nach unten erweiternden Bereich (4) der Ausnehmung (3) seitlich auswandert und den Magnetkörper (5) durch seitliche Ausbuchtung form­ schlüssig in der Ausnehmung (3) arretiert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des dritten Schrittes ein Preß-Stempel (13) mit einer Anpreßfläche (15) aus magnetisch weichem Werkstoff in Richtung der Achse (7) der Ausnehmung (3) so geführt wird, daß er den Magnetkörper (5) bis in den oberen Bereich (9) der Kappe (8) anzieht.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Preß-Stempel (13) im dritten Schritt den oberen Bereich (9) der Kappe (8) zusammen mit Magnetkörper (5) soweit vorschiebt, bis der Magnetkörper (5) mit seinem unteren Bereich (11) an der inne­ ren Stirnfläche (14) der Ausnehmung (3) und mit seinem oberen Bereich (12) an der In­ nenseite des oberen Bereichs (9) der Kappe (8) anliegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet­ körper (5) zu Beginn des dritten Schrittes durch Gravitation mit seinem oberen Bereich (12) an der Innenseite des oberen Bereiches (9) der Kappe (8) anliegt.