DE2622110A1

DE2622110A1 - Zentrifuge

Info

Publication number: DE2622110A1
Application number: DE19762622110
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Aeschlimann
Original assignee: Dr Molter GmbH
Current assignee: Dr Molter GmbH
Priority date: 1975-05-21
Filing date: 1976-05-18
Publication date: 1976-12-02
Also published as: NO761588L; US3970245A; NO145298C; AT368036B; BE842123A; FR2333577B1; NO145298B; GB1541726A; CA1050510A; FR2333577A1; LU74983A1; ATA361476A; PT65119A; SE7605728L; CH614393A5; NL7605412A; IT1061975B; DK223876A; FI761434A; PT65119B

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge,

Viele Laborarbeiten werden hauptsächlich mittels einer Zentrifuge durchgeführt , und zwar in der Serologie, Hämatologie , Biochemie und auf sonstigen Fachgebieten. Sehr oft müssen dabei Untersuchungen genau dupliziert oder zuverlässig reproduziert werden. Dabei sind sowohl Drehzahl als auch Drehzeit wichtige Betriebsparameter.

Bisher müssen verschiedene Zentrifugen-Bauarten und -Typen verwendet werden, um verschiedene Zielsetzungen auf den verschiedenen Fachgebieten zu erreichen. Zum Beispiel sind Drehköpfe unterschiedlich aufgebaut, um in verschiedenen Drehzahlbereichen betrieben werden zu können und unterschiedlich zu arbeiten, weshalb für niedrige Drehzahlen ausgelegte Zentrifugen normalerweise nicht zufriedenstellend oder sicher auch bei hohen Dreh-^· zahlen betrieben werden können.

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ORIGJNAL INSPECTED

Obwohl bestehende Zentrifugen einen Zeitgeber und
einen Betriebsdrehzahl-Begrenzer aufweisen, gibt es bisher keine Zentrifuge, die sowohl mit hoher als auch mit niedriger Drehzahl umlaufen und dazu verwendet werden kann, alle oder die meisten der vielen Arbeiten einer Zentrifuge auszuführen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine derartige Zentrifuge zu schaffen, also eine Universal-Zentrifuge, die
universell im Betrieb und in ihrer Leistung ist, d.h. bei Drehzahlen von niedrigen Werten von z.B. 1000 U/min bis
zu hohen Drehzahlen von ca.. 15000 U/min oder noch höher
arbeiten kann, und zwar für vorgewählte Betriebszeiten,
während denen der Drehkopf mit einer vorgewählten konstanten Drehzahl ohne Beschleunigung oder Verzögerung umläuft, so daß Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gewährleistet sind.

Zur Lösung der Aufgabe hat die erfindungsgemäße Zentrifuge eine Einrichtung zur Vorausbestimmung oder Vorwahl sowohl der Drehzahl des Drehkopfes als auch von dessen Drehzeit
sowie eine Einrichtung, die die Drehzeit nur bei der vorgewählten Drehzahl mißt. In diesem Zusammenhang sind ein
Fühler für die Drehzahl des Drehkopfes und ein Zeitgeber
vorgesehen, der vom Drehzahlfühler erregt wird, um die
Drehzeit des Drehkopfes vorzugeben, wenn dieser die vorgewählte Drehzahl erreicht hat.

Die erfindungsgemäße Zentrifuge kann also bei vorgewählten Drehzahlen für vorgewählte Zeitintervalle betrieben werden.

Darüber hinaus sieht die Erfindung die Verwendung von
Drehköpfen vor, die für unterschiedliche Drehzahlen ausgelegt sind, die von niedrigen bis zu hohen Werten reichen. Die erfindungsgemäße Zentrifuge kann also in verschiedenen

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Drehzahlbereichen initv. unterschiedlichen - Bauarten von Drehköpfen betrieben werden, die einzeln so ausgelegt sein können, daß sie nur in einem bestimmten Drehzahlbereich arbeiten. Vorzugsweise hat die erfindungsgemäße Zentrifuge eine Sicherheitseinrichtung, die betriebsbereit gemacht wird, wenn die Zentrifuge auf einen Hochdrehzahlbetrieb eingestellt wird, d.h. , ein Hochdrehzahlbereich vorgewählt wird, so daß die Sicherheitseinrichtung den Betrieb der Zentrifuge verhindert, bis ein Drehkopf, der für den Betrieb im vorgewählten Hochdrehzahlbereich ausgelegt ist, an ihr montiert wird. Vorzugsweise kann die Sicherheitseinrichtung durch Mittel am Hochdrehzahl-Drehkopf erregt werden, um einen Hochdrehzahlbetrieb zu gestatten, wenn der Drehkopf auf der Zentrifuge positioniert ist. Die Sicherheitseinrichtung kann z.B. einen magnetisch auslösbaren Schalter,d.h. M agnet-Schalter aufweisen, der mit einer magnetischen Einrichtung wie einem einfachen Magnet am Kopf zusammenwirkt, um einen Hochdrehzahlbetrieb zu erlauben. Für die erfindungsgemäß vorgesehene Sicherheitseinrichtung können aber auch andere Mittel verwendet werden, z.B. ein Schalter, der mechanisch durch Berührung mit dem Hochdrehzahl—Drehkopf selbst betätigt wird, wenn dieser in der Zentrifuge eingebaut wird.

Durch die Erfindung wird also eine Universal-Zentrifuge geschaffen, die bei vorgewählten Drehzahlen während vorge-^ wählter Zeitintervalle innerhalb eines großen Drehzahlbereichs betrieben werden kann, um verschiedene Arbeiten auszuführen, für die normalerweise verschiedene Zentrifugen notwendig sind. Insbesondere verhindert eine Sicherheits-~ einrichtung einen Betrieb bei hohen Drehzahlen, wenn nicht ein für diese ausgelegter Drehkopf auf der Zentrifuge montiert ist.

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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zentrifuge;

Fig. 2 in etwas größerem Maßstab eine Seitenansicht

gemäß der Schnittebene 2-2 von Fig, 1;

Fig. 3 in noch größerem Maßstab eine Draufsicht

eines Teils des Drehkopfes der Zentrifuge von Fig, 1 und 2 j

Fig. 4 in ähnlich größerem Maßstab eine Seitenansicht

gemäß der Schnittebene 4-4 von Fig. 3;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines vom

Drehkopf von Fig. 4 abgeschnittenen Teils ; und

Fig. 6 schematisch das Blockschaltbild der Regelung

der Zentrifuge gemäß den vorhergehenden Figuren.

Insbesondere Fig. 1 bis 5 zeigen eine erfindungsgemäße Zentrifuge mit einem Drehkopf 10 auf einer vertikalen triebswelle 11, die sich von einem elektrischen Antrieb 12 nach oben erstreckt, der seinerseits auf einer Unterlage 14 montiert ist, die auf einer Grundplatte 15 eines Zentrifugengehäuses 16 ruht. Das Zentrifugengehäuse 16 ist von Füßen 17 getragen, die nahe den Ecken der Grundplatte 15 befestigt sind, und weist eine angelenkte Abdeckplatte 18 auf, die zum Betrieb der Zentrifuge ge-

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schlossen sein muß.

Ein geneigtes Bedienungsfeld 19 ist einstückig mit der Vorderseite des Zentrifugengehäuses 16 ausgebildet, und von ihr erstreckt sich nach innen in das Zentrifugengehäuse 16 ein Steuergerät 21. Die Steuereinheiten des Steuergeräts 21 sind mit dem Antrieb 12 und mit einem Magnet-Sicherheitsschalter 22 an der Oberseite des Antriebs 12 über einen Kabelbaum oder ein Kabel 23 verbunden.

Wie am deutlichsten aus Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist, hat der Drehkopf 10 die Form eines hohlen Kegelstumpf-Zylinders 20, der nach innen und nach oben zu seiner Achse geneigt und mit einer mittigen Scheibe oder einem mittigen Tisch 24 versehen ist, der die Oberseite des Zylinders abschließt. Der Zylinder 20 selbst enthält viele, z.B, sechzehn, geneigte Hohlräume 25 zur Aufnahme von Reagenzgläsern (nicht gezeigt), um verschiedene Untersuchungen durchführen zu können, für die die Zentrifuge verwendet werden kann. Die Hohlräume 25 sind gleichmäßig um die Achse des Drehkopfs 10 verteilt und wie der Zylinder 20 selbst nach oben und nach innen zu dessen Achse geneigt sowie oben offen, Der Zylinder 20 weist einen einstückigen Bund 26 auf, der sich radial außerhalb und nahe dem offenen oberen Ende der Hohlräume 25 befindet . Die Oberseite des Bundes 26 liegt etwas oberhalb der Oberseite des Tisches 24 des Drehkopfes 10, und der Bund hat eine Anzahl radialer horizontaler Schlitze 27, die seine Oberseite zwischen den Hohlräumen 25 unterbrechen» Die Schlitze 27 können mit einer entsprechenden Anzahl von radialen Schlitzen 28 zusammenwirken, die sternartig in einer mittigen Nabe 29, die einstückig mit dem Tisch 24 des Drehkopfs 10 ausgebildet ist, verteilt sind, um Kapillarrohre (nicht gezeigt) für volumetrische Untersuchungen od. dgl. aufzunehmen.

Die Nabe 29 des Drehkopfes 10 begrenzt eine mittige rohrförmige Öffnung 31 zur Aufnahme der Antriebswelle 11, um

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den Drehkopf 10 auf der Antriebswelle 11 zu lagern. Die Öffnung 31 hat auch einen Schlitz oder eine Keilnut 32, die mit einem vertikalen Keil 33 zusammenwirkt, der an der Antriebswelle 11 gesichert ist, um den Drehkopf 10 drehfest mit der Antriebswelle 11 zu verbinden.. Der Drehkopf 10 ist dann vertikal auf der Antriebswelle 11 durch eine Sicherungsmutter 34 gehalten, die lösbar auf das obere Ende der Antriebswelle 11 aufgeschraubt wird.

Der Drehkopf 10 dieses Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zentrifuge ist so aufgebaut, daß er bei niedrigen und hohen Drehzahlen sicher arbeitet und für die verschiedensten Betriebsarten geeignet ist, die bei diesen Drehzahlen stattfinden können. Zu diesem Zweck trägt der Drehkopf 10 einen Dauermagnet 35, der am Boden der Nabe 29 befestigt ist und mit dem Magnet-Sicherheitsschalter 22 zusammenwirken kann, um einen Betrieb bei hohen Drehzahlen in einer noch genauer zu beschreibenden Weise zu gestatten.

Insbesondere aus Fig. 1,2 und 6 ist ersichtlich eine Reihe von 10 Bedienungselementen, die durch zehn Drucktasten 37 auf dem Bedienungsfeld 19 in Fig. 1 und die 10 Drucktasten-Bedienungselemente zum Anfahren, Zeit- und Drehzahl-Steuern oben im Blockschaltbild von Fig. 6 angedeutet ist. Um die Zentrifuge in Betrieb zu nehmen, wählt zweckmäßigerweise der Bediener vorher ein Zeitintervall, während dessen der Drehkopf mit konstanter Drehzahl umläuft, indem eine von sechs Zeitintervall-Drucktasten 40 links oben in Fig. 6 gedrückt wird, und indem eine Drehzahl durch Drücken von einer von drei Drehzahl-Drucktasten 41 rechts oben in Fig. 6 gewählt wird. Anschließend wird der Betrieb der Zentrifuge durch Drücken der "START"-Drucktaste. " 42 ausgelöst, so daß der Stromkreis zum elektrischen Antrieb 12 geschlossen wird, der seinerseits die Antriebswelle 11 und den Drehkopf

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gemäß Fig. 2 antreibt. Der elektrische Antrieb 12 dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung ist ein Elektromotor mit hohem Drehmoment und veränderlicher Drehzahl. Eine Abdeckplatten-Verriegelung 38 ist an der Abdeckplatte der Zentrifuge vorgesehen. Die Verriegelung 38 unterbricht den Stromkreis zwischen der "START"-Drucktaste 42 und dem Elektromotor des elektrischen Antriebs 12, wenn die Abdeckplatte 18 nicht geschlossen ist, weshalb diese geschlossen werden muß, damit der Motor umzulaufen beginnt, wie noch genauer erklärt werden wird.

Nach dem Einschalten beginnt' der Elektromotor des Antriebs 12, die Antriebswelle 11 der Zentrifuge zu beschleunigen, wobei ein Drehzahlfühler 43 elektrisch die Drehzahl der Antriebswelle 11 und des Drehkopfes 10 erfaßt. Der Drehzahlfühler vergleicht ständig die momentane Ist-Drehzahl des Drehkopfes 10 mit der Soll-Drehzahl, die durch Drücken einer der Drucktasten 41 vorgegeben ist. Der Drehzahlfühler 43 ist ein herkömmliches elektrisches Meßinstrument, das auf den Strom anspricht, der durch einen Generator 44 erzeugt wird, der von der Antriebswelle 11 angetrieben ist (vgl. Fig. 6). Wenn die Ist-^Drehzahl niedriger als die Soll-Drehzahl ist, bleibt die Schaltung in einem Anfahr^Zustand, der durch die Linie Bt>b zwischen dem Drehzahlfühler 43 und einem Verzögerungsschalter 45 in Fig. 6 angedeutet ist, so daß der Elektromotor 12 weiter beschleunigt wird, wie der Pfeil andeutet, der zum offenen Wirkungskreis eines Motorstellers 46 führt, der seinerseits den Elektromotor 12 steuert. Wenn der ständig die Drehzahl erfassende Drehzahlfühler 43 feststellt, daß die momentane Ist-Drehzahl des Drehkopfes 10 gleich der vorgegebenen SollHDrehzahl ist, wird durch einen Impuls vom Drehzahlfühler 43 sofort die Schaltung in den stationären Betriebszustand gebracht, der durch die Verbindungslinie C-C zwischen dem Drehzahlfühler 43 und dem Verzögerungsschalter

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angedeutet ist.

Der Verzögerungsschalter 45 ist eine elektronische Schaltung, die die Beschleunigung des Elektromotors 12 um ein gegebenes Zeitintervall verzögert.. Bei Empfang eines Signals vom
Drehzahlfühler 43, das das Erreichen der So11-Drehzahl
anzeigt, wird der Verzögerungsschalter 45 erregt, so daß er ein Signal an den Elektromotor 12 abgibt, wie durch
den Pfeil angedeutet ist, der sich zum geschlossenen Wirkungskreis des Motorstellers 46 erstreckt, Der Elektromotor wird dann nicht weiter beschleunigt, läuft jedoch mit
konstanter, nämlich der vorgewählten Drehzahl während des Zeitintervalls weiter, das ausgewählt worden ist, indem
eine der Drucktasten 40 gedrückt wurde, die die entsprechende Zeitgabeschaltung des Verzögerungsschalters 45 betätigt.

Wenn das vorgewählte Zeitintervall abgelaufen ist, hört
die Verzögerungswirkung des Verzögerungsschalters 45 auf, so daß der Elektromotor 12 erneut beschleunigt wird. Sobald jedoch die momentane Ist—Drehzahl des Drehkopfes 10 die
vorgewählte Soll~-Drehzahl überschreitet, gibt der Drehzahlfühler 43 einen Impuls an den V erzogerungsschalter 45 ab, um den Stromkreis zu öffnen, so daß der Elektromotor abgebremst wird, bis er stillgesetzt ist. Diese Beziehung ist durch die Verbindungslinie D-D zwischen dem Drehzahlfühler 43 und dem Verzögerungsschalter 45 sowie den Pfeil vom Verzögerungsschalter 45 zur Bremse des Motorstellers angedeutet.

Wie bereits erklärt wurde, verhindert die Abdeckplatten-Verriegelung 38 einen Betrieb der Zentrifuge, wenn die Abdeckplatte 18 nicht geschlossen ist. Umgekehrt kann die
Abdeckplatte 18 nicht geöffnet werden, wenn der Drehkopf umläuft. Zu diesem Zweck empfängt (Fig. 6) die Verriegelung

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Signale vom Drehzahlfühler 43, so daß die Abdeckplatte 18 geschlossen bleibt, wenn die Drehzahl des Drehkopfes 10 ungleich Null ist .Dieser Zusammenhang ist durch die Verbindungslinie A-A angedeutet.

Der Magnet-Schutzschalter 22 liegt gemäß Fig. 6 zwischen der 12000 U/min — Drehzahl-Drucktaste und dem Motorsteller 46, so daß die Zentrifuge nur mit 12000 U/min umlaufen kann, wenn der Schalter 22 geschlossen ist. Der Schalter ist normalerweise offen,, kann jedoch durch den Dauermagneten 35 an der Nabe 29 des Drehkopfes 10 geschlossen werden. Daher kann der Drehkopf 10 dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung mit hohen Drehzahlen, z,B, 12000 U/min, aber auch mit mittleren und niedrigen Drehzahlen umlaufen, z.B. 3000 und 1000 U/min', für die die Schaltung ausgelegt ist.. Da der Magnet-Schutzschalter 22 nicht zwischen dem Motorsteller 46 und einer der 3000-und 1000-U/min-Drucktasten liegt, können andere Drehköpfe ohne Magnete zum Betätigen des Magnet-Schutzschalters 22 an der Zentrifuge dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung verwendet werden,wenn diese bei mittleren und niedrigen Drehzahlen betrieben wird.

Es versteht sich, daß das hier gezeigte Ausführungsbeispiel in verschiedener Weise abgewandelt werden kann. Obwohl hier z.B. erläutert worden ist, daß die erfindungsgemäße Zentrifuge in einem großen Drehzahlbereich von niedrigen Drehzahlen von etwa 1000 U/min bis zu hohen Drehzahlen von ca. 15000 U/min und höher arbeiten kann und die Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt, das in einem Drehzahlbereich von 1000 bis 12000 U/min arbeiten kann, ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Erfindung bei praktisch jedem Drehzahlbereich oder praktisch jeder Kombination von Drehzahlen anwendbar ist, wenn die durch die Erfindung erreichte genaue Regelung notwendig oder wünschenswert ist.

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In diesem Zusammenhang kann das erfindungsgemäße Sicherheitsmerkmal, wonach die Zentrifuge bei den höheren Drehzahlen, die einen besonders aufgebauten Drehkopf erfordern, nur dann betrieben werden kann, wenn der geeignete Drehkopf einen Sicherheitsschalter erregt, für verschiedene andere Zwecke der Zentrifuge eingesetzt werden. Zum Beispiel können mehr als ein Sicherheitsschalter vorgesehen sein, wenn ein Ultrahochdrehzahl-Betrieb erforderlich ist, in welchem Fall der Drehkopf geeignet angepasst ist, um bei einer derartigen Drehzahl einer neuen Betriebsart zu genügen. Es versteht sich auch, daß der einfache Magnet und der Magnet—Sicherheitsschalter gemäß der Zeichnung durch irgendeine andere herkömmliche Einrichtung in Verbindung mit dem Drehkopf bzw. dem Antrieb verwendet werden können, um sicherzustellen, daß der richtige Drehkopf für die vorgewählte Drehzahl oder Betriebsart verwendet wird. Ähnlich kann irgendein herkömmlicher Drehzahlfühler, der Ist- und vorgewählte Soll-Drehzahlen des Drehkopfes vergleichen kann, verwendet werden, um den Verzögerungsschalter und den Motorsteller gemäß der Erfindung zu betätigen.

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Claims

Paten.tan s. ρ χ ü c. h e

1. Zentrifuge mit einer Antriebswelle, mit einem an der Antriebswelle lösbar befestigten Drehkopf und mit einem Antrieb für die Antriebswelle mit dem Drehkopf, dadurch' gekennzeichnet, daß der Antrieb (12) die Antriebswelle (11) mit dem Drehkopf (10) in einem Drehzahlbereich von niedrigen bis zu hohen Drehzahlen antreibt, und daß eine Regeleinrichtung zur Regelung der Drehzahl des Antriebs (12) vorgesehen ist, die aufweist: eine Einrichtung zur Vorwahl sowohl der Drehzahl als auch der Betriebszeit des Drehkopfs. (12) , einen Drehzahl fühler (43) und einen von diesem erregten Zeitgeber (45) zur Vorgabe der Betriebszeit des Drehkopfs (12), wenn dieser die vorgewählte Drehzahl erreicht.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (12) ein drehzahlveränderlicher Elektromotor (12) ist, daß der Zeitgeber ein Verzögerungsschalter (45) ist, der vom Drehzahlfühler (43) erregt wird, wenn der Drehkopf (10) die vorgewählte Drehzahl erreicht hat, und daß durch den Verzögerungsschalter (45) die Drehzahl des Motors (12) einstellbar ist, damit dieser mit der vorgewählten Drehzahl für die vorgewählte Betriebszeit antreibbar und am Ende dieser Betriebszeit abbremsbar ist.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsdrehzahlbereich ca. 1000 bis 15000 U/min beträgt ■ " ■

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4. Zentrifuge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Sicherheitseinrichtung, die den Betrieb des Antriebs (12) nur bei Vorwahl eines vorgegebenen Hochdrehzahlbereichs verhindert und die erregbar ist, um den Betrieb des Antriebs (12) zu .gestatten, wenn ein für den Hochdrehzahlbereich ausgelegter Drehkopf auf der Antriebswelle (11) montiert ist.

5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkopf (10) eine Einrichtung aufweist, die mit der Sicherheitseinrichtung zu deren Erregung zusammenwirkt.

6. Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß die Sicherheitseinrichtung einen Magnet-Schalter (22) hat und daß die damit zusammenwirkende Einrichtung eine Magnet-Einheit (35) hat, um den Magnet-Schalter (22) zu betätigen.

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