DE3815449C2 - Zentrifuge, insbesondere Laborzentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge entspre­ chend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Betrieb von Zentrifugen erfordert mit Hinblick auf den jeweils eingesetzten Rotor, insbesondere dessen Drehzahl, Sicherheitsvorkehrungen, durch welche ausgehend von der Identifizierung eines bestimmten, gerade einge­ setzten Rotors Bedienungsfehler automatisch erkannt und korrigiert werden können.

Es sind in diesem Zusammenhang Einrichtungen zur Identi­ fizierung von Rotoren bekannt geworden, bei denen berüh­ rungslos, d. h. auf optischem oder induktivem Wege Index­ scheiben der Rotoren, an denen Nocken oder sonstige Segmente angebracht sind, abgezählt worden sind, wobei aus deren Anzahl wiederum der Rotortyp ermittelt worden ist. Bei dieser Identifizierungsmetho­ de sind - zumindest mit vertretbarem Aufwand - nur wenige Rotortypen unterscheidbar. Angesichts der jedoch großen Zahl der zu unterscheidenden Rotortypen führt die Extrapolation dieser bekannten Prinzipien nicht immer zu kostengünstigen Lösungen.

Aus der EP 02 26 886 A1 ist eine Zentrifuge mit auswech­ selbarem Rotor bekannt, der auf einem Teilkreis Magnet­ körper als Informationsträger trägt, die mit einem am Gehäuse der Zentrifuge angebrachten Sensor zusammenwir­ ken. So sind in einem gezeigten Ausführungsbeispiel entlang eines Teilkreises 24 Aufnahmestellen für Magnet­ körper vorgesehen, so daß entsprechend dem hierdurch festgelegten Auflösungsvermögen 15 Bit für die Rotorken­ nung und 9 Bit für die Kodierung der Drehzahl zur Verfü­ gung stehen. Zur Unterscheidung von Daten betreffend die Rotorkennung einerseits und die Drehzahl andererseits, jedoch auch zur Gewinnung von Startinformationen für den Beginn des Vorgangs der Erkennung der Kodierung sind die der Rotorkennung zugeordneten Magnetkörper einerseits und die der Drehzahl zugeordneten Magnetkörper anderer­ seits jeweils sämtlich durch eine bestimmte Polarität gekennzeichnet, so daß aus dem Wechsel der Polarität unmittelbar der Beginn eines Lesevorgangs ableitbar ist. Dies hat zur Folge, daß sich die, über den Sensor gewon­ nenen Informationen betreffend die Rotorkennung einer­ seits und die Drehzahl andererseits jeweils als Folge positiver bzw. negativer Impulse darstellen. Dem Sensor schließt sich eine Auswerteschaltung an, innerhalb welcher neben einer Verstärkung der gewonnenen Impulse insbesondere eine kanalmäßige Trennung sowie eine Inver­ tierung der negativen Impulse erfolgt, so daß ausgangs­ seitig der Auswerteschaltung auf getrennten Kanälen positive Impulsfolgen betreffend die Drehzahl sowie die Rotorkennung anstehen. Die weitere regelungstechnische Umsetzung der auf diesen Kanälen anstehenden Informatio­ nen erfolgt über einen Mikroprozessor. Wesensmerkmal dieser Lösung ist somit eine verhältnismäßig komplizier­ te Auswerteschaltung.

Aus der DE 32 10 184 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung bekannt, die zur Anwendung unter anderem bei Zentrifugenrotoren bestimmt ist. Zu diesem Zweck ist an dem Rotor eine, eine maximale Drehzahl charakterisierende Reflektorscheibe angebracht, welche mit einer, ein elektrisches Signal erzeugenden Abtast­ stufe zusammenwirkt, wobei ferner die Drehzahl des Motors über einen, mit dessen Antriebswelle zusammenwir­ kenden Tachogenerator erfaßt wird, und wobei beide Signale, nämlich dasjenige der Abtaststufe und dasjenige des Tachogenerators im Rahmen einer speziellen Auswerte­ schaltung umgesetzt werden, welche mit einem Abschalt­ kreis in Wirkverbindung steht, über welchen beispiels­ weise bei Überschreiten der höchst zulässigen Drehzahl der Antrieb abgeschaltet werden kann. Auch hier ist eine spezielle Auswerteschaltung erforderlich, welche auf das Erkennen und Umsetzen definierter Störungszustände hin ausgelegt ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Zentrifuge der eingangs bezeichneten Gattung dahingehend auszugestal­ ten, daß bei bauteilmäßig geringem Aufwand eine große Anzahl an Rotortypen unterscheidbar sind.

Gelöst ist diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Zentrifuge durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Die Identifizierung eines Rotors beruht somit auf der Dekodierung des durch eine definierte Anordnung von berührungslos abtastbaren Informationsträgern gebildeten Bitmusters. Dieses Bitmuster muß hierbei notwendigerwei­ se zumindest zwei Informationsanteile enthalten, nämlich einen ersten, der dem speziellen Rotortyp zugeordnet ist und einen zweiten, der den Beginn oder das Ende eines mittels des Sensors durchgeführten Lesevorgangs dieser Information signalisiert. Durch den, dem Motor zugeord­ neten Drehzahlgeber wird die Zeitbasis für den Auswerte­ vorgang des genannten Bitmusters geliefert. Die in der Dekodiereinrichtung gewonnene Information über den Rotortyp kann in vielfältiger Weise verwendet werden. So kann das Ergebnis dieser Identifizierung optisch ange­ zeigt werden oder es können aus dieser Information unmittelbar Steuerungssignale insbesondere korrigierende Signale für den Zentrifugenantrieb abgeleitet werden. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines ein bista­ biles Schaltverhalten aufweisenden Sensors kann mit wenigen, mit dem Rotor drehenden Informationsträgern bereits eine verhältnismäßig große Anzahl eindeutig unterscheidbarer Bitkonstellationen und damit Rotorkenn­ zeichnungen realisiert werden. Die Einrichtung zur Dekodierung ist ein Mikroprozessor, mittels welchem die der Dekodierung zugrunde liegenden Maßnahmen besonders einfach realisierbar sind.

Die Verwendung von magnetisch erfaßbaren Informations­ trägern entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 ist praktisch von großem Vorteil, insbesondere aufgrund der Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen.

Die genannten Magnetkörper können entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 beispielsweise entlang zweier Teilkreise angeordnet sein, wobei durch die Magnetkörper des ersten Teilkreises lediglich ein Startimpuls für einen Lesevorgang gegeben wird, wobei durch die Magnet­ körper des zweiten Teilkreises die eigentliche Rotorken­ nung kodiert ist. Die Kodierung wird beispielsweise derart durchgeführt, daß der Umfang des Teilkreises in untereinander gleiche Winkelschritte zerlegt ist, deren jedem jeweils ein mittels der Dekodiereinrichtung einge­ lesenes Bit zugeordnet ist. Im letztgenannten Fall steht für die Kennzeichnung eines Rotors somit der gesamte, durch die Variierungsmöglichkeiten der Bitfolge eines Teilkreises entsprechend der gewählten Kodierung verfüg­ bare Zeichenvorrat zur Verfügung. Durch die magnetisch wechselnde Polarität der Magnetkörper wird über die Hallsonde der Sensor in definierter Weise jeweils in den einen oder den anderen stabilen Schaltzustand versetzt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, sämtliche Infor­ mationsträger bzw. Magnetkörper auf einem einzigen Teilkreis anzuordnen, so daß das gesamte, während einer Umdrehung des Rotors auf den Sensor übertragene, durch die Folge der Magnetkörper festgelegte Bitmuster sowohl den Zeitpunkt des Beginns des Lesevorgangs bzw. die Winkellage als auch die spezifische Rotorkennung dar­ stellt. Da aus der während einer Übertragung mittels des Sensors gewonnenen Bitfolge die beiden genannten Signal­ anteile eindeutig unterscheidbar sein müssen, steht hier naturgemäß nicht der gesamte, durch die Bitanzahl theo­ retisch realisierbare Zeichenvorrat zur Rotorkennzeich­ nung zur Verfügung. Es vereinfacht sich in diesem Fall jedoch die räumliche Anordnung der Informationsträger bzw. Magnetkörper.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Laborzentrifuge;

Fig. 2 eine Ansicht des die Magnetkörper tragenden Teil­ kreises aus einer Richtung II der Fig. 1.

Mit 1 ist in der Zeichnung der Rotor einer Laborzentri­ fuge bezeichnet, die um eine vertikale Achse 2 drehbar gelagert ist. Der Rotor 1 weist Aufnahmevorrichtungen für Gefäße auf, welche die in ihre Komponenten zu zerlegenden Substanzen enthal­ ten. Es ist lediglich ein Gefäß 3 gestrichelt wiederge­ geben, dessen Längsachse unter einem Winkel zu der Achse 2 verläuft.

Mit 4 ist der dem Antrieb des Rotors dienende Motor be­ zeichnet, welcher einen Drehzahlgeber 5 aufweist. Der Motor 4 befindet sich in der zeichnerischen Darstellung in koaxialer Anordnung zu dem Rotor 1 und ist in der herkömmlichen Weise drehzahlregelbar ausgestaltet, worauf im folgenden noch nicht eingegangen werden soll. Zeichne­ risch nicht dargestellt ist die dem Motor 4 zugeordnete Energieversorgung.

Auf einem Teilkreis 6 an der Unterseite des Rotors 1 - an diesem befestigt - befinden sich zwei Magnetkörper 7, die mit einem bistabilen, an dem Gehäuse 8 des Motors 4 befestigten Sensor 9 zusammenwirken. Die dem Sensor 9 benachbart angeordneten Abschnitte der Magnetkörper 7 weisen jeweils eine magnetisch unterschiedliche Polarität auf, so daß als Folge der Bewegung eines Magnetkörpers 7 ent­ lang des Sensors 9 dieser von dem jeweils einen in den anderen Schaltzustand versetzt wird. Beispielsweise kann im Rahmen des Sensors 9 eine Hallsonde verwendet werden. Derartige, durch jeweils ein Magnetfeld bestimmter Polarität betätigbare Sensoren 9, die jeweils zwei stabile Schaltzustände aufweisen, sind als solche bekannt, so daß auf eine genauere Beschreibung derselben verzichtet wird.

Mit 10 ist ein Mikroprozessor bezeichnet, der über eine Leitung 11 mit dem Drehzahlgeber 5 und über eine Leitung 12 mit dem Sensor 9 in Verbindung steht. Über die Leitung 12 wird in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Magnet­ körper 7 auf dem Teilkreis 6 eine Impulsfolge übertragen, aus welcher mittels des über die Leitung 11 übertragenen, die Drehzahl des Rotors 1 anzeigenden Signals mittels des Mikroprozessors 10 eine Identifikation eines bestimmten Rotors 1 möglich ist, wobei diese Identifikation steuerungs­ technisch in beliebiger Weise verwertbar ist. Insbesondere ist hier an Überwachungs- und Sicherheitsfunktionen für den Betrieb der Laborzentrifuge gedacht.

Durch die Verteilung der Magnetkörper 7 auf dem Teilkreis 6 ist ein Bitmuster vorgegeben, welches in digital kodier­ ter Form nicht nur ein einem bestimmten Rotortyp zugeord­ netes Signal sondern auch ein den Beginn eines Zähl- bzw. Lesevorgangs indizierendes Signal enthält. Der Mikroprozessor 10 dient somit der Dekodierung der auf diese Weise festgelegten Information.

Lediglich beispielhaft soll im folgenden noch unter Bezug­ nahme auf die grafische Darstellung gemäß Fig. 2 erläutert werden, in welcher Weise die den Beginn des Lesevorgangs sowie eine Kennungsnummer des Rotors 1 beinhaltende Infor­ mation aus der Position von Magnetkörpern auf dem genann­ ten Teilkreis 6 festgelegt ist.

Gemäß der Darstellung der Fig. 2 ist der Umfang des Teil­ kreises 6 in Winkelschritte 13 von jeweils 30° unterteilt, wobei mit 14 die sich aus dieser Winkelauflösung ergebenden möglichen Positionen von Magnetkörpern 7 bezeichnet sind. Entsprechend der Zahl dieser Positionen 14 ergibt sich bei einer vollen Umdrehung des Rotors 1 somit ein aus zwölf Bit bestehendes Bitmuster. Von diesen zwölf Bit werden beispiels­ weise die ersten vier Bit zur Kodierung des Beginns eines Lesevorgangs benützt, während die verbleibenden acht Bit zur Kodierung eines Erkennungszeichens für den jeweiligen Rotor 1 zur Verfügung stehen. Die Wahl des speziellen Codes ist an sich beliebig und kann nach Zweckmäßigkeits­ gesichtspunkten gewählt werden. Es muß lediglich dafür Sorge getragen werden, daß der durch die genannten vier Bit gebildete Startcode eindeutig von dem durch die genannten acht Bit gebildeten Erkennungscode unterscheidbar ist. Hier­ aus ergibt sich in an sich bekannter Weise die bei dieser Bitzahl maximal kodierbare Anzahl von unterscheidbaren Rotorkennzeichnungen. Über den Drehzahlgeber 5 wird le­ diglich die Zeitbasis zur Auswertung der genannten zwölf Bits geliefert. Die Auflösung in Winkelschritte 13 kann im Bedarfsfall feiner oder auch gröber ausgebildet werden, je nach der Anzahl der auf diese Weise zu unterscheidenden Rotortypen. Man erkennt, daß insbesondere aufgrund der ein bistabiles Schaltverhalten aufweisenden Sensoren 9 in einfachster Weise die Kodierung einer verhältnismäßig großen Anzahl unterschiedlicher Rotortypen sowie deren mikroprozessorgesteuerte Identifizierung möglich ist.

Claims (3)

1. Zentrifuge, insbesondere Laborzentrifuge, bestehend aus zumindest einem Rotor (1), der mit einem Motor (4) in Antriebsverbindung steht, wobei an dem Rotor (1) berührungslos abtastbare, eine kodierte Informa­ tion darstellende Informationsträger angeordnet sind, die mit einem ortsfesten Sensor (9) in Wirkverbindung stehen, wobei der Sensor (9) mit einer Einrichtung zur Dekodierung der gewonnenen Information, nämlich einem Mikroprozessor in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Motor (4) mit einem Drehzahlgeber (5) ausgerüstet ist, der ebenfalls mit der Einrichtung zur Dekodierung in Verbindung steht und
• - daß zur Abtastung der Informationsträger ein ein bistabiles Schaltverhalten aufweisender Sensor (9) benutzt wird.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsträger Magnetkörper (7) sind und daß der Sensor (9) ein magnetfeldabhängiges Schalt­ element, vorzugsweise eine Hallsonde aufweist.

3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkörper (7) zur Kodierung der Information in definierter Weise entlang wenigstens eines Teil­ kreises (6) des Rotors (1) mit wechselnder magne­ tischer Polarität angeordnet sind.