EP0226886A1 - Zentrifuge - Google Patents

Abstract

Zentrifuge mit einem auswechselbaren Rotor (2), der mit einem Informationsträger (3) für maschinenlesbare Information versehen ist, und einer Leseeinrichtung, die Detektoren (4,4A) zur Abtastung des Informationsträgers (3) und eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung der aufgenommenen Information aufweist, wobei der Informationsträger (3) eine Reihe von am Rotor verteilt angeordneten Permanentmagnetstiften (9,10) aufweist, die teils mit ihren Nord-, teils mit ihren Südpolen den Detektoren (4,4A) zugewandt sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge mit einem auswechselbaren Rotor, der mit einem Informationsträger für maschinenlesbare Information versehen ist, und einer Leseeinrichtung, die Detektoren zur Abtastung des Informationsträgers und eine elektronischen Schaltung zur Verarbeitung der aufgenommenen Information aufweist.
• Zentrifugen dienen im allgemeinen zur Trennung von Probenteilchen in einem flüssigen Medium. Je nach den Anwendungsbedürfnissen steht eine Vielzahl von verschiedenartigen Rotoren zur Verfügung, z.B. Winkelrotoren, Ausschwingrotoren, Vertikalrotoren, Zonalrotoren.
• Weiterhin unterscheiden sich die einzelnen Rotoren durch unterschiedliche Leistungsmerkmale, wie maximal erzielbare Zentrifugalkraft und maximal benutzbares Volumen.
• Da Zentrifugen häufig nicht nur für einen Anwendungsfall benutzt werden, werden für ein Gerät verschiedene auswechselbare Rotoren eingesetzt. In keinem Fall darf die Maximaldrehzahl des eingesetzten Rotors überschritten werden.
• Moderne Zentrifugen haben daher üblicherweise eine entsprechende rotorspezifische Ueberdrehzahlsicherung, z.B. eine optische Abtastung einer Hell/Dunkel-Scheibe mittels eines Optokopplers oder ähnliche Verfahren oder magnetische Abfrage einer Zahnscheibe oder von Permanentmagneten.
• Beide Methoden dienen zur Erzeugung einer Frequenz, die bei Ueberschreiten des zulässigen Wertes den Antrieb der Zentrifuge abschalten. Bei Zentrifugen ohne Vakuumeinrichtung wird häufig auf die vorerwähnte Abfrage verzichtet. Die Ueberdrehzahlsicherung ist durch den Luftwiderstand gewährleistet.
• Hochgeschwindigkeits-Zentrifugen haben in der Regel eine Kühlung, um die Probentemperatur innerhalb des Rotors konstant zu halten. Diese Klasse von Zentrifugen hat keine Vakuumeinrichtung wie sie bei noch schneller drehenden Ultrazentrifugen benötigt wird.
• Der Luftwiderstand je nach Grösse, Form, Oberfläche und Drehzahl des eingesetzten Rotors muss bei der Temperatursteuerung berücksichtigt werden. Dies bedeutet, dass die Kälteleistung dementsprechend angepasst werden muss. Dies wird durch eine Kompensations-Schaltung bewerkstelligt. Der richtige Kompensationswert kann aus den entsprechenden Nomogrammen der einzelnen Rotoren entnommen werden.
• Bei mit Mikroprozessoren ausgerüsteten Zentrifugen genügt die Vorwahl des Rotortyps, um aus dem Speicher des Mikroprozessors die Kompensation bei der Temperaturvorwahl automatisch zu berücksichtigen. Das gleiche gilt auch für teilweise evakuierte Zentrifugen.
• Viele Rotoren, vor allem bei Ultrazentrifugen, sind Hochleistungsrotoreh, die eine Begrenzung ihres Einsatzes in der gesamten Menge der Läufe oder der Laufzeiten oder des Alters haben. Dies setzt voraus, dass jeder Lauf protokolliert wird. Sicherheitsvorschriften in verschiedenen Ländern verlangen dies ausdrücklich. Moderne Zentrifugen verfügen über eine Druckeinrichtung, bei der die Läufe protokolliert werden, sofern der richtige Rotortyp vorher von Hand eingegeben wurde.
• Alle vorstehend genannten technischen Lösungswege haben den Mangel, dass die Rotoren nicht von der Zentrifuge selbsttätig identifiziert werden. Daher ist durch einen Irrtum des Benutzers eine Fehlbedienung möglich, so dass falsche Rotorprotokolle erstellt werden, überalterte Rotoren nicht als solche erkannt werden und durch falsche Kompensation der Temperatursteuerung die Probe nicht auf dem gewünschten Wert gehalten wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mangel zu beseitigen.
• Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Informationsträger eine Reihe von am Rotor verteilt angeordneten Permanentmagentstiften aufweist, die teils mit ihren Nord-, teils mit ihren Südpolen den Detektoren zugewandt sind.
• Diese positive Rotorerkennung setzt eine werkseitige Codierung des Rotors voraus. Diese Codierung kann beispielsweise folgende Information an die Abfrage-Elektronik geben : Baujahr, Serien-Nummer, Rotortype und zulässige Höchstdrehzahl.
• Im Vergleich zu einer Codierung durch Anbringung eines Bar-Codes, oder ähnlicher Systeme ist die Magnetstiftcodierung wegen der Robustheit und der Nord-oder Südpol-Ausrichtung die sicherste berührungslose Art.
• Die Magnete werden radial um die Rotationsachse angeordnet. Ein Teil der Magnete dient zur Geschwindigkeitsüberwachung und der andere Teil zur Codierung. Beide Teilmengen unterscheiden sich durch die Polarität.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen :
• Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Zentrifuge
• Fig. 2 eine schematische Darstellung des Codierrings des Rotors der Fig. 1
• Fig. 3 eine schematische Darstellung der Schaltung zur Erfassung der Codierung.
• Die in Fig. 1 dargestellte Zentrifuge ist eine Festwinkelzentrifuge, in der die Probengefässe 1 unter einem bestimmten Neigungswinkel im Rotor 2 angeordnet sind. Auf seiner Unterseite trägt der Rotor einen Trägerring 3 zur Aufnahme der Codierung.
• In engem Abstand vom Trägerring 3 sind ihm gegenüber zwei Sensoren 4, 4a zur Abtastung der Codierung angeordnet.
• Der Rotor wird durch eine Antriebsachse 5 angetrieben. Die Achse ist in einem feststehenden Lagergehäuse 6 gelagert und wird durch eine Antriebseinheit 7 angetrieben.
• Die Stirnseite des Trägerrings 3 ist in Fig. 2 dargestellt. Er besitzt über seinen Umfang gleichmässig verteilt 24 Bohrungen 8, in die passende Permanentmagnetstifte 9, 10 eingesetzt sind. Die Magnetstifte sind so eingesetzt, dass teils ihre Südpole, und teils ihre Nordpole nach aussen gerichtet sind.
• Durch die Verwendung von Nord- und Südpolen kann eine grössere Informationsmenge kodiert werden. So stehen die 15 Positionen der Sektoren a,b,c und damit 15 Bit für die Rotorerkennung zur Verfügung. In diesen 15 Positionen sind eingesetzte Sifte mit ihren Nordpolen nach aussen gerichtet. Sie sind aufgeteilt in 4 Bit (Sektor a) für das Baujahr, 7 Bit (Sektor b) für die Seriennummer und 4 Bit (Sektor c) für den Rotortyp.
• Die Magnetstifte des Sektors d sind mit ihren Südpolen nach aussen gerichtet. Sie dienen für die Codierung der Drehzahl.
• Der in Fig. 2 beispielsweise gezeigte Indikatorring gehört zu einem Rotor mit dem Baujahrcode (wegen der Drehrichtung in umgekehrter Reihenfolge gelesen) 1010 = 5 für 1985, der Seriennummer 1000011 = 97, vom Rotortyp 1101 = 11, dessen höchstzulässige Drehzahl 101010101 = 25200 Upm beträgt.
• Für die Erkennung des Beginns der Codierung benötigt der Mikro-Prozessor einen Startbit. Da die Magnete für die Drehzahlüberwachung in anderer Polarität eingesezt sind als die Codierungsmagnete, ergibt sich somit automatisch beim Wechsel der Polarität durch die Rotation die Startinformation.
• Die vorstehend beschriebene Lösung lässt die Erkennung nur bei Rotation zu. Eine parallel zur Rotationsachse angebrachte Codierung ermöglicht das Erkennen der genannten Rotorinformation beim Aufsetzen des Rotors auf die Achse.
• Der Einsatz eines zweiten Sensors (4a) gestattet bei galvanischer Trennung eine voneinander unabhängige Ueberwachung sowohl der Drehzahl als auch der Codierung, um selbst schärfsten Sicherheitsvorschriften gerecht zu werden.
• Die in Fig. 3 beispielsweise gezeigte Schaltung zur Erfassung der Codierung ist wie folgt aufgebaut, wobei gleichzeitig auf die Signaldiagramme in Fig.4 Bezug genommen wird.
• Der magnetische Sensor 4 hat eine Versorgungsspannung von + 12 Volt. Der Signalausgang hat ein Gleichspannungspotential von + 6 Volt.
• Die am Sensor vorbei rotierenden Magnete erzeugen Impulse mit einer Signalspannung von etwa 270 mVss. Diese sind der Ausgangsspannung überlagert (Fig. 4a). Der Sensor 4 ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärker 11 verbunden. Das Signal wird im Operationsverstärker 11 etwa 30fach verstärkt und invertiert (Fig. 4b). Durch ein Potentiometer 12 wird der andere Eingang des Verstärkers 11 mit einer Vorspannung versorgt, die den Ausgang auf + 6 Volt hält.
• Der Ausgang des Verstärkers 11 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 13 und mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 14 verbunden. Der zweite Eingang des Verstärkers 13 ist mit Hilfe der Widerstände 15,16,17 auf eine Vorspannung von etwa 8 Volt gelegt. Dadurch wird erreicht, dass nur die störungsfreien positiven Spitzen des Ausgangssignals des Verstärkers 11 in ein Rechtecksignal (Fig. 4c) umgewandelt werden. Der Verstärker 14 liegt mit säinem zweiten Eingang zwischen den Widerständen 16 und 17 auf 4 Volt. Auf diese Weise invertiert er die negativen Impulse des Signals 46 und liefert ebenfalls ein Rechtecksignal (Fig. 4d).
• Das Auqgangssignal des Verstärkers 13 (Fig. 4c) wird einer Drehzahlüberwachungseinrichtung (nicht gezeigt) zugeführt, während das die Rotorcodierung enthaltende Ausgangssignal des Verstärkers 14 (Fig. 4d) zur Verarbeitung einem Mikroprozessor (nicht gezeigt) zugeführt wird.

Claims (1)

1. Zentrifuge mit einem auswechselbaren Rotor, der mit einem Informationsträger für maschinenlesbare Information versehen ist, und einer Leseeinrichtung, die Detektoren zur Abtastung des Informationsträgers und eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung der aufgenommenen Information aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsträger eine Reihe von am Rotor verteilt angeordneten Permanentmagnetstiften aufweist, die teils mit ihren Nord-, teils mit ihren Südpolen den Detektoren zugewandt sind.

Images