EP0226886B2 - Centrifuge - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B13/00—Control arrangements specially designed for centrifuges; Programme control of centrifuges
    • B04B13/003—Rotor identification systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B7/00—Elements of centrifuges

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a centrifuge according to the preamble of claim 1.

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.Centrifuges are generally used to separate sample particles in a liquid medium. A variety of different types of rotors are available depending on the application requirements. e.g. Angle rotors, swing-out rotors, vertical rotors, zonal rotors.

Weiterhin unterscheiden sich die einzelnen Rotoren durch unterschiedliche Leistungsmerkmale, wie maximal erzielbare Zentrifugalkraft und maximal benutzbares Volumen.Furthermore, the individual rotors differ in their different performance characteristics, such as the maximum achievable centrifugal force and the maximum usable volume.

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.Since centrifuges are often not only used for one application, different interchangeable rotors are used for one device. Under no circumstances may the maximum speed of the rotor used be exceeded.

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.Modern centrifuges therefore usually have a corresponding rotor-specific overspeed protection, e.g. an optical scanning of a light / dark disk using an optocoupler or similar methods or magnetic interrogation of a toothed disk or of permanent magnets.

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.Both methods are used to generate a frequency that switches off the centrifuge drive when the permissible value is exceeded. In the case of centrifuges without a vacuum device, the aforementioned query is often omitted. The overspeed protection is guaranteed by the air resistance.

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.High-speed centrifuges usually have cooling to keep the sample temperature inside the rotor constant. This class of centrifuges does not have a vacuum device as is required for ultra-fast rotating centrifuges.

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.The air resistance depending on the size, shape, surface and speed of the rotor used must be taken into account when controlling the temperature. This means that the cooling capacity must be adjusted accordingly. This is accomplished by a compensation circuit. The correct compensation value can be found in the corresponding nomograms of the individual rotors.

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.In the case of centrifuges equipped with microprocessors, the preselection of the rotor type is sufficient to automatically take the compensation from the memory of the microprocessor into account when preselecting the temperature. The same also applies to partially evacuated centrifuges.

Viele Rotoren, vor allem bei Ultrazentrifugen, sind Hochleistungsrotoren, 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.Many rotors, especially in ultracentrifuges, are high-performance rotors that have a limit on their use in the total amount of runs or run times or age. This assumes that every run is logged. Safety regulations in different countries explicitly require this. Modern centrifuges have a pressure device, in which the runs are logged, provided that the correct rotor type has previously been entered by hand.

In der EP-A-138383 ist eine Zentrifuge mit einem Rotoridentifikationssystem beschrieben. Am Rotor ist ein Paar Permanentmagnete mit unterschiedlicher Polarität angebracht derart, dass der Winkelabstand zwischen ihnen einem Informationsgehalt entspricht. Diese Lösung erlaubt zwar die Erkennung des Rotortyps im Hinblick auf seine maximale Umdrehungszahl, aber es können keine zusätzlichen Informationen zur näheren Identifikation des individuellen Rotors an das System übermittelt werden.EP-A-138383 describes a centrifuge with a rotor identification system. A pair of permanent magnets with different polarity is attached to the rotor such that the angular distance between them corresponds to an information content. Although this solution allows the rotor type to be recognized with regard to its maximum number of revolutions, no additional information for the more detailed identification of the individual rotor can be transmitted to the system.

Alle vorstehend genannten technischen Lösungswege haben somit den Mangel, dass die Rotoren nicht individuell 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.All of the above-mentioned technical solutions therefore have the defect that the rotors are not identified automatically by the centrifuge. Therefore, incorrect operation is possible due to a mistake on the part of the user, so that incorrect rotor logs are created, outdated rotors are not recognized as such, and the sample is not kept at the desired value due to incorrect compensation of the temperature control.

Aus der US-Patentschrift 4 551 715 ist eine Zentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt. Die an dem Rotor befindliche Anordnung von Permanentmagneten charakterisiert dort den Rotortyp dadurch, wieviele der Permanentmagneten mit ihrem Nordpol oder Südpol zum Magnetfelddetektor orientiert sind, bzw. wieviele Polwechsel stattfinden. Dabei sind alle für die Permanentmagnete vorgesehenen Positionen besetzt. Die Codierung ist so, daß für die Charakterisierung eines Rotors alle Permanentmagnetstifte herangezogen werden. Es ist nicht vorgesehen, weitere Codierungen vorzunehmen.A centrifuge according to the preamble of claim 1 is known from US Pat. No. 4,551,715. The arrangement of permanent magnets on the rotor characterizes the rotor type there by how many of the permanent magnets are oriented with their north pole or south pole to the magnetic field detector, or how many pole changes take place. All positions provided for the permanent magnets are occupied. The coding is such that all permanent magnetic pins are used to characterize a rotor. There is no provision for further coding.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, die Codierung mit Permanentmagnetstiften so auszugestalten, daß zwei Gruppen voneinander unabhängiger Informationen codiert werden können.Accordingly, it is an object of the invention to design the coding with permanent magnetic pins so that two groups of information that are independent of one another can be coded.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruches 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved with the means of claim 1.

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.This positive rotor detection requires a factory coding of the rotor. This coding can, for example, provide the following information to the query electronics: year of manufacture, serial number, rotor type and permissible maximum speed.

Im Vergleich zu einer Codierung durch Anbringung eines Bar-Codes, oder ähnlicher Systeme ist die Magnetstiftcodierung wegen der Robustheit und der Nordoder Südpol-Ausrichtung die sicherste berührungslose Art.Compared to coding by attaching a bar code or similar systems, magnetic pen coding is the safest contactless type because of its robustness and the north or south pole orientation.

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.The magnets are arranged radially around the axis of rotation. Some of the magnets are used for speed monitoring and the other for coding. Both subsets differ in polarity.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.An embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawings.

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.
Show it:
  • Fig. 1 is a schematic side view of a centrifuge
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the coding ring of the rotor of FIG. 1
  • Fig. 3 is a schematic representation of the circuit for detecting the coding.

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.The centrifuge shown in FIG. 1 is a fixed-angle centrifuge in which the sample vessels 1 are arranged at a certain angle of inclination in the rotor 2. On its underside, the rotor carries a carrier ring 3 for receiving the coding.

In engem Abstand vom Trägerring 3 sind ihm gegenüber zwei Sensoren 4, 4a zur Abtastung der Codierung angeordnet.At a close distance from the carrier ring 3, two sensors 4, 4a are arranged opposite it for scanning the coding.

Der Rotor wird durch eine Antriebsachse 5 angetrieben. Die Achse ist in einem feststehenden Lagergehäuse 6 gelagert und wird durch eine Antriebseinheit 7 angetrieben.The rotor is driven by a drive axle 5. The axle is mounted in a fixed bearing housing 6 and is driven by a drive unit 7.

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.The end face of the carrier ring 3 is shown in Fig. 2. It has 24 holes 8, evenly distributed over its circumference, into which suitable permanent magnet pins 9, 10 are inserted. The magnetic pins are inserted so that some of their south poles and some of their north poles face outwards.

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.A larger amount of information can be encoded by using North and South Poland. The 15 positions of sectors a, b, c and thus 15 bits are available for rotor detection. In these 15 positions, the lifts used face northwards. They are divided into 4 bits (sector a) for the year of manufacture, 7 bits (sector b) for the serial number and 4 bits (sector c) for the rotor type.

Die Magnetstifte des Sektors d sind mit ihren Südpolen nach aussen gerichtet. Sie dienen für die Codierung der Drehzahl.The magnetic pins of sector d are directed outwards with their south poles. They are used for coding the speed.

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.The indicator ring shown in FIG. 2, for example, belongs to a rotor with the year of manufacture code (read in reverse order because of the direction of rotation) 1010 für 5 for 1985, serial number 1000011 ≙ 97, of rotor type 1101 ≙ 11, whose maximum permissible speed is 101010101 = 25200 rpm .

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 Start-information.The microprocessor needs a start bit to recognize the start of the coding. Since the magnets for the speed monitoring are used in a different polarity than the coding magnets, the start information is automatically obtained when the polarity changes due to the rotation.

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.The solution described above only permits detection during rotation. A coding applied parallel to the rotation axis enables the rotor information mentioned to be recognized when the rotor is placed on the axis.

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.The use of a second sensor (4a) allows independent monitoring of both the speed and the coding in the case of galvanic isolation in order to meet even the strictest safety regulations.

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.The circuit for detecting the coding, for example shown in FIG. 3, is constructed as follows, reference being made simultaneously to the signal diagrams in FIG. 4.

Der magnetische Sensor 4 hat eine Versorgungsspannung von + 12 Volt. Der Signalausgang hat ein Gleichspannungspotential von + 6 Volt.The magnetic sensor 4 has a supply voltage of + 12 volts. The signal output has a DC potential of + 6 volts.

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 30 fach 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.The magnets rotating past the sensor generate pulses with a signal voltage of approximately 270 mVpp. These are superimposed on the output voltage (Fig. 4a). The sensor 4 is connected to the inverting input of an operational amplifier 11. The signal is amplified and inverted about 30 times in the operational amplifier 11 (FIG. 4b). The other input of the amplifier 11 is supplied with a bias voltage by a potentiometer 12, which keeps the output at + 6 volts.

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 seinem 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).The output of the amplifier 11 is connected to the non-inverting input of an operational amplifier 13 and to the inverting input of an operational amplifier 14. The second input of the amplifier 13 is connected to a bias voltage of approximately 8 volts with the help of the resistors 15, 16, 17. It is thereby achieved that only the interference-free positive peaks of the output signal of the amplifier 11 are converted into a square-wave signal (FIG. 4c). The amplifier 14 has a second input between the resistors 16 and 17 at 4 volts. In this way, it inverts the negative pulses of signal 46 and also supplies a square-wave signal (FIG. 4d).

Das Ausgangssignal 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.The output of amplifier 13 (FIG. 4c) is fed to a speed monitor (not shown), while the rotor encoding output signal of amplifier 14 (FIG. 4d) is fed to a microprocessor (not shown) for processing.

Claims (3)

  1. A centrifuge with an interchangeable rotor (2) having an information support connected thereto for machine-readable information in the form of a coaxial annular surface (3) with permanent magnet pins (9, 10) distributed in accordance with coded information on preset positions of the annular surface (3), and a reader comprising detectors (4, 4a) for scanning the information support and an electronic circuit for processing the received information, the permanent magnet pins (9, 10) being disposed some with their north poles and some with their south poles facing the reader, and different items of information being coded by different polarities of the permanent magnet pins, and the permanent magnet pins (9, 10) are disposed in two separate groups, all the permanent magnet pins of the first group (a, b, c) having their north poles facing the reader and all the permanent magnet pins of the second group (d) having their south poles facing the reader, characterised in that in each individual group (a, b, c, d) different items of information are coded by the presence and absence of the permanent magnet pins (9, 10) at the preset positions.
  2. A centrifuge according to claim 1, characterised in that the reader comprises at least one detector (4, 4a) disposed on the centrifuge to receive machine-readable magnetic information from the permanent magnet pins (9, 10).
  3. A centrifuge according to claim 1, characterised in that the information support consists of a support ring (3) connected to the end face of the rotor (2) and rotatable about the same drive shaft (5), said support ring having a number of bores (8) disposed at a specific distance from the drive shaft (5) of the rotor (2) and having dimensions such as to receive and support fitting permanent magnet pins (9, 10).
EP86116668A 1985-12-11 1986-12-01 Centrifuge Expired - Lifetime EP0226886B2 (en)

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CH5285/85 1985-12-11

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EP0226886B1 EP0226886B1 (en) 1990-08-29
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