EP1196247B1 - Laborzentrifuge mit kuehlaggregat - Google Patents

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EP1196247B1
EP1196247B1 EP00942132A EP00942132A EP1196247B1 EP 1196247 B1 EP1196247 B1 EP 1196247B1 EP 00942132 A EP00942132 A EP 00942132A EP 00942132 A EP00942132 A EP 00942132A EP 1196247 B1 EP1196247 B1 EP 1196247B1
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centrifuge
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frequency
inverter
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Horst Kache
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Eppendorf SE
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B15/00—Other accessories for centrifuges
    • B04B15/02—Other accessories for centrifuges for cooling, heating, or heat insulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/10—Control of the drive; Speed regulating

Definitions

  • the invention relates to a laboratory centrifuge with electric centrifuge motor.
  • the centrifuge motor as an induction motor with frequency-controlled Supply via a frequency converter form. This can be the for the centrifuge operation required accuracy of the setting of the rotor speed to reach.
  • Laboratory centrifuges are also powered by an electric motor cooling unit known.
  • the cooling motors in a simple design with constant speed continuously provided, wherein the control of the cooling power via switching on and off of the engine takes place.
  • air conditioners it is known from DE 3523818 C3, the motor frequency controlled to operate.
  • Controlled temperature laboratory centrifuges are disclosed in EP-A-0 833 138 and GB-A-2 150 717.
  • the object of the present invention is to provide a laboratory centrifuge with Speed-controlled centrifuge motor and cooling unit structurally easier and cheaper to train.
  • the features of claim 5 are provided. In this way is ensured that the cooling engine below a minimum speed only runs at short notice. This is advantageous when using conventional refrigeration units with a compressor, the lubrication reasons only above a minimum Speed may be operated.
  • the invention is for example and schematically with the strong schematisienten block diagram of a centrifuge shown.
  • the centrifuge has a rotor 2, which is not shown in the usual way has internal recordings for the usual Zentrifugiergefäße.
  • a centrifugal motor 5 which as Three-phase induction motor is formed.
  • the centrifugal motor 5 is connected via three lines 6 from a centrifuge inverter 7 of a frequency converter 20 supplies.
  • the frequency converter 20 is the centrifugal inverter 7 with input lines to the positive line and the minus line of a DC voltage source 10 is connected.
  • the DC voltage source 10 points between the positive line and the negative line a conventional charging capacitor 11 and is powered by a mains rectifier 12 fed, which is connected via lines to mains AC voltage is.
  • a cooling unit 17 is provided, which in the highly schematic representation with a cooler designed as a tube cooler 18 18 the rotor. 2 cools, and with a likewise formed as a snake cooler heat exchanger 19 dissipates the heat outside the housing, not shown.
  • the cooling circuit is supplied by a compressor, not shown, which has a Shaft 21 is driven by an electric cooling motor 22.
  • the cooling motor 22 is also designed as an induction motor and is about three lines 23 supplied by a cooling inverter 24. This is in the frequency converter 20 via input lines to the plus line and the minus line the DC voltage source 10, that is parallel to the centrifuge inverter 7 connected. It is controlled by a frequency control 28 in similar manner as the centrifugal inverter 7 driven.
  • the cooling capacity of the cooling unit can be 17 and the speed of the rotor 2 completely separated by appropriate specifications to adjust.
  • the purpose of a control device 30, which via corresponding data lines is connected to the frequency controls 15 and 28 to these the specify the speeds to be set.
  • the control device 30 can in particular at full load of the centrifuge motor. 5 during startup of the rotor 2, the power to the cooling motor 22 through Reduce the drive frequency reduction or switch it off completely. Thus, an overload of the DC voltage source 10 is avoided and this can, e.g. with regard to the charging capacitor 11 and the mains rectifier 2, as well as in terms of size and manufacturing costs can be reduced.
  • the control device 30 may be designed so that when switching on the centrifuge First, the cooling unit 17 is turned off and the rotor 2 rotates high into the range of its predetermined setpoint speed. Then the power consumption drops of the centrifuge motor 5 and it can now be the power to the cooling motor 22 are raised, the not shown, to the control device 30 connected temperature sensors - after reaching the desired Temperature - which can reduce power again.
  • Control device 30 is designed such that it is used to brake the centrifuge the frequency of the centrifuge inverter 7 shuts down. This one delivers now a braking current back into the DC voltage source 10. In heavy braking can the DC voltage source 10 are overloaded with voltage increase.
  • the Control device 30 ensures that when braking the centrifuge motor 5 of the Cooling inverter 24 is driven with a defined frequency, so that the Cooling motor 22 draws current from the DC voltage source 10. The cooling motor 22 then acts as a braking resistor, so that additional braking resistors saved can be.
  • the control device 30 is additionally designed so that it is the cooling inverter 24 only above a minimum frequency, corresponding to a minimum speed the cooling motor 22, operates.
  • a provided in the cooling unit 17, unillustrated refrigerant compressor is in this way only above a minimum speed operated, so that occurring at lower speeds lubrication problems be avoided.

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Laborzentrifuge mit elektrischem Zentrifugenmotor.
Bei gattungsgemäßen Laborzentrifugen ist es üblich, wie in DE 4136514 C2 beschrieben, den Zentrifugenmotor als Induktionsmotor mit frequenzgesteuerter Versorgung über einen Frequenzumrichter auszubilden. Damit läßt sich die für den Zentrifugenbetrieb erforderliche Genauigkeit der Einstellung der Rotordrehzahl erreichen.
Laborzentrifugen sind auch mit von einem Elektromotor angetriebenem Kühlaggregat bekannt. Bei diesem sind jedoch nach dem Stand der Technik die Kühlmotoren in einfacher Bauweise mit konstanter Drehzahl laufend vorgesehen, wobei die Steuerung der Kühlleistung über Ein- und Ausschalten des Motors erfolgt. Für Klimaanlagen ist es aus der DE 3523818 C3 bekannt, den Motor frequenzgesteuert zu betreiben. Laborzentrifugen mit gesteuerter Temperatur sind aus EP-A-0 833 138 und GB-A-2 150 717 bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Laborzentrifuge mit drehzahlgesteuertem Zentrifugenmotor und Kühlaggregat konstruktiv einfacher und kostengünstiger auszubilden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird nicht nur der Zentrifugenmotor, sondern auch der Kühlmotor mit einer Frequenzsteuerung drehzahlgesteuert. Dadurch ergibt sich zunächst die Möglichkeit zu besserer Kühlsteuerung, aber vor allem zu einer starken baulichen Vereinfachung der Konstruktion. Der ohnehin vorhandene Frequenzumrichter muß nur um einen weiteren Wechselrichter ergänzt werden. Zusätzliche Schalt- und Steuereinrichtungen für den Kühlmotor werden nicht benötigt. Es ergibt sich für die Motorensteuerung eine bedeutende bauliche Vereinfachung, die sich in den Kosten niederschlägt. Bei Laborzentrifugen ist dies von entscheidender Bedeutung, da diese im wesentlichen nur als möglichst kleine und kostengünstige Tischgeräte erfolgreich zu vermarkten sind.
Die den Frequenzumrichter steuernde Steuerungseinrichtung kann beide Wechselrichter mit der gleichen Frequenz ansteuern. Dies hätte aber den Nachteil, daß Rotordrehzahl und Kühlleistung gemeinsam hoch und runter gefahren werden. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Hiermit ist es möglich, die Rotordrehzahl und die Kühlleistung getrennt bedarfsweise zu steuern.
Bei Zentrifugen ist es erforderlich, nach Beendigung des Zentrifugiervorganges, den Rotor möglichst schnell bis zum Stillstand abzubremsen, um die zentrifugierten Proben wieder in kurzer Zeit entnehmen zu können. Wird die Steuerfrequenz für den Zentrifugenwechselrichter runtergefahren, so speist dieser einen hohen Bremsstrom in die Gleichspannungsquelle, so daß deren Spannung unzulässig hohe Werte annehmen kann. Nach dem Stand der Technik wird die zurückgeführte Bremsleistung in bedarfsweise zuschaltbaren Bremswiderständen vernichtet, die die Konstruktionskosten erhöhen. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Auf diese Weise wird beim Bremsen des Zentrifugenrotors die rückgeführte Bremsleistung - zumindest teilweise - in dem Strom aus der Gleichspannungsquelle ziehenden Kühlmotor vernichtet, der als Bremswiderstand arbeitet. Zusätzliche Bremswiderstände können stark verkleinert werden, oder können gänzlich entfallen, wodurch die Kosten der Zentrifuge weiter verringert werden.
Werden die Antriebsleistungen des Zentrifugenmotors und des Kühlmotors völlig getrennt gesteuert, so kann es zu gleichzeitiger Vollast in beiden Motoren kommen, für die die Gleichspannungsquelle und der Netzgleichrichter ausgelegt werden müssen. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Mit einer solchen Steuerungskopplung der beiden Motoren wird dafür gesorgt, daß beim Beschleunigen des Rotors, wenn der Zentrifugenmotor viel Leistung benötigt, der Kühlmotor mir verringerter Leistung betrieben wird. Die aus der Gleichspannungsquelle zu liefernde Maximalleistung wird dadurch reduziert, so daß Bauteile verkleinert werden können und somit wiederum die Kosten der Zentrifuge verringert werden können.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß der Kühlmotor unterhalb einer Minimaldrehzahl nur kurzfristig läuft. Dies ist von Vorteil bei Verwendung üblicher Kühlaggregate mit einem Kompressor, der aus Schmierungsgründen nur oberhalb einer minimalen Drehzahl betrieben werden darf.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch mit dem stark schematisienten Blockschaltbild einer Zentrifuge dargestellt.
Die Zentrifuge weist einen Rotor 2 auf, der in üblicher Weise nicht dargestellte innen liegende Aufnahmen für die üblichen Zentrifugiergefäße aufweist. Der Rotor 2 wird über eine Welle 4 von einem Zentrifugenmotor 5 betrieben, der als dreiphasiger Induktionsmotor ausgebildet ist.
Der Zentrifugemnotor 5 wird über drei Leitungen 6 von einem Zentrifugenwechselrichter 7 eines Frequenzumrichters 20 versorgt. In dem Frequenzumrichter 20 ist der Zentrifugenwechselrichter 7 mit Eingangsleitungen an die Plusleitung und die Minusleitung einer Gleichspannungsquelle 10 angeschlossen.
Die Gleichspannungsquelle 10 weist zwischen der Plusleitung und der Minusleitung einen üblichen Ladekondensator 11 auf und wird von einem Netzgleichrichter 12 gespeist, der über Leitungen an Netzwechselspannung angeschlossen ist.
Der Zentrifugenwechselrichter 7 ist über Steuerleitungen an eine Frequenzsteuerung 15 angeschlossen. Diese gibt dem Zentrifugenwechselrichter 7 die Frequenz und die Spannung von mit der der Zentrifugenmotor 5 anzusteuern ist.
Es ist ein Kühlaggregat 17 vorgesehen, das in der stark schematisierten Darstellung mit einem als Rohrschlangenkühler ausgebildeten Kühler 18 den Rotor 2 kühlt, und mit einem ebenfalls als Schlangenkühler ausgebildeten Wärmetauscher 19 außerhalb des nicht dargestellten Gehäuses die Wärme abführt. Der Kühlkreislauf wird von einem nicht dargestellten Kompressor versorgt, der über eine Welle 21 von einem elektrischen Kühlmotor 22 getrieben wird.
Der Kühlmotor 22 ist ebenfalls als Induktionsmotor ausgebildet und wird über drei Leitungen 23 von einem Kühlwechselrichter 24 versorgt. Dieser ist im Frequenzumrichter 20 über Eingangsleitungen an die Plusleitung und die Minusleitung der Gleichspannungsquelle 10, also parallel zum Zentrifugenwechselrichter 7 angeschlossen. Er wird über Steuerleitungen von einer Frequenzsteuerung 28 in ähnlicher Weise wie der Zentrifugenwechselrichter 7 angesteuert.
Bei der dargestellten Zentrifuge lassen sich die Kühlleistung des Kühlaggregates 17 und die Drehzahl des Rotors 2 über entsprechende Vorgaben völlig getrennt einstellen. Dazu dient eine Steuereinrichtung 30, die über entsprechende Datenleitungen an die Frequenzsteuerungen 15 und 28 angeschlossen ist, um diesen die einzustellenden Drehzahlen vorzugeben.
Die Steuereinrichtung 30 kann insbesondere bei Vollast des Zentrifugenmotors 5 während des Hochfahrens des Rotors 2, die Leistung zum Kühlmotor 22 durch Verringerung der Ansteuerfrequenz reduzieren, oder diesen ganz abschalten. Damit wird eine Überlastung der Gleichspannungsquelle 10 vermieden und diese kann, z.B. hinsichtlich des Ladekondensators 11 und des Netzgleichrichters 2, sowie hinsichtlich der Baugröße und der Herstellungskosten reduziert werden.
Die Steuereinrichtung 30 kann so ausgebildet sein, daß bei Einschalten der Zentrifuge zunächst das Kühlaggregat 17 abgeschaltet ist und der Rotor 2 hochdreht bis in den Bereich.seiner vorgegebenen Solldrehzahl. Dann sinkt die Leistungsaufnahme des Zentrifugenmotors 5 und es kann nun die Leistung zum Kühlmotor 22 hochgefahren werden, der über nicht dargestellte, an die Steuerungseinrichtung 30 angeschlossene Temperatursensoren - nach Erreichen der gewünschten Temperatur - die Leistung wieder reduzieren kann.
Nach abgeschlossenem Zentrifugiemorgang ist ein rasches Abbremsen des Rotors 2 erwünscht, um schnell den stehenden Rotor 2 entladen zu können. Dazu ist die Steuerungseinrichtung 30 derart ausgebildet, daß sie zum Bremsen der Zentrifuge die Frequenz des Zentrifugenwechselrichters 7 herunterfährt. Dieser liefert nun einen Bremsstrom zurück in die Gleichspannungsquelle 10. Bei starker Bremsung kann die Gleichspannungsquelle 10 unter Spannungsanstieg überlastet werden.
Um die Verwendung sonst üblicher Bremswiderstände zu vermeiden, sorgt die Steuerungseinrichtung 30 dafür, daß beim Bremsen des Zentrifugenmotors 5 der Kühlwechselrichter 24 mit definierter Frequenz angesteuert wird, so daß der Kühlmotor 22 Strom aus der Gleichspannungsquelle 10 zieht. Der Kühlmotor 22 wirkt dann als Bremswiderstand, so daß zusätzliche Bremswiderstände eingespart werden können.
Die Steuerungseinrichtung 30 ist zusätzlich auch so ausgelegt, daß sie den Kühlwechselrichter 24 nur oberhalb einer Mindestfrequenz, entsprechend einer Mindestdrehzahl des Kühlmotors 22, betreibt. Ein im Kühlaggregat 17 vorgesehener, nicht dargestellter Kühlkompressor wird auf diese Weise nur oberhalb einer Mindestdrehzahl betrieben, so daß bei niedrigeren Drehzahlen auftretende Schmierungsprobleme vermieden werden.

Claims (5)

  1. Laborzentrifuge mit einem von einem elektrischen Zentrifugenmotor (5) angetriebenen Rotor (2) und einem von einem elektrischen Kühlmotor (22) angetriebenen Kühlaggregat (17), wobei der Zentrifugenmotor (5) als frequenzgesteuerter Induktionsmotor ausgebildet ist und von einem von einer Steuerungseinrichtung (30) gesteuerten Frequenzumrichter (20) versorgt ist, der einen den Zentrifugenmotor (5) speisenden Zentrifugenwechselrichter (7) aufweist, welcher an eine von einem Netzgleichrichter (12) versorgte Gleichspannungsquelle (10) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmotor (22) als frequenzgesteuerter Induktionsmotor ausgebildet ist und daß der Frequenzumrichter (20) einen weiteren, parallel zum Zentrifugenwechselrichter (7) an die Gleichspannungsquelle (10) angeschlossenen Kühlwechselrichter (24) aufweist, der den Kühlmotor (22) speist.
  2. Laborzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) die beiden Wechselrichter (7, 24) unabhängig steuert.
  3. Laborzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (30) bei starker Verlangsamung der Frequenz des Zentrifugenwechselrichters (7) den Kühlwechselrichter (24) mit definierter Frequenz ansteuert.
  4. Laborzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) bei Beschleunigung des Zentrifugenmotors (5) die Frequenz des Kühlwechselrichters (24) verringert.
  5. Laborzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) den Kühlwechselrichter (24) unterhalb einer Minimalfrequenz abschaltet.
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