EP3505258A1 - Laboratory centrifuge - Google Patents

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EP3505258A1
EP3505258A1 EP18150064.6A EP18150064A EP3505258A1 EP 3505258 A1 EP3505258 A1 EP 3505258A1 EP 18150064 A EP18150064 A EP 18150064A EP 3505258 A1 EP3505258 A1 EP 3505258A1
Authority
EP
European Patent Office
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sensor
laboratory centrifuge
strand
drive
rotor
Prior art date
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Granted
Application number
EP18150064.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3505258B1 (en
Inventor
Eckhard Tödteberg
Matthias Höche
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sigma Laborzentrifugen GmbH
Original Assignee
Sigma Laborzentrifugen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sigma Laborzentrifugen GmbH filed Critical Sigma Laborzentrifugen GmbH
Priority to EP18150064.6A priority Critical patent/EP3505258B1/en
Priority to CN201910001080.5A priority patent/CN109985734B/en
Publication of EP3505258A1 publication Critical patent/EP3505258A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3505258B1 publication Critical patent/EP3505258B1/en
Active legal-status Critical Current
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B9/00Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/14Balancing rotary bowls ; Schrappers
    • B04B9/146Unbalance detection devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B7/00Elements of centrifuges
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B9/00Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/14Balancing rotary bowls ; Schrappers

Definitions

  • Laboratory centrifuges are used, for example, in biotechnology, the pharmaceutical industry, medical technology and environmental analysis.
  • a centrifugation of a product in particular a sample container with a sample or substance arranged therein, or a multiplicity of such products takes place.
  • accelerations acting on the product are to be generated so that a substance mixture formed by the sample or the substance is decomposed into components of different density.
  • a targeted control of the pressure and / or temperature conditions can additionally take place during the centrifugation.
  • PCR polymerase chain reaction
  • a control or regulation and monitoring of the operation of the centrifugation train is carried out by controlling or monitoring the electrical impingement of the Drive.
  • a control or regulation of the drive speed and / or the drive torque of the drive can be carried out, whereby also predetermined courses for the drive speed or the drive torque can be traced.
  • the centrifugation strand is supported via spring and / or damping devices with respect to a housing of the laboratory centrifuge.
  • a deflection or acceleration of the centrifugation strand can be detected in order, for example, to be able to detect vibrations of the centrifugal strand with respect to the housing in the event of an imbalance of the rotor.
  • the publication DE 195 39 633 A1 describes it as known, depending on a deflection of a spring-mounted centrifugal strand to actuate a switching element, which is concluded that the presence of an imbalance.
  • DE 195 39 633 A1 considered in such, based on a deflection detection of imbalance that at a resulting possibly only at a higher speed unbalance, in particular by breaking a sample tube, the imbalance due to the high speed does not lead to the formation of a large deflection, which for the high speeds, a detection of imbalance on a via the deflection actuated switching element is not possible.
  • the evaluation of the measurement signal preferably takes place by means of a bandpass filter whose center frequency corresponds to the rotational frequency of the rotor. If an unbalance of sufficient magnitude detected by the sensor, an alarm or a shutdown device is actuated.
  • a displacement sensor the use of an optoelectronic sensor is proposed.
  • the publication DE 10 2011 100 044 B4 proposes to provide a carrier ring on a rotor.
  • a carrier ring For the purpose of identifiable identification of different rotors are used in the Area of the carrier ring at different circumferentially distributed locations that are specific to the different rotors, magnets arranged.
  • the magnetic sensors can also be used in the operation of the laboratory centrifuge to detect an inclination of the axis of rotation of the rotor, which leads to a change in the distance between the magnet and the magnetic sensors, which is then deduced the presence of an imbalance.
  • the publication DE 10 2014 116 527 A1 discloses the use of a rotation angle sensor, a displacement sensor and three acceleration sensors, which are each responsible for a spatial direction. A detection of an imbalance at low speeds is to be done by means of the displacement sensor, while at higher speeds above 1,000 rev / min detection should be based on the measurement signal of an acceleration sensor.
  • the centrifugation line can cooperate with an emergency switch, via which an emergency shutdown of the laboratory centrifuge is possible.
  • the measurement signal of an acceleration sensor or of the displacement sensor is compared with characteristic curves stored in a control unit.
  • an amplitude of a measuring signal is greater than a limiting value dependent on a first characteristic curve, this signals an unbalance which does not present an immediate danger to the safety of the laboratory centrifuge or of the user. In this case, an audible or visual warning signal may be given to the user. If, on the other hand, an amplitude of the measuring signal exceeds a second limiting value, which is predetermined by a second stored characteristic curve, this is regarded as an indication of an immediate danger and an immediate need for action, with which an automatic emergency shutdown of the laboratory centrifuge can take place.
  • the characteristics mentioned here can be speed-dependent.
  • the control unit may have a data logger recording the measurement signals.
  • the measurement signals recorded in this way can then be read out via the end of the operation of the laboratory centrifuge via a USB port and made available for maintenance, troubleshooting, product lifecycle management, etc.
  • the three acceleration sensors responsible for the different spatial directions can be formed by a three-axis acceleration sensor, which can be mounted directly on an electronics board, which is fastened in the region of a lower engine mount of the drive near the drive shaft.
  • the publication DE 203 07 913 U1 discloses the storage of a rotor of a laboratory centrifuge via magnetic bearings. On the electrical operating variables of the magnetic bearing can be closed on the one hand to the size and location of an imbalance of the rotor. On the other hand, in the case of unbalance determined in this way, an active regulation of the bearing forces exerted by the magnetic bearings on the rotor can also take place in such a way that a compensation of the imbalance takes place.
  • DE 10 2015 102 476 A1 discloses the mounting of a drive shaft supporting a rotor of an electric motor in two engine mounts.
  • An engine mount is supported via a bell-shaped housing, while the other engine mount is supported via a large inertial mass representing coupling body to spring elements.
  • Adjacent to the two engine mounts a measurement of the oscillating motion of the drive shaft takes place in each case via a displacement, velocity or acceleration sensor.
  • the stator of the electric motor has windings which, depending on the measuring signals of the displacement, speed or acceleration sensors, are driven in such a way that they can counteract the vibrations of the drive shaft.
  • a tilt of the drive shaft can be determined.
  • a speed sensor may be arranged, in which case a Hall sensor can be used, which detects a speed and a rotation angle and a rotational direction of the drive shaft.
  • the present invention has for its object to propose a laboratory centrifuge with improved possibilities for monitoring and / or influencing the operating state of the laboratory centrifuge.
  • the conditions of motion, force and torque on the centrifugation strand are strongly dependent on the dimensioning of the spring and / or damping devices, by means of which the centrifugation strand is supported on the housing of the laboratory centrifuge.
  • an infinitely high rigidity and damping of the spring and / or damping devices ensures that the orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand is maintained in accordance with the alignment of the laboratory centrifuge with respect to the environment (so that the deviation of the longitudinal and / or rotational axis from that Acceleration depends exactly on how "horizontally" the housing of the laboratory centrifuge and thus the centrifuge line are set up).
  • an inclination sensor is used in a laboratory centrifuge which detects an alignment of a longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand.
  • the inclination sensor thus generates a measurement signal in which a change is directly correlated or proportional to a change in the orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand.
  • a measurement signal for the alignment of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand which provides alternative or supplementary evaluation options for static and / or dynamic changes in the position and / or orientation of the centrifugation strand, which in particular alternative or additional and improved Possibilities for identifying an insufficient alignment of the longitudinal and / or rotational axis to the acceleration due to gravity and / or an existing imbalance of the rotating components of the centrifugal strand are provided.
  • the evaluation can also take into account the aforementioned gyro effects on the basis of the measuring signal of the inclination sensor.
  • the inclination sensor is a gyroscope sensor.
  • the gyroscope sensor is held by a housing of the centrifugation strand, so that the gyroscope sensor does not rotate with the rotating components of the centrifugation strand, but can detect an inclination and thus a change in inclination of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand.
  • a gyroscope which may also be referred to as a gyrostabilizer or gyro instrument, includes a rotating symmetric gyro which is journaled relative to a suspension such that upon pivoting of the suspension due to pivoting of the gyroscope relative to the gyro suspension, its axis of rotation does not change.
  • the suspension may, for example, be a gimbal suspension. A pivoting of the suspension relative to the measuring gyroscope is converted into a measuring signal in the case of a gyroscope sensor.
  • the suspension is attached to a non-rotating housing of the centrifugation strand, in particular the drive of the centrifugation strand.
  • gyroscope sensors which may also have no rotating measuring gyroscope, and can also be used within the scope of the invention, find today in smartphones, tablets and game consoles, for example, use.
  • the inclination sensor is designed as a magnetic field sensor, by means of which a strength and / or orientation of a magnetic field is detected and converted into a measurement signal. Furthermore, the inclination sensor has a permanent magnet.
  • the permanent magnet generates a magnetic field whose strength and / or orientation is detected by the magnetic field sensor. It is possible, for example, that the magnetic field sensor is held by a housing of the centrifugation strand, while the permanent magnet adjacent to the magnetic field sensor is held on a housing of the laboratory centrifuge. Alternatively, it is possible that the permanent magnet is attached to the housing of the centrifugation strand, while the magnetic field sensor is held on the housing of the laboratory centrifuge.
  • the magnetic field sensor for a possible embodiment is based on the detection of a magnetic flux density (so-called magnetometer), then any sensor types (in particular Hall sensors, Förster probes) or saturation core magnetometers or fluxgate sensors, SMR sensors, thin-film sensors that change their resistance under the influence of magnetic flux, field plates u. ⁇ . Be used.
  • magnetometer any sensor types (in particular Hall sensors, Förster probes) or saturation core magnetometers or fluxgate sensors, SMR sensors, thin-film sensors that change their resistance under the influence of magnetic flux, field plates u. ⁇ . Be used.
  • a tilt sensor may be formed as a gyroscope sensor, which is held on a housing of the centrifugation strand.
  • the other inclination sensor is formed with a permanent magnet and a magnetic field sensor interacting with the magnetic field of the permanent magnet.
  • the two inclination sensors can be used redundantly. It is also possible that the two on having a different measuring principle based tilt sensors different sensitivities and / or frequency ranges for the recording of a measurement signal.
  • At least one acceleration sensor may be present (in addition to the at least one inclination sensor).
  • the signal processing of a measurement signal of an acceleration sensor usually has only a limited resolution.
  • a harmonic oscillation of the centrifugation strand with the frequency of the drive movement of the rotor results in an acceleration of the centrifugation strand which is proportional to the deflection of the oscillation of the centrifugation strand and the square of the frequency of this oscillation (which usually corresponds to the rotational speed of the rotor or subsystem). and / or superharmonic corresponds to this speed) is.
  • the acceleration amplitude measured by an acceleration sensor increases with an increase in frequency, i. H. with an increase in the drive speed of the rotor, strong.
  • the acceleration amplitude measured by an acceleration sensor is also dependent on a possible resonance function or transfer function of the vibration system, which is formed with the centrifugation strand and its support via the at least one spring and / or damping device.
  • a sensitivity of the acceleration sensor must be adjusted or optimized according to the prior art for all occurring frequencies and amplitudes. This, in conjunction with the limited resolution of the digital processing of the measurement signal of the speed sensor acceleration sensor of the rotor with small occurring accelerations, can lead to a poor resolution of the measurement signal and a poor signal-to-noise ratio.
  • known acceleration sensors and / or signal processing used for the evaluation of the measurement signal of the acceleration signal can also have only limited frequency ranges in which they can generate an acceleration signal with sufficient accuracy.
  • the centrifugation strand not only have a sensor type of an acceleration sensor, with which the acceleration of the centrifugation strand is detected in one or more spatial directions with predetermined sensitivity in the predetermined frequency range of this sensor type. Rather, the centrifugation strand has at least two acceleration sensors, which measure an acceleration of the drive with different sensitivities and / or in different frequency ranges, wherein preferably the two acceleration sensors measure the acceleration in the same spatial direction. According to the invention, two sensors of different sensor types are thus used, with which the acceleration of the drive in the same spatial direction is measured in different frequency ranges and / or with different sensitivities.
  • This embodiment of the invention is based on the finding that when using a single sensor type of acceleration sensor with predetermined sensitivity and frequency range selection of this sensor type must be such that the sensitivity and the frequency range of the sensor type are chosen so that the acceleration sensor as possible in all relevant Operating situation provides sufficiently good measurement signals to make the required evaluation can.
  • the acceleration sensor must deliver sufficiently good measurement signals both at low speeds (and possibly large deflections of the centrifugal column) and at high speeds (and possibly small deflections of the centrifugation train), which is only possible to a limited extent.
  • an acceleration sensor may be designed such that it has a measurement signal (in particular with a measurement error of less than 10%, less than 5% or less than 3%) both for a frequency 0 (ie a DC component) and for low frequencies (eg for frequencies from 0 to 50 hertz, 0 to 100 hertz, 0 to 200 hertz or 0 to 500 hertz), while another accelerometer then generates a measurement signal (in particular with a measurement error of less than 10%, less than 5%). or less than 3%) in a frequency range which is at least partially above the frequency range of the former sensor and, for example, in a frequency range above 50 hertz, 100 hertz, 150 hertz or 200 hertz or 500 hertz.
  • the first acceleration sensor detects acceleration in a low frequency range
  • monitoring can already take place with the start of the laboratory centrifuge by means of the first acceleration sensor, if a longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand is aligned parallel to the acceleration vector and / or the rotating components of the centrifugal force Zentrifugationsstrangs have an imbalance.
  • the second acceleration sensor can be responsible, even for higher or higher Rotation speeds to monitor the acceleration.
  • a product fails eg., A sample tube breaks
  • an evaluation may also be advantageous in such a way that both the measurement signal of at least one inclination sensor and the measurement signal of at least one acceleration sensor are evaluated.
  • the centrifugation strand has a sensor which is based on a sensor principle which has hitherto not been used for a laboratory centrifuge.
  • a sensor which determines the alignment of the drive with respect to a magnetic field Earth measures.
  • a Hall sensor can be used.
  • a measurement signal thus determined which relates to the orientation of the drive relative to the magnetic field of the earth, it can be detected on the one hand whether the laboratory centrifuge has been set up correctly (i.e., horizontally), which is possible even when the rotor is at a standstill in view of the sensor principle used.
  • At least one sensor is present, which detects a rotation angle, an angular velocity or an angular acceleration of a drive shaft of the drive.
  • a temperature sensor may be present. It is advantageous if this temperature sensor is arranged closely adjacent (for example, less than 10 cm, less than 5 cm or less than 3 cm adjacent) of the other sensors. This temperature sensor then preferably measures not the temperature in the rotor chamber or the temperature inside the drive, but the temperature to which the sensors are exposed.
  • the aforementioned sensors ie in particular the inclination sensors, the gyroscope sensor, the magnetic field sensor, the permanent magnet, the acceleration sensors, the sensor for detecting the orientation of the drive against a magnetic field of the earth, the sensor for detecting a rotation angle, an angular velocity or an angular acceleration of a drive shaft of the drive, the temperature sensor and / or the 9-axis sensor will be referred to in the following with the common generic term "sensor”.
  • At least one of said sensors is arranged at any point of the housing of the drive or on a rigidly coupled thereto component.
  • the sensors are arranged on a sensor board with which they (possibly with other electrical and electronic components) form a structural unit.
  • the sensor board can then be connected via a plug, at least one conductor, a bus system and / or an electrical power supply with decentralized arranged from the sensor board electronic control units, storage, output devices, data loggers and / or power supplies.
  • the sensor board can be arranged at any point on the centrifugation strand or the housing of the drive. However, this is preferably located on the side facing away from the rotor of the centrifugation strand, in particular the housing of the drive.
  • this has the advantage that the sensor board, for example, does not have to extend in the region of a rotor chamber, with the result that the space required here is reduced.
  • for the arrangement of the sensor board on the side facing away from the rotor of the drive may also be avoided that with the operation of the laboratory centrifuge resulting in the rotor chamber during operation due to the high speed of the rotor temperature increase not on the temperature of the circumstances sensitive electrical and electronic components on the sensor board. So may also be a Temperature influence on the accuracy of the measurement signals of the sensors of the sensor board are at least reduced.
  • the sensor board is arranged on the side facing away from the rotor of the drive
  • the sensor for detecting the movement of the drive shaft is preferably also arranged on this sensor board. It is possible that then this sensor is arranged on the sensor board immediately adjacent to an end portion of the drive shaft of the drive to detect the movement of the drive shaft. It is even possible that the drive shaft or an end-side pin-shaped projection which rotates with the drive shaft, or an incremental encoder of the drive shaft protrudes through a recess of the sensor board, while the sensor can then surround the incremental encoder or the end portion of the drive shaft or the extension.
  • an electronic control unit is present in the laboratory centrifuge, which processes the measurement signal of at least one of the aforementioned sensors.
  • the electronic control unit is also arranged on the sensor board.
  • the electronic control unit can have any desired control logic required for operation and evaluation of the sensors.
  • a calibration factor, a calibration curve or a calibration field for at least one sensor can be present in the control unit or an associated memory unit, by means of which a conversion of the electrical measurement signal provided by the sensor takes place.
  • An evaluation of the thus converted signal can then also by the control unit, by another control unit of the laboratory centrifuge or even by an outside of the laboratory centrifuge arranged control unit, to which the signal is transmitted by wire or wireless, take place.
  • the control logic determines whether the laboratory centrifuge is set up so that the drive axis of the drive or a main axis of inertia of the rotating components of the centrifugation strand is aligned in the direction of the acceleration due to gravity. This can be done, for example, based on the detection of a Deviationsmomentes by the tilt sensors used or by otherwise evaluation of at least one tilt sensor and / or another sensor.
  • an imbalance of the rotating components of the centrifugation strand is determined. It is possible here that only a comparison of a measured value takes place with a threshold value, which then concludes that the drive axis of the drive or a main axis of inertia of the rotating components of the centrifugal strand is not aligned in the direction of gravity acceleration vector or an imbalance of the rotating components of the centrifugal strand is great.
  • control logic is able to differentiate based on the measurement signals determined by the sensors, if the laboratory centrifuge is positioned so that the drive axis of the drive or a main axis of inertia of the rotating component of the centrifugal strand is not aligned in the direction of the gravitational acceleration vector or an imbalance of the rotating components of the centrifugation strand is present.
  • the user of the laboratory centrifuge (possibly already before the operation of the laboratory centrifuge, after a termination of the centrifugation or after the proper completion of the centrifugation) can be given a feedback that either the propulsion drive axle or main inertia axle is misaligned so that the laboratory centrifuge placement on the pad must be checked or there is imbalance in the rotating component of the centrifugation string, indicating improper placement of the laboratory centrifuge rotor with the products or may indicate a defect of a rotating component of the centrifugation strand.
  • an error criterion is determined by the control logic of the control unit.
  • the error criterion may be present if a measured acceleration or slope is above a threshold or a characteristic dependent on the speed of the rotor or if it is detected that the rotor is not rotationally symmetric or unbalanced or if the laboratory centrifuge is not properly aligned with the acceleration due to gravity is. If such an error criterion exists, generates the control logic of the control unit an error message, which may be an optical error message, an acoustic error message or even an error entry in a fault memory, to name just a few non-limiting examples.
  • the control logic of the electronic control unit can be used to automatically control or regulate a position of a compensating mass to compensate for the imbalance. For example, depending on the detected position and / or size of an imbalance, the radius of rotation or the circumferential angle of a balancing mass rotating with the rotor can be changed via an actuator.
  • a bearing via which forces can be exerted on the centrifugation strand by means of an actuator, and / or at least one spring and / or damping device is controlled or regulated so that a Impact of an imbalance and / or an effect of improper alignment of the drive axle of the drive to the acceleration due to gravity is at least reduced.
  • a regulation of the spring stiffness and / or damping of the spring and / or damping device can be carried out.
  • the bearing which can then be designed as an electromagnetic bearing, or in the compensation device, a compensating force is generated, which counteracts the resulting vibration of the centrifugation strand.
  • control logic which detects a failure of at least one product and a resulting imbalance of the rotor.
  • control logic evaluates the signal of an acceleration sensor or tilt sensor at very high rotational speeds of the laboratory centrifuge in order to be able to detect by means of an increase in the detected measurement signal, at the high speeds and high associated centripetal accelerations acting on the product, failure of the product, particularly breakage of the sample tube, occurs. This may, for example, be detected by means of an abruptly changing amplitude of the measurement signal detected by the sensor as a result of the sudden failure of the product.
  • a temperature measured by a temperature sensor is used to carry out a temperature compensation of a measuring signal of at least one other sensor, preferably all of the sensors mentioned here. If the sensors, including the temperature sensor, are arranged on a sensor board, the temperature sensor detects a temperature representative of the further sensors arranged on the sensor board. If a temperature response is known for the other sensors and this is stored, for example, in a memory unit of the control unit, a temperature compensation can be carried out in a simple manner in the control unit via the temperature measured by the temperature sensor. In this way, the accuracy of the measuring signals of the sensors can be increased.
  • the measurement signal of a temperature sensor is not or not exclusively used for a temperature compensation of the measurement signals of the sensors. Rather, the temperature measured by the temperature sensor is taken into account in a determination and / or evaluation of a magnitude of an imbalance of the rotating components of the centrifugation strand. Alternatively or additionally, it is possible for the temperature to be taken into account in a determination and / or evaluation of a non-parallel alignment of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand or of a principal axis of inertia of the rotating components of the centrifugal strand for gravitational acceleration.
  • the centrifugal strand forms as a result of its support via the spring and / or damping device as previously explained a vibration system whose vibration behavior due to a Excitation by an imbalance of the rotating components of the centrifugation strand and / or due to a non-parallel alignment of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand to the acceleration due to gravity acceleration depends on a resonance function or transfer function of the oscillatory system.
  • this resonance or transfer function is in turn dependent on the stiffness and damping of the spring and / or damping devices.
  • Such a consideration can be done by modeling the temperature dependence of the resonance function or transfer function and thus converting the measurement signal depending on the applicable at the present temperature resonance function or transfer function. In the simplest case, however, such a consideration can already take place in that a comparison of the measurement signal with a threshold value takes place, in which case the threshold value can be dependent on the temperature. In this case, any dependence is possible, for example, a step-dependent dependence of the threshold value for individual temperature ranges, a dependency corresponding to a straight line or an arbitrarily shaped smooth, bent or jumped curve or a functional dependency or a dependency on a characteristic field which determines the dependence on further Operating parameters can take into account.
  • another operating parameter in such a map is a type of rotor used and / or different types of assembly of the rotor, wherein the detection of the type or the assembly can be done automatically or is entered via an input of a user to the laboratory centrifuge.
  • control logic on the basis of measured by the sensors measurement signals and / or error criteria before an adjustment of a lifetime and / or a service interval of the laboratory centrifuge, the drive or the rotor before.
  • This Design is based on the finding that when operating the laboratory centrifuge with suboptimal operating conditions, for example. With a force on the bearings and the mechanical components of the laboratory centrifuge performing rotating imbalance, a load on the components of the laboratory centrifuge increases, thus reducing the life and / or a service interval is required to ensure reliable operation of the laboratory centrifuge.
  • a determination as to whether the rotor is not rotationally symmetrically equipped with the products for example.
  • a measurement signal of an acceleration sensor By evaluation of a measurement signal of an acceleration sensor, as results in non-rotationally symmetrical assembly of the rotor with the products an imbalance, which then to a (u U. circumferential with the rotation in the circumferential direction) acceleration and vibration of the Zentrifugationsstrangs leads, which can be measured by means of the acceleration sensor.
  • a measured acceleration is compared with a threshold value or with one of the Speed of the rotor-dependent characteristic curve, it being concluded when the characteristic curve or the threshold value is exceeded that the rotor is not rotationally symmetrically equipped with the products and / or has an imbalance.
  • this is determined on the basis of a detection of a swinging change in inclination of the centrifugation strand, which can be detected by means of the inclination sensor used according to the invention.
  • the electronic control unit is equipped with control logic which detects an angular position and / or a size of an imbalance. For very small rotational speeds of the rotor far below the resonant frequency of the vibration system formed with the centrifugal strand and the spring and / or damping devices corresponds to the angular position of the circumferential deflection of the centrifugation strand approximately the angular position of the imbalance, with the result that the acceleration, then by an acceleration sensor held on the drive has a minimum.
  • phase shift which starts at 0 ° for the frequency 0, in the resonant frequency is 90 ° and is 180 ° for high speeds.
  • this phase shift can be stored in the control unit and an associated memory unit as a characteristic. This characteristic curve is then taken into account for detecting the angular position of the imbalance. In this case, the characteristic curve can also be dependent on the measured temperature.
  • the rotor (and thus the products) experiences an oscillating acceleration in the direction of the gravitational acceleration vector, which is undesirable because of this oscillating acceleration interfere with the centrifugation and the desired segregation of the sample.
  • the acceleration of the centrifugation strand can be measured. If there is no or only a slight acceleration of the acceleration sensor, neither a rotationally symmetrical placement or imbalance of the rotor nor a deviation of the orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand with respect to the orientation of the acceleration due to gravity is present.
  • the acceleration sensor a constant DC component of the acceleration, this correlates with a constant, independent of the rotation of the rotor oblique position of the longitudinal and / or rotational axis of the Zentrifugationsstrangs, so that the DC component of the acceleration signal with the angle between the orientation of the longitudinal and / or rotational axis the centrifugation strand and the orientation of the gravitational acceleration correlated via a dependency, which, for example, can be stored in a map.
  • the amplitude of this oscillating acceleration correlates with the imbalance.
  • the magnitude of the unbalance is deduced from the amplitude of the oscillating acceleration via the (possibly temperature-dependent) resonance curve or transfer function of the vibration system.
  • different sensors are used to distinguish between an imbalance of the centrifugation strand and the deviation of the orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand from the orientation of the gravitational acceleration.
  • FIG. 1 shows in a horizontal view components of a laboratory centrifuge 1.
  • a centrifugal strand 2 has an electric drive 3, a rotor 4 and a drive and / or rotor shaft 5, via which the drive 3, the rotor 4 in rotation about a longitudinal and / or rotational axis 6 can put on.
  • the spring and / or damping devices 7a, 7b are arranged in the region of the bottom of the laboratory centrifuge 1 and possibly arranged in a space of the laboratory centrifuge 1, which is completely or largely or partially separated from the rotor chamber in which the rotor 4 rotates.
  • the spring and / or damping devices 7a, 7b can be supported on a base-side metal sheet or carrier of the housing 8 of the laboratory centrifuge 1.
  • the opposite base of the spring and / or damping devices 7a, 7b is supported on the drive 3 in an end region of the drive 3, which faces away from the rotor 4.
  • the housing 11 of the drive 3 may have suitable flanges 10a, 10b to which the spring and / or damping devices 7a, 7b are fastened.
  • the centrifugal strand 2 does not have an imbalance with respect to the longitudinal and / or rotational axis 6.
  • an imbalance may result, for example, from defects or damage to the drive 3 or the rotor 4 of the centrifugal strand 2, damage to at least one product or improper or non-rotationally symmetrical assembly of the rotor 4 with products.
  • the rotor 4 of the laboratory centrifuge 1 is equipped with products, for which purpose the rotor 4 may be designed as a fixed-angle swing-out or drum rotor.
  • the products should be arranged rotationally symmetrically on the rotor 4 and / or be distributed over the circumference of the rotor 4 in such a way that there is no imbalance of the rotor 4 with the products.
  • the circumferential imbalance force leads to a change in the inclination of the longitudinal and / or rotational axis 6 of the centrifugal strand 2, which also coincides the rotating unbalance rotates.
  • corresponding dynamic deflections and inclinations of the centrifugal strand 2 occur whose phase shifts and amplitudes are dependent on the resonance or transmission function of the vibration system 9.
  • a sensor board 12 is held on a housing 11 of the drive 3. For the embodiment shown here, this is done via a screwed to the housing 11 of the drive 3 recording and mounting unit 13. From the sensor board 12 extends a wiring harness 14, which may be arbitrary, multi-core, unidirectional or bidirectional, from the recording and fastening unit 13 out, which takes place here in the horizontal direction. At the end remote from the sensor board 12, the wiring harness 14 has a plug 15.
  • Fig. 2 shows in a three-dimensional view of the sensor board 12 with the outgoing therefrom wiring harness 14 in the receiving and fastening unit 13.
  • the receiving and fixing unit 13 is formed here as an annular disc 17 and has distributed over the circumference through holes 18a, 18b, 18c. Furthermore, the annular disc 17 has on the housing 11 of the drive 3 side facing a radially continuous groove 19 through which extends the wiring harness 14.
  • the ring on the radially inner side in partial peripheral areas open-edged recesses 20a, 20b, 20c (and another, hidden by the wiring harness 14 recess), which are arranged according to the outer contour of the sensor board 12 on the annular disc 17 and the geometry thereof is that in these recesses 20a, 20b, 20c corners, the sensor board 12 are received with a game, a clearance fit, a transition fit or a press fit.
  • An underside of the sensor board 12 is supported on a bottom of the recesses 20a, 20b, 20c.
  • the sensor board 12 is loosely inserted into the annular disc 17, wherein the sensor board 12 is then caught with screwing the washer 17 on the housing 11 of the drive 3 between the bottom of the recesses 20 and the housing 11 of the drive 3. It is also possible that the sensor board 12 is additionally attached to the annular disc 17, which u by any attachment means such as an adhesive, a screw, a clipping u. ⁇ . Can take place.
  • the radially inwardly open recesses 20 have an angular cross-section, wherein the angular cross-sections of the recesses 20 complement each other to a rectangle whose dimensions match with a game, a clearance, a transition fit or a press fit with the outer dimensions of the sensor board 12.
  • the assembly of the sensor board 12 is preferably carried out on the housing 11 of the drive 3 side facing.
  • the thickness of the annular disc 17 and the depth of the recesses 20 is selected such that the electronic and electrical components of the sensor board 12 with a small clearance spaced from the housing 11 of the drive 3 are arranged.
  • a ventilation of the sensor board 12 from the bottom region of the laboratory centrifuge 1 through gaps 21a, 21b, 21c, 21d takes place.
  • FIG. 2 shows highly schematically a possible fitting of the sensor board 12.
  • the sensor board 12 has a first inclination sensor 22, a second inclination sensor 23, a first acceleration sensor 24, a second acceleration sensor 25, a temperature sensor 26, a magnetic field sensor 27, a plug connector 28, to which can be connected via a corresponding connector of the wiring harness 14, an electronic control unit 29 and a 9-axis sensor 30th
  • the magnetic field sensor 27 can detect an inclination to a magnetic field of the earth.
  • the magnetic field sensor 27 or one of the inclination sensors 22, 23 detects the magnetic field of a permanent magnet 31.
  • the permanent magnet 31 is fixed to the housing 8 of the laboratory centrifuge 1.
  • the magnetic field sensor 27 is arranged with the sensor board 12 in the bottom region of the laboratory centrifuge 1 on the housing 11 of the drive 3, the permanent magnet 31 is also disposed in the bottom region of the laboratory centrifuge 1.
  • the permanent magnet 31 is attached to a bottom plate or a bottom-side strut of the laboratory centrifuge 1.
  • the magnetic field sensor 27 detects the strength or flux density of the magnetic field of the permanent magnet 31 or an orientation of the magnetic field of the permanent magnet 31, whereby the distance of the magnetic field sensor 27 from the permanent magnet 31 and / or the inclination to the magnetic field of the permanent magnet 31 and thus the Incident of the longitudinal and / or rotational axis 6 relative to the housing 8 is detected.
  • the control unit 29 it can be determined on the basis of the measurement signals by means of the control unit 29 whether the axis of rotation of the rotor 4 corresponds to the principal axis of inertia of the rotor 4 with the products held thereon. Deviations from this are detected by means of the control logic as imbalance, which leads to vibrations. This can be done a qualitative and / or quantitative detection of imbalance. If an existing unbalance detected, there is a controlled deceleration of the drive 3. It can be initiated an emergency braking procedure, then on the issue of an example. Visual or audible error message can interact with the user, so that an existing risk due to imbalance can be recognized by the user or a higher-level machine.
  • Another possible cause of the occurrence of an imbalance may be a bent, tilted, tilted or lacking attachment of the rotor 4.
  • the measured measurement signals or a result of the evaluation thereof is used as a process parameter.
  • a process parameter for example, in an automated loading and unloading laboratory centrifuge 1 or also a manually loaded and unloaded laboratory centrifuge 1, it is possible to monitor measured values or evaluation results within a predetermined tolerance range for different cycles of the laboratory centrifuge 1 with a plurality of sets of samples with the desired same configuration must result.
  • amplitudes, waveforms, rectified and integrated waveforms u. ⁇ . be compared with predetermined tolerance ranges.
  • MEMS microsystem
  • acoustic sensors or optical sensors can be used.
  • Position sensors such as a gyroscope or a magnetometer and / or acceleration sensors are primarily used, and these may have different sensitivities and / or frequency ranges as explained above.
  • An evaluation of the measurement signals can take place in the time domain or in the frequency domain. In this case, a coordinate transformation between rotor and drive movements can take place. Other device parameters such as, for example, the rotor speed, the current consumption of the drive or RZB can also be included in the evaluation.
  • An evaluation can be made on the sensor board 12 and / or in a control unit of the laboratory centrifuge 1 or even externally from the laboratory centrifuge 1.
  • a fixed threshold value is defined as the threshold value for a measured inclination or a measured acceleration
  • a calculation of a dynamic threshold value takes place and / or a temporal integration of the measured inclination or the measured acceleration and a shutdown occurs when a limit value is exceeded.
  • the 9-axis sensor can be a sensor that detects accelerations in all spatial directions, inclinations in all spatial directions and a magnetic field in all spatial directions.
  • this inclination is based on a non-horizontal installation of the laboratory centrifuge 1. If, however, this inclination changes with the rotation of the rotor 4, the non-rotationally symmetrical assembly or an imbalance of the rotor 4 is responsible for this , It can then be generated a corresponding error message.
  • the individual sensors or the sensor board 12 may already be equipped with an AD converter or AD conversion takes place after transmission of the measurement signals via the wiring harness 14.
  • an evaluation of the measurement signals takes place at least partially by using a fast Fourier transformation (FFT).
  • FFT fast Fourier transformation
  • the amplitude of the signal in the case of upper and / or lower waves increases to the fundamental frequency dependent on the rotational speed of the rotor 4, so that the spectral lines of the FFT for the upper and / or lower waves also indicate an imbalance may also be deducted from their amount.
  • a DC component of the detected signals is separated from an AC component via an FFT.
  • a bandpass filter whose center frequency corresponds to the frequency resulting from the rotational speed of the rotor 4 or which corresponds to an upper or lower wave of this frequency is preferably used.
  • control unit 29 a conditioning of the measurement signals of the sensors already takes place, for example, can be done so that for different rotors 4 and sensor boards 12 each an adaptation to the different types of rotors and the used Sensors are performed by the control unit 29 and then via the wiring harness 14 already standardized output signals can be transmitted, which can then be evaluated by a control unit of the laboratory centrifuge 1 or an external control unit.
  • the sensor board 12 may be arranged in a side region of the housing 11 of the drive 3 or even integrated into the drive 3.
  • this preferably relates to an acceleration or alignment of the housing of the drive.
  • an evaluation of the measurement signals in particular for the determination of an imbalance, in a low speed range, in particular a speed range below 3,000 or 4,000 rpm, by means of an acceleration sensor, while in a speed range above 3,000 U / min or above 4,000 rpm up to the maximum rotational speed of the laboratory centrifuge 1 an evaluation takes place on the basis of the measurement signal of a tilt sensor, which can detect in particular a transient transient response in the case of a tube break even at the high speeds mentioned.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laborzentrifuge (1). Die Laborzentrifuge weist einen Zentrifugationsstrang (2) mit einem Antrieb (3) und einem von dem Antrieb (3) angetriebenen Rotor (4) auf. Der Zentrifugationsstrang (2) ist über mindestens eine Feder- und/oder Dämpfungseinrichtung (7) gegenüber einem Gehäuse (8) abgestützt. Die Erfindung schlägt vor, dass die Laborzentrifuge (1) einen Neigungssensor aufweist, welcher eine Ausrichtung einer Längs- und/oder Rotationsachse (6) des Zentrifugationsstrangs (2) erfasst. Der Neigungssensor kann ein Gyroskop-Sensor sein, der von einem Gehäuse des Zentrifugationsstrangs (2) gehalten ist. Möglich ist auch, dass der Neigungssensor einen Magnetfeld-Sensor und einen ein Magnetfeld erzeugenden Permanentmagneten (31) aufweist.The invention relates to a laboratory centrifuge (1). The laboratory centrifuge has a centrifugation line (2) with a drive (3) and a rotor (4) driven by the drive (3). The centrifugation line (2) is supported against a housing (8) by at least one spring and / or damping device (7). The invention proposes that the laboratory centrifuge (1) has an inclination sensor which detects an orientation of a longitudinal and / or rotational axis (6) of the centrifugation line (2). The inclination sensor can be a gyroscope sensor which is held by a housing of the centrifugation line (2). It is also possible that the inclination sensor has a magnetic field sensor and a permanent magnet (31) that generates a magnetic field.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Laborzentrifugen finden Einsatz bspw. in der Biotechnologie, der pharmazeutischen Industrie, der Medizintechnik und der Umweltanalytik. Mittels einer Laborzentrifuge erfolgt ein Zentrifugieren eines Produkts, insbesondere eines Probenbehälters mit darin angeordneter Probe oder Substanz, oder einer Vielzahl derartiger Produkte. Infolge der Zentrifugation sollen auf das Produkt wirkende Beschleunigungen erzeugt werden, damit ein von der Probe oder der Substanz gebildetes Stoffgemisch in Komponenten unterschiedlicher Dichte zerlegt wird. Je nach den chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Stoffgemisches kann während der Zentrifugation ergänzend eine gezielte Steuerung der Druck- und/oder Temperaturverhältnisse erfolgen. Um lediglich einige Beispiele zu nennen, kann der Einsatz einer Laborzentrifuge im Zusammenhang mit einer Polymerase-Kettenreaktion (PCR), einer Bestimmung des Hämatokrits, zytologischen Untersuchungen oder dem Zentrifugieren von Mikrotitern, Blutbeuteln, Erdölgefäßen oder Blutgefäßen u. ä. erfolgen.Laboratory centrifuges are used, for example, in biotechnology, the pharmaceutical industry, medical technology and environmental analysis. By means of a laboratory centrifuge, a centrifugation of a product, in particular a sample container with a sample or substance arranged therein, or a multiplicity of such products takes place. As a result of the centrifugation, accelerations acting on the product are to be generated so that a substance mixture formed by the sample or the substance is decomposed into components of different density. Depending on the chemical and / or physical properties of the substance mixture, a targeted control of the pressure and / or temperature conditions can additionally take place during the centrifugation. To mention just a few examples, the use of a laboratory centrifuge in connection with a polymerase chain reaction (PCR), a determination of the hematocrit, cytological examinations or the centrifuging of microtitres, blood bags, petroleum vessels or blood vessels u. Ä.

Laborzentrifugen verfügen über einen Zentrifugationsstrang. In dem Zentrifugationsstrang ist ein Rotor über einen Antrieb angetrieben. An dem Rotor sind die Produkte gehalten, wozu sogenannte Festwinkel-, Ausschwing- oder Trommelrotoren Einsatz finden können (vgl. www.sigmal-zentrifugen.de). Über den Antrieb werden die Rotoren mit den Produkten mit hohen Drehzahlen verdreht, um für die Zentrifugation der Produkte große Beschleunigungen (insbesondere Beschleunigungen von mehr als 5.000 x g, mehr als 10.000 x g oder mehr als 20.000 x g) bereitzustellen. Hierzu kann bspw. ein Antrieb des Rotors mit einer Drehzahl von mehr als 4.000 U/min, mehr als 5.000 U/min, mehr als 10.000 U/min, mehr als 15.000 U/min oder sogar mehr als 20.000 U/min erfolgen.Laboratory centrifuges have a centrifugal column. In the Zentrifugationsstrang a rotor is driven by a drive. The products are held on the rotor, for which so-called fixed-angle, swing-out or drum rotors can be used (see www.sigmal-zentrifugen.de). The drive rotates the rotors with the high speed products to provide high accelerations (in particular, accelerations of more than 5,000 x g, more than 10,000 x g, or more than 20,000 x g) for centrifuging the products. For this purpose, for example, a drive of the rotor at a speed of more than 4,000 U / min, more than 5,000 U / min, more than 10,000 U / min, more than 15,000 U / min or even more than 20,000 U / min done.

Eine Steuerung oder Reglung und Überwachung des Betriebs des Zentrifugationsstrangs erfolgt durch Steuerung oder Regelung und Überwachung der elektrischen Beaufschlagung des Antriebs. Beispielsweise kann eine Steuerung oder Regelung der Antriebsdrehzahl und/oder des Antriebsmoments des Antriebs erfolgen, wobei auch vorgegebene Verläufe für die Antriebsdrehzahl oder das Antriebsmoment nachgefahren werden können. Der Zentrifugationsstrang ist über Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen gegenüber einem Gehäuse der Laborzentrifuge abgestützt. Über einen Sensor kann eine Auslenkung oder Beschleunigung des Zentrifugationsstrangs erfasst werden, um bspw. im Fall einer Unwucht des Rotors Schwingungen des Zentrifugationsstrangs gegenüber dem Gehäuse erkennen zu können.A control or regulation and monitoring of the operation of the centrifugation train is carried out by controlling or monitoring the electrical impingement of the Drive. For example, a control or regulation of the drive speed and / or the drive torque of the drive can be carried out, whereby also predetermined courses for the drive speed or the drive torque can be traced. The centrifugation strand is supported via spring and / or damping devices with respect to a housing of the laboratory centrifuge. By means of a sensor, a deflection or acceleration of the centrifugation strand can be detected in order, for example, to be able to detect vibrations of the centrifugal strand with respect to the housing in the event of an imbalance of the rotor.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die Druckschrift DE 195 39 633 A1 beschreibt es als bekannt, in Abhängigkeit von einer Auslenkung eines federnd gelagerten Zentrifugationsstrangs ein Schaltelement zu betätigen, womit auf das Vorliegen einer Unwucht geschlossen wird. Als problematisch wird in DE 195 39 633 A1 bei einer derartigen, auf einer Auslenkung basierenden Erkennung einer Unwucht angesehen, dass bei einer sich unter Umständen erst bei einer höheren Drehzahl ergebenden Unwucht, insbesondere durch Bruch eines Proberöhrchens, die Unwucht infolge der hohen Drehzahl nicht zur Ausbildung einer großen Auslenkung führt, womit für die hohen Drehzahlen eine Erkennung der Unwucht über ein über die Auslenkung betätigtes Schaltelement nicht möglich ist. Als Grund hierfür wird genannt, dass die vom Rotor ausgehende Kreiselpräzession das Ausmaß der Auslenkung sowohl vergrößern als auch verkleinern kann, so dass eine vorzeitige oder gar keine Detektierung der Unwucht erfolgt. Des Weiteren wird an den bekannten, auf einer Auslenkung basierenden Schaltelementen der erforderliche hohe Justageaufwand kritisiert. Vor diesem Hintergrund schlägt DE 195 39 633 A1 vor, dass eine Beschleunigung des Zentrifugationsstrangs durch einen elektrischen Beschleunigungssensor erfasst wird oder eine Auslenkung des Zentrifugationsstrangs über einen Wegsensor ermittelt wird. Hieraus soll sich eine einfache Kalibrierung in der Fertigung ergeben, da unter Umständen eine Grundeinstellung oder Kalibrierung lediglich durch einen Normallauf und einen Unwuchtlauf vorgenommen werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Auswertung des Messsignals mittels eines Bandfilters, dessen Mittenfrequenz der Drehfrequenz des Rotors entspricht. Wird mittels des Sensors eine Unwucht hinreichender Größe erkannt, wird eine Alarmeinrichtung oder eine Abschalteinrichtung betätigt. Als Wegsensor wird der Einsatz eines optoelektronischen Sensors vorgeschlagen.The publication DE 195 39 633 A1 describes it as known, depending on a deflection of a spring-mounted centrifugal strand to actuate a switching element, which is concluded that the presence of an imbalance. As problematic in DE 195 39 633 A1 considered in such, based on a deflection detection of imbalance that at a resulting possibly only at a higher speed unbalance, in particular by breaking a sample tube, the imbalance due to the high speed does not lead to the formation of a large deflection, which for the high speeds, a detection of imbalance on a via the deflection actuated switching element is not possible. The reason for this is said that the gyro precession starting from the rotor can both increase and decrease the extent of the deflection, so that premature or no detection of the imbalance takes place. Furthermore, the required high adjustment effort is criticized in the known, based on a deflection switching elements. Against this background beats DE 195 39 633 A1 that an acceleration of the centrifugation strand is detected by an electric acceleration sensor or a deflection of the centrifugation strand is determined via a displacement sensor. This should result in a simple calibration in the production, since under certain circumstances, a basic setting or calibration can be made only by a normal run and an imbalance run. The evaluation of the measurement signal preferably takes place by means of a bandpass filter whose center frequency corresponds to the rotational frequency of the rotor. If an unbalance of sufficient magnitude detected by the sensor, an alarm or a shutdown device is actuated. As a displacement sensor, the use of an optoelectronic sensor is proposed.

Die Druckschrift DE 10 2011 100 044 B4 schlägt vor, an einem Rotor einen Trägerkranz vorzusehen. Zwecks identifizierbarer Kennzeichnung unterschiedlicher Rotoren werden im Bereich des Trägerkranzes an unterschiedlichen über den Umfang verteilten Stellen, die für die unterschiedlichen Rotoren spezifisch sind, Magneten angeordnet. Benachbart dem Trägerkranz sind in einer Rotorkammer der Laborzentrifuge Magnetsensoren angeordnet, aus deren Messsignalen die Zahl und Umfangswinkel der jeweils an einem Rotor angeordneten Magnete bestimmt werden können und somit eine Identifikation des Rotors möglich ist. Während die zuvor erläuterte Identifikation des Rotors im Stillstand des Rotors erfolgt, schlägt DE 10 2011 100 044 B4 auch vor, dass die Magnetsensoren auch im Betrieb der Laborzentrifuge genutzt werden können, um eine Schrägstellung der Rotationsachse des Rotors, die zu einer Veränderung des Abstands zwischen den Magneten und den Magnetsensoren führt, zu erkennen, woraus dann auf das Vorliegen einer Unwucht rückgeschlossen wird.The publication DE 10 2011 100 044 B4 proposes to provide a carrier ring on a rotor. For the purpose of identifiable identification of different rotors are used in the Area of the carrier ring at different circumferentially distributed locations that are specific to the different rotors, magnets arranged. Adjacent to the carrier ring, magnetic sensors are arranged in a rotor chamber of the laboratory centrifuge, from whose measurement signals the number and circumferential angle of the magnets respectively arranged on a rotor can be determined and thus an identification of the rotor is possible. While the above-explained identification of the rotor takes place when the rotor is at rest, beats DE 10 2011 100 044 B4 Also, that the magnetic sensors can also be used in the operation of the laboratory centrifuge to detect an inclination of the axis of rotation of the rotor, which leads to a change in the distance between the magnet and the magnetic sensors, which is then deduced the presence of an imbalance.

Die Druckschrift DE 10 2014 116 527 A1 offenbart den Einsatz eines Drehwinkelsensors, eines Wegsensors und von drei Beschleunigungssensoren, welche jeweils für eine Raumrichtung zuständig sind. Eine Erkennung einer Unwucht bei niedrigen Drehzahlen soll mittels des Wegsensors erfolgen, während bei höheren Drehzahlen oberhalb von 1.000 U/min die Erkennung auf Grundlage des Messsignals eines Beschleunigungssensors erfolgen soll. Ergänzend kann der Zentrifugationsstrang mit einem Notschalter zusammenwirken, über den eine Notabschaltung der Laborzentrifuge möglich ist. Das Messsignal eines Beschleunigungssensors oder des Wegsensors wird mit in einer Steuereinheit gespeicherten Kennlinien verglichen. Ist eine Amplitude eines Messsignals größer als ein von einer ersten Kennlinie abhängiger Grenzwert, signalisiert dies eine Unwucht, welche noch keine unmittelbare Gefahr für die Sicherheit der Laborzentrifuge oder des Nutzers darstellt. In diesem Fall kann ein akustisches oder optisches Warnsignal an den Benutzer gegeben werden. Überschreitet hingegen eine Amplitude des Messsignals einen zweiten Grenzwert, der durch eine zweite gespeicherte Kennlinie vorgegeben ist, wird dies als Indiz für eine unmittelbare Gefahr und einen unmittelbaren Handlungsbedarf gesehen, womit eine automatische Notabschaltung der Laborzentrifuge erfolgen kann. Die genannten Kennlinien können hierbei drehzahlabhängig sein. Die Steuereinheit kann einen Datenlogger aufweisen, der die Messsignale aufzeichnet. Die derart aufgezeichneten Messsignale können dann nach dem Ende des Betriebs der Laborzentrifuge über einen USB-Port ausgelesen und für eine Wartung, eine Fehlerbehebung, ein Produkt Lifecycle-Management etc. zur Verfügung gestellt werden. Die drei, für die unterschiedlichen Raumrichtungen zuständigen Beschleunigungssensoren können von einem Dreiachsen-Beschleunigungssensor ausgebildet sein, der direkt auf einem Elektronikbord montiert sein kann, welches im Bereich eines unteren Motorlagers des Antriebs nahe der Antriebswelle befestigt ist.The publication DE 10 2014 116 527 A1 discloses the use of a rotation angle sensor, a displacement sensor and three acceleration sensors, which are each responsible for a spatial direction. A detection of an imbalance at low speeds is to be done by means of the displacement sensor, while at higher speeds above 1,000 rev / min detection should be based on the measurement signal of an acceleration sensor. In addition, the centrifugation line can cooperate with an emergency switch, via which an emergency shutdown of the laboratory centrifuge is possible. The measurement signal of an acceleration sensor or of the displacement sensor is compared with characteristic curves stored in a control unit. If an amplitude of a measuring signal is greater than a limiting value dependent on a first characteristic curve, this signals an unbalance which does not present an immediate danger to the safety of the laboratory centrifuge or of the user. In this case, an audible or visual warning signal may be given to the user. If, on the other hand, an amplitude of the measuring signal exceeds a second limiting value, which is predetermined by a second stored characteristic curve, this is regarded as an indication of an immediate danger and an immediate need for action, with which an automatic emergency shutdown of the laboratory centrifuge can take place. The characteristics mentioned here can be speed-dependent. The control unit may have a data logger recording the measurement signals. The measurement signals recorded in this way can then be read out via the end of the operation of the laboratory centrifuge via a USB port and made available for maintenance, troubleshooting, product lifecycle management, etc. The three acceleration sensors responsible for the different spatial directions can be formed by a three-axis acceleration sensor, which can be mounted directly on an electronics board, which is fastened in the region of a lower engine mount of the drive near the drive shaft.

Die Druckschrift DE 203 07 913 U1 offenbart die Lagerung eines Rotors einer Laborzentrifuge über Magnetlager. Über die elektrischen Betriebsgrößen der Magnetlager kann einerseits auf die Größe und Lage einer Unwucht des Rotors geschlossen werden. Andererseits kann bei derart ermittelter Unwucht auch eine aktive Regelung der von den Magnetlagern auf den Rotor ausgeübten Lagerkräfte derart erfolgen, dass eine Kompensation der Unwucht erfolgt.The publication DE 203 07 913 U1 discloses the storage of a rotor of a laboratory centrifuge via magnetic bearings. On the electrical operating variables of the magnetic bearing can be closed on the one hand to the size and location of an imbalance of the rotor. On the other hand, in the case of unbalance determined in this way, an active regulation of the bearing forces exerted by the magnetic bearings on the rotor can also take place in such a way that a compensation of the imbalance takes place.

DE 10 2015 102 476 A1 offenbart die Lagerung einer einen Rotor eines Elektromotors tragenden Antriebswelle in zwei Motorlagern. Ein Motorlager ist über ein glockenartiges Gehäuse abgestützt, während das andere Motorlager über einen eine große träge Masse darstellenden Kopplungskörper an Federelementen abgestützt ist. Benachbart der beiden Motorlager erfolgt eine Messung der schwingenden Bewegung der Antriebswelle jeweils über einen Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensor. Der Stator des Elektromotors weist Wicklungen auf, welche je nach den Messsignalen der Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensoren so angesteuert werden, dass diese den Schwingungen der Antriebswelle entgegenwirken können. Aus einer Differenz von zwei Wegsignalen, die mittels entsprechender, im Bereich der Motorlager angeordneten Wegsensoren gemessen werden, kann auch eine Verkippung der Antriebswelle ermittelt werden. In einem einem Boden zugewandten Endbereich der Antriebswelle kann ein Drehzahlsensor angeordnet sein, wobei hier auch ein Hall-Sensor eingesetzt werden kann, der eine Drehzahl und einen Drehwinkel und eine Drehrichtung der Antriebswelle erfasst. DE 10 2015 102 476 A1 discloses the mounting of a drive shaft supporting a rotor of an electric motor in two engine mounts. An engine mount is supported via a bell-shaped housing, while the other engine mount is supported via a large inertial mass representing coupling body to spring elements. Adjacent to the two engine mounts, a measurement of the oscillating motion of the drive shaft takes place in each case via a displacement, velocity or acceleration sensor. The stator of the electric motor has windings which, depending on the measuring signals of the displacement, speed or acceleration sensors, are driven in such a way that they can counteract the vibrations of the drive shaft. From a difference of two path signals, which are measured by means of corresponding arranged in the engine bearings displacement sensors, a tilt of the drive shaft can be determined. In a bottom area facing the drive shaft, a speed sensor may be arranged, in which case a Hall sensor can be used, which detects a speed and a rotation angle and a rotational direction of the drive shaft.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laborzentrifuge mit verbesserten Möglichkeiten für eine Überwachung und/oder Beeinflussung des Betriebszustands der Laborzentrifuge vorzuschlagen.The present invention has for its object to propose a laboratory centrifuge with improved possibilities for monitoring and / or influencing the operating state of the laboratory centrifuge.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.The object of the invention is achieved with the features of the independent claim. Further preferred embodiments according to the invention can be found in the dependent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung basiert insbesondere auf den folgenden Erkenntnissen:

  • Ist ein Zentrifugationsstrang der Laborzentrifuge über Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen elastisch an einem Gehäuse der Laborzentrifuge abgestützt, führt sowohl eine Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs als auch eine nicht koaxiale Ausrichtung einer Längs- oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs zu der Erdbeschleunigung oder dem Schwerefeld der Erde zu einer statischen und/oder dynamischen Auslenkung des Zentrifugationsstrangs gegenüber dem Gehäuse der Laborzentrifuge. Dies kann im Folgenden anhand Extremüberlegungen zu der Federsteifigkeit und Dämpfung der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen wie folgt beispielhaft erläutert werden:
    • Ist die Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs nicht parallel zur Erdbeschleunigung ausgerichtet, so ist unter Umständen der Schwerpunkt des Zentrifugationsstrangs exzentrisch zu den Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen angeordnet, woraus ein erstes Kippmoment resultiert, welches bestrebt ist, die Abweichung der Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs gegenüber der Erdbeschleunigung zu vergrößern. Dieses erste Kippmoment wirkt grundsätzlich sowohl bei Stillstand des Zentrifugationsstrangs als auch bei einer Rotationsbewegung der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs und ist unabhängig davon, ob die rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs eine Unwucht aufweisen. Grundsätzlich ändert sich die Orientierung des ersten Kippmoments mit einer Drehbewegung der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs nicht und der Betrag des ersten Kippmoments ist auch von einer Drehzahl der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs unabhängig. Andererseits ergibt sich (auch bei einer parallelen Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs) ein zweites Kippmoment infolge einer etwaigen Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs. Dieses zweite Kippmoment ist im Stillstand der rotierenden Komponenten klein und ergibt sich aus dem Produkt des Unwuchtradius (also des Abstands der Unwucht von der Rotationsachse) und der Unwuchtmasse. Das zweite Kippmoment steigt aber stark mit der Erhöhung der Drehzahl an.
The present invention is based in particular on the following findings:
  • If a centrifuge strand of the laboratory centrifuge is elastically supported on a housing of the laboratory centrifuge via spring and / or damping devices, both an unbalance of the rotating components of the centrifugation strand and a non-coaxial alignment of a longitudinal or rotational axis of the centrifugation strand lead to the gravitational acceleration or gravitational field of the earth to a static and / or dynamic deflection of the centrifugal column relative to the housing of the laboratory centrifuge. This can be explained below by way of example based on extreme considerations of the spring stiffness and damping of the spring and / or damping devices as follows:
    • If the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand is not aligned parallel to the gravitational acceleration, then the center of gravity of the centrifugation strand may be arranged eccentrically to the spring and / or damping devices, resulting in a first tilting moment, which tends to the deviation of the orientation of the Longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand to increase the gravitational acceleration. This first tilting moment basically acts both when the centrifugation strand is at a standstill and during a rotational movement of the rotating components of the centrifuging strand and is independent of whether the rotating components of the centrifugation strand have an imbalance. In principle, the orientation of the first tilting moment does not change with a rotational movement of the rotating components of the centrifuging strand and the magnitude of the first tilting moment is independent of a rotational speed of the rotating components of the centrifugal strand. On the other hand, there is also a second tilting moment (also in the case of a parallel orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifuging strand) due to any imbalance of the rotating components of the centrifuging strand. This second tilting moment is small at standstill of the rotating components and results from the product of the unbalance radius (ie the distance of the imbalance from the axis of rotation) and the imbalance mass. The second overturning moment but increases sharply with the increase in speed.

Hinzu kommt, dass die Bewegungs-, Kraft- und Momentenverhältnisse an dem Zentrifugationsstrang stark abhängig sind von der Dimensionierung der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen, über welche der Zentrifugationsstrang an dem Gehäuse der Laborzentrifuge abgestützt ist.In addition, the conditions of motion, force and torque on the centrifugation strand are strongly dependent on the dimensioning of the spring and / or damping devices, by means of which the centrifugation strand is supported on the housing of the laboratory centrifuge.

Dies kann vereinfacht für extreme Auslegungen der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen erläutert werden: Für eine vernachlässigbare Feder- und/oder Dämpfungseinrichtung ist der Zentrifugationsstrang für eine vereinfachte Betrachtung kardanisch aufgehängt, womit die Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs sich automatisch parallel zur Erdbeschleunigung ausrichten kann. Hingegen gewährleistet eine unendlich hohe Steifigkeit und Dämpfung der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen eine Aufrechterhaltung der Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs entsprechend der Ausrichtung der Laborzentrifuge gegenüber der Umgebung (so dass die Abweichung der Längs- und/oder Rotationsachse gegenüber der Erdbeschleunigung exakt davon abhängig ist, wie "horizontal" das Gehäuse der Laborzentrifuge und damit der Zentrifugationsstrang aufgestellt sind).This can be simplified for extreme designs of the spring and / or damping devices are explained: For a negligible spring and / or damping device of the centrifugal strand is gimballed for a simplified view, so that the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand automatically parallel to the acceleration of gravity can align. On the other hand, an infinitely high rigidity and damping of the spring and / or damping devices ensures that the orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand is maintained in accordance with the alignment of the laboratory centrifuge with respect to the environment (so that the deviation of the longitudinal and / or rotational axis from that Acceleration depends exactly on how "horizontally" the housing of the laboratory centrifuge and thus the centrifuge line are set up).

Schließlich ist obige Betrachtung der beiden Kippmomente lediglich eine starke Vereinfachung, welche den tatsächlich vorhandenen komplexen Bedingungen nur in grober Näherung Rechnung trägt:

  • Tatsächlich bilden die rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs einen Kreisel, wobei die Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen Randbedingungen des Kreisels vorgeben. Für den Extremfall der verschwindenden Steifigkeit und Dämpfung der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen bildet der Zentrifugationsstrang einen freien Kreisel, während für endliche Werte der Steifigkeit und Dämpfung der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen der Zentrifugationsstrang einen gefesselten Kreisel bildet. Die Dynamik des Kreisels ist komplex und wird durch die Eulerschen Kreiselgleichungen beschrieben. Hierbei beeinflusst die Dynamik der Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs ein Deviationsmoment (Maß für das Bestreben des Kreisels seine Rotationsachse zu verändern, wenn der Kreisel nicht um eine seine Hauptträgheitsachsen rotiert) und ein Kreiselmoment. Der Zentrifugationsstrang kann komplexe Nutationsbewegungen und Präzessionsbewegungen ausführen, wobei die Bewegung der Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs auf einem Nutationskegel und/oder Gangpolkegel erfolgen kann.
After all, the above consideration of the two tilting moments is only a great simplification, which takes into account the actual complex conditions only in a rough approximation:
  • In fact, the rotating components of the centrifugal strand form a gyro, with the spring and / or damping devices prescribing boundary conditions of the gyroscope. For the extreme case of vanishing stiffness and damping of the spring and / or damping devices of the centrifugal strand forms a free gyroscope, while for finite levels of stiffness and damping of the spring and / or damping devices of the centrifugal strand forms a tethered gyroscope. The dynamics of the gyro is complex and is described by the Eulerian gyroscopic equations. In this case, the dynamics of the orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand influences a deviation moment (measure for the tendency of the gyroscope to change its axis of rotation if the gyroscope does not rotate about one of its principal axes of inertia) and a gyroscopic moment. The centrifugation strand can perform complex nutation movements and precession movements, whereby the movement of the axis of rotation of the centrifugation strand can take place on a nutation cone and / or gangue cone.

Diesen komplexen Vorgängen tragen die aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren und Auswerteverfahren nicht Rechnung. Vielmehr erfolgt gemäß dem Stand der Technik unabhängig von der Ursache der Abweichung der Rotationsbewegung des Rotors von einer ortsfesten Rotationsachse (also unabhängig davon, ob die Laborzentrifuge nicht exakt horizontal aufgestellt ist oder eine Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs vorhanden ist) ein Vergleich einer gemessenen Auslenkung oder der Beschleunigung des Zentrifugationsstrangs mit a-priori vorgegebenen Schwellwerten.These complex processes are not taken into account by the sensors and evaluation methods known from the prior art. Rather, regardless of the cause of the deviation of the rotational movement of the rotor from a stationary axis of rotation (that is, regardless of whether the laboratory centrifuge is not exactly horizontal or an imbalance of the rotating components of the centrifugal column is present) takes place according to the prior art a comparison of a measured deflection or the acceleration of the centrifugation strand with a priori predetermined threshold values.

Erfindungsgemäß wird erstmals ein Neigungssensor in einer Laborzentrifuge eingesetzt, der eine Ausrichtung einer Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs erfasst. Der Neigungssensor erzeugt somit ein Messsignal, bei welchem eine Änderung unmittelbar korreliert oder proportional ist zu einer Veränderung der Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs. Auf dieser Grundlage liegt erstmals ein Messsignal für die Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs vor, welches alternative oder ergänzende Auswertemöglichkeiten für statische und/oder dynamische Veränderungen der Lage und/oder Ausrichtung des Zentrifugationsstrangs bereitstellt, womit insbesondere alternative oder zusätzliche und verbesserte Möglichkeiten für eine Identifikation einer unzureichenden Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse zu der Erdbeschleunigung und/oder einer vorhandenen Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs bereitgestellt werden. Um lediglich ein die Erfindung nicht beschränkendes Beispiel zu nennen, kann die Auswertung auch die zuvor erwähnten Kreiseleffekte auf Grundlage des Messsignals des Neigungssensors berücksichtigen.According to the invention, for the first time an inclination sensor is used in a laboratory centrifuge which detects an alignment of a longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand. The inclination sensor thus generates a measurement signal in which a change is directly correlated or proportional to a change in the orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand. On this basis, for the first time a measurement signal for the alignment of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand, which provides alternative or supplementary evaluation options for static and / or dynamic changes in the position and / or orientation of the centrifugation strand, which in particular alternative or additional and improved Possibilities for identifying an insufficient alignment of the longitudinal and / or rotational axis to the acceleration due to gravity and / or an existing imbalance of the rotating components of the centrifugal strand are provided. To mention only an example which does not limit the invention, the evaluation can also take into account the aforementioned gyro effects on the basis of the measuring signal of the inclination sensor.

Grundsätzlich kann für den Neigungssensor im Rahmen der Erfindung ein auf einem beliebigen Messprinzip beruhender Neigungssensor eingesetzt werden. Für eine erfindungsgemäße Ausgestaltung ist der Neigungssensor ein Gyroskop-Sensor. In diesem Fall ist der Gyroskop-Sensor von einem Gehäuse des Zentrifugationsstrangs gehalten, so dass der Gyroskop-Sensor nicht mit den rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs rotiert, aber eine Neigung und damit auch eine Neigungsänderung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs erfassen kann. Ein Gyroskop, der auch als Kreiselstabilisator oder Kreiselinstrument bezeichnet werden kann, beinhaltet einen rotierenden symmetrischen Messkreisel, der so gegenüber einer Aufhängung gelagert ist, dass bei einer Verschwenkung der Aufhängung infolge einer Verschwenkung des Messkreisel relativ zur Aufhängung der Messkreisel seine Rotationsachse nicht ändert. Die Aufhängung kann bspw. eine kardanische Aufhängung sein. Eine Verschwenkung der Aufhängung gegenüber dem Messkreisel wird bei einem Gyroskop-Sensor in ein Messsignal umgewandelt. Bei einem erfindungsgemäßen Einsatz des Gyroskop-Sensors wird die Aufhängung an einem nicht rotierenden Gehäuse des Zentrifugationsstrangs, insbesondere des Antriebs des Zentrifugationsstrangs, befestigt. Modernere Ausführungsformen von Gyroskop-Sensoren, welche auch keinen rotierenden Messkreisel aufweisen können, und ebenfalls im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden können, finden heute in Smartphones, Tablets und Spielekonsolen bspw. Einsatz.In principle, an inclination sensor based on an arbitrary measuring principle can be used for the inclination sensor within the scope of the invention. For an embodiment according to the invention, the inclination sensor is a gyroscope sensor. In this case, the gyroscope sensor is held by a housing of the centrifugation strand, so that the gyroscope sensor does not rotate with the rotating components of the centrifugation strand, but can detect an inclination and thus a change in inclination of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand. A gyroscope, which may also be referred to as a gyrostabilizer or gyro instrument, includes a rotating symmetric gyro which is journaled relative to a suspension such that upon pivoting of the suspension due to pivoting of the gyroscope relative to the gyro suspension, its axis of rotation does not change. The suspension may, for example, be a gimbal suspension. A pivoting of the suspension relative to the measuring gyroscope is converted into a measuring signal in the case of a gyroscope sensor. In an inventive use of the gyroscopic sensor, the suspension is attached to a non-rotating housing of the centrifugation strand, in particular the drive of the centrifugation strand. More modern embodiments of gyroscope sensors, which may also have no rotating measuring gyroscope, and can also be used within the scope of the invention, find today in smartphones, tablets and game consoles, for example, use.

Für eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Laborzentrifuge ist der Neigungssensor als Magnetfeld-Sensor ausgebildet, mittels dessen eine Stärke und/oder Ausrichtung eines Magnetfelds erfasst und in ein Messsignal umgewandelt wird. Des Weiteren weist der Neigungssensor einen Permanentmagneten auf. Der Permanentmagnet erzeugt ein Magnetfeld, dessen Stärke und/oder Ausrichtung von dem Magnetfeld-Sensor erfasst wird. Möglich ist bspw., dass der Magnetfeld-Sensor von einem Gehäuse des Zentrifugationsstrangs gehalten ist, während der Permanentmagnet benachbart dem Magnetfeld-Sensor an einem Gehäuse der Laborzentrifuge gehalten ist. Alternativ möglich ist, dass der Permanentmagnet an dem Gehäuse des Zentrifugationsstrangs befestigt ist, während der Magnetfeld-Sensor an dem Gehäuse der Laborzentrifuge gehalten ist. Kommt es dann zu einer Veränderung der Neigung des Zentrifugationsstrangs gegenüber dem Gehäuse der Laborzentrifuge, führt dies zu einer Relativbewegung zwischen Magnetfeld-Sensor und Permanentmagneten, welche eine Vergrößerung des Abstands des Magnetfeld-Sensors von dem Permanentmagneten zur Folge hat und/oder eine Veränderung der Ausrichtung des von dem Permanentmagneten erzeugten Magnetfelds gegenüber dem Magnetfeld-Sensor zur Folge hat. Somit kann bei dieser Ausgestaltung anhand der Stärke des Magnetfelds und/oder der von dem Magnetfeld-Sensor erkannten Richtung des Magnetfelds auf die Neigung des Zentrifugationsstrangs relativ zu dem Gehäuse rückgeschlossen werden.For a further embodiment of the laboratory centrifuge according to the invention, the inclination sensor is designed as a magnetic field sensor, by means of which a strength and / or orientation of a magnetic field is detected and converted into a measurement signal. Furthermore, the inclination sensor has a permanent magnet. The permanent magnet generates a magnetic field whose strength and / or orientation is detected by the magnetic field sensor. It is possible, for example, that the magnetic field sensor is held by a housing of the centrifugation strand, while the permanent magnet adjacent to the magnetic field sensor is held on a housing of the laboratory centrifuge. Alternatively, it is possible that the permanent magnet is attached to the housing of the centrifugation strand, while the magnetic field sensor is held on the housing of the laboratory centrifuge. If it then comes to a change in the inclination of the centrifugation strand relative to the housing of the laboratory centrifuge, this leads to a relative movement between the magnetic field sensor and permanent magnets, which has an increase in the distance of the magnetic field sensor from the permanent magnet result and / or a change in orientation of the magnetic field generated by the permanent magnet relative to the magnetic field sensor result. Thus, in this embodiment, based on the strength of the magnetic field and / or the direction of the magnetic field detected by the magnetic field sensor, it is possible to deduce the inclination of the centrifugal strand relative to the housing.

Basiert der Magnetfeld-Sensor für eine mögliche Ausführungsform auf der Erfassung einer magnetischen Flussdichte (sogenannte Magnetometer), so können beliebige Sensortypen (insbesondere Hall-Sensoren, Förster-Sonden) oder Saturationskern-Magnetometer oder Fluxgate-Sensoren, SMR-Sensoren, Dünnschicht-Sensoren, die unter Einfluss des magnetischen Flusses ihren Widerstand ändern, Feldplatten u. ä. verwendet werden.If the magnetic field sensor for a possible embodiment is based on the detection of a magnetic flux density (so-called magnetometer), then any sensor types (in particular Hall sensors, Förster probes) or saturation core magnetometers or fluxgate sensors, SMR sensors, thin-film sensors that change their resistance under the influence of magnetic flux, field plates u. Ä. Be used.

Für eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sind in der Laborzentrifuge zwei Neigungssensoren vorhanden. In diesem Fall kann ein Neigungssensor als Gyroskop-Sensor ausgebildet sein, der an einem Gehäuse des Zentrifugationsstrangs gehalten ist. Hingegen ist der andere Neigungssensor mit einem Permanentmagneten und einem mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten in Wechselwirkung tretenden Magnetfeld-Sensor ausgebildet. Die beiden Neigungssensoren können hierbei redundant eingesetzt sein. Möglich ist aber auch, dass die beiden auf einem unterschiedlichen Messprinzip basierenden Neigungssensoren unterschiedliche Empfindlichkeiten und/oder Frequenzbereiche für die Aufnahme eines Messsignals aufweisen.For a particular embodiment of the invention, two inclination sensors are present in the laboratory centrifuge. In this case, a tilt sensor may be formed as a gyroscope sensor, which is held on a housing of the centrifugation strand. On the other hand, the other inclination sensor is formed with a permanent magnet and a magnetic field sensor interacting with the magnetic field of the permanent magnet. The two inclination sensors can be used redundantly. It is also possible that the two on having a different measuring principle based tilt sensors different sensitivities and / or frequency ranges for the recording of a measurement signal.

Im Rahmen der Erfindung kann (zusätzlich zu dem mindestens einen Neigungssensor) auch mindestens ein Beschleunigungssensor vorhanden sein.Within the scope of the invention, at least one acceleration sensor may be present (in addition to the at least one inclination sensor).

Die Signalverarbeitung eines Messsignals eines Beschleunigungssensors verfügt in der Regel lediglich über eine begrenzte Auflösung. Eine bspw. harmonische Schwingung des Zentrifugationsstrangs mit der Frequenz der Antriebsbewegung des Rotors hat eine Beschleunigung des Zentrifugationsstrangs zur Folge, die proportional zu der Auslenkung der Schwingung des Zentrifugationsstrangs und dem Quadrat der Frequenz dieser Schwingung (die in der Regel der Drehzahl des Rotors oder Sub- und/oder Superharmonischen dieser Drehzahl entspricht) ist. Somit steigt die von einem Beschleunigungssensor gemessene Beschleunigungsamplitude mit einer Erhöhung der Frequenz, d. h. mit einer Erhöhung der Antriebsdrehzahl des Rotors, stark an. Andererseits ist die von einem Beschleunigungssensor gemessene Beschleunigungsamplitude auch abhängig von einer etwaigen Resonanzfunktion oder Übertragungsfunktion des Schwingungssystems, welches mit dem Zentrifugationsstrang und dessen Abstützung über die mindestens eine Feder- und/oder Dämpfungseinrichtung gebildet ist. Eine Empfindlichkeit des Beschleunigungssensors muss gemäß dem Stand der Technik für alle auftretenden Frequenzen und Amplituden angepasst oder optimiert werden. Dies kann in Verbindung mit der begrenzten Auflösung der digitalen Verarbeitung des Messsignals des Beschleunigungssensors für Drehzahlbereiche des Rotors mit kleinen auftretenden Beschleunigungen zu einer schlechten Auflösung des Messsignals und einem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis führen. Hinzu kommt, dass bekannte Beschleunigungssensoren und/oder eine zur Auswertung verwendete Signalverarbeitung für das Messsignal des Beschleunigungssignal auch lediglich über begrenzte Frequenzbereiche verfügen können, in welchen diese mit hinreichender Genauigkeit ein Beschleunigungssignal erzeugen können.The signal processing of a measurement signal of an acceleration sensor usually has only a limited resolution. For example, a harmonic oscillation of the centrifugation strand with the frequency of the drive movement of the rotor results in an acceleration of the centrifugation strand which is proportional to the deflection of the oscillation of the centrifugation strand and the square of the frequency of this oscillation (which usually corresponds to the rotational speed of the rotor or subsystem). and / or superharmonic corresponds to this speed) is. Thus, the acceleration amplitude measured by an acceleration sensor increases with an increase in frequency, i. H. with an increase in the drive speed of the rotor, strong. On the other hand, the acceleration amplitude measured by an acceleration sensor is also dependent on a possible resonance function or transfer function of the vibration system, which is formed with the centrifugation strand and its support via the at least one spring and / or damping device. A sensitivity of the acceleration sensor must be adjusted or optimized according to the prior art for all occurring frequencies and amplitudes. This, in conjunction with the limited resolution of the digital processing of the measurement signal of the speed sensor acceleration sensor of the rotor with small occurring accelerations, can lead to a poor resolution of the measurement signal and a poor signal-to-noise ratio. In addition, known acceleration sensors and / or signal processing used for the evaluation of the measurement signal of the acceleration signal can also have only limited frequency ranges in which they can generate an acceleration signal with sufficient accuracy.

Für eine erfindungsgemäße Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Zentrifugationsstrang nicht lediglich einen Sensortyp eines Beschleunigungssensors aufweist, mit dem mit vorgegebener Empfindlichkeit in dem vorgegebenen Frequenzbereich dieses Sensortyps eine Erfassung der Beschleunigung des Zentrifugationsstrangs in einer oder mehreren Raumrichtungen erfolgt. Vielmehr weist der Zentrifugationsstrang mindestens zwei Beschleunigungssensoren auf, welche eine Beschleunigung des Antriebs mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten und/oder in unterschiedlichen Frequenzbereichen messen, wobei vorzugsweise die beiden Beschleunigungssensoren die Beschleunigung in dieselbe Raumrichtung messen. Erfindungsgemäß kommen somit zwei Sensoren unterschiedlicher Sensortypen zum Einsatz, mit denen in unterschiedlichen Frequenzbereichen und/oder mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten die Beschleunigung des Antriebs in dieselbe Raumrichtung gemessen wird. Dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei dem Einsatz eines einzigen Sensortyps eines Beschleunigungssensors mit vorgegebener Empfindlichkeit und vorgegebenem Frequenzbereich die Auswahl dieses Sensortyps so erfolgen muss, dass die Empfindlichkeit und der Frequenzbereich des Sensortyps so gewählt sind, dass der Beschleunigungssensor möglichst in sämtlichen relevanten Betriebssituation hinreichend gute Messsignale liefert, um die erforderliche Auswertung vornehmen zu können. Beispielsweise muss der Beschleunigungssensor hinreichend gute Messsignale sowohl bei kleinen Drehzahlen (und unter Umständen großen Auslenkungen des Zentrifugationsstrangs) als auch bei großen Drehzahlen (und unter Umständen kleinen Auslenkungen des Zentrifugationsstrangs) liefern, was nur begrenzt möglich ist. Hingegen können die erfindungsgemäß eingesetzten Sensoren unterschiedlicher Sensortypen mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten und/oder unterschiedlichen Frequenzbereichen jeweils an unterschiedliche Betriebszustände (oder einen jeweils zugeordneten Betriebszustandsbereich) der Laborzentrifuge angepasst werden. So kann bspw. ein Beschleunigungssensor so gestaltet sein, dass dieser ein Messsignal (insbesondere mit einem Messfehler von weniger als 10 %, weniger als 5 % oder weniger als 3 %) sowohl für eine Frequenz 0 (also einen Gleichanteil) als auch für niedrige Frequenzen (bspw. für Frequenzen von 0 bis 50 Hertz, 0 bis 100 Hertz, 0 bis 200 Hertz oder 0 bis 500 Hertz) erzeugt, während ein anderer Beschleunigungssensor dann ein Messsignal (insbesondere mit einem Messfehler von weniger als 10 %, weniger als 5 % oder weniger als 3 %) in einem Frequenzbereich erzeugt, welcher zumindest teilweise über dem Frequenzbereich des erstgenannten Sensors liegt und bspw. in einem Frequenzbereich oberhalb von 50 Hertz, 100 Hertz, 150 Hertz oder 200 Hertz oder 500 Hertz liegt.For an embodiment according to the invention, it is proposed that the centrifugation strand not only have a sensor type of an acceleration sensor, with which the acceleration of the centrifugation strand is detected in one or more spatial directions with predetermined sensitivity in the predetermined frequency range of this sensor type. Rather, the centrifugation strand has at least two acceleration sensors, which measure an acceleration of the drive with different sensitivities and / or in different frequency ranges, wherein preferably the two acceleration sensors measure the acceleration in the same spatial direction. According to the invention, two sensors of different sensor types are thus used, with which the acceleration of the drive in the same spatial direction is measured in different frequency ranges and / or with different sensitivities. This embodiment of the invention is based on the finding that when using a single sensor type of acceleration sensor with predetermined sensitivity and frequency range selection of this sensor type must be such that the sensitivity and the frequency range of the sensor type are chosen so that the acceleration sensor as possible in all relevant Operating situation provides sufficiently good measurement signals to make the required evaluation can. For example, the acceleration sensor must deliver sufficiently good measurement signals both at low speeds (and possibly large deflections of the centrifugal column) and at high speeds (and possibly small deflections of the centrifugation train), which is only possible to a limited extent. On the other hand, the sensors used according to the invention of different sensor types with different sensitivities and / or different frequency ranges can each be adapted to different operating states (or a respectively assigned operating state region) of the laboratory centrifuge. Thus, for example, an acceleration sensor may be designed such that it has a measurement signal (in particular with a measurement error of less than 10%, less than 5% or less than 3%) both for a frequency 0 (ie a DC component) and for low frequencies (eg for frequencies from 0 to 50 hertz, 0 to 100 hertz, 0 to 200 hertz or 0 to 500 hertz), while another accelerometer then generates a measurement signal (in particular with a measurement error of less than 10%, less than 5%). or less than 3%) in a frequency range which is at least partially above the frequency range of the former sensor and, for example, in a frequency range above 50 hertz, 100 hertz, 150 hertz or 200 hertz or 500 hertz.

Erfasst bspw. der erste Beschleunigungssensor eine Beschleunigung in einem niedrigen Frequenzbereich, kann bereits mit dem Anlaufen der Laborzentrifuge mittels des ersten Beschleunigungssensors eine Überwachung erfolgen, ob eine Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs parallel zum Erdbeschleunigungsvektor ausgerichtet ist und/oder die rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs eine Unwucht aufweisen. Andererseits kann der zweite Beschleunigungssensor dafür zuständig sein, auch für höhere oder maximale Rotationsgeschwindigkeiten die Beschleunigung zu überwachen. Unter Umständen kann dann mittels des zweiten Beschleunigungssensors mit einer verhältnismäßig großen Empfindlichkeit detektiert werden wenn für größere oder maximale Rotationsgeschwindigkeiten ein Produkt versagt (bspw. ein Probenrohr bricht), womit sich ohne anfängliche Unwucht des Rotors erst im Betrieb der Laborzentrifuge eine Unwucht ergibt, die dann nur kurzzeitig oder auch dauerhaft wirksam sein kann. Vorteilhaft kann unter Umständen auch eine Auswertung derart sein, dass sowohl das Messsignal mindestens eines Neigungssensors als auch das Messsignal mindestens eines Beschleunigungssensors ausgewertet wird. Wird bspw. mit dem Neigungssensor erfasst, dass die Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs geneigt ist und erzeugt der Beschleunigungssensor ein bspw. harmonisch oszillierendes Messsignal in eine Raumrichtung, kann mit einer gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Sicherheit darauf geschlossen werden, dass eine Unwucht vorliegt, welche einerseits zu der von dem Neigungssensor erfassten Neigung führt und andererseits infolge des Umlaufens der Unwucht um die Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs zu dem oszillierenden Messsignal des Beschleunigungssensors führt.If, for example, the first acceleration sensor detects acceleration in a low frequency range, monitoring can already take place with the start of the laboratory centrifuge by means of the first acceleration sensor, if a longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand is aligned parallel to the acceleration vector and / or the rotating components of the centrifugal force Zentrifugationsstrangs have an imbalance. On the other hand, the second acceleration sensor can be responsible, even for higher or higher Rotation speeds to monitor the acceleration. Under certain circumstances, then can be detected by means of the second acceleration sensor with a relatively high sensitivity when for larger or maximum rotational speeds a product fails (eg., A sample tube breaks), which results without initial imbalance of the rotor until the operation of the laboratory centrifuge an imbalance, then can only be effective for a short time or permanently. In some circumstances, an evaluation may also be advantageous in such a way that both the measurement signal of at least one inclination sensor and the measurement signal of at least one acceleration sensor are evaluated. If, for example, it is detected by means of the inclination sensor that the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand is inclined and if the acceleration sensor generates a harmonically oscillating measuring signal in a spatial direction, for example, it can be concluded with a safety that is higher than that of the prior art that a Imbalance is present, which on the one hand leads to the tilt detected by the inclination sensor and on the other hand leads to the oscillating measurement signal of the acceleration sensor as a result of circulating the imbalance about the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand.

Für eine alternative oder kumulative von der Erfindung umfasste Lösung weist der Zentrifugationsstrang einen Sensor auf, welcher auf einem Sensorprinzip basiert, welches bisher nicht für eine Laborzentrifuge Einsatz gefunden hat: Verwendet wird für diese Ausgestaltung ein Sensor, der die Ausrichtung des Antriebs gegenüber einem Magnetfeld der Erde misst. Zu diesem Zweck kann bspw. ein Hall-Sensor eingesetzt werden. Auf Grundlage eines derart ermittelten, die Ausrichtung des Antriebs gegenüber dem Magnetfeld der Erde betreffenden Messsignals kann einerseits detektiert werden, ob die Laborzentrifuge richtig (d. h. horizontal) aufgestellt worden ist, was angesichts des eingesetzten Sensorprinzips sogar im Stillstand des Rotors möglich ist. Andererseits kann über diesen Sensor auch im Betrieb der Laborzentrifuge ein Verkippen des Zentrifugationsstrangs infolge der schwingenden Abstützung desselben über die Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen gegenüber dem Gehäuse und/oder infolge einer ohne Drehung des Rotors statischen Unwucht oder einer dynamischen Unwuchtanregung bei Drehung des Rotors erkannt werden und u. U. das Ausmaß der Verkippung, eine Größe der Unwucht und/oder eine Lage der Unwucht ermittelt werden.For an alternative or cumulative solution encompassed by the invention, the centrifugation strand has a sensor which is based on a sensor principle which has hitherto not been used for a laboratory centrifuge. For this embodiment, a sensor is used which determines the alignment of the drive with respect to a magnetic field Earth measures. For this purpose, for example, a Hall sensor can be used. On the basis of a measurement signal thus determined, which relates to the orientation of the drive relative to the magnetic field of the earth, it can be detected on the one hand whether the laboratory centrifuge has been set up correctly (i.e., horizontally), which is possible even when the rotor is at a standstill in view of the sensor principle used. On the other hand, can also be detected during operation of the laboratory centrifuge tilting of the centrifugal strand due to the swinging support of the same via the spring and / or damping devices relative to the housing and / or as a result of a static rotation without rotation of the rotor imbalance or dynamic unbalance excitation upon rotation of the rotor be and u. U. the extent of tilt, a size of the imbalance and / or a position of the imbalance can be determined.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist (vorzugsweise zusätzlich zu den vorgenannten Sensoren) mindestens ein Sensor vorhanden, der einen Drehwinkel, eine Winkelgeschwindigkeit oder eine Winkelbeschleunigung eine Antriebswelle des Antriebs erfasst.In a further embodiment of the invention (preferably in addition to the aforementioned sensors) at least one sensor is present, which detects a rotation angle, an angular velocity or an angular acceleration of a drive shaft of the drive.

Des Weiteren kann ein Temperatursensor vorhanden sein. Vorteilhaft ist, wenn dieser Temperatursensor eng benachbart (bspw. weniger als 10 cm, weniger als 5 cm oder weniger als 3 cm benachbart) von den anderen Sensoren angeordnet ist. Dieser Temperatursensor misst dann vorzugsweise nicht die Temperatur in der Rotorkammer oder die Temperatur im Inneren des Antriebs, sondern die Temperatur, welcher die Sensoren ausgesetzt sind.Furthermore, a temperature sensor may be present. It is advantageous if this temperature sensor is arranged closely adjacent (for example, less than 10 cm, less than 5 cm or less than 3 cm adjacent) of the other sensors. This temperature sensor then preferably measures not the temperature in the rotor chamber or the temperature inside the drive, but the temperature to which the sensors are exposed.

Schließlich ist alternativ oder kumulativ möglich, dass ein 9-Achsen-Sensor vorhanden ist.Finally, alternatively or cumulatively, it is possible for a 9-axis sensor to be present.

Auf sämtliche vorgenannten Sensoren, also insbesondere die Neigungssensoren, den Gyroskop-Sensor, den Magnetfeld-Sensor, den Permanentmagneten, die Beschleunigungssensoren, den Sensor zur Erfassung der Ausrichtung des Antriebs gegenüber einem Magnetfeld der Erde, den Sensor zur Erfassung eines Drehwinkels, einer Winkelgeschwindigkeit oder eine Winkelbeschleunigung einer Antriebswelle des Antriebs, den Temperatursensor und/oder den 9-Achsen-Sensor, wird im Folgenden mit dem gemeinsamen Oberbegriff "Sensor" Bezug genommen.On all of the aforementioned sensors, ie in particular the inclination sensors, the gyroscope sensor, the magnetic field sensor, the permanent magnet, the acceleration sensors, the sensor for detecting the orientation of the drive against a magnetic field of the earth, the sensor for detecting a rotation angle, an angular velocity or an angular acceleration of a drive shaft of the drive, the temperature sensor and / or the 9-axis sensor will be referred to in the following with the common generic term "sensor".

Möglich ist, das mindestens einer der genannten Sensoren an beliebiger Stelle des Gehäuses des Antriebs oder an einem hiermit starr gekoppelten Bauelement angeordnet ist. Für einen besonderen Vorschlag der Erfindung sind die Sensoren auf einer Sensorplatine angeordnet, mit welcher diese (unter Umständen mit weiteren elektrischen und elektronischen Bauelementen) eine Baueinheit bilden. Die Sensorplatine kann dann über einen Stecker, mindestens einen Leiter, ein Bussystem und/oder eine elektrische Leistungsversorgung mit dezentral von der Sensorplatine angeordneten elektronischen Steuereinheiten, Speichern, Ausgabeeinrichtungen, Datenloggern und/oder Leistungsversorgungen verbunden sein.It is possible that at least one of said sensors is arranged at any point of the housing of the drive or on a rigidly coupled thereto component. For a particular proposal of the invention, the sensors are arranged on a sensor board with which they (possibly with other electrical and electronic components) form a structural unit. The sensor board can then be connected via a plug, at least one conductor, a bus system and / or an electrical power supply with decentralized arranged from the sensor board electronic control units, storage, output devices, data loggers and / or power supplies.

Grundsätzlich kann die Sensorplatine an beliebiger Stelle an dem Zentrifugationsstrang oder dem Gehäuse des Antriebs angeordnet sein. Vorzugsweise befindet sich diese aber auf der dem Rotor abgewandten Seite des Zentrifugationsstrangs, insbesondere des Gehäuses des Antriebs. Dies hat einerseits den Vorteil, dass sich die Sensorplatine bspw. nicht im Bereich einer Rotorkammer erstrecken muss, womit der hier erforderliche Bauraum reduziert ist. Andererseits ist für die Anordnung der Sensorplatine auf der dem Rotor abgewandten Seite des Antriebs unter Umständen auch vermieden, dass sich mit dem Betrieb der Laborzentrifuge eine sich in der Rotorkammer während des Betriebs infolge der hohen Drehzahl des Rotors ergebende Temperaturerhöhung nicht auf die Temperatur der unter Umständen empfindlichen elektrischen und elektronischen Bauelemente auf der Sensorplatine auswirkt. So kann unter Umständen auch ein Temperatureinfluss auf die Genauigkeit der Messsignale der Sensoren der Sensorplatine zumindest reduziert werden.In principle, the sensor board can be arranged at any point on the centrifugation strand or the housing of the drive. However, this is preferably located on the side facing away from the rotor of the centrifugation strand, in particular the housing of the drive. On the one hand, this has the advantage that the sensor board, for example, does not have to extend in the region of a rotor chamber, with the result that the space required here is reduced. On the other hand, for the arrangement of the sensor board on the side facing away from the rotor of the drive may also be avoided that with the operation of the laboratory centrifuge resulting in the rotor chamber during operation due to the high speed of the rotor temperature increase not on the temperature of the circumstances sensitive electrical and electronic components on the sensor board. So may also be a Temperature influence on the accuracy of the measurement signals of the sensors of the sensor board are at least reduced.

Für den Fall, dass, wie zuvor erläutert, die Sensorplatine auf der dem Rotor abgewandten Seite des Antriebs angeordnet ist, ist bevorzugt der Sensor zur Erfassung der Bewegung der Antriebswelle ebenfalls auf dieser Sensorplatine angeordnet. Möglich ist, dass dann dieser Sensor auf der Sensorplatine unmittelbar benachbart zu einem Endbereich der Antriebswelle des Antriebs angeordnet ist, um die Bewegung der Antriebswelle zu erfassen. Möglich ist sogar, dass die Antriebswelle oder ein endseitiger zapfenförmiger Fortsatz, der mit der Antriebswelle rotiert, oder ein Inkrementalgeber der Antriebswelle durch eine Ausnehmung der Sensorplatine hindurchragt, während der Sensor dann den Inkrementalgeber oder den Endbereich der Antriebswelle oder den Fortsatz umgeben kann.In the event that, as explained above, the sensor board is arranged on the side facing away from the rotor of the drive, the sensor for detecting the movement of the drive shaft is preferably also arranged on this sensor board. It is possible that then this sensor is arranged on the sensor board immediately adjacent to an end portion of the drive shaft of the drive to detect the movement of the drive shaft. It is even possible that the drive shaft or an end-side pin-shaped projection which rotates with the drive shaft, or an incremental encoder of the drive shaft protrudes through a recess of the sensor board, while the sensor can then surround the incremental encoder or the end portion of the drive shaft or the extension.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in der Laborzentrifuge eine elektronische Steuereinheit vorhanden, welche das Messsignal mindestens eines der vorgenannten Sensoren verarbeitet. Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinheit ebenfalls auf der Sensorplatine angeordnet.In a further embodiment of the invention, an electronic control unit is present in the laboratory centrifuge, which processes the measurement signal of at least one of the aforementioned sensors. Preferably, the electronic control unit is also arranged on the sensor board.

Die elektronische Steuereinheit kann eine beliebige, zum Betrieb und zur Auswertung der Sensoren erforderliche Steuerlogik aufweisen. So kann bspw. in der Steuereinheit oder einer zugeordneten Speichereinheit ein Kalibrierfaktor, eine Kalibrierkurve oder ein Kalibrierfeld für mindestens einen Sensor vorhanden sein, mittels welchem eine Umrechnung des von dem Sensor bereitgestellten elektrischen Messsignals erfolgt. Eine Auswertung des derart umgerechneten Signals kann dann ebenfalls durch die Steuereinheit, durch eine andere Steuereinheit der Laborzentrifuge oder sogar durch eine außerhalb der Laborzentrifuge angeordnete Steuereinheit, an die das Signal drahtgebunden oder drahtlos übertragen wird, erfolgen.The electronic control unit can have any desired control logic required for operation and evaluation of the sensors. Thus, for example, a calibration factor, a calibration curve or a calibration field for at least one sensor can be present in the control unit or an associated memory unit, by means of which a conversion of the electrical measurement signal provided by the sensor takes place. An evaluation of the thus converted signal can then also by the control unit, by another control unit of the laboratory centrifuge or even by an outside of the laboratory centrifuge arranged control unit, to which the signal is transmitted by wire or wireless, take place.

Für eine erfindungsgemäße Ausgestaltung ermittelt die Steuerlogik, ob die Laborzentrifuge so aufgestellt ist, dass die Antriebsachse des Antriebs oder eine Hauptträgheitsachse der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs in Richtung des Erdbeschleunigungsvektors ausgerichtet ist. Dies kann bspw. anhand der Erkennung eines Deviationsmomentes durch die eingesetzten Neigungssensoren erfolgen oder durch anderweitige Auswertung mindestens eines Neigungssensors und/oder eines weiteren Sensors.For an embodiment according to the invention, the control logic determines whether the laboratory centrifuge is set up so that the drive axis of the drive or a main axis of inertia of the rotating components of the centrifugation strand is aligned in the direction of the acceleration due to gravity. This can be done, for example, based on the detection of a Deviationsmomentes by the tilt sensors used or by otherwise evaluation of at least one tilt sensor and / or another sensor.

Alternativ oder zusätzlich möglich ist, dass mittels der Steuerlogik eine Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs ermittelt wird. Möglich ist hierbei, dass lediglich ein Vergleich eines Messwerts mit einem Schwellwert erfolgt, womit dann darauf geschlossen wird, dass die Antriebsachse des Antriebs oder einer Hauptträgheitsachse der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs nicht in Richtung des Erdbeschleunigungsvektors ausgerichtet ist oder eine Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs zu groß ist.Alternatively or additionally, it is possible that by means of the control logic an imbalance of the rotating components of the centrifugation strand is determined. It is possible here that only a comparison of a measured value takes place with a threshold value, which then concludes that the drive axis of the drive or a main axis of inertia of the rotating components of the centrifugal strand is not aligned in the direction of gravity acceleration vector or an imbalance of the rotating components of the centrifugal strand is great.

Möglich ist aber auch, dass eine Auswertung derart erfolgt, dass das Ausmaß der Abweichung der Ausrichtung der Antriebsachse des Antriebs oder der Hauptträgheitsachse und/oder die Größe einer Unwucht der rotierenden Komponente des Zentrifugationsstrangs oder auch deren Winkellage hinsichtlich der Rotation um die Rotationsachse ermittelt wird.It is also possible that an evaluation is made such that the extent of the deviation of the orientation of the drive axis of the drive or the main axis of inertia and / or the size of an imbalance of the rotating component of the centrifugal strand or its angular position is determined with respect to the rotation about the axis of rotation.

Für eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerlogik in der Lage, auf Grundlage der von den Sensoren ermittelten Messsignale zu unterscheiden, ob die Laborzentrifuge so aufgestellt ist, dass die Antriebsachse des Antriebs oder eine Hauptträgheitsachse der rotierenden Komponente des Zentrifugationsstrangs nicht in Richtung des Erdbeschleunigungsvektors ausgerichtet ist oder eine Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs vorhanden ist. Um lediglich ein die Erfindung nicht beschränkendes Beispiel zu nennen, kann auf Grundlage dieser Unterscheidung dem Benutzer der Laborzentrifuge (unter Umständen bereits vor dem Betrieb der Laborzentrifuge, nach einem Abbruch der Zentrifugation oder auch nach der ordnungsgemäßen Beendigung der Zentrifugation) eine Rückmeldung gegeben werden, dass entweder die Antriebsachse des Antriebs oder die Hauptträgheitsachse nicht richtig ausgerichtet ist, so dass die Aufstellung der Laborzentrifuge auf der Unterlage überprüft werden muss, oder eine Unwucht der rotierenden Komponente des Zentrifugationsstrangs vorhanden ist, was auf eine nicht ordnungsgemäße Bestückung des Rotors der Laborzentrifuge mit den Produkten oder einen Defekt einer rotierenden Komponente des Zentrifugationsstrangs hindeuten kann.For a particular embodiment of the invention, the control logic is able to differentiate based on the measurement signals determined by the sensors, if the laboratory centrifuge is positioned so that the drive axis of the drive or a main axis of inertia of the rotating component of the centrifugal strand is not aligned in the direction of the gravitational acceleration vector or an imbalance of the rotating components of the centrifugation strand is present. In order to name only an example which does not limit the invention, on the basis of this distinction the user of the laboratory centrifuge (possibly already before the operation of the laboratory centrifuge, after a termination of the centrifugation or after the proper completion of the centrifugation) can be given a feedback that either the propulsion drive axle or main inertia axle is misaligned so that the laboratory centrifuge placement on the pad must be checked or there is imbalance in the rotating component of the centrifugation string, indicating improper placement of the laboratory centrifuge rotor with the products or may indicate a defect of a rotating component of the centrifugation strand.

Für einen weiteren Vorschlag der Erfindung wird von der Steuerlogik der Steuereinheit ein Fehlerkriterium ermittelt. Beispielsweise kann das Fehlerkriterium vorliegen, wenn eine gemessene Beschleunigung oder Neigung oberhalb eines Schwellwerts oder einer von der Drehzahl des Rotors abhängigen Kennlinie liegt oder wenn erkannt wird, dass der Rotor nicht rotationssymmetrisch bestückt ist oder eine Unwucht aufweist oder die Laborzentrifuge nicht richtig zu dem Erdbeschleunigungsvektor ausgerichtet ist. Liegt ein derartiges Fehlerkriterium vor, erzeugt die Steuerlogik der Steuereinheit eine Fehlermeldung, bei welcher es sich um eine optische Fehlermeldung, eine akustische Fehlermeldung oder auch einen Fehlereintrag in einen Fehlerspeicher handeln kann, um lediglich einige nicht beschränkende Beispiele zu nennen. Möglich ist aber auch, dass bei Vorliegen eines derartigen Fehlerkriteriums der Betrieb der Laborzentrifuge unterbrochen wird, sofern dieser bereits begonnen wurde, oder dieser Betrieb verändert wird, was bspw. durch eine Reduktion der Drehzahl des Rotors oder ein Abbremsen entsprechend einer vorgegebenen Bremskurve erfolgen kann. Möglich ist aber auch, dass bei Vorliegen des Fehlerkriteriums eine Aufnahme des Betriebs der Laborzentrifuge, also ein Beginn des Antriebs des Rotors, unterbunden wird.For a further proposal of the invention, an error criterion is determined by the control logic of the control unit. For example, the error criterion may be present if a measured acceleration or slope is above a threshold or a characteristic dependent on the speed of the rotor or if it is detected that the rotor is not rotationally symmetric or unbalanced or if the laboratory centrifuge is not properly aligned with the acceleration due to gravity is. If such an error criterion exists, generates the control logic of the control unit an error message, which may be an optical error message, an acoustic error message or even an error entry in a fault memory, to name just a few non-limiting examples. But it is also possible that in the presence of such an error criterion the operation of the laboratory centrifuge is interrupted, if this has already been started, or this operation is changed, which can be done, for example, by reducing the speed of the rotor or a deceleration according to a predetermined braking curve. But it is also possible that in the presence of the error criterion recording of the operation of the laboratory centrifuge, so a start of the drive of the rotor is prevented.

Wird im Rahmen der Erfindung ermittelt, dass die rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs eine Unwucht aufweisen, kann mittels der Steuerlogik der elektronischen Steuereinheit eine automatische Steuerung oder Regelung einer Position einer Ausgleichsmasse zum Ausgleich der Unwucht erfolgen. Beispielsweise kann je nach erfasster Lage und/oder Größe einer Unwucht der Rotationsradius oder der Umfangswinkel einer mit dem Rotor rotierenden Ausgleichsmasse über einen Stellantrieb verändert werden. Möglich ist aber auch, dass durch die Steuerlogik der elektronischen Steuereinheit ein Lager, eine Kompensationseinrichtung, über welche mittels eines Aktuators Kräfte auf den Zentrifugationsstrang ausgeübt werden können, und/oder mindestens eine Feder- und/oder Dämpfungseinrichtung so angesteuert oder geregelt wird, dass eine Auswirkung einer Unwucht und/oder eine Auswirkung einer nicht ordnungsgemäßen Ausrichtung der Antriebsachse des Antriebs zur Erdbeschleunigung zumindest gemindert wird. Um lediglich ein nicht beschränkendes Beispiel zu nennen, kann mittels der Steuerlogik eine Regelung der Federsteifigkeit und/oder Dämpfung der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtung erfolgen. Ebenfalls möglich ist, dass in dem Lager, welches dann als elektromagnetisches Lager ausgebildet sein kann, oder in der Kompensationseinrichtung eine Ausgleichskraft erzeugt wird, welche der sich ergebenden Schwingung des Zentrifugationsstrangs entgegenwirkt.If it is determined in the context of the invention that the rotating components of the centrifuging strand have an imbalance, the control logic of the electronic control unit can be used to automatically control or regulate a position of a compensating mass to compensate for the imbalance. For example, depending on the detected position and / or size of an imbalance, the radius of rotation or the circumferential angle of a balancing mass rotating with the rotor can be changed via an actuator. It is also possible that by the control logic of the electronic control unit a bearing, a compensation device, via which forces can be exerted on the centrifugation strand by means of an actuator, and / or at least one spring and / or damping device is controlled or regulated so that a Impact of an imbalance and / or an effect of improper alignment of the drive axle of the drive to the acceleration due to gravity is at least reduced. To mention only a non-limiting example, by means of the control logic, a regulation of the spring stiffness and / or damping of the spring and / or damping device can be carried out. It is also possible that in the bearing, which can then be designed as an electromagnetic bearing, or in the compensation device, a compensating force is generated, which counteracts the resulting vibration of the centrifugation strand.

Die Erfindung schlägt des Weiteren vor, dass in der Steuereinheit Steuerlogik vorhanden ist, die ein Versagen mindestens eines Produkts und eine sich hieraus ergebende Unwucht des Rotors erfasst. Damit ist im Rahmen der Erfindung auch die Erkennung einer sich erst im Betrieb der Laborzentrifuge ergebenden Unwucht möglich. Beispielsweise wertet die Steuerlogik das Signal eines Beschleunigungssensors oder Neigungssensors bei sehr hohen Drehzahlen der Laborzentrifuge aus, um mittels eines Anstiegs des erfassten Messsignals detektieren zu können, wenn bei den hohen Drehzahlen und den hohen damit einhergehenden, auf das Produkt wirkenden Zentripetalbeschleunigungen ein Versagen des Produkts, insbesondere ein Bruch des Probenröhrchens, auftritt. Dies kann bspw. anhand einer sich abrupt ändernden Amplitude des von dem Sensor erfassten Messsignals infolge des plötzlichen Versagens des Produkts erfasst werden. Während grundsätzlich das Produkt im Vergleich zu der rotierenden Masse des Zentrifugationsstrangs eine verhältnismäßig kleine Masse besitzt und sich die Schwingung des Zentrifugationsstrangs infolge des Versagens des Produkts in eingeschwungenem Zustand lediglich geringfügig verändert, kann sich in unmittelbarer zeitlicher Umgebung des Versagens des Produkts ein transientes Einschwing- oder Übergangsverhalten ergeben, welches mittels des Sensors, insbesondere des Neigungssensors und/oder des Beschleunigungssensors, im Rahmen der Erfindung erfasst werden kann.The invention further proposes that in the control unit control logic is present, which detects a failure of at least one product and a resulting imbalance of the rotor. Thus, in the context of the invention, the detection of an imbalance resulting only during operation of the laboratory centrifuge is possible. For example, the control logic evaluates the signal of an acceleration sensor or tilt sensor at very high rotational speeds of the laboratory centrifuge in order to be able to detect by means of an increase in the detected measurement signal, at the high speeds and high associated centripetal accelerations acting on the product, failure of the product, particularly breakage of the sample tube, occurs. This may, for example, be detected by means of an abruptly changing amplitude of the measurement signal detected by the sensor as a result of the sudden failure of the product. While in principle the product has a relatively small mass compared to the rotating mass of the centrifugation strand and the vibration of the centrifugation strand only slightly changes due to the failure of the product in the steady state, in the immediate time environment of the failure of the product, a transient transient or transient Transient behavior result, which can be detected by means of the sensor, in particular the inclination sensor and / or the acceleration sensor, within the scope of the invention.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Laborzentrifuge wird eine von einem Temperatursensor gemessene Temperatur dazu verwendet, eine Temperaturkompensation eines Messsignals mindestens eines anderen Sensors, vorzugsweise sämtlicher hier genannter Sensoren, vorzunehmen. Sind die Sensoren einschließlich des Temperatursensors auf einer Sensorplatine angeordnet, erfasst der Temperatursensor eine für die weiteren auf der Sensorplatine angeordneten Sensoren repräsentative Temperatur. Ist für die anderen Sensoren ein Temperaturgang bekannt und dieser bspw. in einer Speichereinheit der Steuereinheit abgelegt, kann über die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur auf einfache Weise in der Steuereinheit eine Temperaturkompensation erfolgen. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Messsignale der Sensoren erhöht werden.In a further embodiment of the laboratory centrifuge according to the invention, a temperature measured by a temperature sensor is used to carry out a temperature compensation of a measuring signal of at least one other sensor, preferably all of the sensors mentioned here. If the sensors, including the temperature sensor, are arranged on a sensor board, the temperature sensor detects a temperature representative of the further sensors arranged on the sensor board. If a temperature response is known for the other sensors and this is stored, for example, in a memory unit of the control unit, a temperature compensation can be carried out in a simple manner in the control unit via the temperature measured by the temperature sensor. In this way, the accuracy of the measuring signals of the sensors can be increased.

Für eine erfindungsgemäße Ausgestaltung wird das Messsignal eines Temperatursensors nicht oder nicht ausschließlich für eine Temperaturkompensation der Messsignale der Sensoren verwendet. Vielmehr findet die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur Berücksichtigung bei einer Ermittlung und/oder Bewertung einer Größe einer Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs. Alternativ oder zusätzlich möglich ist, dass die Temperatur Berücksichtigung bei einer Ermittlung und/oder Bewertung einer nicht parallelen Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs oder einer Hauptträgheitsachse der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs zur Erdbeschleunigung. Dies soll anhand des Folgenden, die Erfindung nicht beschränkenden Beispiels erläutert werden: Der Zentrifugationsstrang bildet infolge seiner Abstützung über die Feder- und/oder Dämpfungseinrichtung wie zuvor erläutert ein Schwingungssystem, dessen Schwingungsverhalten infolge einer Anregung durch eine Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs und/oder infolge einer nicht parallelen Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs zu dem Erdbeschleunigungsvektor von einer Resonanzfunktion oder Übertragungsfunktion des schwingungsfähigen Systems abhängig ist. Diese Resonanz- oder Übertragungsfunktion ist aber wiederum abhängig von der Steifigkeit und Dämpfung der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen. Ändert sich die Steifigkeit und/oder Dämpfung der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtung infolge einer Temperaturänderung im Bereich der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtung, führt dies zu einer Veränderung der Resonanzfunktion oder Übertragungsfunktion. Dies bedeutet, dass für unterschiedliche Temperaturen dieselbe Unwucht oder dieselbe Abweichung der Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs von dem Erdbeschleunigungssensor zu unterschiedlichen Auslenkungen, Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen sowie Neigungen führen kann. Um umgekehrt aus den Messsignalen der Sensoren einen Rückschluss auf die Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs oder die Unwucht zu ermöglichen, ist eine Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit der Resonanzfunktion oder Übertragungsfunktion und damit der Steifigkeit und Dämpfung erforderlich. Eine derartige Berücksichtigung kann durch Modellierung der Temperaturabhängigkeit der Resonanzfunktion oder Übertragungsfunktion und somit Umrechnung des Messsignals je nach bei der vorliegenden Temperatur anzuwendender Resonanzfunktion oder Übertragungsfunktion erfolgen. Im einfachsten Fall kann eine derartige Berücksichtigung aber bereits dadurch erfolgen, dass ein Vergleich des Messsignals mit einem Schwellwert erfolgt, wobei dann in diesem Fall der Schwellwert von der Temperatur abhängig sein kann. Hierbei ist jede beliebige Abhängigkeit möglich, bspw. eine stufenförmige Abhängigkeit des Schwellwerts für einzelne Temperaturbereiche, eine Abhängigkeit entsprechend einer Geraden oder einer beliebig geformten glatten, abgeknickten oder Sprünge aufweisenden Kurve oder eine funktionale Abhängigkeit oder eine Abhängigkeit von einem Kennfeld, welches die Abhängigkeit von weiteren Betriebsparameter berücksichtigen kann. Möglich ist bspw., dass ein weiterer Betriebsparameter in einem derartigen Kennfeld ein Typ eines eingesetzten Rotors und/oder unterschiedliche Bestückungsarten des Rotors sind, wobei die Erkennung des Typs oder der Bestückung automatisch erfolgen kann oder über eine Eingabe eines Benutzers an der Laborzentrifuge eingegeben wird.For an embodiment according to the invention, the measurement signal of a temperature sensor is not or not exclusively used for a temperature compensation of the measurement signals of the sensors. Rather, the temperature measured by the temperature sensor is taken into account in a determination and / or evaluation of a magnitude of an imbalance of the rotating components of the centrifugation strand. Alternatively or additionally, it is possible for the temperature to be taken into account in a determination and / or evaluation of a non-parallel alignment of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand or of a principal axis of inertia of the rotating components of the centrifugal strand for gravitational acceleration. This will be explained with reference to the following non-limiting example: The centrifugal strand forms as a result of its support via the spring and / or damping device as previously explained a vibration system whose vibration behavior due to a Excitation by an imbalance of the rotating components of the centrifugation strand and / or due to a non-parallel alignment of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand to the acceleration due to gravity acceleration depends on a resonance function or transfer function of the oscillatory system. However, this resonance or transfer function is in turn dependent on the stiffness and damping of the spring and / or damping devices. If the stiffness and / or damping of the spring and / or damping device changes as a result of a temperature change in the region of the spring and / or damping device, this leads to a change in the resonance function or transfer function. This means that for different temperatures the same imbalance or the same deviation of the orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand from the acceleration sensor can lead to different deflections, speeds or accelerations and inclinations. Conversely, to allow conclusions about the orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation strand or imbalance from the measurement signals of the sensors, a consideration of the temperature dependence of the resonance function or transfer function and thus the stiffness and damping is required. Such a consideration can be done by modeling the temperature dependence of the resonance function or transfer function and thus converting the measurement signal depending on the applicable at the present temperature resonance function or transfer function. In the simplest case, however, such a consideration can already take place in that a comparison of the measurement signal with a threshold value takes place, in which case the threshold value can be dependent on the temperature. In this case, any dependence is possible, for example, a step-dependent dependence of the threshold value for individual temperature ranges, a dependency corresponding to a straight line or an arbitrarily shaped smooth, bent or jumped curve or a functional dependency or a dependency on a characteristic field which determines the dependence on further Operating parameters can take into account. It is possible, for example, that another operating parameter in such a map is a type of rotor used and / or different types of assembly of the rotor, wherein the detection of the type or the assembly can be done automatically or is entered via an input of a user to the laboratory centrifuge.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nimmt die Steuerlogik auf Grundlage der von den Sensoren gemessenen Messsignale und/oder Fehlerkriterien eine Anpassung einer Lebensdauer und/oder eines Serviceintervalls der Laborzentrifuge, des Antriebs oder des Rotors vor. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Betrieb der Laborzentrifuge mit suboptimalen Betriebsbedingungen, bspw. mit einer Kräfte auf die Lager und die mechanischen Bestandteile der Laborzentrifuge ausübenden rotierenden Unwucht, eine Beanspruchung der Bauelemente der Laborzentrifuge ansteigt, womit eine Reduzierung der Lebensdauer und/oder eines Serviceintervalls zur Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs der Laborzentrifuge erforderlich ist.In a further embodiment of the invention, the control logic on the basis of measured by the sensors measurement signals and / or error criteria before an adjustment of a lifetime and / or a service interval of the laboratory centrifuge, the drive or the rotor before. This Design is based on the finding that when operating the laboratory centrifuge with suboptimal operating conditions, for example. With a force on the bearings and the mechanical components of the laboratory centrifuge performing rotating imbalance, a load on the components of the laboratory centrifuge increases, thus reducing the life and / or a service interval is required to ensure reliable operation of the laboratory centrifuge.

Eine Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs kann sich bereits vor dem Beginn der Verdrehung des Rotors ergeben, wenn die Produkte nicht gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, was bspw. der Fall sein kann, wenn zumindest teilweise falsche Produkte mit dem Rotor verbunden werden oder einzelne Produkte fehlen. Möglich ist auch, dass der Rotor selbst (ohne die Produkte) oder eine andere rotierende Komponente des Zentrifugationsstrangs, bspw. infolge einer Beschädigung während einer vorangegangenen Zentrifugation oder während der Bestückung, eine Unwucht aufweist. Es kann sich aber auch eine nicht rotationssymmetrische Bestückung des Rotors mit den Produkten oder und damit eine Unwucht erst im Betrieb der Laborzentrifuge mit einer Aufnahme der Zentrifugation ergeben. Dies kann bspw. der Fall sein, wenn sich in den Proben, die in den Produkten angeordnet sind, eine inhomogene Zentrifugation ergibt, oder wenn es zu einem Versagen des Produkts, insbesondere eines Probenröhrchens oder anderweitigen Probenbehälters, kommt. Möglich ist auch, dass im Betrieb der Laborzentrifuge

  • ein Teil des Rotors oder
  • ein Arm oder ein Halter, an dem ein Probenbehälter oder mehrere Probenbehälter gehalten ist/sind,
versagt, woraus sich ein Unwucht ergeben kann.An imbalance of the rotating components of the centrifugal strand can already result before the start of the rotation of the rotor, if the products are not evenly distributed over the circumference, which may be the case, for example, if at least partially wrong products are connected to the rotor or individual Products are missing. It is also possible that the rotor itself (without the products) or another rotating component of the centrifugation strand, for example due to damage during a previous centrifugation or during assembly, has an imbalance. But it may also be a non-rotationally symmetrical placement of the rotor with the products or and thus an imbalance result in the operation of the laboratory centrifuge with a recording of the centrifugation. This may be the case, for example, if there is inhomogeneous centrifugation in the samples placed in the products, or if there is a failure of the product, in particular a sample tube or other sample container. It is also possible that during operation of the laboratory centrifuge
  • a part of the rotor or
  • an arm or a holder holding a sample container or a plurality of sample containers,
fails, which can result in an imbalance.

Im Rahmen der Erfindung kann eine Ermittlung, ob der Rotor nicht rotationssymmetrisch mit den Produkten bestückt ist, bspw. durch Auswertung eines Messsignals eines Beschleunigungssensors erfolgen, da sich bei nicht rotationssymmetrischer Bestückung des Rotors mit den Produkten eine Unwucht ergibt, welche dann zu einer (u. U. mit der Rotation in Umfangsrichtung umlaufenden) Beschleunigung und Schwingung des Zentrifugationsstrangs führt, die mittels des Beschleunigungssensors gemessen werden kann. Möglich ist in diesem Fall, dass eine gemessene Beschleunigung verglichen wird mit einem Schwellwert oder auch mit einer von der Drehzahl des Rotors abhängigen Kennlinie, wobei mit Überschreiten der Kennlinie oder des Schwellwertes darauf geschlossen wird, dass der Rotor nicht rotationssymmetrisch mit den Produkten bestückt ist und/oder eine Unwucht aufweist. Möglich ist aber auch, dass dieses ermittelt wird anhand eines Erkennens einer schwingenden Neigungsänderung des Zentrifugationsstrangs, die mittels des erfindungsgemäß eingesetzten Neigungssensors erfasst werden kann.In the context of the invention, a determination as to whether the rotor is not rotationally symmetrically equipped with the products, for example. By evaluation of a measurement signal of an acceleration sensor, as results in non-rotationally symmetrical assembly of the rotor with the products an imbalance, which then to a (u U. circumferential with the rotation in the circumferential direction) acceleration and vibration of the Zentrifugationsstrangs leads, which can be measured by means of the acceleration sensor. It is possible in this case that a measured acceleration is compared with a threshold value or with one of the Speed of the rotor-dependent characteristic curve, it being concluded when the characteristic curve or the threshold value is exceeded that the rotor is not rotationally symmetrically equipped with the products and / or has an imbalance. However, it is also possible that this is determined on the basis of a detection of a swinging change in inclination of the centrifugation strand, which can be detected by means of the inclination sensor used according to the invention.

Für eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist die elektronische Steuereinheit mit Steuerlogik ausgestattet, die eine Winkellage und/oder eine Größe einer Unwucht erkennt. Für sehr kleine Drehzahlen des Rotors weit unterhalb der Resonanzfrequenz des mit dem Zentrifugationsstrang und den Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen gebildeten Schwingungssystems entspricht die Winkellage der umlaufenden Auslenkung des Zentrifugationsstrangs ungefähr der Winkellage der Unwucht, was zur Folge hat, dass die Beschleunigung, die dann von einem an dem Antrieb gehaltenen Beschleunigungssensor gemessen wird, ein Minimum hat. Für realistische Drehzahlen des Rotors ergibt sich zwischen der Auslenkung (und damit auch der Beschleunigung) und der Lage der Unwucht eine Phasenverschiebung, welche für die Frequenz 0 mit 0° beginnt, in der Resonanzfrequenz 90° beträgt und für große Drehzahlen 180° beträgt. Zur Identifikation der Winkellage der Unwucht kann diese Phasenverschiebung in der Steuereinheit und einer zugeordneten Speichereinheit als Kennlinie abgelegt sein. Diese Kennlinie wird dann zur Erkennung der Winkellage der Unwucht berücksichtigt. Hierbei kann die Kennlinie auch abhängig von der gemessenen Temperatur sein.For a further embodiment of the invention, the electronic control unit is equipped with control logic which detects an angular position and / or a size of an imbalance. For very small rotational speeds of the rotor far below the resonant frequency of the vibration system formed with the centrifugal strand and the spring and / or damping devices corresponds to the angular position of the circumferential deflection of the centrifugation strand approximately the angular position of the imbalance, with the result that the acceleration, then by an acceleration sensor held on the drive has a minimum. For realistic rotational speeds of the rotor results between the deflection (and thus the acceleration) and the position of the unbalance a phase shift, which starts at 0 ° for the frequency 0, in the resonant frequency is 90 ° and is 180 ° for high speeds. To identify the angular position of the imbalance, this phase shift can be stored in the control unit and an associated memory unit as a characteristic. This characteristic curve is then taken into account for detecting the angular position of the imbalance. In this case, the characteristic curve can also be dependent on the measured temperature.

Ist die Laborzentrifuge schräg aufgestellt und ergibt sich ein Winkel zwischen der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs und dem Erdbeschleunigungsvektor, erfährt der Rotor (und erfahren damit die Produkte) eine oszillierende Beschleunigung in Richtung des Erdbeschleunigungsvektors, was unerwünscht ist, da diese oszillierende Beschleunigung die Zentrifugation und die angestrebte Entmischung der Probe stören.If the laboratory centrifuge is tilted and there is an angle between the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugation string and the acceleration due to gravity, the rotor (and thus the products) experiences an oscillating acceleration in the direction of the gravitational acceleration vector, which is undesirable because of this oscillating acceleration interfere with the centrifugation and the desired segregation of the sample.

Um lediglich ein nicht beschränkendes Beispiels zu nennen, kann mit einem Beschleunigungssensor (bspw. für eine niedrige Antriebsdrehzahl des Rotors) die Beschleunigung des Zentrifugationsstrangs gemessen werden. Ergibt sich keine oder nur eine geringe Beschleunigung des Beschleunigungssensors, ist weder eine rotationssymmetrische Bestückung oder Unwucht des Rotors noch eine Abweichung der Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs gegenüber der Ausrichtung der Erdbeschleunigung vorhanden. Misst hingegen der Beschleunigungssensor einen konstanten Gleichanteil der Beschleunigung, korreliert dies mit einer konstanten, von der Drehung des Rotors unabhängigen Schrägstellung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs, so dass der Gleichanteil des Beschleunigungssignals mit dem Winkel zwischen der Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs und der Ausrichtung der Erdbeschleunigung über eine Abhängigkeit korreliert, welche bspw. in einem Kennfeld abgelegt sein kann. Ergibt sich hingegen eine entsprechend der Drehzahl des Rotors oszillierende Beschleunigung, korreliert die Amplitude dieser oszillierenden Beschleunigung mit der Unwucht. Möglich ist, dass über die (u. U. temperaturabhängige) Resonanzkurve oder Übertragungsfunktion des Schwingungssystems aus der Amplitude der oszillierenden Beschleunigung auf die Größe der Unwucht geschlossen werden. Möglich ist aber auch, dass für die Unterscheidung zwischen einer Unwucht des Zentrifugationsstrangs und der Abweichung der Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs von der Ausrichtung der Erdbeschleunigung unterschiedliche Sensoren Einsatz finden.To name just a non-limiting example, with an acceleration sensor (for example, for a low drive speed of the rotor), the acceleration of the centrifugation strand can be measured. If there is no or only a slight acceleration of the acceleration sensor, neither a rotationally symmetrical placement or imbalance of the rotor nor a deviation of the orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand with respect to the orientation of the acceleration due to gravity is present. Measures, however the acceleration sensor a constant DC component of the acceleration, this correlates with a constant, independent of the rotation of the rotor oblique position of the longitudinal and / or rotational axis of the Zentrifugationsstrangs, so that the DC component of the acceleration signal with the angle between the orientation of the longitudinal and / or rotational axis the centrifugation strand and the orientation of the gravitational acceleration correlated via a dependency, which, for example, can be stored in a map. On the other hand, if an acceleration which oscillates in accordance with the rotational speed of the rotor is correlated, the amplitude of this oscillating acceleration correlates with the imbalance. It is possible that the magnitude of the unbalance is deduced from the amplitude of the oscillating acceleration via the (possibly temperature-dependent) resonance curve or transfer function of the vibration system. However, it is also possible that different sensors are used to distinguish between an imbalance of the centrifugation strand and the deviation of the orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand from the orientation of the gravitational acceleration.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without thereby altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, further features can be found in the drawings, in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components and their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Neigungssensor die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Neigungssensor, zwei Neigungssensoren oder mehr Neigungssensoren vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.The features mentioned in the claims and the description are to be understood in terms of their number, that is exactly this number or a larger number than said Number exists without requiring an explicit use of the adverb "at least". If, for example, a tilt sensor is mentioned, it should be understood that exactly one tilt sensor, two tilt sensors or more tilt sensors are present. These features may be supplemented by other features or be the only characteristics that make up the product in question.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

Fig. 1
zeigt in einer horizontalen Ansicht Komponenten einer Laborzentrifuge, nämlich einen Zentrifugationsstrang, der über Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen gegenüber einem Gehäuse abgestützt ist, wobei der Antrieb des Zentrifugationsstrangs eine mit mehreren Sensoren ausgestattete Sensorplatine aufweist.
Fig. 2
zeigt die Sensorplatine in einem Aufnahmering in einer räumlichen Ansicht schräg von oben.
Fig. 3
zeigt stark schematisiert die Anordnung von Sensoren und einer elektronischen Steuereinheit auf einer Sensorplatine.
In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.
Fig. 1
shows in a horizontal view components of a laboratory centrifuge, namely a centrifugal strand, which is supported by means of spring and / or damping devices relative to a housing, wherein the drive of the centrifugation strand has a multi-sensor equipped sensor board.
Fig. 2
shows the sensor board in a receiving ring in a spatial view obliquely from above.
Fig. 3
shows very schematically the arrangement of sensors and an electronic control unit on a sensor board.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

Fig. 1 zeigt in einer horizontalen Ansicht Komponenten einer Laborzentrifuge 1. Ein Zentrifugationsstrang 2 weist einen elektrischen Antrieb 3, einen Rotor 4 und eine Antriebs- und/oder Rotorwelle 5, über die der Antrieb 3 den Rotor 4 in Rotation um eine Längs- und/oder Rotationsachse 6 versetzen kann, auf. Fig. 1 shows in a horizontal view components of a laboratory centrifuge 1. A centrifugal strand 2 has an electric drive 3, a rotor 4 and a drive and / or rotor shaft 5, via which the drive 3, the rotor 4 in rotation about a longitudinal and / or rotational axis 6 can put on.

Der Zentrifugationsstrang 2 ist über Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen 7a, 7b federnd und dämpfend an einem Gehäuse 8 der Laborzentrifuge 1 abgestützt. Der Zentrifugationsstrang 2 und die Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen 7 bilden ein Schwingungssystem 9. In dem Schwingungssystem 9 bildet der Zentrifugationsstrang 2 die schwingende Masse, während die Steifigkeit und die Dämpfung des Schwingungssystems 9 durch die Feder-und/oder Dämpfungseinrichtungen 7 vorgegeben werden. Die Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen 7a, 7b ermöglichen vorzugsweise Auslenkungen und damit möglicherweise schwingende Freiheitsgrade des Schwingungssystems 9 wie folgt:

  1. a) Einfederungen und Schwingungen in Richtung der Längs- und/oder Rotationsachse 6,
  2. b) Auslenkungen des Zentrifugationsstrangs 2 quer zur Längs- und/oder Rotationsachse 6 und
  3. c) Neigung der Längs- und/oder Rotationsachse 6 um einen Winkel gegenüber dem Gehäuse 8 oder gegenüber einem Erdbeschleunigungsvektor 16.
The centrifugation strand 2 is resiliently and dampably supported on a housing 8 of the laboratory centrifuge 1 via spring and / or damping devices 7a, 7b. The centrifugation train 2 and the spring and / or damping devices 7 form a vibration system 9. In the vibration system 9, the centrifugal strand 2 forms the oscillating mass, while the stiffness and the damping of the vibration system 9 are predetermined by the spring and / or damping devices 7. The spring and / or damping devices 7a, 7b preferably allow deflections and thus possibly oscillating degrees of freedom of the vibration system 9 as follows:
  1. a) deflections and vibrations in the direction of the longitudinal and / or rotational axis 6,
  2. b) deflections of the centrifugal strand 2 transversely to the longitudinal and / or rotational axis 6 and
  3. c) inclination of the longitudinal and / or rotational axis 6 at an angle relative to the housing 8 or with respect to a gravitational acceleration vector 16.

Die Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen 7a, 7b sind im Bereich des Bodens der Laborzentrifuge 1 angeordnet und unter Umständen in einem Raum der Laborzentrifuge 1 angeordnet, welcher vollständig oder weitestgehend oder teilweise von der Rotorkammer, in welcher der Rotor 4 rotiert, getrennt ist. Hierzu können die Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen 7a, 7b an einem bodenseitigen Blech oder Träger des Gehäuses 8 der Laborzentrifuge 1 abgestützt werden. Der gegenüberliegende Fußpunkt der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen 7a, 7b ist an dem Antrieb 3 abgestützt in einem Endbereich des Antriebs 3, welcher dem Rotor 4 abgewandt ist. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse 11 des Antriebs 3 geeignete Flansche 10a, 10b aufweisen, an denen die Feder- und/oder Dämpfungseinrichtungen 7a, 7b befestigt sind. Im Idealfall verfügt der Zentrifugationsstrang 2 hinsichtlich der Längs- und/oder Rotationsachse 6 nicht über eine Unwucht. Eine Unwucht kann sich aber bspw. durch Defekte oder Beschädigungen des Antriebs 3 oder des Rotors 4 des Zentrifugationsstrangs 2, durch eine Beschädigung mindestens eines Produkts oder durch eine nicht ordnungsgemäße oder nicht rotationssymmetrische Bestückung des Rotors 4 mit Produkten ergeben.The spring and / or damping devices 7a, 7b are arranged in the region of the bottom of the laboratory centrifuge 1 and possibly arranged in a space of the laboratory centrifuge 1, which is completely or largely or partially separated from the rotor chamber in which the rotor 4 rotates. For this purpose, the spring and / or damping devices 7a, 7b can be supported on a base-side metal sheet or carrier of the housing 8 of the laboratory centrifuge 1. The opposite base of the spring and / or damping devices 7a, 7b is supported on the drive 3 in an end region of the drive 3, which faces away from the rotor 4. For this purpose, the housing 11 of the drive 3 may have suitable flanges 10a, 10b to which the spring and / or damping devices 7a, 7b are fastened. Ideally, the centrifugal strand 2 does not have an imbalance with respect to the longitudinal and / or rotational axis 6. However, an imbalance may result, for example, from defects or damage to the drive 3 or the rotor 4 of the centrifugal strand 2, damage to at least one product or improper or non-rotationally symmetrical assembly of the rotor 4 with products.

Für eine Zentrifugation wird der Rotor 4 der Laborzentrifuge 1 mit Produkten bestückt, wobei zu diesem Zweck der Rotor 4 als Festwinkel-Ausschwing- oder Trommelrotor ausgebildet sein kann. Hierbei sind möglichst die Produkte rotationssymmetrisch an dem Rotor 4 anzuordnen und/oder so über den Umfang des Rotors 4 zu verteilen, dass sich keine Unwucht des Rotors 4 mit den Produkten ergibt.For centrifugation, the rotor 4 of the laboratory centrifuge 1 is equipped with products, for which purpose the rotor 4 may be designed as a fixed-angle swing-out or drum rotor. In this case, as far as possible, the products should be arranged rotationally symmetrically on the rotor 4 and / or be distributed over the circumference of the rotor 4 in such a way that there is no imbalance of the rotor 4 with the products.

Bei einer sich im Betrieb der Laborzentrifuge 1 ergebenden Unwucht oder exzentrischen Anordnung des Schwerpunkts des Zentrifugationsstrang 2 kann es zu einer Veränderung einer Neigung der Längs- und/oder Rotationsachse 6 des Zentrifugationsstrangs 2 infolge der elastischen Abstützung des Zentrifugationsstrangs 2 kommen. Für kleine Drehzahlen des Rotors 4 ändert sich die Ausrichtung dieser Neigung entsprechend der Verdrehung des Rotors 4, so dass die Längs- und/oder Rotationsachse 6 mit der Drehzahl des Rotors auf einer Kegelfläche umläuft.In the case of an imbalance or eccentric arrangement of the center of gravity of the centrifugal column 2 which results during operation of the laboratory centrifuge 1, a change in the inclination of the longitudinal and / or rotational axis 6 of the centrifugal strand 2 may occur as a result of the elastic support of the centrifugation strand 2. For low rotational speeds of the rotor 4, the orientation of this inclination changes according to the rotation of the rotor 4, so that the longitudinal and / or rotational axis 6 rotates with the rotational speed of the rotor on a conical surface.

Des Weiteren tritt für die Verdrehung des Rotors 4 bei einer Unwucht des Rotors 4 und/oder der an dem Rotor 4 gehaltenen Produkte infolge der durch die Unwucht verursachten Zentripetalbeschleunigung eine radial zur Längs- und/oder Rotationsachse 6 orientierte und mit der Rotation des Rotors 4 umlaufende Unwuchtkraft auf. Diese rotierende Unwuchtkraft führt einerseits zu einer ebenfalls umlaufenden, quer zur Längs- und/oder Rotationsachse 6 orientierten Auslenkung des Zentrifugationsstrangs 2. Andererseits führt die umlaufende Unwuchtkraft zu einer Veränderung der Neigung der Längs- und/oder Rotationsachse 6 des Zentrifugationsstrangs 2, welche ebenfalls mit der rotierenden Unwucht umläuft. Unter Berücksichtigung der drehzahlabhängigen Dynamik des Schwingungssystems 9 treten entsprechende dynamische Auslenkungen und Neigungen des Zentrifugationsstrangs 2 auf, deren Phasenverschiebungen und Amplituden von der Resonanz- oder Übertragungsfunktion des Schwingungssystems 9 abhängig sind.Furthermore, for the rotation of the rotor 4 in the event of an imbalance of the rotor 4 and / or the products held on the rotor 4 as a result of the centripetal acceleration caused by the imbalance, a radial movement to the longitudinal and / or rotational axis 6 occurs and with the rotation of the rotor 4 revolving unbalance force. On the one hand, this rotating imbalance force leads to a likewise circumferential deflection of the centrifugation strand 2, which is oriented transversely to the longitudinal and / or rotational axis 6. On the other hand, the circumferential imbalance force leads to a change in the inclination of the longitudinal and / or rotational axis 6 of the centrifugal strand 2, which also coincides the rotating unbalance rotates. Taking into account the speed-dependent dynamics of the vibration system 9, corresponding dynamic deflections and inclinations of the centrifugal strand 2 occur whose phase shifts and amplitudes are dependent on the resonance or transmission function of the vibration system 9.

Auf der einem Boden des Gehäuses 8 zugewandten Seite oder der dem Rotor 4 abgewandten Seite des Antriebs 3 ist an einem Gehäuse 11 des Antriebs 3 eine Sensorplatine 12 gehalten. Für das hier dargestellte Ausführungsbeispiel erfolgt dies über eine mit dem Gehäuse 11 des Antriebs 3 verschraubte Aufnahme- und Befestigungseinheit 13. Von der Sensorplatine 12 erstreckt sich ein Leitungsstrang 14, der beliebig, mehradrig, uni- oder bidirektional ausgebildet sein kann, aus der Aufnahme- und Befestigungseinheit 13 heraus, was hier in horizontaler Richtung erfolgt. An dem der Sensorplatine 12 abgewandten Ende verfügt der Leitungsstrang 14 über einen Stecker 15.On the side of the drive 3 facing away from the bottom of the housing 8 or the side of the drive 3 facing away from the rotor 4, a sensor board 12 is held on a housing 11 of the drive 3. For the embodiment shown here, this is done via a screwed to the housing 11 of the drive 3 recording and mounting unit 13. From the sensor board 12 extends a wiring harness 14, which may be arbitrary, multi-core, unidirectional or bidirectional, from the recording and fastening unit 13 out, which takes place here in the horizontal direction. At the end remote from the sensor board 12, the wiring harness 14 has a plug 15.

Fig. 2 zeigt in einer räumlichen Ansicht die Sensorplatine 12 mit dem hiervon ausgehenden Leitungsstrang 14 in der Aufnahme- und Befestigungseinheit 13. Die Aufnahme- und Befestigungseinheit 13 ist hier als Ringscheibe 17 ausgebildet und verfügt über über den Umfang verteilte Durchgangsbohrungen 18a, 18b, 18c. Des Weiteren verfügt die Ringscheibe 17 auf der dem Gehäuse 11 des Antriebs 3 zugewandten Seite über eine radial durchgehende Nut 19, durch welche sich der Leitungsstrang 14 erstreckt. Schließlich weist der Ring auf der radial innenliegenden Seite in Teilumfangsbereichen randoffene Ausnehmungen 20a, 20b, 20c (sowie eine weitere, durch den Leitungsstrang 14 verdeckte Ausnehmung) auf, welche so entsprechend der Außenkontur der Sensorplatine 12 an der Ringscheibe 17 angeordnet sind und deren Geometrie derart ist, dass in diesen Ausnehmungen 20a, 20b, 20c Ecken die Sensorplatine 12 mit einem Spiel, einer Spielpassung, einer Übergangspassung oder einer Presspassung aufgenommen sind. Eine Unterseite der Sensorplatine 12 stützt sich an einem Boden der Ausnehmungen 20a, 20b, 20c ab. Möglich ist, dass die Sensorplatine 12 lose in die Ringscheibe 17 eingelegt ist, wobei die Sensorplatine 12 dann mit Anschrauben der Ringscheibe 17 an dem Gehäuse 11 des Antriebs 3 zwischen dem Boden der Ausnehmungen 20 und dem Gehäuse 11 des Antriebs 3 gefangen ist. Möglich ist aber auch, dass die Sensorplatine 12 zusätzlich an der Ringscheibe 17 befestigt ist, was durch beliebige Befestigungsmittel wie einen Kleber, eine Verschraubung, ein Verclipsen u. ä. erfolgen kann. Für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzen die radial nach innen offenen Ausnehmungen 20 einen winkelförmigen Querschnitt, wobei sich die winkelförmigen Querschnitte der Ausnehmungen 20 zu einem Rechteck ergänzen, dessen Abmessungen mit einem Spiel, einer Spielpassung, einer Übergangspassung oder einer Presspassung mit den äußeren Abmessungen der Sensorplatine 12 übereinstimmen. Fig. 2 shows in a three-dimensional view of the sensor board 12 with the outgoing therefrom wiring harness 14 in the receiving and fastening unit 13. The receiving and fixing unit 13 is formed here as an annular disc 17 and has distributed over the circumference through holes 18a, 18b, 18c. Furthermore, the annular disc 17 has on the housing 11 of the drive 3 side facing a radially continuous groove 19 through which extends the wiring harness 14. Finally, the ring on the radially inner side in partial peripheral areas open-edged recesses 20a, 20b, 20c (and another, hidden by the wiring harness 14 recess), which are arranged according to the outer contour of the sensor board 12 on the annular disc 17 and the geometry thereof is that in these recesses 20a, 20b, 20c corners, the sensor board 12 are received with a game, a clearance fit, a transition fit or a press fit. An underside of the sensor board 12 is supported on a bottom of the recesses 20a, 20b, 20c. It is possible that the sensor board 12 is loosely inserted into the annular disc 17, wherein the sensor board 12 is then caught with screwing the washer 17 on the housing 11 of the drive 3 between the bottom of the recesses 20 and the housing 11 of the drive 3. It is also possible that the sensor board 12 is additionally attached to the annular disc 17, which u by any attachment means such as an adhesive, a screw, a clipping u. Ä. Can take place. For the in Fig. 2 illustrated embodiment, the radially inwardly open recesses 20 have an angular cross-section, wherein the angular cross-sections of the recesses 20 complement each other to a rectangle whose dimensions match with a game, a clearance, a transition fit or a press fit with the outer dimensions of the sensor board 12.

Die Bestückung der Sensorplatine 12 erfolgt vorzugsweise auf der dem Gehäuse 11 des Antriebs 3 zugewandten Seite. Hierbei ist die Dicke der Ringscheibe 17 und die Tiefe der Ausnehmungen 20 derart gewählt, dass die elektronischen und elektrischen Bauelemente der Sensorplatine 12 mit einem kleinen Zwischenraum beabstandet von dem Gehäuse 11 des Antriebs 3 angeordnet sind. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel erfolgt eine Belüftung der Sensorplatine 12 aus dem Bodenbereich der Laborzentrifuge 1 durch Zwischenräume 21a, 21b, 21c, 21d.The assembly of the sensor board 12 is preferably carried out on the housing 11 of the drive 3 side facing. Here, the thickness of the annular disc 17 and the depth of the recesses 20 is selected such that the electronic and electrical components of the sensor board 12 with a small clearance spaced from the housing 11 of the drive 3 are arranged. For the illustrated embodiment, a ventilation of the sensor board 12 from the bottom region of the laboratory centrifuge 1 through gaps 21a, 21b, 21c, 21d takes place.

Fig. 3 zeigt stark schematisiert eine mögliche Bestückung der Sensorplatine 12. Demgemäß verfügt die Sensorplatine 12 über einen ersten Neigungssensor 22, einen zweiten Neigungssensor 23, einen ersten Beschleunigungssensor 24, einen zweiten Beschleunigungssensor 25, einen Temperatursensor 26, einen Magnetfeld-Sensor 27, einen Steckverbinder 28, an welchem über einen entsprechenden Stecker der Leitungsstrang 14 angeschlossen werden kann, eine elektronische Steuereinheit 29 und einen 9-Achsen-Sensor 30. Fig. 3 FIG. 2 shows highly schematically a possible fitting of the sensor board 12. Accordingly, the sensor board 12 has a first inclination sensor 22, a second inclination sensor 23, a first acceleration sensor 24, a second acceleration sensor 25, a temperature sensor 26, a magnetic field sensor 27, a plug connector 28, to which can be connected via a corresponding connector of the wiring harness 14, an electronic control unit 29 and a 9-axis sensor 30th

Der Magnetfeld-Sensor 27 kann eine Neigung gegenüber einem Magnetfeld der Erde erfassen.The magnetic field sensor 27 can detect an inclination to a magnetic field of the earth.

Möglich ist aber auch, dass der Magnetfeld-Sensor 27 oder einer der Neigungssensoren 22, 23 das Magnetfeld eines Permanentmagneten 31 erfasst. Der Permanentmagnet 31 ist an dem Gehäuse 8 der Laborzentrifuge 1 befestigt. Für den Fall, dass, wie in Fig. 1 dargestellt, der Magnetfeld-Sensor 27 mit der Sensorplatine 12 im Bodenbereich der Laborzentrifuge 1 an dem Gehäuse 11 des Antriebs 3 angeordnet ist, ist der Permanentmagnet 31 ebenfalls im Bodenbereich der Laborzentrifuge 1 angeordnet. Beispielsweise ist der Permanentmagnet 31 an einem Bodenblech oder einer bodenseitigen Strebe der Laborzentrifuge 1 befestigt. Der Magnetfeld-Sensor 27 erfasst die Stärke oder Flussdichte des Magnetfelds des Permanentmagneten 31 oder eine Ausrichtung des Magnetfelds des Permanentmagneten 31, womit der Abstand des Magnetfeld-Sensor 27 von dem Permanentmagneten 31 und/oder die Neigung gegenüber dem Magnetfeld des Permanentmagneten 31 und damit die Neigung der Längs- und/oder Rotationsachse 6 gegenüber dem Gehäuse 8 erfasst wird.It is also possible that the magnetic field sensor 27 or one of the inclination sensors 22, 23 detects the magnetic field of a permanent magnet 31. The permanent magnet 31 is fixed to the housing 8 of the laboratory centrifuge 1. In the event that, as in Fig. 1 shown, the magnetic field sensor 27 is arranged with the sensor board 12 in the bottom region of the laboratory centrifuge 1 on the housing 11 of the drive 3, the permanent magnet 31 is also disposed in the bottom region of the laboratory centrifuge 1. For example, the permanent magnet 31 is attached to a bottom plate or a bottom-side strut of the laboratory centrifuge 1. The magnetic field sensor 27 detects the strength or flux density of the magnetic field of the permanent magnet 31 or an orientation of the magnetic field of the permanent magnet 31, whereby the distance of the magnetic field sensor 27 from the permanent magnet 31 and / or the inclination to the magnetic field of the permanent magnet 31 and thus the Incident of the longitudinal and / or rotational axis 6 relative to the housing 8 is detected.

Im Rahmen der Erfindung kann mittels der Steuereinheit 29 auf Grundlage der Messsignale ermittelt werden, ob die Rotationsachse des Rotors 4 der Hauptträgheitsachse des Rotors 4 mit den daran gehaltenen Produkten entspricht. Abweichungen hiervon werden mittels der Steuerlogik als Unwucht detektiert, welche zu Vibrationen führt. Hierbei kann eine qualitative und/oder quantitative Erfassung der Unwucht erfolgen. Wird eine vorhandene Unwucht erkannt, erfolgt eine kontrollierte Abbremsung des Antriebs 3. Es kann eine Notbrems-Prozedur eingeleitet werden, wobei dann über die Ausgabe einer bspw. optischen oder akustischen Fehlermeldung eine Interaktion mit dem Benutzer erfolgen kann, damit ein vorhandenes Risiko infolge der Unwucht vom Nutzer oder einer übergeordneten Maschine erkannt werden kann.In the context of the invention, it can be determined on the basis of the measurement signals by means of the control unit 29 whether the axis of rotation of the rotor 4 corresponds to the principal axis of inertia of the rotor 4 with the products held thereon. Deviations from this are detected by means of the control logic as imbalance, which leads to vibrations. This can be done a qualitative and / or quantitative detection of imbalance. If an existing unbalance detected, there is a controlled deceleration of the drive 3. It can be initiated an emergency braking procedure, then on the issue of an example. Visual or audible error message can interact with the user, so that an existing risk due to imbalance can be recognized by the user or a higher-level machine.

Möglich ist, dass eine Freigabe eines Deckels der Laborzentrifuge 1 für eine Ermöglichung der Öffnung der Laborzentrifuge 1 mit dem Erkennen einer Unwucht erst erfolgt bei Stillstand des Rotors 4.It is possible that a release of a lid of the laboratory centrifuge 1 for enabling the opening of the laboratory centrifuge 1 with the detection of an imbalance takes place only when the rotor 4.

Es ist auch möglich, dass eine Warnung des Benutzers nach der Bestückung des Rotors 4 mit den Produkten vor Antrieb des Rotors 4 erfolgt, wenn im Betrieb eine Unwucht entstehen könnte. Dies kann der Fall sein bei einem fehlenden Produkt, einem Produkt an einer falschen Stelle oder einer ungleichmäßigen Bestückung des Rotors 4 mit den Produkten.It is also possible that a warning of the user after the assembly of the rotor 4 with the products before driving the rotor 4 takes place, if an imbalance could arise during operation. This may be the case with a missing product, a product in a wrong place or a non-uniform loading of the rotor 4 with the products.

Eine weitere mögliche Ursache des Auftretens einer Unwucht kann eine verbogene, verkippte, verkantete oder mangelnde Befestigung des Rotors 4 sein.Another possible cause of the occurrence of an imbalance may be a bent, tilted, tilted or lacking attachment of the rotor 4.

Möglich ist auch, dass die gemessenen Messsignale oder auch ein Ergebnis der Auswertung derselben als Prozessparameter genutzt wird. So kann bspw. bei einer automatisiert be- und entladenen Laborzentrifuge 1 oder auch einer manuell be- und entladenen Laborzentrifuge 1 überwacht werden, dass sich für verschiedene Zyklen der Laborzentrifuge 1 mit mehreren Sätzen von Proben mit gewünschter gleicher Bestückung Messwerte oder Auswerteergebnisse innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs ergeben müssen. Hier können beispielsweise Amplituden, Signalverläufe, gleichgerichtete und integrierte Signalverläufe u. Ä. mit vorgegebenen Toleranzbereichen verglichen werden. Möglich ist auch, dass überwacht wird, ob das Ergebnis der Auswertung durch die Steuereinheit für eine ermittelte Unwucht oder eine Neigung einer Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs 2 in einem Toleranzbereich liegt. Liegt ein Messsignal oder ein Ergebnis der Auswertung außerhalb des Toleranzbereichs, kann eine Ausgabe einer Fehlermeldung oder ein Fehlereintrag erfolgen. U. U. kann auch eine geänderte Bestückung (bspw. ein anderer Rotor und/oder andere an dem Rotor angebrachte Produkte oder eine veränderte Zahl der an dem Rotor angebrachten Produkte) detektiert werden, ohne dass dies zwingend zu einer Überschreitung eines Schwellwerts für eine zulässige Unwucht führen muss. In diesem Fall kann eine Information an den Benutzer oder eine übergeordnete automatisierte Maschine gegeben werden, dass eine Überprüfung der Bestückung erfolgen sollte.It is also possible that the measured measurement signals or a result of the evaluation thereof is used as a process parameter. Thus, for example, in an automated loading and unloading laboratory centrifuge 1 or also a manually loaded and unloaded laboratory centrifuge 1, it is possible to monitor measured values or evaluation results within a predetermined tolerance range for different cycles of the laboratory centrifuge 1 with a plurality of sets of samples with the desired same configuration must result. Here, for example, amplitudes, waveforms, rectified and integrated waveforms u. Ä. be compared with predetermined tolerance ranges. It is also possible to monitor whether the result of the evaluation by the control unit for a determined unbalance or an inclination of a longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand 2 is within a tolerance range. If a measuring signal or a result of the evaluation lies outside the tolerance range, an error message or an error entry can be output. It is also possible for a modified component (for example another rotor and / or other products attached to the rotor or an altered number of products mounted on the rotor) to be detected without this necessarily being necessary to exceed a threshold value for an admissible unbalance , In this case, information may be given to the user or a higher level automated machine that should be checked for placement.

Als Sensoren können induktive Sensoren, ein Mikrosystem (MEMS), akustische Sensoren oder optische Sensoren verwendet werden. Vorrangig werden Lagesensoren wie ein Gyroskop oder ein Magnetometer und/oder Beschleunigungssensoren verwendet, wobei diese wie zuvor erläutert unterschiedliche Empfindlichkeiten und/oder Frequenzbereiche aufweisen können.As sensors inductive sensors, a microsystem (MEMS), acoustic sensors or optical sensors can be used. Position sensors such as a gyroscope or a magnetometer and / or acceleration sensors are primarily used, and these may have different sensitivities and / or frequency ranges as explained above.

Eine Auswertung der Messsignale kann im Zeitbereich oder im Frequenzbereich erfolgen. Hierbei kann auch eine Koordinatentransformation zwischen Rotor- und Antriebsbewegungen erfolgen. Auch weitere Geräteparameter wie bspw. die Rotordrehzahl, die Stromaufnahme des Antriebs oder RZB können in die Auswertung einbezogen werden.An evaluation of the measurement signals can take place in the time domain or in the frequency domain. In this case, a coordinate transformation between rotor and drive movements can take place. Other device parameters such as, for example, the rotor speed, the current consumption of the drive or RZB can also be included in the evaluation.

Eine Auswertung kann auf der Sensorplatine 12 und/oder in einer Steuereinheit der Laborzentrifuge 1 oder sogar extern von der Laborzentrifuge 1 erfolgen.An evaluation can be made on the sensor board 12 and / or in a control unit of the laboratory centrifuge 1 or even externally from the laboratory centrifuge 1.

Möglich ist, dass als Schwellwert für eine gemessene Neigung oder eine gemessene Beschleunigung ein fester Schwellwert festgelegt wird, eine Berechnung eines dynamischen Schwellwerts erfolgt und/oder eine zeitliche Integration der gemessenen Neigung oder der gemessenen Beschleunigung und ein Abschalten bei einer Überschreitung eines Grenzwerts erfolgt.It is possible that a fixed threshold value is defined as the threshold value for a measured inclination or a measured acceleration, a calculation of a dynamic threshold value takes place and / or a temporal integration of the measured inclination or the measured acceleration and a shutdown occurs when a limit value is exceeded.

Möglich ist auch, dass bei einer Ermittlung einer Unwucht auf Grundlage eines Messsignals für die Temperatur eine Veränderung der Federsteifigkeit und/oder der Dämpfung der Feder- und/oder Dämpfungseinrichtung 7, über die der Zentrifugationsstrang 2 gegenüber dem Gehäuse 8 abgestützt ist, berücksichtigt wird.It is also possible that when determining an imbalance on the basis of a measurement signal for the temperature, a change in the spring stiffness and / or the damping of the spring and / or damping device 7, over which the centrifugal strand 2 is supported relative to the housing 8, is taken into account.

Der 9-Achsen-Sensor kann ein Sensor sein, der Beschleunigungen in sämtliche Raumrichtungen, Neigungen in sämtliche Raumrichtungen und ein Magnetfeld in sämtliche Raumrichtungen erfasst.The 9-axis sensor can be a sensor that detects accelerations in all spatial directions, inclinations in all spatial directions and a magnetic field in all spatial directions.

Ändert sich eine gemessene Neigung bei langsamer Verdrehung des Rotors 4 nicht, beruht diese Neigung auf einer nicht horizontalen Aufstellung der Laborzentrifuge 1. Ändert sich hingegen diese Neigung mit der Verdrehung des Rotors 4, ist hierfür die nicht rotationssymmetrische Bestückung oder eine Unwucht des Rotors 4 verantwortlich. Es kann dann eine entsprechende Fehlermeldung erzeugt werden.If a measured inclination does not change with slow rotation of the rotor 4, this inclination is based on a non-horizontal installation of the laboratory centrifuge 1. If, however, this inclination changes with the rotation of the rotor 4, the non-rotationally symmetrical assembly or an imbalance of the rotor 4 is responsible for this , It can then be generated a corresponding error message.

Die einzelnen Sensoren oder die Sensorplatine 12 können bereits mit einem AD-Wandler ausgestattet sein oder eine AD-Wandlung erfolgt nach Übertragung der Messsignale über den Leitungsstrang 14.The individual sensors or the sensor board 12 may already be equipped with an AD converter or AD conversion takes place after transmission of the measurement signals via the wiring harness 14.

Vorzugsweise erfolgt eine Auswertung der Messsignale zumindest teilweise über Einsatz einer Fast-Fourier-Transformation (FFT). Unter Umständen steigt in dem Ergebnis der FFT die Amplitude des Signals bei Ober- und/oder Unterwellen zu der von der Drehzahl des Rotors 4 abhängigen Grundfrequenz, so dass anhand der Spektrallinien der FFT für die Ober- und/oder Unterwellen auch auf eine Unwucht und unter Umständen auch auf deren Betrag geschlossen werden kann. Möglich ist auch, dass über eine FFT ein Gleichanteil der erfassten Signale von einem Wechselanteil getrennt wird.Preferably, an evaluation of the measurement signals takes place at least partially by using a fast Fourier transformation (FFT). Under certain circumstances, in the result of the FFT, the amplitude of the signal in the case of upper and / or lower waves increases to the fundamental frequency dependent on the rotational speed of the rotor 4, so that the spectral lines of the FFT for the upper and / or lower waves also indicate an imbalance may also be deducted from their amount. It is also possible that a DC component of the detected signals is separated from an AC component via an FFT.

Möglich ist weiterhin, dass eine Hochpassfilterung, eine Tiefpassfilterung oder eine Bandpassfilterung der Messsignale erfolgt. Vorzugsweise findet ein Bandpass Einsatz, dessen Mittenfrequenz der sich aus der Drehzahl des Rotors 4 ergebenden Frequenz entspricht oder einer Ober- oder Unterwelle dieser Frequenz entspricht.It is also possible that a high-pass filtering, a low-pass filtering or a band-pass filtering of the measuring signals takes place. A bandpass filter whose center frequency corresponds to the frequency resulting from the rotational speed of the rotor 4 or which corresponds to an upper or lower wave of this frequency is preferably used.

Möglich ist auch, dass mittels der auf der Sensorplatine 12 angeordneten Steuereinheit 29 bereits eine Aufbereitung der Messsignale der Sensoren erfolgt, die bspw. derart erfolgen kann, dass für unterschiedliche Rotoren 4 und Sensorplatinen 12 jeweils eine Anpassung an die unterschiedlichen Typen der Rotoren und der eingesetzten Sensoren durch die Steuereinheit 29 erfolgt und dann über den Leitungsstrang 14 bereits standardisierte Ausgangssignale übertragen werden können, die dann von einer Steuereinheit der Laborzentrifuge 1 oder einer externen Steuereinheit ausgewertet werden können.It is also possible that by means of arranged on the sensor board 12 control unit 29, a conditioning of the measurement signals of the sensors already takes place, for example, can be done so that for different rotors 4 and sensor boards 12 each an adaptation to the different types of rotors and the used Sensors are performed by the control unit 29 and then via the wiring harness 14 already standardized output signals can be transmitted, which can then be evaluated by a control unit of the laboratory centrifuge 1 or an external control unit.

Mit der Auswertung kann dann die automatisierte Einleitung folgender Maßnahmen erfolgen:

  1. a) Wird eine Unwucht erkannt, kann ein Zentrifugieren unterbunden werden oder eine eingeleitete Zentrifugation abgebrochen werden und/oder es kann eine Information an den Nutzer gegeben werden.
  2. b) Nach Erfassung einer nicht gewünschten Neigung im Stillstand kann eine entsprechende Mitteilung an den Nutzer erfolgen und/oder es kann der Antrieb des Rotors deaktiviert werden.
  3. c) Es kann ein entsprechender Eintrag in einem Speicher (des Rotors oder der Laborzentrifuge) erfolgen, um die Historie des Zentrifugierens und/oder des Rotors zu dokumentieren.
  4. d) Tritt ein Defekt, insbesondere ein Motordefekt, auf, kann entsprechend der Dokumentation gemäß c) eine Fehleranalyse erfolgen.
  5. e) Möglich ist eine Anpassung der Lebensdauer des Rotors und/oder der beteiligten Bauelemente je nach dokumentiertem Verlauf der Zentrifugationsprozesse. Ebenfalls möglich ist eine Anpassung etwaiger Serviceintervalle.
  6. f) Möglich ist auch, dass geeignete Maßnahmen zur Reduzierung der Auswirkungen einer etwaigen Unwucht getroffen werden. So kann beispielsweise eine Anpassung von Magnetlagern zur Lagerung des Rotors erfolgen.
  7. g) Eine Wechselwirkung mit einem Deckelschloss ist möglich, so dass beispielsweise das Öffnen des Deckels unterbunden wird, wenn eine Unwucht erkannt wird und sich der Rotor in der Laborzentrifuge noch dreht.
  8. h) Tritt eine sprunghafte Änderung des Beschleunigungssignals oder einer charakteristischen Kenngröße während des Betriebs des Rotors auf, wird dies als Indiz insbesondere für ein Versagen eines Behälters, bspw. einen Bruch eines Röhrchens, gewertet. Hintergrund ist hier, dass bei einer im Betrieb auftretenden Unwucht von bspw. 100 gr mittels bekannter Laborzentrifugen eine Notbremsung erst eingeleitet werden kann, wenn dies bereits zu spät ist, so dass es zur Zerstörung der Laborzentrifuge kommen kann. Erfindungsgemäß kann bei einem Versagen eines Behälters bereits relativ früh, also bei einer kleinen entstehenden Unwucht, ein Versagen des Behälters erkannt werden, womit eine Notbremsung früher erkannt werden kann.
The evaluation can then be used to automatically initiate the following measures:
  1. a) If an imbalance is detected, centrifuging can be stopped or an initiated centrifugation can be stopped and / or information can be given to the user.
  2. b) After detection of a non-desired inclination at standstill, a corresponding message to the user and / or it can be disabled, the drive of the rotor.
  3. c) A corresponding entry in a memory (of the rotor or the laboratory centrifuge) can be made to document the history of the centrifuging and / or the rotor.
  4. d) If a defect, in particular a motor defect, occurs, an error analysis can be carried out according to the documentation according to c).
  5. e) It is possible to adapt the service life of the rotor and / or the components involved depending on the documented course of the centrifugation processes. It is also possible to adjust any service intervals.
  6. f) It is also possible to take appropriate measures to reduce the effects of any imbalance. For example, an adaptation of magnetic bearings for mounting the rotor can be done.
  7. g) An interaction with a lid lock is possible, so that, for example, the opening of the lid is prevented when an imbalance is detected and the rotor still rotates in the laboratory centrifuge.
  8. h) If a sudden change in the acceleration signal or a characteristic parameter occurs during operation of the rotor, this is interpreted as an indication, in particular for a failure of a container, for example a breakage of a tube. The background here is that an emergency unbalance of, for example, 100 g occurring during operation by means of known laboratory centrifuges emergency braking can be initiated only if this is already too late, so that it can lead to the destruction of the laboratory centrifuge. According to the invention, a failure of the container can already be detected relatively early in the event of a failure of a container, that is to say with a small imbalance arising, with which emergency braking can be detected earlier.

Abweichend zu der dargestellten Ausführungsform kann die Sensorplatine 12 auch in einem Seitenbereich des Gehäuses 11 des Antriebs 3 angeordnet sein oder sogar in den Antrieb 3 integriert sein.Notwithstanding the illustrated embodiment, the sensor board 12 may be arranged in a side region of the housing 11 of the drive 3 or even integrated into the drive 3.

Sofern im Rahmen der Erfindung von einer Beschleunigung des Antriebs oder einer Ausrichtung des Antriebs die Rede ist, betrifft dies vorzugsweise eine Beschleunigung oder Ausrichtung des Gehäuses des Antriebs.If in the context of the invention of an acceleration of the drive or an orientation of the drive is mentioned, this preferably relates to an acceleration or alignment of the housing of the drive.

Für eine Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Auswertung der Messsignale, insbesondere für die Ermittlung einer Unwucht, in einem niedrigen Drehzahlbereich, insbesondere einem Drehzahlbereich unterhalb von 3.000 oder 4.000 U/min, mittels eines Beschleunigungssensors, während in einem Drehzahlbereich oberhalb von 3.000 U/min oder oberhalb von 4.000 U/min bis hin zu der maximalen Drehzahl der Laborzentrifuge 1 eine Auswertung aufgrund des Messsignals eines Neigungssensors erfolgt, welcher insbesondere ein transientes Einschwingverhalten im Fall eines Röhrchenbruchs erkenn kann auch bei den genannten hohen Drehzahlen.For an embodiment of the invention, an evaluation of the measurement signals, in particular for the determination of an imbalance, in a low speed range, in particular a speed range below 3,000 or 4,000 rpm, by means of an acceleration sensor, while in a speed range above 3,000 U / min or above 4,000 rpm up to the maximum rotational speed of the laboratory centrifuge 1 an evaluation takes place on the basis of the measurement signal of a tilt sensor, which can detect in particular a transient transient response in the case of a tube break even at the high speeds mentioned.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Laborzentrifugelaboratory centrifuge
22
ZentrifugationsstrangZentrifugationsstrang
33
Antriebdrive
44
Rotorrotor
55
Antriebs- und/oder RotorwelleDrive and / or rotor shaft
66
Längs- und/oder RotationsachseLongitudinal and / or rotational axis
77
Feder- und/oder DämpfungseinrichtungSpring and / or damping device
88th
Gehäuse LaborzentrifugeHousing laboratory centrifuge
99
Schwingungssystemvibration system
1010
Flanschflange
1111
Gehäuse AntriebHousing drive
1212
Sensorplatinesensor board
1313
Aufnahme- und BefestigungseinheitReceiving and fastening unit
1414
Leitungsstrangwiring harness
1515
Steckerplug
1616
Erdbeschleunigungsvektorgravitational acceleration
1717
Ringscheibewasher
1818
DurchgangbohrungThrough Hole
1919
Nutgroove
2020
Ausnehmungrecess
2121
Zwischenraumgap
2222
erster Lage- und/oder Neigungssensorfirst position and / or tilt sensor
2323
zweiter Lage- und/oder Neigungssensorsecond position and / or tilt sensor
2424
erster Beschleunigungssensorfirst acceleration sensor
2525
zweiter Beschleunigungssensorsecond acceleration sensor
2626
Temperatursensortemperature sensor
2727
Magnetfeld-SensorMagnetic field sensor
2828
SteckverbinderConnectors
2929
Steuereinheitcontrol unit
3030
9-Achsen-Sensor9-axis sensor
3131
Permanentmagnetpermanent magnet

Claims (16)

Laborzentrifuge (1) mit einem Zentrifugationsstrang (2), der einen Antrieb (3) und einen von dem Antrieb (3) angetriebenen Rotor (4) aufweist, wobei der Zentrifugationsstrang (2) über mindestens eine Feder- und/oder Dämpfungseinrichtung (7) gegenüber einem Gehäuse (8) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Neigungssensor (22, 23) vorhanden ist, welcher eine Ausrichtung einer Längs- und/oder Rotationsachse (6) des Zentrifugationsstrangs (2) erfasst.Laboratory centrifuge (1) with a centrifugal strand (2), which has a drive (3) and a rotor (4) driven by the drive (3), wherein the centrifugation strand (2) has at least one spring and / or damping device (7). relative to a housing (8) is supported, characterized in that at least one inclination sensor (22, 23) is present, which detects an alignment of a longitudinal and / or rotational axis (6) of the centrifugal strand (2). Laborzentrifuge (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungssensor ein Gyroskop-Sensor ist und der Gyroskop-Sensor von einem Gehäuse (11) des Zentrifugationsstrangs (2) gehalten ist.Laboratory centrifuge (1) according to claim 1, characterized in that the inclination sensor is a gyroscope sensor and the gyroscope sensor is held by a housing (11) of the centrifugal strand (2). Laborzentrifuge (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungssensor einen Magnetfeld-Sensor (27) und einen ein Magnetfeld erzeugenden Permanentmagneten (31) aufweist.Laboratory centrifuge (1) according to claim 1, characterized in that the inclination sensor comprises a magnetic field sensor (27) and a magnetic field generating permanent magnet (31). Laborzentrifuge (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Neigungssensoren vorhanden sind, wobei a) ein Neigungssensor ein Gyroskop-Sensor ist, der an einem Gehäuse des Zentrifugationsstrangs (2) gehalten ist, und b) ein Neigungssensor einen Magnetfeld-Sensor und einen ein Magnetfeld erzeugenden Permanentmagneten aufweist. Laboratory centrifuge (1) according to one of the preceding claims, characterized in that two inclination sensors are present, wherein a) a tilt sensor is a gyroscope sensor, which is held on a housing of the centrifugal strand (2), and b) an inclination sensor comprises a magnetic field sensor and a magnetic field generating permanent magnet. Laborzentrifuge (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) mindestens zwei Beschleunigungssensoren (24, 25) vorhanden sind, welche eine Beschleunigung des Antriebs (3) mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten und/oder in unterschiedlichen Frequenzbereichen messen, b) mindestens zwei Neigungssensoren (22, 23) vorhanden sind, welche eine Neigung des Antriebs (3) mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten und/oder in unterschiedlichen Frequenzbereichen messen, c) mindestens ein Sensor (27) vorhanden ist, welcher die Ausrichtung des Zentrifugationsstrangs (2) gegenüber einem Magnetfeld der Erde oder gegenüber dem Erdbeschleunigungsvektor (16) misst, d) mindestens ein Sensor vorhanden ist, welcher einen Drehwinkel, eine Winkelgeschwindigkeit oder eine Winkelbeschleunigung einer Antriebswelle (5) des Antriebs (3) erfasst, e) ein Temperatursensor (26) und/oder f) ein 9-Achsen-Sensor (30) vorhanden sind/ist.Laboratory centrifuge (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a) at least two acceleration sensors (24, 25) are present, which measure an acceleration of the drive (3) with different sensitivities and / or in different frequency ranges, b) at least two inclination sensors (22, 23) are present, which measure an inclination of the drive (3) with different sensitivities and / or in different frequency ranges, c) at least one sensor (27) is present, which measures the orientation of the centrifugal strand (2) with respect to a magnetic field of the earth or with respect to the acceleration due to gravity (16), d) at least one sensor is present, which detects a rotational angle, an angular velocity or an angular acceleration of a drive shaft (5) of the drive (3), e) a temperature sensor (26) and / or f) a 9-axis sensor (30) are present / is. Laborzentrifuge (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren zumindest teilweise auf einer Sensorplatine (12) angeordnet sind/ist.Laboratory centrifuge (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensors are at least partially disposed on a sensor board (12) / is. Laborzentrifuge (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren zumindest teilweise und/oder die Sensorplatine (12) auf der dem Rotor (4) abgewandten Seite des Zentrifugationsstrangs (2) oder des Antriebs (3) angeordnet sind/ist.Laboratory centrifuge (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensors at least partially and / or the sensor board (12) on the rotor (4) facing away from the centrifugal strand (2) or the drive (3) are arranged / is , Laborzentrifuge (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuereinheit (29) vorhanden ist, welche das Messsignal oder die Messsignale der Sensoren verarbeitet.Laboratory centrifuge (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an electronic control unit (29) is present, which processes the measuring signal or the measuring signals of the sensors. Laborzentrifuge (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (29) mit Steuerlogik ausgestattet ist, welche a) ermittelt, ob die Laborzentrifuge (1) so aufgestellt ist, dass die Antriebsachse des Antriebs (3) oder eine Hauptträgheitsachse der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs (2) in Richtung des Erdbeschleunigungsvektors (16) ausgerichtet ist, und/oder b) eine Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs ermittelt. Laboratory centrifuge (1) according to claim 8, characterized in that the electronic control unit (29) is equipped with control logic which a) determines whether the laboratory centrifuge (1) is positioned so that the drive axis of the drive (3) or a main axis of inertia of the rotating components of the centrifugal strand (2) is aligned in the direction of the gravitational acceleration vector (16), and / or b) determines an imbalance of the rotating components of the centrifugation strand. Laborzentrifuge (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (29) mit Steuerlogik ausgestattet ist, welche auf Grundlage der von den Sensoren ermittelten Messsignale unterscheidet, ob a) die Laborzentrifuge (1) so aufgestellt ist, dass die Antriebsachse des Antriebs (3) oder eine Hauptträgheitsachse der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs (2) nicht in Richtung des Erdbeschleunigungsvektors (16) ausgerichtet ist, oder b) eine Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs (2) vorhanden ist. Laboratory centrifuge (1) according to claim 8 or 9, characterized in that the electronic control unit (29) is equipped with control logic, which differs on the basis of the measurement signals determined by the sensors, whether a) the laboratory centrifuge (1) is set up so that the drive axis of the drive (3) or a principal axis of inertia of the rotating components of the centrifugal column (2) is not oriented in the direction of the acceleration due to gravity (16), or b) an imbalance of the rotating components of the centrifugation strand (2) is present. Laborzentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (29) mit Steuerlogik ausgestattet ist, welche bei Vorliegen eines Fehlerkriteriums a) eine Fehlermeldung erzeugt, b) den Betrieb der Laborzentrifuge (1) unterbricht oder verändert und/oder c) den Betrieb der Laborzentrifuge (1) unterbindet. Laboratory centrifuge (1) according to one of claims 8 to 10, characterized in that the electronic control unit (29) is equipped with control logic, which in the presence of an error criterion a) generates an error message, b) interrupts or changes the operation of the laboratory centrifuge (1) and / or c) stops the operation of the laboratory centrifuge (1). Laborzentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (29) mit Steuerlogik ausgestattet ist, welche a) eine Position einer Ausgleichsmasse zum Ausgleich einer Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs steuert oder regelt und/oder b) mindestens ein Lager, mindestens eine Kompensationseinrichtung und/oder mindestens eine Feder- und/oder Dämpfungseinrichtung (7) so ansteuert oder regelt, dass eine Auswirkung einer Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs und/oder einer nicht parallelen Ausrichtung der Antriebsachse des Antriebs (3) oder einer Hauptträgheitsachse der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs (2) zur Erdbeschleunigung zumindest gemindert ist. Laboratory centrifuge (1) according to one of claims 8 to 11, characterized in that the electronic control unit (29) is equipped with control logic which a) controls or regulates a position of a balancing mass to compensate for an imbalance of the rotating components of the centrifugal strand and / or b) at least one bearing, at least one compensation device and / or at least one spring and / or damping device (7) so controls or controls that an effect of unbalance of the rotating components of the centrifugal strand and / or non-parallel alignment of the drive axle of the drive ( 3) or a principal axis of inertia of the rotating components of the centrifugal strand (2) is at least mitigated for acceleration of gravity. Laborzentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (29) mit Steuerlogik ausgestattet ist, welche ein Versagen mindestens eines Produkts und eine sich hierdurch ergebende Unwucht des Rotors (4) erfasst.Laboratory centrifuge (1) according to one of claims 8 to 12, characterized in that the electronic control unit (29) is equipped with control logic which detects a failure of at least one product and a resultant imbalance of the rotor (4). Laborzentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (29) mit Steuerlogik ausgestattet ist, welche auf Grundlage einer mit einem Temperatursensor (26) gemessenen Temperatur eine Temperaturkompensation eines Messsignals eines anderen Sensors vornimmt.Laboratory centrifuge (1) according to one of claims 8 to 13, characterized in that the electronic control unit (29) is equipped with control logic which carries out a temperature compensation of a measuring signal of another sensor based on a temperature measured with a temperature sensor (26). Laborzentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (29) mit Steuerlogik ausgestattet ist, welche bei a) der Ermittlung und/oder Bewertung einer Größe einer Unwucht der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs und/oder b) einer Ermittlung und/oder Bewertung einer nicht parallelen Ausrichtung der Längs- und/oder Rotationsachse des Zentrifugationsstrangs (2) oder einer Hauptträgheitsachse der rotierenden Komponenten des Zentrifugationsstrangs (2) zur Erdbeschleunigung die von einem Temperatursensor gemessene Temperatur berücksichtigt. Laboratory centrifuge (1) according to one of claims 8 to 14, characterized in that the electronic control unit (29) is equipped with control logic, which at a) the determination and / or evaluation of a size of an imbalance of the rotating components of the centrifugation strand and / or b) a determination and / or evaluation of a non-parallel orientation of the longitudinal and / or rotational axis of the centrifugal strand (2) or a principal axis of inertia of the rotating components of the centrifugal force (2) for acceleration of gravity takes into account the temperature measured by a temperature sensor. Laborzentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (29) mit Steuerlogik ausgestattet ist, welche auf Grundlage a) der von den Sensoren gemessenen Messsignale, b) der Auswertung der Messsignale und/oder c) von Fehlerkriterien eine Anpassung einer Lebensdauer und/oder eines Serviceintervalls der Laborzentrifuge (1), des Antriebs (3) oder des Rotors (4) vornimmt.Laboratory centrifuge (1) according to one of claims 8 to 15, characterized in that the electronic control unit (29) is equipped with control logic based on a) the measured signals measured by the sensors, b) the evaluation of the measuring signals and / or c) of error criteria an adaptation of a service life and / or a service interval of the laboratory centrifuge (1), the drive (3) or the rotor (4) makes.
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