[0001] Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge mit einem auswechselbaren Rotor, der mit einem
Informationsträger für maschinenlesbare Information versehen ist, und einer Leseeinrichtung,
die Detektoren zur Abtastung des Informationsträgers und eine elektronischen Schaltung
zur Verarbeitung der aufgenommenen Information aufweist.
[0002] Zentrifugen dienen im allgemeinen zur Trennung von Probenteilchen in einem flüssigen
Medium. Je nach den Anwendungsbedürfnissen steht eine Vielzahl von verschiedenartigen
Rotoren zur Verfügung, z.B. Winkelrotoren, Ausschwingrotoren, Vertikalrotoren, Zonalrotoren.
[0003] Weiterhin unterscheiden sich die einzelnen Rotoren durch unterschiedliche Leistungsmerkmale,
wie maximal erzielbare Zentrifugalkraft und maximal benutzbares Volumen.
[0004] Da Zentrifugen häufig nicht nur für einen Anwendungsfall benutzt werden, werden für
ein Gerät verschiedene auswechselbare Rotoren eingesetzt. In keinem Fall darf die
Maximaldrehzahl des eingesetzten Rotors überschritten werden.
[0005] Moderne Zentrifugen haben daher üblicherweise eine entsprechende rotorspezifische
Ueberdrehzahlsicherung, z.B. eine optische Abtastung einer Hell/Dunkel-Scheibe mittels
eines Optokopplers oder ähnliche Verfahren oder magnetische Abfrage einer Zahnscheibe
oder von Permanentmagneten.
[0006] Beide Methoden dienen zur Erzeugung einer Frequenz, die bei Ueberschreiten des zulässigen
Wertes den Antrieb der Zentrifuge abschalten. Bei Zentrifugen ohne Vakuumeinrichtung
wird häufig auf die vorerwähnte Abfrage verzichtet. Die Ueberdrehzahlsicherung ist
durch den Luftwiderstand gewährleistet.
[0007] Hochgeschwindigkeits-Zentrifugen haben in der Regel eine Kühlung, um die Probentemperatur
innerhalb des Rotors konstant zu halten. Diese Klasse von Zentrifugen hat keine Vakuumeinrichtung
wie sie bei noch schneller drehenden Ultrazentrifugen benötigt wird.
[0008] Der Luftwiderstand je nach Grösse, Form, Oberfläche und Drehzahl des eingesetzten
Rotors muss bei der Temperatursteuerung berücksichtigt werden. Dies bedeutet, dass
die Kälteleistung dementsprechend angepasst werden muss. Dies wird durch eine Kompensations-Schaltung
bewerkstelligt. Der richtige Kompensationswert kann aus den entsprechenden Nomogrammen
der einzelnen Rotoren entnommen werden.
[0009] Bei mit Mikroprozessoren ausgerüsteten Zentrifugen genügt die Vorwahl des Rotortyps,
um aus dem Speicher des Mikroprozessors die Kompensation bei der Temperaturvorwahl
automatisch zu berücksichtigen. Das gleiche gilt auch für teilweise evakuierte Zentrifugen.
[0010] Viele Rotoren, vor allem bei Ultrazentrifugen, sind Hochleistungsrotoreh, die eine
Begrenzung ihres Einsatzes in der gesamten Menge der Läufe oder der Laufzeiten oder
des Alters haben. Dies setzt voraus, dass jeder Lauf protokolliert wird. Sicherheitsvorschriften
in verschiedenen Ländern verlangen dies ausdrücklich. Moderne Zentrifugen verfügen
über eine Druckeinrichtung, bei der die Läufe protokolliert werden, sofern der richtige
Rotortyp vorher von Hand eingegeben wurde.
[0011] Alle vorstehend genannten technischen Lösungswege haben den Mangel, dass die Rotoren
nicht von der Zentrifuge selbsttätig identifiziert werden. Daher ist durch einen Irrtum
des Benutzers eine Fehlbedienung möglich, so dass falsche Rotorprotokolle erstellt
werden, überalterte Rotoren nicht als solche erkannt werden und durch falsche Kompensation
der Temperatursteuerung die Probe nicht auf dem gewünschten Wert gehalten wird.
[0012] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mangel zu beseitigen.
[0013] Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Informationsträger eine
Reihe von am Rotor verteilt angeordneten Permanentmagentstiften aufweist, die teils
mit ihren Nord-, teils mit ihren Südpolen den Detektoren zugewandt sind.
[0014] Diese positive Rotorerkennung setzt eine werkseitige Codierung des Rotors voraus.
Diese Codierung kann beispielsweise folgende Information an die Abfrage-Elektronik
geben : Baujahr, Serien-Nummer, Rotortype und zulässige Höchstdrehzahl.
[0015] Im Vergleich zu einer Codierung durch Anbringung eines Bar-Codes, oder ähnlicher
Systeme ist die Magnetstiftcodierung wegen der Robustheit und der Nord-oder Südpol-Ausrichtung
die sicherste berührungslose Art.
[0016] Die Magnete werden radial um die Rotationsachse angeordnet. Ein Teil der Magnete
dient zur Geschwindigkeitsüberwachung und der andere Teil zur Codierung. Beide Teilmengen
unterscheiden sich durch die Polarität.
[0017] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Zentrifuge
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Codierrings des Rotors der Fig. 1
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Schaltung zur Erfassung der Codierung.
[0018] Die in Fig. 1 dargestellte Zentrifuge ist eine Festwinkelzentrifuge, in der die Probengefässe
1 unter einem bestimmten Neigungswinkel im Rotor 2 angeordnet sind. Auf seiner Unterseite
trägt der Rotor einen Trägerring 3 zur Aufnahme der Codierung.
[0019] In engem Abstand vom Trägerring 3 sind ihm gegenüber zwei Sensoren 4, 4a zur Abtastung
der Codierung angeordnet.
[0020] Der Rotor wird durch eine Antriebsachse 5 angetrieben. Die Achse ist in einem feststehenden
Lagergehäuse 6 gelagert und wird durch eine Antriebseinheit 7 angetrieben.
[0021] Die Stirnseite des Trägerrings 3 ist in Fig. 2 dargestellt. Er besitzt über seinen
Umfang gleichmässig verteilt 24 Bohrungen 8, in die passende Permanentmagnetstifte
9, 10 eingesetzt sind. Die Magnetstifte sind so eingesetzt, dass teils ihre Südpole,
und teils ihre Nordpole nach aussen gerichtet sind.
[0022] Durch die Verwendung von Nord- und Südpolen kann eine grössere Informationsmenge
kodiert werden. So stehen die 15 Positionen der Sektoren a,b,c und damit 15 Bit für
die Rotorerkennung zur Verfügung. In diesen 15 Positionen sind eingesetzte Sifte mit
ihren Nordpolen nach aussen gerichtet. Sie sind aufgeteilt in 4 Bit (Sektor a) für
das Baujahr, 7 Bit (Sektor b) für die Seriennummer und 4 Bit (Sektor c) für den Rotortyp.
[0023] Die Magnetstifte des Sektors d sind mit ihren Südpolen nach aussen gerichtet. Sie
dienen für die Codierung der Drehzahl.
[0024] Der in Fig. 2 beispielsweise gezeigte Indikatorring gehört zu einem Rotor mit dem
Baujahrcode (wegen der Drehrichtung in umgekehrter Reihenfolge gelesen) 1010 = 5 für
1985, der Seriennummer 1000011 = 97, vom Rotortyp 1101 = 11, dessen höchstzulässige
Drehzahl 101010101 = 25200 Upm beträgt.
[0025] Für die Erkennung des Beginns der Codierung benötigt der Mikro-Prozessor einen Startbit.
Da die Magnete für die Drehzahlüberwachung in anderer Polarität eingesezt sind als
die Codierungsmagnete, ergibt sich somit automatisch beim Wechsel der Polarität durch
die Rotation die Startinformation.
[0026] Die vorstehend beschriebene Lösung lässt die Erkennung nur bei Rotation zu. Eine
parallel zur Rotationsachse angebrachte Codierung ermöglicht das Erkennen der genannten
Rotorinformation beim Aufsetzen des Rotors auf die Achse.
[0027] Der Einsatz eines zweiten Sensors (4a) gestattet bei galvanischer Trennung eine voneinander
unabhängige Ueberwachung sowohl der Drehzahl als auch der Codierung, um selbst schärfsten
Sicherheitsvorschriften gerecht zu werden.
[0028] Die in Fig. 3 beispielsweise gezeigte Schaltung zur Erfassung der Codierung ist wie
folgt aufgebaut, wobei gleichzeitig auf die Signaldiagramme in Fig.4 Bezug genommen
wird.
[0029] Der magnetische Sensor 4 hat eine Versorgungsspannung von + 12 Volt. Der Signalausgang
hat ein Gleichspannungspotential von + 6 Volt.
[0030] Die am Sensor vorbei rotierenden Magnete erzeugen Impulse mit einer Signalspannung
von etwa 270 mVss. Diese sind der Ausgangsspannung überlagert (Fig. 4a). Der Sensor
4 ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärker 11 verbunden. Das
Signal wird im Operationsverstärker 11 etwa 30fach verstärkt und invertiert (Fig.
4b). Durch ein Potentiometer 12 wird der andere Eingang des Verstärkers 11 mit einer
Vorspannung versorgt, die den Ausgang auf + 6 Volt hält.
[0031] Der Ausgang des Verstärkers 11 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers
13 und mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 14 verbunden. Der
zweite Eingang des Verstärkers 13 ist mit Hilfe der Widerstände 15,16,17 auf eine
Vorspannung von etwa 8 Volt gelegt. Dadurch wird erreicht, dass nur die störungsfreien
positiven Spitzen des Ausgangssignals des Verstärkers 11 in ein Rechtecksignal (Fig.
4c) umgewandelt werden. Der Verstärker 14 liegt mit säinem zweiten Eingang zwischen
den Widerständen 16 und 17 auf 4 Volt. Auf diese Weise invertiert er die negativen
Impulse des Signals 46 und liefert ebenfalls ein Rechtecksignal (Fig. 4d).
[0032] Das Auqgangssignal des Verstärkers 13 (Fig. 4c) wird einer Drehzahlüberwachungseinrichtung
(nicht gezeigt) zugeführt, während das die Rotorcodierung enthaltende Ausgangssignal
des Verstärkers 14 (Fig. 4d) zur Verarbeitung einem Mikroprozessor (nicht gezeigt)
zugeführt wird.