Laborzentrifuge mit Unwuchtabschaltung

Abstract

 Eine Laborzentrifuge mit einem Gefäßhalterungen aufweisenden Rotor (6) und einem diesen drehantreibenden Motor mit lotrecht stehender Welle (5), dessen Stator über federnde Anfhängungen (3) am Gehäuse (1) der Zentrifuge gelagert ist, und mit einer den Motor beherrschenden Abschalteinrichtung, die mit einem am Stator befestigten Element (13) und einem am Gehäuse befestigten Element (11) die bei maximal zulässiger Grenzunwucht auftretende Auslenkung des Stators ermittelt und den Motor ausschaltet, ist dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Elemente als ein ein konstantes Feld erzeugender Feldgenerator (13) und das andere Element als Feldstärkedetektor (11) ausgebildet ist, wobei der Feldstärkedetektor an eine Auswerteinrichtung (7) angeschlossen ist, die bei bestimmten durch die Auslenkung erzeugten Feldstärkeänderungen die Ansschaltung bewirkt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

[0002] Bei solchen Zentrifugen wird der Rotor bei seiner Herstellung ausgewuchtet. Dennoch kann es bei Defekten oder bei ungleichmäßiger Beladung der Gefäßhalterungen zu Unwucht kommen, die nur in bestimmten Grenzen tolerierbar ist, weil sonst beim Betrieb der Zentrifuge, insbesondere bei höheren Drehzahlen Schaden auftreten können.

[0003] Zentrifugen der eingangs genannten Art sind daher mit Abschalteinrichtungen versehen, die oberhalb einer für den jeweiligen Zentrifugentyp in Versuchen festgelegten Grenzunwucht, die noch toleriert werden kann, den Motor ausschalten.

[0004] Problematisch ist dabei die Ermittlung der Unwucht, die beim Anfahren der Zentrifuge bestimmt wird.

[0005] Im Stand der Technik sind sehr aufwendige Abschalteinrichtungen bekannt, die z.B. mittels magnetischer Felddetektoren vom Rotor erzeugte Magnetfelder überwachen und daraus die Unwucht ermitteln.

[0006] Bei Zentrifugen der eingangs genannten Art wird auf wesentlich einfachere Weise die Unwucht aus der Auslenkung des Stators ermittelt, die bei niedrigen Drehzahlen große Werte aufweist und relativ leicht bestimmt werden kann.

[0007] Bekannte Zentrifugen der eingangs genannten Art, die von der Anmelderin seit Jahren vertrieben werden, weisen als gehäuseseitig vorgeschenes Element einen mechanischen Schalter auf, der bei Auslenkung des Stators von dem an diesem befestigten Element berührt und geschaltet wird. Diese Konstruktion hat aber zwei wesentliche Nachteile. Zum einen sind mechanische Schalter aüsfallgefährdet und zum anderen ist eine mechanische Justierung des Schalters bzw. des statorseitigen Elementes erforderlich, um sicherzustellen, daß die Ausschaltung genau bei der vorgegebenen Grenzunwucht erfolgt. Dadurch erhöhen sich die Montagekosten der Zentrifuge. Außerdem ist die Auslenkung von Toleranzen der Lagerung abhängig und somit bei Einzelexemplaren bei derselben Unwucht unterschiedlich.

[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Zentrifuge der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei großer Langzeitzuverlässigkeit kostengünstig herstellbar ist.

[0009] Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst.

[0010] Bei unwuchtbedingten Bewegungen des Stators in seiner elastischen Lagerung bewegen sich die beiden Elemente gegeneinander. Der Feldstärkedetektor wird folglich von dem Feld mit unterschiedlicher Stärke beaufschlagt. Bei Auslenkung des Stators infolge Unwucht auftretende Feldstärkeänderungen werden voll der Auswerteinrichtung in geeigneter Weise untersucht. Es kann dabei auf absolute Werte der Änderung oder beispielsweise auch auf das Beschleunigungsverhalten hin ausgewertet werden. Werden bestimmte vorgegebene Werte erreicht bzw. überschritten, so bewirkt die Auswerteinrichtung das Ausschalten des Motors. Vorteilhaft ist daran zunächst die Vermeidung mechanisch wirkender Bauelemente, da sowohl der Feldgenerator als auch der Feldstärkedetektor ohne mechanische Bauelemente auskommen. Ferner ist von Vorteil, daß ein Feldstärkedetektor in weitgehend beliebigem Abstand vom Feldgenerator bewegungsbedingte Feldschwankungen feststellen kann. Es kommt also nicht auf genaue Justierung der beiden Elemente gegeneinander an. Dadurch wird die Herstellung der Zentrifuge vereinfacht und verbilligt. Da die Auswertung nicht auf die Auswertung absoluter Werte der Auslenkung beschränkt ist, bietet sich die Möglichkeit, in den Erfordernissen angepaßter Weise, z.B. mittels ausgeklügelter Algorithmen sehr genaue Abschaltbedingungen einzuhalten. Es kann beispielsweise in der Weise ausgewertet werden, daß kurzzeitige Überschreitungen vorgegebener Grenzwerte toleriert werden und die Abschaltung erst bei längerfristiger oder mehrfacher Überschreitung eintritt.

[0011] Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Die Auswertung auf Amplituden kann besonders einfach vorgenommen werden, auch bei sich ergebenden komplizierten Signalformen der Feldstärkeänderungen.

[0012] Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Permanentmagneten und Hallsensoren sind außerordentlich kostengünstig verfügbar und zeichnen sich durch hohe Langzeitzuverlässigkeit aus.

[0013] Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Bei dieser Bauart ist der in der Regel einfacher aufgebaute Feldgenerator, der beispielsweise in Form eines Permanentmagneten keinerlei Anschlüsse benötigt, am Stator vorgesehen, während der Feldstärkedetektor, der Anschlüsse zur Auswerteinrichtung benötigt, gehäu seseitig vorgesehen ist, wo er beispielsweise auf einer ohnehin gehäuseseitig vorgesehenen Elektronikplattine integriert angeordnet sein kann. Dadurch verringern sich die Herstellungskosten.

[0014] Die Auswerteinrichtung könnte für alle Zentrifugen eines Typs eine feste Grenzamplitude vorhalten. Das würde aber zu durch Fertigungstoleranzen bedingten Problemen führen. Beispielsweise weisen die elastischen, für Absorption kleinerer, noch tolerierbarer Unwucht vorgesehenen Statorlagerungen, insbesondere bei sehr preisgünstigen Zentrifugen Toleranzen auf. Dadurch kann bei noch zulässiger Grenzunwucht der Stator unterschiedliche Auslenkung erfahren, die zu unterschiedlichen Amplituden führt. Wird eine feste Grenzamplitude für alle Zentrifugen festgelegt, so würde die Ausschaltung also bei unterschiedlicher Unwucht erfolgen, was nicht erwünscht ist. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Bei dieser Auslegung der Auswerteinrichtung kann die Zentrifuge im Eichbetrieb mit Grenzunwucht betrieben werden, beispielsweise durch Einlegung eines Testgewichtes in eine der Gefäßhalterungen. Die Eicheinrichtung ermittelt die dabei auftretende Amplitude, und zwar vorteilhaft, um reproduzierbare Bedingungen zu schaffen, stets bei einer bestimmten niedrigen Motordrehzahl, die von der Eicheinrichtung der Motorsteuerung vorgegeben wird. Die im Eichbetrieb ermittelte Amplitude wird als Grenzamplitude in der Auswerteinrichtung abgespeichert und steht für den späteren Betrieb der Zentrifuge der Auswerteinrichtung als Grenzamplitude für ihre Überwachungsfunktion zur Verfügung.

[0015] Vorteilhaft sind dabei die Merkmale des Anspruches 6 vorgesehen. Diese Ausbildung der Eicheinrichtung ermöglicht zwei Eichtestläufe mit unterschiedlichen Testgewichten, von denen das eine eine Unwucht unterhalb der Grenzunwucht und das andere eine Unwucht oberhalb der Grenzunwucht erzeugt. Dadurch wird sichergestellt, daß beim Eichen die Zentrifuge einmal mit einer Unwucht im sicheren Bereich und einmal mit einer Unwucht im Toleranzbereich oberhalb der Grenzunwucht betrieben wird. Dadurch ergibt sich während des Eichbetriebes eine Aussage darüber, daß die Zentrifuge und ihre Auswerteinrichtung im Toleranzbereich der Grenzunwucht sicher funktioniert. Ein an sich erforderlicher dritter Eichtestlauf mit einem Testgewicht, das genau die Grenzunwucht erzeugt, wird bei dieser Allsbildung der Eicheinrichtung eiligespart, da durch Interpolation der beiden durchgeführten Eichtestläufe die Grenzamplitude bestimmt wird, die sodann in der Auswerteinrichtung abgespeichert wird.

[0016] In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch in einer Seitenansicht einer Laborzentrifuge dargestellt.

[0017] Auf einer Grundplatte 1 stehen mehrere Stützen 2, die über federelastische, z.B. aus Gummiblöcken bestehende Lager 3 den Stator 4 der Zentrifuge halten, der durch das Gehäuse eines im Stator 4 ausgebildeten, in der Figur nicht dargestellten Elektromotors gebildet wird.

[0018] Der Elektromotor im Stator 4 weist eine in lotrechter Anordnung ausgerichtete Welle 5 auf, auf der ein Rotor 6 angeordnet ist, der die für Laborzentrifugen übliche Umrißform aufweist. In seinem Inneren, das durch eine obere Öffnung zugänglich ist, sind in einer der üblichein Konstruktionsarten ausgebildete Gefäßhalterungen vorgesehen.

[0019] Ein die gesamte Konstruktion umgebendes, schon aus Sicherheitsgründen erforderliches Gehäuse mit Zugangsklappe zur Oberseite des Rotors 6 ist aus Darstellungsgründen weggelassen.

[0020] Auf der Grundplatte 1 ist ferner eine Elektronikeinrichtung 7 angeordnet, die eine von außen zugängliche Frontplatte 8 aufweist mit Display 9 und Tastatur 10.

[0021] Die Elektronikeinrichtung 7 weist Einrichtungen zur Drehzahlsteuerung des im Stator 4 vorgesehenen Elektromotors auf und erlaubt über Eingabe auf der Tastatur 10 mit Anzeige auf dem Display 9 die gewünschte Drehzahlsteuerung der Zentrifuge.

[0022] Die Elektronikeinrichtung 7 weist auf ihrer Oberseite einen Halldetektor 11 auf, der beispielsweise auf einer dort vorgesehenen Elektronikplattine integriert sein kann. Der Halldetektor 11 ist gegenüber der Grundplatte 1 feststehend angeordnet und mit elektrisehen Anschlüssen mit einer in der Elektronikeinrichtung 7 vorgesehenen Auswerteinrichtung kontaktiert.

[0023] Am Stator 4 ist über einen Arm 12 ein Permanentmagnet 13 befestigt, und zwar in einer Stellung in der Nähe des Halldetektors 11. Feinjustierungen sind hierbei nicht erforderlich. Bei Montagetoleranzen oder Stücktoleranzen der Lager 3 sich ergebende Positionsabweichungen stören nicht, da auch bei abweichenden Abständen der Halldetektor 11 stets das vom Permanentmagneten 13 erzeugte Magnetfeld wahrnimmt.

[0024] Die aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung nicht dargestellte Auswerteinrichtung in der Elektronikeinrichtung 7 empfängt vom Halldetektor 11 Signale, deren Stärke von der magnetischen Feldstärke am Ort des Halldetektors 11 abhängen.

[0025] Ist die Zentrifuge in Ruhe, so sieht der Halldetektor 11 ein zeitlich konstantes Feld. Wird die Zentrifuge in Betrieb gesetzt und treten Unwuchten auf, so kommt es zu Anslenkungen des Stators 4 um seine Halterung in den Lagern 3. Diese Auslenkungen sind bei niedrigen Drehzahlen im Bereich der Resonanz der Lagerungen besonders groß und können in diesem Bereich gut ausgewertet werden. Der Arm 12 macht bei diesen Anslenkungen Bewegungen mit Komponenten in Richtung der beiden Doppelpfeile, die in der Figur neben dem Arm 12 dargestellt sind. Diese Bewegungen des Armes führen zu hin- und hergehenden Bewegungen des Permanentmagneten 13 über dem Halldetektor 11 und somit zu Wechseländerungen der magnetischen Feldstärke am Ort des Halldetektors 11.

[0026] Die an den Halldetektor 11 angeschlossene Answerteinrichtung empfängt folglich ein Signal wechselnder Stärke, das auf beliebige Weise ausgewertet werden kann. In bevorzugter Weise werden die Amplituden dieses Signales als die Unwucht wiedergebendes Maß ausgewertet.

[0027] In der Auswerteinrichtung kann in einem Dauerspeicher, z.B. einem EEPROM, der Wert einer zulässigen Grenzamplitude gespeichert sein, mit dem die Auswerteinrichtung ständig die zur Zeit gemessene Amplitude vergleicht. Wird die Grenzamplitude überschritten, so lößt die Auswerteinrichtung über die Elektronikeinrichtung 7 und deren den Motor steuernde Einrichtungen das Ausschalten des Motors aus. Die Grenzamplitude kann in Versuchen für einen Zentrifugentyp ermittelt werden und der Elektronikeinrichtung 7 eingespeichert werden. Bei dieser Betriebsweise wird also stets bei bestimmter Auslenkungsamplitude ausgeschaltet.

[0028] Vorzuziehen ist aber die Abschaltung nicht bei bestimmten Auslenkungen des Stators 4, sondern bei bestimmter Unwucht des Rotors 6 durchzuführen. Dazu kann die Elektronikeinrichtung 7 eine Eicheinrichtung enthalten, die beispielsweise über die Tastatur 10 mit einem Servicecode abgerufen wird. Die Eicheinrichtung ist so ausgebildet, daß sie beispielsweise auf dem Display 9 den Eichbetrieb anfordert, für den im Rotor 6 ein Testgewicht derartiger Größe eingelegt wird, daß der Rotor 6 auf Grenzunwucht gebracht wird. Die Eicheinrichtung ermittelt die dann auftretende Amplitude und speichert diese im Dauerspeicher der Answerteinrichtung zur späteren Verfügung ab.

[0029] In anderer Ausführung ist die Eicheinrichtung derart ausgebildet, daß sie zwei Eichtestläufe anfordert, die mit zwei unterschiedlichen Testgewichten durchgeführt werden, von denen eines eine Unwucht unterhalb und eines eine Unwucht oberhalb der Grenzunwucht erzeugt. Die Eicheinrichtung ermittelt die in beiden Eichtestläufen sich ergebenden Amplituden des vom Halldetektor 11 erzeugten Signales und speichert einen daraus berechneten Interpolationswert als Grenzamplitude ab.

[0030] Bei dieser Betriebsart mit zwei Eichtestläufen kann beispielsweise bei einem Zentrifugentyp, in dem in Vorversuchen eine zulässige, den Kunden gegenüber garantierte Grenzunwucht von 2,5 g ermittelt wurde, ein Eichtestlauf bei 2,2 g und ein Eichtestlauf bei 2,9 g durchgeführt werden. Ans der Interpolation der ermittelten Amplituden wird eine Grenzamplitude, entsprechend einer Unwucht von 2,5 g ermittelt.

[0031] Werden die beiden Eichtestläufe, insbesondere der mit einem Testgewicht oberhalb der Grenzunwucht, im für die Zentrifuge garantierten Toleranzbereich gewählt, so ergibt sich eine verbesserte Aussage über die ordnungsgemäße Funktion der Zentrifuge im Toleranzbereich um die garantierte Grenzunwucht.

[0032] Gegenüber der dargestellten Ansführungsform kann die Anordnung von Permanentmagnet 13 und Halldetektor 11 variiert werden. In der dargestellten Ausführungsform steht der Permanentmagnet 13 oberhalb des Halldetektors 11. Die beiden Elemente 11, 13 können aber beispielsweise auch seitlich nebeneinander angeordnet sein. Die günstigste Anordnung zum Nachweis der Auslenkungen des Stators 4 kann in Versuchen ermittelt werden und hängt beispielsweise von der Konstruktion der Halterung für den Stator ab. Es ist auch möglich, den Halldetektor 11 am Arm 12 und den Permanentmagneten 13 fest gegenüber dem Gehäuse, also der Grundplatte 1, anzuordnen.

[0033] Zum Nachweis der Relativbewegung zwischen den Elementen 11 und 13 können auch andere als magnetische Felder eingesetzt werden. So kann beispielsweise das Element 13 ein statisches elektrisches Feld erzeugen, das vom Element 11 nachgewiesen wird. Die Elemente 11 und 13 können also beispielsweise nach Art eines elektrischen Kondensators wirken. Anßerdem ist es möglich, elektromagnetische Wechselfelder, beispielsweise Licht, zu verwenden. Eines der beiden Elemente 11, 13 kann als Lichtquelle und das andere als photoempfindliches Element ausgebildet sein.

Ansprüche

1. Laborzentrifuge mit einem Gefäßhalterungen aufweisenden Rotor und einem diesen drehantreibenden Motor mit lotrecht stehender Welle, dessen Stator über federnde Aufhängungen am Gehäuse der Zentrifuge gelagert ist, und mit einer den Motor beherrschenden Abschalteinrichtung, die mit einem am Stator befestigten Element und einem am Gehäuse befestigten Element die bei maximal zulässiger Grenzunwucht auftretende Auslenkung des Stators ermittelt und den Motor ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Elemente als ein ein konstantes Feld erzeugender Feldgenerator (Permanentmagnet 13) und das andere Element als Feldstärkedetektor (Halldetektor 11) ausgebildet ist, wobei der Feldstärkedetektor (11) an eine Auswerteinrichtung (Elektronikeinrichtung 7) angeschlossen ist, die bei bestimmten durch die Auslenkung erzeugten Feldstärkeänderungen die Ansschaltung bewirkt.

2. Zeitrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung (Elektronikeinrichtung 7) Feldstärkeamplituden bestimmt und mit einer vorgegebenen Grenzamplitude vergleicht.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldgenerator als Permanentmagnet (13) und der Feldstärkedetektor als Halldetektor (11) ausgebildet sind.

4. Zentrifuge nach Aanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldgenerator (13) am Stator (4) und der Feldstärkedetektor (11) am Gehäuse (Grundplatte 1) angeordnet sind.

5. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung (Elektronikeinrichtung 7) eine Eicheinrichtung aufweist, die bei Eichbetrieb der Zentrifuge mit Grenzunwucht die Amplitude ermittelt und als Grenzamplitude in einem Dauerspeicher der Answerteinrichtung abspeichert.

6. Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eicheinrichtung für den Betrieb in zwei Eichtestläufen ausgebildet ist und Einrichtungen aufweist, die einen Interpolationswert der beiden ermittelten Amplituden als Grenamplitude bestimmen.

Zeichnung