Auswechselbarer Zentrifugen-Rotor für eine Labor-Zentrifuge mit wenigstens einem Magnetkörper als Informationsträger sowie ein Verfahren zum Einbringen eines Magnetkörpers

Abstract

 Ein auswechselbarer Rotor für eine Labor-Zentrifuge mit wenigstens einem im Abstand zur Rotorachse angeordneten Magnetkörper als Informationsträger, dessen Magnetfeld von einem stationär angeordneten Magnetfeldsensor abtastbar ist, wird in wenigstens einer Ausnehmung der Außenfläche des Rotors (Unterseite) mit einem Magnetkörper versehen, wobei der Magnetkörper durch eine Kappe aus plastisch verformbarem Material formschlüssig gehalten wird; die Kappe umgibt den Magnetkörper im Bereich der Außenfläche (Unterseite) des Rotors sowie an den Seitenflanken, wobei die Kappe durch ihre mittels Pressung hervorgerufene seitliche Ausbuchtung in einem Hinterschneidungsbereich der Ausnehmung gehalten wird.
Als vorteilhaft erweist sich die verhältnismäßig einfache Herstellung ohne Berücksichtigung besonders hoher Toleranzen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen auswechselbaren Zentrifugen-Rotor für eine Labor-Zentrifuge mit wenigstens einem im Abstand zur Rotor-Achse angeordneten Magnetenkörper als Informationsträger, dessen Magnetfeld von einem stationär angeordneten Magnetfeld-Sensor abtastbar ist, sowie ein Verfahren zum Einbringen wenigstens eines Magnetkörpers in den Rotor.

[0002] Aus der DE 40 37 458 A1 ist eine Zentrifuge mit einem Antriebsmotor bekannt, auf dessen Antriebswelle auswechselbar ein Rotor angeordnet ist, der mit einem Informationsträger für maschinenlesbare Information versehen ist; die Zentrifuge weist ferner eine Leseeinrichtung auf, die mindestens einen Detektor zur Abtastung des Informationsträgers umfaßt und mit einer Auswerteeinheit zur Verarbeitung der vom Detektor aufgenommenen Information versehen ist. Um bei einer solchen Zentrifuge unabhängig von einem Datenbestand in der Auswerteeinheit die aktuellen rotorspezifischen Kenn- und Betriebsdaten zu erfassen bzw. die rotorspezifischen Daten zu aktualisieren, weist der Informationsträger mindestens einen lesbaren und in seinem Informationsgehalt veränderbaren Schreib-Lese-Speicher auf, dem eine mit der Auswerteeinheit verbundene Schreibeinrichtung zugeordnet ist, die einen Schreibkopf zur berührungslosen Übertragung von maschinenlesbaren Information von der Auswerteeinheit in den Schreib-Lese-Speicher aufweist.

[0003] Weiterhin ist es aus der EP 0 226 886 bekannt, die Unterseite jedes Rotors, der in eine Zentrifuge eingesetzt wird, mit Permanent-Magnetstiften unterschiedlicher Polarität individuell so zu kennzeichnen, daß ein Teil der Magnete der Drehzahlüberwachung und der andere zur Charakterisierung des Rotors dient. Die individuelle Rotorkennzeichnung wird von einem magnetischen Sensorelement abgetastet und in einen Mikroprozessor übertragen. Vor jedem Zentrifugenlauf wird überprüft, ob die für die Zentrifugation vorgewählten Betriebsparameter mit dem eingesetzten Rotor durchgeführt werden können.

[0004] Weiterhin ist es aus der EP 0 344 443 für eine Zentrifuge bekannt, einen Rotor auch mit magnetisch abtastbaren Markierungen zu versehen, in denen als Strichcodierung nach Art eines Barcodes spezifische Daten wie Rotortyp, Seriennummer und Herstellungsdatum gespeichert sind. Die Codemarkierungen werden von einem magnetischen Sensor abgetastet, in einen Mikroprozessor übertragen, entschlüsselt und entsprechend der zuvor beschriebenen Verfahrensweise ausgewertet.

[0005] Als problematisch erweist sich die Anbringung von Magnetkörpern an Rotoren, da das übliche Einkleben von Magneten in Bohrungen des Rotors bzw. Ankleben am Rotor eine Anfälligkeit der Befestigung gegenüber höheren Temperaturen, Chemikalien sowie Heißdampf mit sich bringt. Ein Einpressen des Magneten in Bohrungen von Rotoren verlangt enge Toleranzen und hohe Festigkeit des Magnetwerkstoffes, woraus sich aufwendige Herstellungsverfahren ergeben.

[0006] Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, auf möglichst einfache Weise eine formschlüssige Verbindung zwischen Rotor und Magnetkörper zu schaffen, die das Magnetmaterial vor mechanischen, thermischen und chemischen Angriffen schützt; insbesondere soll die Korrosionsgefahr von Magnetmaterial vermindert werden.

[0007] Die Aufgabe wird für eine Anordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Magnetkörper in einer Ausnehmung der Außenfläche des Rotors durch eine Kappe aus plastisch verformbaren Material formschlüssig gehalten wird, die den Magnetkörper im Bereich der Außenfläche und an seinen Seitenflanken wenigstens teilweise umgibt und durch eine plastische Verformung der Kappe in einem sich von der Außenfläche des Rotors zum Inneren erweiterten Bereich der Ausnehmung gehalten wird.

[0008] In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Magnetkörper durch eine im Querschnitt gesehen U-förmig ausgebildete Kappe gehalten, die den Magnetkörper im Bereich zur Außenseite des Rotors und zweier sich gegenüberliegender Seiten umfaßt, wobei die seitlichen Flanken der U-förmigen Kappe in eine sich zum Inneren des Rotors erweiternde Hinterschneidung spreizend eingreifen; die Kappe besteht vorteilhafterweise aus einem Werkstoff, der eine geringere Streckgrenze aufweist als der Werkstoff an der Unterseite des Rotorkörpers; vorzugsweise wird eine Kappe aus AlMg5 eingesetzt, wobei der Rotor zumindest an seiner Unterseite aus AlMgSi1 besteht; dabei sind die Ausnehmung, die Kappe und der Magnetkörper rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei die Achsen einer als Bohrung ausgebildeten Ausnehmung und eines zylindrisch ausgebildeten Magnetkörpers parallel zur Rotor-Achse verlaufen; die Ausnehmung ist an der Unterseite des Rotors angeordnet.

[0009] Als vorteilhaft erweist es sich, daß der Magnetkörper zusammen mit der als formschlüssige Halterung dienenden Kappe eine abgeschlossene untere Außenfläche des Rotors ermöglicht, die in der Praxis keinen Angriff auf das Magnetmaterial oder sonstige Kontamination zuläßt; auch ist die Reinhaltung des Rotors stark vereinfacht.

[0010] Die Aufgabe wird für ein Verfahren zum Einbringen wenigstens eines Magnetkörpers als Informationsträger in einen Rotor einer Labor-Zentrifuge, dessen Magnetfeld von einem stationär angeordneten Magnetfeld-Sensor abgetastet werden soll, dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt auf den Magnetkörper eine Kappe aus plastisch verformbarem Werkstoff so aufgeschoben wird, daß sie ihn wenigstens teilweise an zwei sich gegenüberliegenden Seiten und im Bodenbereich (im Längsschnitt gesehen) U-förmig umgibt, wobei sie den Magnetkörper in seiner Höhe überragt, daß in einem zweiten Schritt die Kappe zusammen mit dem eingesetzten Magnetkörper in eine Ausnehmung der Außenfläche des Rotors im Abstand zur Rotor-Achse so eingebracht wird, daß der obere Bereich der Kappe aus der Ausnehmung herausragt, und daß in einem dritten Schritt durch Druck eines externen Preß-Stempels auf den oberen Bereich der Kappe der untere Bereich der Kappe durch plastische Verformung so deformiert wird, daß er in einen sich nach unten erweiternden Bereich der Ausnehmung seitlich auswandert und den Magnetkörper durch seitliche Ausbuchtung formschlüssig in der Ausnehmung arretiert.

[0011] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zu Beginn des dritten Schrittes ein Preß-Stempel mit einer Anpreßfläche aus magnetisch weichem Werkstoff in Richtung der Achse der Ausnehmung so geführt, daß er den Magnetkörper bis in den oberen Bereich der Kappe anzieht; vorteilhafterweise schiebt der Preß-Stempel im dritten Schritt den oberen Bereich der Kappe zusammen mit dem Magnetkörper soweit vor, bis der Magnetkörper mit seinem unteren Bereich an der inneren Stirnfläche der Ausnehmung und mit seinem oberen Bereich an der Innenseite des oberen Bereichs der Kappe anliegt; vorzugsweise liegt der Magnetkörper zu Beginn des dritten Schrittes infolge der Schwerkraft mit seinem oberen Bereich an der Innenseite des oberen Bereiches der Kappe an.

[0012] Die Begriffe "oberer" und "unterer" Bereich beziehen sich auf die Einbringung des Magnetkörpers in die später als Unterseite dienende Außenfläche des Rotors, die jedoch zum Zweck der vereinfachten Montage zunächst nach oben weist, so daß die Magnetkörper zunächst der Schwerkraft folgend in den Rotor eingebracht werden.

[0013] Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß bei Einbringung von Kappe und Magnetkörper keine engen Toleranzen erforderlich sind; ein weiterer Vorteil ergibt sich bei Einsatz einer weich-magnetischen Anpreßfläche des Preß-Stempels hinsichtlich der vereinfachten Herstellung, da der Magnetkörper vor und während des Preßvorganges seine korrekte Position im oberen Bereich der Kappe einnimmt.

[0014] Im Folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1a, 1b, 1c und 2 näher erläutert.

Figur 1a stellt einen Querschnitt als Teilausschnitt eines Rotors mit Ausnehmung dar, wobei Magnetkörper und Kappe in eine Ausnehmung der Außenfläche auf der Unterseite des Rotors einzubringen sind, die jedoch in Figur 1a sowie den Figuren 1b und 1c als nach "oben" gerichtet dargestellt ist; in der nachfolgenden Beschreibung und den Patentansprüchen sind die Begriffe "oben" und "unten" auf diese Figuren und nicht auf den in der Zentrifuge in korrekter Position eingesetzten Rotor gemäß Figur 2 bzw. auf die Wirkungsrichtung der in Anspruch 11 genannten Gravitation bezogen, wie auch zuvor schon dargelegt ist.

Figur 1b zeigt im Teil-Querschnitt den in die Ausnehmung des Rotors eingebrachten Magnetkörpers vor der Verpressung;

Figur 1c zeigt den fertig montierten Magnetkörper;

Figur 2 zeigt im Querschnitt eine Zentrifugenanordnung, bei der der Rotor einen bzw. mehrere Magnetkörper gemäß Figur 1c aufweist und eine ortsfeste Abtasteinrichtung mit einem auf das Magnetfeld ansprechenden Sensor sowie einer daran angeschlossenen Auswerteeinrichtung vorgesehen ist.

[0015] Gemäß Figur 1a weist der bruchstückhaft dargestellte Rotor 1 eine von seiner Außenfläche 2 bis ins Innere des Rotors führende Ausnehmung 3 auf, die sich von der Rotor-Außenfläche aus gesehen nach innen zunehmend erweitert. Im vorliegenden Fall ist die Ausnehmung 3 im oberen Bereich als Bohrung ausgebildet, während der erweiterte Bereich 4 in Form eines Hohlkegelstumpfes als Hinterschneidung ausgebildet ist. In Ausnehmung 3 wird ein zylindrisch ausgebildeter axial polarisierter Magnetkörper 5 entlang der Achse 7 der Ausnehmung 3 eingeführt und anschließend mit einer als Hohlzylinder ausgebildeten Kappe 8 auf seiner Mantelfläche und Stirnfläche abgedeckt. Die Höhe der Kappe 8 überragt den Magnetkörper 5, dessen Höhe sich wiederum aus der Höhe der Ausnehmung 3 abzüglich der Dicke der Stirnfläche der Kappe 8 ergibt. Der während der Montage nach unten gerichtete Bereich des Magnetkörpers 5 ist mit Ziffer 11, der nach oben gerichtete Bereich mit Ziffer 12 bezeichnet; entsprechend ist der "untere" Bereich der Kappe 8 mit Ziffer 10, der "obere" Bereich mit Ziffer 9 versehen. Ziffer 14 ist auf die innere Stirnfläche der Ausnehmung 3 bezogen, an welcher der Magnetkörper 5 beim Einbringen in den Rotor 1 (in umgekehrter Position) infolge Gravitation anschlägt.

[0016] Gemäß Figur 1b sind Kappe 8 und Magnetkörper 5 in die Ausnehmung 3 eingebracht. Da die Kappe 8 länger ist als die Tiefe der Ausnehmung 3, überragt sie zunächst die Ebene der Außenfläche 2 des Rotor-Unterteils. Die eigentliche Verpressung von Kappe 8 und Magnetkörper 5 in Ausnehmung 3 erfolgt mit Hilfe eines externen Preß-Stempels 13; die Anpreßfläche 15 des Stempels 13 ist magnetisch weich ausgebildet und zieht den Magnetkörper 5 an, so daß während des eigentlichen Preßvorgangs der Magnetkörper 5 an die Innenfläche im oberen Bereich 9 der Kappe 8 anschlägt und das obere Ende der Kappe 8 stabilisiert, während sich das offene Ende im unteren Bereich 10 der Kappe 8 unter dem Druck zu einer seitlichen Ausbuchtung verformt und in den erweiterten Bereich 4 der Ausnehmung 3 eindringt; der Preßvorgang wird dann abgeschlossen, wenn der Magnetkörper 5 an die innere Stirnfläche 14 der Ausnehmung 3 anschlägt; d.h. daß der Preßvorgang abgeschlossen ist, sobald der Magnetkörper 5 an der Innenfläche des oberen Bereichs 9 der Kappe 8 und der inneren Stirnfläche 14 im erweiterten Bereich 4 der Ausnehmung 3 anliegt und somit gegen irgendwelche Bewegung arretiert ist.

[0017] Dabei wird gemäß Figur 1c die Kappe 8 so in Ausnehmung 3 eingebracht, daß sich die ausgebuchtete Mantelfläche des unteren Bereichs 10 von Kappe 8 in den sich kegelstumpfartig konisch erweiternden Raum 4 der Ausnehmung 3 erstreckt; somit bildet Kappe 8 durch Hinterschneiden eine Halterung für Magnetkörper 5. Im montierten Zustand gemäß Figur 1c bildet die Stirnfläche der Kappe 8 eine Ebene mit der (im späteren Betrieb) unteren Außenfläche 2 des Rotors 1. Das Verhältnis der Wandstärke von Kappe 8 zur Höhe des Magnetkörpers liegt im Bereich von 1/8 bis 1/4.

[0018] In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Rotor aus einem Werkstoff mit einer Streckgrenze R_p0,2 von ca. 200 N/mm², insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise aus AlMgSi1, während der Magnetkörper aus AlNiCo, SmCo oder NdFeB besteht; vorzugsweise besteht der Magnetkörper aus Samariumkobalt; Kappe 8 besteht aus einem Werkstoff mit einer Streckgrenze R_p0,2 von ca. 110 N/mm², vorzugsweise aus AlMg5.

[0019] Figur 2 zeigt schematisch einen in einer Zentrifuge eingesetzten Rotor 1 (in seiner Betriebsposition), dessen Außenfläche 2 der Unterseite mit mehreren Magnetkörpern 5 versehen ist, welche in Ausnehmungen 3 mittels Kappen 8 gehaltert sind; mit Bezugsziffer 20 ist ein Teil der Zentrifuge im Querschnitt bruchstückhaft dargestellt, wobei sich Rotor 1 innerhalb des Rotorkessels 21 befindet. Der Rotor 1 wird mittels Antriebsmotor 22 um Rotorachse 6 in Drehung versetzt, wobei die Magnetkörper 5 im gleichen Abstand von Rotorachse 6 beabstandet sind wie der zur Erfassung von Kennwerten erforderliche Magnetfeld-Sensor 16, der über Leitung 17 mit Auswerteeinrichtung 18 verbunden ist. Die zur Aufnahme von Proberöhrchen vorgesehen Ausnehmungen des Rotors 1 sind mit Bezugsziffern 19 bezeichnet.

[0020] Während des Zentrifugiervorganges überlaufen einzelne Ausnehmungen 3 mit Magnetkörper 5 den ortsfest angeordneten Sensor 16, wobei im Sensor ein von dem Magnetkörper abhängiges Signal erzeugt wird, das über Leitung 17 zur Auswerteeinheit 18 weitergeleitet wird.

Ansprüche

1. Auswechselbarer Rotor für eine Labor-Zentrifuge mit wenigstens einem im Abstand zur Rotor-Achse angeordneten Magnetenkörper als Informationsträger, dessen Magnetfeld von einem stationär angeordneten Magnetfeld-Sensor abtastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkörper (5) in einer Ausnehmung (3) der Außenfläche (2) des Rotors (1) durch eine Kappe (8) aus plastisch verformbaren Material formschlüssig gehalten wird, die den Magnetkörper (5) im Bereich der Außenfläche und an seinen Seitenflanken wenigstens teilweise umgibt und durch eine plastische Verformung der Kappe (8) in einem sich von der Außenfläche (2) des Rotors (1) zum Inneren erweiterten Bereich der Ausnehmung gehalten wird.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkörper (5) durch eine im Querschnitt gesehen U-förmig ausgebildete Kappe (8) gehalten wird, die den Magnetkörper im Bereich zur Außenseite des Rotors (1) und zweier sich gegenüberliegender Seiten umfaßt, wobei die seitlichen Flanken der U-förmigen Kappe (8) in eine sich zum Inneren des Rotors (1) erweiternde Hinterschneidung spreizend eingreifen.

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (8) aus einem Werkstoff besteht, der eine geringere Streckgrenze aufweist als der Werkstoff an der Unterseite des Rotorkörpers.

4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe aus AlMg5, der Rotor zumindest an seiner Unterseite aus AlMgSi1 besteht.

5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ausnehmung (3), Kappe (8) und Magnetkörper (5) rotationssymmetrisch ausgebildet sind.

6. Zentrifugen-Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (7) einer als Bohrung ausgebildeten Ausnehmung (3) und eines zylindrisch ausgebildeten Magnetkörpers (5) parallel zur Rotor-Achse (14) verlaufen.

7. Zentrifugen-Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (3) an der Unterseite des Rotors (1) angeordnet ist.

8. Verfahren zum Einbringen wenigstens eines Magnetkörpers als Informationsträger in ei-nen Rotor einer Labor-Zentrifuge, dessen Magnetfeld von einem stationär angeordneten Magnetfeld-Sensor abgetastet werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt auf den Magnetkörper (5) eine Kappe (8) aus plastisch verformbarem Werkstoff so aufgeschoben wird, daß sie ihn wenigstens teilweise an zwei sich gegenüberliegenden Seiten und im Bodenbereich (im Längsschnitt gesehen) U-förmig umgibt, wobei sie den Magnetkörper in seiner Höhe überragt, daß in einem zweiten Schritt die Kappe (8) zusammen mit dem eingesetzten Magnetkörper (5) in eine Ausnehmung (3) der Außenfläche des Rotors (1) im Abstand zur Rotor-Achse (6) so eingebracht wird, daß der obere Bereich (9) der Kappe (8) aus der Ausnehmung (3) herausragt, und daß in einem dritten Schritt durch Druck eines externen Preß-Stempels (13) auf den oberen Bereich (9) der Kappe (8) der untere Bereich (10) der Kappe durch plastische Verformung so deformiert wird, daß er in einen sich nach unten erweiternden Bereich (4) der Ausnehmung (3) seitlich auswandert und den Magnetkörper (5) durch seitliche Ausbuchtung formschlüssig in der Ausnehmung arretiert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des dritten Schrittes ein Preß-Stempel (13) mit einer Anpreßfläche (15) aus magnetisch weichem Werkstoff in Richtung der Achse (7) der Ausnehmung (3) so geführt wird, daß er den Magnetkörper (5) bis in den oberen Bereich (9) der Kappe (8) anzieht.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Preß-Stempel (13) im dritten Schritt den oberen Bereich (9) der Kappe (8) zusammen mit Magnetkörper (5) soweit vorschiebt, bis der Magnetkörper (5) mit seinem unteren Bereich (11) an der inneren Stirnfläche (14) der Ausnehmung (3) und mit seinem oberen Bereich (12) an der Innenseite des oberen Bereichs (9) der Kappe (8) anliegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkörper (5) zu Beginn des dritten Schrittes durch Gravitation mit seinem oberen Bereich (12) an der Innenseite des oberen Bereiches (9) der Kappe (8) anliegt.

Zeichnung