DE4335119C2 - Laborzentrifuge mit Unwuchtabschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge der im Oberbegriff des An­ spruches 1 genannten Art.

Bei solchen Zentrifugen wird der Rotor bei seiner Herstellung aus­ gewuchtet. 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 Schäden auftreten können.

Zentrifugen der eingangs genannten Art sind daher mit Abschaltein­ richtungen versehen, die oberhalb einer für den jeweiligen Zentri­ fugentyp in Versuchen festgelegten Grenzunwucht, die noch toleriert werden kann, den Motor ausschalten.

Aus dem DE-GM 17 80 185 ist eine Zentrifuge mit einer Abschalt­ einrichtung bekannt, die als mechanischer, bei Grenzamplitude durch Berührung betätigter Schalter ausgebildet ist.

Zentrifugen mit Abschalteinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus der DE 39 29 792 A1 und der EP 0 082 956 A1 bekannt. Bei diesen wird der Abstand zwischen Rotor und Gehäuse über eine Feldstärkebestimmung ermittelt, und es wird bei einer bestimmten Grenzamplidute abgeschaltet.

Wie in der EP 0 082 956 A1 beschrieben, treten bei einer be­ stimmten Unwucht bei niedrigen Anfahrdrehzahlen die größten Amplituden auf, die bei einer gattungsgemäßen Konstruktion zum Abschalten führen. Diese bei niedrigen Drehzahlen auftretenden hohen Amplituden hängen in erster Linie von der Bauausbildung der federnden Aufhängung ab. Die bei einer gewissen, bei den we­ sentlich höheren Arbeitsdrehzahlen der Zentrifuge nocht tolerierbaren Grenzunwucht auftretende Amplitude, die bei den niedrigen Anfahrdrehzahlen zum Abschalten führt, hängt also wesentlich von Fertigungstoleranzen der Aufhängung ab.

Wenn eine bei hohen Drehzahlen noch tolerierbare Grenzunwucht für alle produzierten Zentrifugen erreichbar sein soll, so führt dies bei niedrigen Drehzahlen zu durch Fertigungstoleranz bedingt unter­ schiedlichen Amplituden. Zentrifugen mit besonders weichen Aufhängungen würden viel zu früh abschalten. Bei preisgünstigen Zentrifugen mit hohen Fertigungstoleranzen der Aufhängungen ergeben hier erhebliche Probleme.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Labor­ zentrifuge der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei hohen zulässigen Fertigungstoleranzen der Aufhängungen bei allen gefer­ tigten Exemplaren das Erreichen der bei hohen Drehzahlen zulässigen Grenzunwucht ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Zentrifuge erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruches 1 gelöst.

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.

Vorteilhaft sind dabei die Merkmale des Anspruches 2 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 Ausbildung der Eicheinrichtung eingespart, da durch Interpolation der beiden durchgeführten Eichtestläufe die Grenzamplitude bestimmt wird, die sodann in der Auswerteinrichtung abgespeichert wird.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Per­ manentmagneten und Hallsensoren sind außerordentlich kostengün­ stig verfügbar und zeichnen sich durch hohe Langzeitzuverlässigkeit aus.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Bei dieser Bauart ist der in der Regel einfacher aufgebaute Feldgenera­ tor, der beispielsweise in Form eines Permanentmagneten keinerlei Anschlüsse benötigt, am Stator vorgesehen, während der Feldstärke­ detektor, der Anschlüsse zur Auswerteinrichtung benötigt, gehäuse­ seitig vorgesehen ist, wo er beispielsweise auf einer ohnehin ge­ häuseseitig vorgesehenen Elektronikplattine integriert angeordnet sein kann. Dadurch verringern sich die Herstellungskosten.

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

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

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 üblichen Konstruktionsarten ausgebildete Gefäßhalterungen vorgesehen.

Ein die gesamte Konstruktion umgebendes, schon aus Sicherheits­ gründen erforderliches Gehäuse mit Zugangsklappe zur Oberseite des Rotors 6 ist aus Darstellungsgründen weggelassen.

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

Die Elektronikeinrichtung 7 weist Einrichtungen zur Drehzahlsteue­ rung 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.

Die Elektronikeinrichtung 7 weist auf ihrer Oberseite einen Hall­ detektor 11 auf, der beispielsweise auf einer dort vorgesehenen Elektronikplatine integriert sein kann. Der Halldetektor 11 ist ge­ genüber der Grundplatte 1 feststehend angeordnet und mit elektri­ schen Anschlüssen mit einer in der Elektronikeinrichtung 7 vorge­ sehenen Auswerteinrichtung kontaktiert.

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

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

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 Auslenkungen des Stators 4 um seine Halterung in den Lagern 3. Diese Auslenkungen sind bei niedrigen Drehzahlen im Bereich der Resonanz der Lagerungen be­ sonders groß und können in diesem Bereich gut ausgewertet wer­ den. Der Arm 12 macht bei diesen Auslenkungen Bewegungen. Diese Bewegungen des Armes führen zu hin- und hergehenden Bewegungen des Permanent­ magneten 13 über dem Halldetektor 11 und somit zu Wechsel­ änderungen der magnetischen Feldstärke am Ort des Halldetektors 11.

Die an den Halldetektor 11 angeschlossene Auswerteinrichtung empfängt folglich ein Signal wechselnder Stärke, das auf beliebige Weise ausgewertet werden kann. Die Amplituden dieses Signals werden als die Unwucht wiedergebendes Maß ausgewertet.

In der Auswerteinrichtung kann in einem Dauerspeicher, z. B. einem EEPROM, der Wert einer zulässigen Grenzamplitude gespei­ chert sein, mit dem die Auswerteinrichtung ständig die zur Zeit gemessene Amplitude vergleicht. Wird die Grenzamplitude über­ schritten, so löst die Auswerteinrichtung über die Elektronikein­ richtung 7 und deren den Motor steuernde Einrichtungen das Aus­ schalten des Motors aus. Die Grenzamplitude kann in Versuchen für einen Zentrifugentyp ermittelt werden und der Elektronikein­ richtung 7 eingespeichert werden. Bei dieser Betriebsweise wird also stets bei bestimmter Auslenkungsamplitude ausgeschaltet.

Vorzuziehen ist aber die Abschaltung nicht bei bestimmten Auslen­ kungen des Stators 4, sondern bei bestimmter Unwucht des Rotors 6 durchzuführen. Dazu kann die Elektronikeinrichtung 7 eine Eich­ einrichtung enthalten, die beispielsweise über die Tastatur 10 mit einem Servicecode abgerufen wird. Die Eicheinrichtung ist so aus­ gebildet, daß sie beispielsweise auf dem Display 9 den Eichbetrieb anfordert, für den im Rotor 6 ein Testgewicht derartiger Größe ein­ gelegt wird, daß der Rotor 6 auf Grenzunwucht gebracht wird. Die Eicheinrichtung ermittelt die dann auftretende Amplitude und spei­ chert diese im Dauerspeicher der Auswerteinrichtung zur späteren Verfügung ab.

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 er­ zeugt. Die Eicheinrichtung ermittelt die in beiden Eichtestläufen sich ergebenden Amplituden des vom Halldetektor 11 erzeugten Si­ gnals und speichert einen daraus berechneten Interpolationswert als Grenzamplitude ab.

Bei dieser Betriebsart mit zwei Eichtestläufen kann beispielsweise bei einem Zentrifugentyp, in dem in Vorversuchen eine zulässige, dem 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. Aus der Interpolation der ermittelten Am­ plituden wird eine Grenzamplitude, entsprechend einer Unwucht von 2,5 g ermittelt.

Werden die beiden Eichtestläufe, insbesondere der mit einem Test­ gewicht oberhalb der Grenzunwucht, im für die Zentrifuge garan­ tierten Toleranzbereich gewählt, so ergibt sich eine verbesserte Aussage über die ordnungsgemäße Funktion der Zentrifuge im To­ leranzbereich um die garantierte Grenzunwucht.

Gegenüber der dargestellten Ausführung 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, der Hall­ detektor 11 und der Permanentmagnet 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 beispiels­ weise von der Konstruktion der Halterung für den Stator ab. Es ist auch möglich, den Halldetektor 11 am Arm 12 und den Perma­ nentmagneten 13 fest gegenüber dem Gehäuse, also der Grundplatte 1, anzuordnen.

Zum Nachweis der Relativbewegung zwischen derartigen Elementen können auch andere als magnetische Felder eingesetzt werden. So kann beispielsweise das eine Element ein statisches elektrisches Feld erzeugen, das vom anderen Element nachgewiesen wird. Die Elemente können also beispielsweise nach Art eines elektrischen Kondensators wirken. Außerdem ist es möglich, elek­ tromagnetische Wechselfelder, beispielsweise Licht, zu verwenden. Eines der beiden Elemente kann als Lichtquelle und das andere als photoempfindliches Element ausgebildet sein.

Claims (4)

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 an den federnd aufgehängten Teilen der Zentrifuge befestigten Element und einem am Gehäuse befestigten Element die bei Unwucht auftretende Auslenkung des Stators ermittelt, wobei eines der beiden Elemente als ein ein konstantes Feld erzeu­ gender Feldgenerator und das andere Element als Feldstärke­ detektor ausgebildet ist, welcher an eine Auswerteinrichtung angeschlossen ist, die Feldstärkeamplituden bestimmt und mit einer vorgegebenen, einer zulässigen Grenzunwucht ent­ sprechenden Grenzamplitude vergleicht, bei deren Erreichen sie die Ausschaltung des Motors bewirkt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das an den federnd aufgehängten Teilen der Zentrifuge befestigte Element am Stator (4) des Motors befestigt ist, und 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 Auswerteinrichtung abspeichert.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eicheinrichtung für den Betrieb in zwei Eichtestläufen ausgebildet ist und Einrichtungen aufweist, die einen Inter­ polationswert der beiden ermittelten Amplituden als Grenzamplitude bestimmen.

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

4. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldgenerator am Stator (4) und der Feldstärkedetektor am Gehäuse (Grundplatte 1) angeordnet ist.