CH670402A5

CH670402A5 -

Info

Publication number: CH670402A5
Application number: CH410086A
Authority: CH
Inventors: Dieter Baumert
Original assignee: Medizin Labortechnik Veb K
Priority date: 1986-01-29
Filing date: 1986-10-14
Publication date: 1989-06-15
Also published as: DE3632087A1; DD266745A1

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung der Rotoren von Ultrazentrifugen. Ultrazentrifugen werden heute in vielen Labors der Forschung, Medizin und Industrie zur Trennung von Teilchensuspensionen oder -gemi-schen mit relativ niedrigen Molekulargewichten eingesetzt.

Alle bekannten Ultrazentrifugen sind mit einem Temperaturregelsystem zum Temperieren der Rotoren ausgerüstet. Die Temperaturkonstanz spielt besonders bei biologischen Substanzen zur Gewährleistung physiologisch aktiver Bedingungen und bei analytischen Arbeiten eine wichtige Rolle. Da die Wärmeleitung infolge des Vakuums sehr gering ist und nur durch Wärmestrahlung erfolgt, würde das alleinige Temperieren in der Zentrifuge zuviel Zeit und Energie beanspruchen. Deshalb wird die Temperierung bei grösseren Abweichungen zwischen Soll- und Ausgangstemperaturen der Rotoren, was bei biologisch aktiven Substanzen stets der Fall ist, in zwei Schritten durchgeführt: die Vortemperierung der Rotoren ausserhalb der Zentrifugen in Kühlschränken und die Feinregelung in der laufenden Zentrifuge unter Vakuum. Diese Verfahrensweise ist allen bekannten Ultrazentrifugen eigen, z.B. «UP 65» des VEB MLW Medizintechnik Leipzig, DD, «L 8 M» der Fa. Beckman, US, «Centrikon T — 2070» der Fa. Kontron, CH, und «SCP 70 — H» der Fa. Hitachi, JP. Sie setzt das Vorhandensein von Kühlschränken voraus. Insgesamt ist die Temperierzeit der Rotoren gross, wobei der weitaus grössere Zeitbedarf in der Vortemperierung anfallt. Die Energiebilanz ist zwar günstiger als bei alleiniger Temperierung in der Zentrifuge (geringere Laufzeit der Zentrifuge), aber immer noch unbefriedigend.

Wegen der erforderlichen Vortemperierung ist die sofortige Zentrifugation von Probengut unmöglich. Eine Vortem-perierung auf «Abruf» einer Anzahl Rotoren für Probengut mit unterschiedlichen Solltemperaturen ist kaum durchführbar und sinnvoll.

Ausserdem beinhaltet diese Verfahrensweise die Temperaturgenauigkeit beeinträchtigende Faktoren: die Überführung der Rotoren aus den Kühlschränken in die Zentrifuge, das Einbringen des Probengutes in die Probenbecher und die Anlaufphase der Zentrifuge ohne Vakuum. Durch diese Faktoren ist die Ausgangstemperatur des Rotors nicht sicher definiert. Die Anzeige der indirekt gemessenen Oberflächentemperatur des Rotors repräsentiert nicht mit hoher Sicherheit die tatsächliche Temperatur des Probengutes.

Die Erfindung hat den Zweck, die Temperierzeit zu verkürzen, den Energieverbrauch für die Temperierung zu senken, sofortige Zentrifugation von Probengut zu ermöglichen, den apparativen Aufwand für die Temperierung zu senken und eine hohe Temperaturgenauigkeit zu gewährleisten.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Temperierung der Rotoren in der Zentrifuge zu entwik-keln, und zwar für den häufigen Fall, dass die Ausgangstemperaturen der Rotoren und der Rotorkessel nur wenig oder nicht voneinander abweichen.

Die Lösung dieser Aufgabe schliesst als bekannt die Eingabe der Solltemperatur und die Erfassung der Ausgangstemperatur des Rotors ein. Erfindungsgemäss ist das Verfahren durch die Merkmale der Patentansprüche 1 oder 2 gekennzeichnet.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel 1

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Figur 1 das Signalflussschema dieses Beispiels

Figur 2 den Zeitverlauf der massgeblichen Temperaturen.

Das dargestellte Signalflussschema beinhaltet zur Verdeutlichung der Zusammenhänge auch wichtige Strukturelemente einer Ultrazentrifuge: den Rotor 1, den Rotorkessel 2, den Antriebsmotor 3, das Kälte-Wärme-Aggregat 4 mit den Kühl-Heiz-Schlangen 5 um den Rotorkessel 2, die Vakuumpumpe 6, die Zentralsteuerung 7, die Eingabeeinrichtung 8 und den Strahlungsdetektor 9 für die Rotoroberflächentemperatur.

Vor Auslösung der Temperierphase wird die zu erreichende Solltemperatur Tsoii in die Eingabeeinrichtung 8 analog oder digital eingegeben und gespeichert. Mit Auslösung der Temperierphase wird durch die Zentralsteuerung 7 der Antriebsmotor 3 in Betrieb gesetzt. Der Rotor 1 beginnt zu rotieren. Die vom Strahlungsdetektor 9 erfasste Rotoroberflächentemperatur T(r0,t) wird in der Funktionsstufe 10 mit dem Faktor 1,22 multipliziert, das heisst verstärkt. Die vom Fühler 11 gemessene Kesselmanteltemperatur Tw(t) wird in der Funktionsstufe 12 mit dem Faktor 0,22 multipliziert, das heisst reduziert. Im Differenzbildner 13 erfolgt die Differenzbildung der so faktorierten Werte: 1,22 • T(r0,t) — 0,22 Tw(t). Diese Differenz wird in dem Komparator 14 mit dem Sollwert Tsoii verglichen. Bei Gleichheit wird die Vakuumpumpe 6 in Betrieb gesetzt, wodurch die Rotorkammer evakuiert wird. Ist ein bestimmter Unterdruck erreicht, löst die Zentralsteuerung 7 das Abbremsen des Antriebsmotors 3 und damit des Rotors 1 aus. Nach Stillstand des Rotors 1 wird die Rotorkammer wieder belüftet.

Die mitgenannte Funktionsstruktur der Signalverarbeitung beinhaltet nur die idealisierte Darstellung der Schaltungsstruktur, nicht aber deren konkrete Ausführung. Letz2

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tere kann im wesentlichen auf programmierte Mikrorechen-technik aufgebaut sein. Sie ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Das beschriebene Verfahren bewirkt auf folgende Art und Weise eine Rotortemperierung:

Die Kesselwand wird vom Beginn der Temperierung an mit maximaler Leistung beheizt oder gekühlt, je nachdem, ob die Solltemperatur Tsoii über oder unter der Ausgangstemperatur T0 liegt. Durch das Rotieren des Rotors 1 mit einer dafür optimalen Drehzahl wird die Luftschicht zwischen der Kesselwand und der Rotoroberfläche stark verwirbelt. Zwischen der Kesselwand und der Rotoroberfläche entsteht eine grosse Wärmekonvektion, durch die Rotoroberfläche fliesst infolge dessen ein grosser Wärmestrom. Der sich im Rotor 1 ausbildende Temperaturgradient verschwindet nach Beendigung des Temperiervorganges. Figur 2 zeigt den Temperaturverlauf der Rotoroberflächentemperatur T(r0,t) und der Kesselmanteltemperatur Tw(t). Mit tend ist der Abbruch des Temperier Vorganges gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiel 2 In der zugehörigen Zeichnung zeigen Figur 3 das Signalflussschema dieses Beispiels Figur 4 die Abkühlungs- und Aufheizkurve des Kesselmantels und den Temperaturverlauf der Rotoroberflächentemperatur.

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Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem ersten dadurch, dass der Vergleich nur in kurzzeitigen Abständen zu bestimmten Zeitpunkten tj erfolgt und eine Messung der Kesselmanteltemperatur Tw(t) entfallt. An die Stelle der gemessenen Kesselmanteltemperatur Tw(t) treten die punktweise in einen Festwertspeicher 15 eingespeicherten Abkühlungskurve (a) und Aufheizkurve (c) bei maximaler Leistung des Kälte-Wärme-Aggregates 4 und mittlerer Raumtemperatur T0. Ein Zeitgeber 16 veranlasst den Festwertspeicher 15, zu bestimmten Zeitpunkten tj den zugehörigen Temperaturwert Tw+(tj), multipliziert mit dem Faktor 0,22, an den Differenzbildner 17 auszugeben. Dieser erhält von der zeitge-takteten Funktionsstufe 18 den faktorierten Wert der Rotoroberflächentemperatur Tw+(r0,ti). Die Differenz 1,22 T+(r0,-tj) — 0,22 Tw+(tj) wird in dem Komparator 19 mit dem Sollwert Tsoii verglichen. Entspricht sie dem Sollwert TS0u, wird der Abbruch der Temperierung analog dem 1. Ausführungsbeispiel ausgelöst.

Der Wirkungsmechanismus des so ausgeführten Verfahrens entspricht dem des 1. Ausführungsbeispiels.

Da die Abkühlungskurven (a) und die Aufheizkurven (b) für verschieden grosse Rotoren (1) verschieden sind, wird die richtige Kurve mittels eines durch den Rotorkennungsdetek-tor 20 gewonnenen Signals ausgewählt.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

670 402 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Temperierung der Rotoren von Ultrazentrifugen mit Eingabe der Solltemperatur und Erfassung der Ausgangstemperatur des Rotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) in die Zentrifuge eingesetzt wird, der Antriebsmotor (3) und das Kälte-Wärme-Aggregat (4) in Betrieb genommen werden, nicht aber die Vakuumpumpe (6), die Rotoroberflächentemperatur (T(r0,t)) gemessen und um den Faktor 1,22 verstärkt wird, die Kesselmanteltempe-ratur (Tw(t)) gemessen und um den Faktor 0,22 reduziert wird, die Differenz der so verstärkten Rotoroberflächentemperatur (T(r0,t)) und der so reduzierten Kesselmanteltemperatur (Tw(t)) mit der Solltemperatur (Tsou) verglichen wird und bei Gleichheit der Werte der Antriebsmotor (3) abgeschaltet und die Vakuumpumpe (6) in Betrieb gesetzt werden.

2. Verfahren zur Temperierung der Rotoren von Ultrazentrifugen mit Eingabe der Solltemperatur und Erfassung der Ausgangstemperatur des Rotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) in die Zentrifuge eingesetzt wird, der Antriebsmotor (3) und das Kälte-Wärme-Aggregat (4) in Betrieb genommen werden, nicht aber die Vakuumpumpe (6), die Rotoroberflächentemperatur (T(r0,t)) gemessen und um den Faktor 1,22 verstärkt wird, mit dem Faktor 0,22 multiplizierte Temperaturwerte (Tw+(tj)) des Kesselmantels (2) von einer in einem Festwertspeicher (15) abgespeicherten Abkühlungskurve (a) oder Aufheizkurve (c) zu bestimmten Zeitpunkten (Ti) abgerufen werden, die Differenz der so verstärkten Rotoroberflächentemperatur (T+(r0,tj)) und der so reduzierten Temperaturwerte (Tw+(tj)) mit der Solltemperatur (Tson) zu den bestimmten Zeitpunkten (ti) verglichen wird und bei Gleichheit der Werte der Antriebsmotor (3) abgeschaltet und die Vakuumpumpe (6) in Betrieb gesetzt werden.