DD266745A1

DD266745A1 - Verfahren zur temperierung der rotoren von ultrazentrifugen

Info

Publication number: DD266745A1
Application number: DD28655886A
Authority: DD
Inventors: Dieter Baumert
Original assignee: Medizin Labortechnik Veb K
Priority date: 1986-01-29
Filing date: 1986-01-29
Publication date: 1989-04-12
Also published as: DE3632087A1; CH670402A5

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Temperierung der Rotoren von Ultrazentrifugen. Ihr Ziel ist die Verkuerzung der Temperierzeit, den apparativen Aufwand und den Energieverbrauch zu senken und sofortige Zentrifugation von Probengut zu ermoeglichen. Ihr lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Temperierung der Rotoren in der Zentrifuge zu entwickeln, und zwar fuer den haeufigen Fall, dass die Ausgangstemperaturen der Rotoren und der Rotorkessel gleich oder nahezu gleich sind. Die Loesung schliesst als bekannt die Eingabe der Solltemperatur und die Erfassung der Ausgangstemperatur des Rotors ein. Erfindungsgemaess ist vorgesehen: Der Rotor wird in die Zentrifuge eingesetzt. Der Zentrifugenmotor und das Waerme-Kaelte-Aggregat werden in Betrieb genommen, nicht aber die Vakuumpumpe. Die Rotoroberflaechentemperatur wird gemessen und um den Faktor 1,22 verstaerkt. Die Kesselmanteltemperatur wird gemessen und um den Faktor 0,22 reduziert. Die Differenz der so gewonnenen Werte wird mit der Solltemperatur verglichen. Bei Gleichheit werden der Zentrifugenmotor abgeschaltet und die Vakuumpumpe in Betrieb gesetzt. Fig. 1

Description

Verfahren zur Temperierung der Rotoren von Ultrazentrifugen Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die 3rfindung 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 -gemischen mit relativ niedrigen Molekulargewichten eingesetzt·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

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

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in verlaufenden Zentrifuge unter Vakuum· Diese Verfahrensweise ist allen bekannten Ultrazentrifugen eigen, z. B₀ "UP 65" des VBB MLiY Medizintechnik Leipzig, DD, "L 8 M" der Fa. Beckman, US, "Centrikon T - 2070" der Fa. Kontron, GH, 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 anfällt. 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 Vortemperierung auf "Abruf" einer Anzahl Rotoren für Probengut mit unterschiedlichen Solltemperaturen ist kaum durchführbar und sinnvoll. Außerdem beinhaltet diese Verfahrensweise die Temperaturgenauigkeit beeinträchtigende Faktorei 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·

Ziel der Erfindung:

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·

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Temperierung der Rotoren in der Zentrifuge zu entwickeln, 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 vorgesehen: Der Rotor wird in die Zentrifuge eingesetzt· Der Antriebsmotor und das Wärme-Kälte-Aggregat werden in Betrieb genommen, nicht aber die Vakuumpumpe· Die Rotoroberflächentemperatur wird gemessen und um den Faktor 1,22 verstärkt· Die Kesselmanteltemperatur wird gemessen und um den Faktor 0,22 reduziert· Die Differenz der so verstärkten Rotoroberflächentemperatur und der so reduzierten Kesselmanteltemperatur wird mit der Solltemperatur verglichen und bei Gleichheit der .Verte werden der Antriebsmotor, abgeschaltet und die Vakuumpumpe in Betrieb gesetzt· 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 Tg₀H ів <üe 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 Strah-

lungsdetektor 9 erfaßte Rotoroberflächentemperatur T (r_Q,t) wird in der Funktionsstufe 10 mit dem Faktor 1,22 multipliziert, daß heißt verstärkt· Die vom Fühler 11 gemssene Kesselmanteltemperatur T_w(t) wird in der Funkt ions stufe 12 mit dem Faktor 0,22 multipliziert, d. h. reduziert· Im Differenzbildner 13 erfolgt die Differenzbildung der so faktorierten V/erte: 1,22 · T (r_Qt) - 0,22 T_w(t). Diese Differenz wird in dem Komparator 14 mit dem Sollwert ^т ₃₀ц 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· Letztere kann im wesentlichen auf programmierte Mikrorechentechnik aufgebaut sein. Sie ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Das beschriebene Verfahren bewirkt auf folgende Art und .Yeise eine Rotortemperierungi

Die Kesselwand wird vom Beginn der Temperierung an mit maximaler Leistung beheizt oder gekühlt, je nachdem, ob die Solltemperatur T_goll 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 .Värmekonvektion, durch die Rotoroberfläche flLießt infolgedessen ein großer V/ärmestrom. Der sich im Rotor 1 ausbildende Temperaturgradient verschwindet nach Beendigung des Temperiervorganges· Fig. 2 zeigt den Temperaturverlauf der Rotoroberflächentemperatur T (r_Q,t) und der Kesselmanteltemperatur T_w(t). Mit t_Qn(i ist der Abbruch des Temperiervorganges gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiel 2:

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 3 das Signalflußschema dieses Beispiels

Fig· 4 die Abkühlungs- und Aufheizkurve des Kesselmantels und den Temperaturverlauf der Rotoroberflächentemperatur·

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 T_w(t) entfällt. An die Stelle der gemessenen Kesselmanteltemperatur T₇^t) treten die punktweise in einen Festwertspeicher 15 eingespeicherten Abkühlungskurve (a) und Aufheizkurve (c) bei maximaler Leistung des Kälte-tfärme-Aggregates 4- und mittlerer Raumtemperatur T . Bin Zeitgeber 16 veranlaßt den Festwertspeicher 15» zu bestimmten Zeitpunkten t^ den zugehörigen Temperaturwert Tw"(ti), multipliziert mit dem Faktor 0,22, an den Differenzbildner 17 auszugeben. Dieser erhält von der zeitgetakten Funktionsstufe 18 den fäktorierten Wert der Rotoroberflächentemperatur Т*(г₀,^)· Die Differenz 1,22 T⁺Cr^t₁) - 0,22 T^Ct₁) wird in dem Komparator 19 mit dem Sollwert Т_воц verglichen. Entspricht sie dem Sollwert T_g ^₁, wird der Abbruch der Temperierung analog dem 1· Ausführungsbeispiel ausgelöst. Der 'Virkungsmechanismus 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 vermittels eines durch den Rotorkennungsdetektors 20 gewonnenen Signals ausgewählt·

Claims

Erf indungsanspruch:

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-tfärme-Aggregat (4) in Betrieb genommen werden, nicht aber die Vakuumpumpe (6), die Rotoroberflächentemperatur (T(r ,t)) gemessen und um den Faktor 1,22 verstärkt wird, die Kesselmanteltemperatur (T_w(t)) gemessen und um den Faktor 0,22 reduziert wird, die Differenz der so verstärkten Rotoroberflächentemperatur (T(r ,t)) und der so reduzierten Kesselmanteltemperatur (T_w(t)) mit der Solltemperatur (Τ__{λΊ Ί}) verglichen wird und bei Gleichheit der Werte der Antriebsmotor (3) abgeschaltet und die Vakuumpumpe (6) in Betrieb gesetzt werden·

2· Verfahren zur Temperierung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Stelle der gemessenen Kesselmanteltemperatur (T_(t)) mit dem Faktor 0,22 multiplizierte Temperaturwerte(T*(1

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von einer in einem Festwertspeicher (15) abgespeicherten Abkühlungskurve (a) oder Aufheizkurve (c) zu bestimmten Zeitpunkten (t^) abgerufen werden und die Differenzbildung (1,22 T⁺ (г₀,^) - 0,22 T^("tj_) sowie der Vergleich mit der Solltemperafr¹¹' (I_aniτ) zu bestimmten Zeitpunkten (t₄) erfolgen·

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