DE19932721C1 - Laborzentrifuge mit Kühlaggregat - Google Patents

Abstract

Eine Laborzentrifuge mit einem elektrischen von einem Zentrifugenrotor angetriebenen Rotor und einem von einem elektrischen Kühlmotor angetriebenen Kühlaggregat, wobei der Zentrifugenmotor als frequenzgesteuerter Induktionsmotor ausgebildet ist und von einem von einer Steuereinrichtung gesteuerten Frequenzumrichter versorgt ist, der einen den Zentrifugenmotor speisenden Zentrifugenwechselrichter aufweist, welcher an eine von einem Netzgleichrichter versorgte Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmotor als frequenzgesteuerter Induktionsmotor ausgebildet ist und daß der Frequenzumrichter einen weiteren, parallel zum Zentrifugenwechselrichter an die Gleichspannungsquelle angeschlossenen Kühlwechselrichter aufweist, der den Kühlmotor speist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laborzentrifuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei gattungsgemäßen Laborzentrifugen ist es üblich, wie in DE 41 36 514 C2 be­ schrieben, den Zentrifugenmotor als Induktionsmotor mit frequenzgesteuerter Versorgung über einen Frequenzumrichter auszubilden. Damit läßt sich die für den Zentrifugenbetrieb erforderliche Genauigkeit der Einstellung der Rotordreh­ zahl erreichen.

Laborzentrifugen sind auch mit von einem Elektromotor angetriebenem Kühlag­ gregat bekannt. Bei diesem sind jedoch nach dem Stand der Technik die Kühl­ motoren in einfacher Bauweise mit konstanter Drehzahl laufend vorgesehen, wo­ bei die Steuerung der Kühlleistung über Ein- und Ausschalten des Motors erfolgt. Für Klimaanlagen ist es aus der DE 35 23 818 C3 bekannt, den Motor frequenzge­ steuert zu betreiben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Laborzentrifuge mit drehzahlgesteuertem Zentrifugenmotor und Kühlaggregat konstruktiv einfacher und kostengünstiger auszubilden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird nicht nur der Zentrifugenmotor, sondern auch der Kühl­ motor mit einer Frequenzsteuerung drehzahlgesteuert. Dadurch ergibt sich zu­ nächst die Möglichkeit zu besserer Kühlsteuerung, aber vor allem zu einer star­ ken baulichen Vereinfachung der Konstruktion. Der ohnehin vorhandene Fre­ quenzumrichter muß nur um einen weiteren Wechselrichter ergänzt werden. Zu­ sätzliche Schalt- und Steuereinrichtungen für den Kühlmotor werden nicht benö­ tigt. Es ergibt sich für die Motorensteuerung eine bedeutende bauliche Vereinfa­ chung, die sich in den Kosten niederschlägt. Bei Laborzentrifugen ist dies von entscheidender Bedeutung, da diese im wesentlichen nur als möglichst kleine und kostengünstige Tischgeräte erfolgreich vermarktbar sind.

Die den Frequenzumrichter steuernde Steuerungseinrichtung kann beide Wech­ selrichter mit der gleichen Frequenz ansteuern, dann würden aber Rotordrehzahl und Kühlleistung gemeinsam hoch und runter gefahren werden. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Hiermit ist es möglich, die Rotordrehzahl und die Kühlleistung getrennt bedarfsweise zu steu­ ern.

Bei Zentrifugen ist es erforderlich, nach Beendigung des Zentrifugiervorganges, den Rotor möglichst schnell bis zum Stillstand abzubremsen, um die zentrifu­ gierten Proben wieder in kurzer Zeit entnehmen zu können. Wird die Steuerfre­ quenz für den Zentrifugenwechselrichter runtergefahren, so speist dieser einen hohen Bremsstrom in die Gleichspannungsquelle, so daß deren Spannung unzu­ lässig hohe Werte annehmen kann. Nach dem Stand der Technik wird die zu­ rückgeführte Bremsleistung in bedarfsweise zuschaltbaren Bremswiderständen vernichtet, die die Konstruktionskosten erhöhen. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Auf diese Weise wird beim Bremsen des Zentrifugenrotors die rückgeführte Bremsleistung - zumindest teilweise - in dem Strom aus der Gleichspannungsquelle ziehenden Kühlmotor vernichtet, der als Bremswiderstand arbeitet. Zusätzliche Bremswiderstände können stark ver­ kleinert werden, oder können gänzlich entfallen, wodurch die Kosten der Zentri­ fuge weiter verringert werden.

Werden die Antriebsleistungen des Zentrifugenmotors und des Kühlmotors völlig getrennt gesteuert, so kann es zu gleichzeitiger Vollast in beiden Motoren kom­ men, für die die Gleichspannungsquelle und der Netzgleichrichter ausgelegt wer­ den müssen. Vorteilhaft sind daher die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Mit einer solchen Steuerungskopplung der beiden Motoren wird dafür gesorgt, daß beim Beschleunigen des Rotors, wenn der Zentrifugenmotor viel Leistung benötigt, der Kühlmotor mir verringerter Leistung betrieben wird. Die aus der Gleichspannungsquelle zu liefernde Maximalleistung wird dadurch reduziert, so daß Bauteile verkleinert werden können und somit wiederum die Kosten der Zentrifuge verringert werden können.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß der Kühlmotor unterhalb einer Minimaldrehzahl nur kurzfristig läuft. Dies ist von Vorteil bei Verwendung üblicher Kühlaggregate mit einem Kompressor, der aus Schmierungsgründen nur oberhalb einer Minimal­ drehzahl betrieben werden darf.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit dem stark schematisierten Blockschaltbild einer Zentrifuge dargestellt und wird nachstehend näher erläutert.

Die Zentrifuge weist einen Rotor 2 auf, der in üblicher Weise nicht dargestellte innen liegende Aufnahmen für die üblichen Zentrifugiergefäße aufweist. Der Rotor 2 wird über eine Welle 4 von einem Zentrifugenmotor 5 betrieben, der als dreiphasiger Induktionsmotor ausgebildet ist.

Der Zentrifugenmotor 5 wird über drei Leitungen 6 von einem Zentrifugenwech­ selrichter 7 eines Frequenzumrichters 20 versorgt. In dem Frequenzumrichter 20 ist der Zentrifugenwechselrichter 7 mit Eingangsleitungen an die Plusleitung und die Minusleitung einer Gleichspannungsquelle 10 angeschlossen.

Die Gleichspannungsquelle 10 weist zwischen der Plusleitung und der Minuslei­ tung einen üblichen Ladekondensator 11 auf und wird von einem Netzgleich­ richter 12 gespeist, der über Leitungen an Netzwechselspannung angeschlossen ist.

Der Zentrifugenwechselrichter 7 ist über Steuerleitungen an eine Frequenzsteue­ rung 15 angeschlossen. Diese gibt dem Zentrifugenwechselrichter 7 die Frequenz und die Spannung vor, mit der der Zentrifugenmotor 5 anzusteuern ist.

Es ist ein Kühlaggregat 17 vorgesehen, das in der stark schematisierten Darstel­ lung mit einem als Rohrschlangenkühler ausgebildeten Kühler 18 den Rotor 2 kühlt, und mit einem ebenfalls als Schlangenkühler ausgebildeten Wärmetauscher 19 außerhalb des nicht dargestellten Gehäuses die Wärme abführt. Der Kühl­ kreislauf wird von einem nicht dargestellten Kompressor versorgt, der über eine Welle 21 von einem elektrischen Kühlmotor 22 getrieben wird.

Der Kühlmotor 22 ist ebenfalls als Induktionsmotor ausgebildet und wird über drei Leitungen 23 von einem Kühlwechselrichter 24 versorgt. Dieser ist im Fre­ quenzumrichter 20 über Eingangsleitungen an die Plusleitung und die Minuslei­ tung der Gleichspannungsquelle 10, also parallel zum Zentrifugenwechselrichter 7 angeschlossen. Er wird über Steuerleitungen von einer Frequenzsteuerung 28 in ähnlicher Weise wie der Zentrifugenwechselrichter 7 angesteuert.

Bei der dargestellten Zentrifuge lassen sich die Kühlleistung des Kühlaggregates 17 und die Drehzahl des Rotors 2 über entsprechende Vorgaben völlig getrennt einstellen. Dazu dient eine Steuereinrichtung 30, die über entsprechende Daten­ leitungen an die Frequenzsteuerungen 15 und 28 angeschlossen ist, um diesen die einzustellenden Drehzahlen vorzugeben.

Die Steuereinrichtung 30 kann insbesondere bei Vollast des Zentrifugenmotors 5 während des Hochfahrens des Rotors 2, die Leistung zum Kühlmotor 22 durch Verringerung der Ansteuerfrequenz reduzieren, oder diesen ganz abschalten. Damit wird eine Überlastung der Gleichspannungsquelle 10 vermieden und diese kann, z. B. hinsichtlich des Ladekondensators 11 und des Netzgleichrichters 12, sowie hinsichtlich der Baugröße und der Erstellungskosten reduziert werden.

Die Steuereinrichtung 30 kann so ausgebildet sein, daß bei Einschalten der Zen­ trifuge zunächst das Kühlaggregat 17 abgeschaltet ist und der Rotor 2 hochdreht bis in den Bereich seiner vorgegebenen Solldrehzahl. Dann sinkt die Leistungs­ aufnahme des Zentrifugenmotors 5 und es kann nun die Leistung zum Kühlmotor 22 hochgefahren werden, der über nicht dargestellte, an die Steuerungseinrich­ tung 30 angeschlossene Temperatursensoren - nach Erreichen der gewünschten Temperatur - die Leistung wieder reduzieren kann.

Nach abgeschlossenem Zentrifugiervorgang ist ein rasches Abbremsen des Rotors 2 erwünscht, um schnell den stehenden Rotor 2 entladen zu können. Dazu ist die Steuerungseinrichtung 30 derart ausgebildet, daß sie zum Bremsen der Zentrifuge die Frequenz des Zentrifugenwechselrichters 7 herunterfährt. Dieser liefert nun einen Bremsstrom zurück in die Gleichspannungsquelle 10. Bei starker Bremsung kann die Gleichspannungsquelle 10 unter Spannungsanstieg überlastet werden.

Um die Verwendung sonst üblicher Bremswiderstände zu vermeiden, sorgt die Steuerungseinrichtung 30 dafür, daß beim Bremsen des Zentrifugenmotors 5 der Kühlwechselrichter 24 mit definierter Frequenz angesteuert wird, so daß der Kühlmotor 22 Strom aus der Gleichspannungsquelle 10 zieht. Der Kühlmotor 22 wirkt dann als Bremswiderstand, so daß zusätzliche Bremswiderstände eingespart werden können.

Die Steuerungseinrichtung 30 ist zusätzlich auch so ausgelegt, daß sie den Kühl­ wechselrichter 24 nur oberhalb einer Mindestfrequenz, entsprechend einer Min­ destdrehzahl des Kühlmotors 22, betreibt. Ein im Kühlaggregat 17 vorgesehener, nicht dargestellter Kühlkompressor wird auf diese Weise nur oberhalb einer Min­ destdrehzahl betrieben, so daß bei niedrigeren Drehzahlen auftretende Schmie­ rungsprobleme vermieden werden.

Claims (5)

1. Laborzentrifuge mit einem von einem elektrischen Zentrifugenrotor (5) angetriebenen Rotor (2) und einem von einem elektrischen Kühlmotor (22) angetriebenen Kühlaggregat (17), wobei der Zentrifugenmotor (5) als fre­ quenzgesteuerter Induktionsmotor ausgebildet ist und von einem von einer Steuereinrichtung (30) gesteuerten Frequenzumrichter (20) versorgt ist, der einen den Zentrifugenmotor (5) speisenden Zentrifugenwechsel­ richter (7) aufweist, welcher an eine von einem Netzgleichrichter (12) ver­ sorgte Gleichspannungsquelle (10) angeschlossen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kühlmotor (22) als frequenzgesteuerter Induktionsmotor ausgebildet ist und daß der Frequenzumrichter (20) einen weiteren, paral­ lel zum Zentrifugenwechselrichter (7) an die Gleichspannungsquelle (10) angeschlossenen Kühlwechselrichter (24) aufweist, der den Kühlmotor (22) speist.

2. Laborzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) die beiden Wechselrichter (7, 24) unabhängig steu­ ert.

3. Laborzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (30) bei starker Verlangsamung der Frequenz des Zentrifugenwechselrichters (7) den Kühlwechselrichter (24) mit definierter Frequenz ansteuert.

4. Laborzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) bei Beschleunigung des Zentrifugenmotors (5) die Frequenz des Kühlwechselrichters (24) verringert.

5. Laborzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30) den Kühlwechselrichter (24) unterhalb einer Mini­ malfrequenz abschaltet.