DD200111A1

DD200111A1 - Schaltungsanordnung zur drehzahlueberwachung

Info

Publication number: DD200111A1
Application number: DD23145481A
Authority: DD
Inventors: Horst Kache
Original assignee: Horst Kache
Priority date: 1981-07-06
Filing date: 1981-07-06
Publication date: 1983-03-16
Also published as: DE3210184A1; AT376074B; FR2509069B1; FR2509069A1; ATA110182A; GB2103855B; GB2103855A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung, insbesondere von hochtourigen Zentrifugen. Ihr Ziel ist es, den Aufwand für die Schaltungsanordnung zu senken und die St"rsicherheit zu gew"hrleisten, Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung aus Standardbauelementen und -stufen aufzubauen, ohne Induktivit"ten auszukommen, einen kurzen Signalweg zu realisieren und eine Signalüberwachung des Überdrehzahlschutzes zu gew"hrleisten. Zur L"sung dieser Aufgabe ist die Schaltungsanordnung aus einem am Rotationsk"rper befestigten Abtastmuster, einer Abtaststufe, z.B. einem Optokopper, einem Impulsformer, einem Laufzeitgenerator, einem Komparator, einem Abschaltkreis, einem Frequenzschalter, einem Tachogenerator, einem Drehzahlschalter, einem ODER-Gatter und einem UND-Gatter zusammengesetzt. Die Ausgangssignale des Frequenzschalters und des Drehzahlschalters werden im ODER-Gatter verknüpft, w"hrend die Ausgangssignale des Komparators und des ODER-Gatter verknüpft werden. Fig. 1

Description

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Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung

Anwendungsgebiet der Erfindung: . · *

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung von Rotationskörpern, Z₀B₀ Zentrifugenrotoreno Die Notwendigkeit eines Uberdrehzahlschutzes besteht für alle Rotationskörper, die bis an die Grenze ihrer Zerreißfestigkeit betrieben werden, wie z„B₀ Rotore von Ultrazentrifuge!!, aber auch von rotierenden Antriebselementen, um Beschädigungen der von ihnen angetriebenen Elemente zu vermeiden»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Eine Zentrifuge kann Rotoren mit unterschiedlichen Drehzahlwerten und Größen aufnehmen, um eine Anpassung an die ge-

wünschte spezielle Zentrifugenanwendung zu ermöglichen. Jeder Rotor hat seinen eigenen maximalen Drehzahlwert und muß gegen Überdrehzahlen und sich daraus ergebenden Schäden geschützt werden. Zur Erfassung einer drehzahlabhängigen Größe ist es bekannt, am Boden der Rotore eine mit Sektoren versehene Abtast scheibe anzubringen und diese mit geeigneten Abtastmitteln abzutasten, die ein elektrisches Signal mit einer drehzahlproportionalen Frequenz erzeugen. Gemäß DE-OS 2 415 934 wird dieses Signal nach Impulsformung gleichzeitig einem Verzögerungsnetzwerk und einem rückstellbaren monostabilen Multivibrator mit einer Impulsdauer von 3 ms zugeführt. Die Ausgänge beider Schaltungsstufen sind an die Eingänge eines KOTD—Gatters^ geführ't, dessen Ausgang die Eingänge für eine Mischstufe und eine Signalzuverlässigkeitsschaltung bildete Die Ausgänge dieser Stufen sind mit den Eingängen eines Abschaltkreises der. Antriebssteuerschaltung des Motors verbunden« Der Ausgang der Signalzuverlässigkeitsschaltung ist außerdem mit dem Rückstelleingang des Multivibrators verknüpfte Die Mischstufe weist einen zweiten Eingang für den Anschluß eines hochstabilen Oszillators auf. der Ausgang der Mischstufe ist an einen Tiefpaß vorbestimmter Frequenz geführt. Die Signalzuverlässigkeitsschaltung besteht aus einem Integrator und einer Schwellwertschaltung.

Diese Schaltungsanordnung erzeugt ein Abschaltbefehl in folgenden zwei Fällen:

1, Der Rotor erreicht die für ihn maximal zulässige

Drehzahl

2o Die Impulsbreite ist kleiner als 3 ms und die Anzahl der Impulse so gering, daß die Schwellwertschaltung nicht anspricht»

Der zweite Fall tritt ein bei Ausfall der Abtastmittel und des Impulsformers, bei Leitungsunterbrechungen dieser Schaltungsstufen und beim Fehlen der Abtästscheibe»

Die beschriebene Schaltungsanordnung ist durch einen hohen Aufwand gekennzeichnet, der besonders durch die Oszillatorschaltung mit ihrer hohen Frequenzkonstanz, den Tiefpaß mit eng tolerierten Induktivitäten und zwei Schaltungsstufen für die Störungssicherung der Überwachungsschaltung bedingt ist« Sie weist einen relativ langen Weg für impulsförmige Signale auf, so daß eine Gefahr fehlerhaften Abschaltens durch Einstrahlung von Fremdimpulsen besteht„

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist es, den Bauelemente- und den Fertigungsaufwand für Drehzahlüberwachungsschaltungen zu senken und die Störsicherheit gegenüber Fremdimpulsen zu gewährleisten.

Darstellung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung der Rotore von Ultrazentrifugen zu schaffen, die aus Standardbauelementen und -stufen aufgebaut ist, ohne Induktivitäten auskommt, einen kurzen Signalweg für Impulse aufweist und gegenüber Störungen infolge defekter Bauelemente bzw„ -gruppen oder Leitungsverbindungen gesichert ist«

Die Lösung dieser Aufgabe schließt folgende bekannte Elemente ein:

ein am Rotationskörper befestigtes, seine maximale Drehzahl charakterisierendes Muster, eine ein elektrisches Signal erzeugende Abtaststufe des Musters, einen Impulsformer der elektrischen Signale, eine Vergleichsschaltung, eine Bezugssignalquelle und einen Abschaltkreis«, Diese Elemente, außer der Bezugssignalquelle, sind in der Reihenfolge ihrer Nennung miteinander verknüpft»

Erfindungsgemäß ist vorgesehen:

Die Vergleichsschaltung ist ein Komparator. Zwischen dem Impulsformer und dem Komparator sind ein Laufzeitgenerator und ein Integrator geschaltet. Ein zweiter Ausgang des Impulsformers

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ist mit dem Eingang eines Frequenzschalters verbunden, dessen Ausgang an den ersten Eingang eines ODER-Gatters geführt ist. Ein Tachogenerator ist mechanisch mit der Motorwelle und elektrisch mit einem Drehzahlschalter gekoppelt, der ausgangsseitig an den zweiten Eingang des ODER-Gatters angeschlossen ist. Der Ausgang des ODER-Gatters bildet den zweiten Eingang eines UND-Gatters, dessen erster Eingang an den Ausgang des Komparators gelegt ist. Der Ausgang des UND-Gatters ist mit dem Abschaltkreis verbunden» Die Schaltdrehzahl des Drehzahlschalters liegt zwischen der der Schaltfrequenz des Frequenzschalters entsprechenden Drehzahl und der Sehaltdrehzahl des Komparators.

AusführungsbeispieIi

In der zugehörigen Zeichnung zeigenί

Figo 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung

Fig. 2 ein Signal-Drehzahl-Diagramm der Schaltungsanordnung.

Als Ausführungsbeispiel wurde eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung von Ultrazentrifugen gewählt. In der Fig. 1 sind schematisch nur die Teile der Zentrifuge dargestellt, die mit der Schaltungsanordnung zusammenwirken: der Rotor 1, die Rotorwelle oder -nadel 2, der Antriebsmotor 3 einschließlich Getriebe, die Motorwelle 26 und der Antriebssteuerkreis 4c

Am Boden des Rotors 1 ist eine Reflektorscheibe 5 befestigt, die als Muster abwechselnd, mit reflektierenden und nicht reflektierenden Sektoren versehen ist. Unterhalb der Reflektorscheibe 5 ist ein Optokoppler 6 als Abtaststufe angeordnete Sein Ausgang ist an den Eingang eines Impulsfor- mers 7 geführt, der zwei Ausgänge 18; 19 besitzt. Der erste Ausgang 18 ist mit dem Eingang eines Laufzeitgenerators 8,

der zweite Ausgang 19 mit dem Eingang eines Frequenz,schalters 13 verknüpft* An den Ausgang des Laufzeitgenerators 8 ist ein Integrator 9 angeschlossen, der ausgangsseitig mit dem zweiten Eingang 21 eines Komparators Io verbunden ist. Der erate Eingang 2o des !Comparators Io ist an eine Bezugsspannungsquelle 11 gelegte

Der Ausgang des Frequenzschalters 13 ist an den ersten Eingang 22 eines ODER-Gatters 16 geführt« Mit der Motorwelle ist mechanisch ein Tachogenerator 14 gekoppelt. Elektrisch ist er mit dem Eingang eines Drehzahlschalters 15 verbunden, der ausgangsseitig mit dem zweiten Eingang 23 des ODER-Gatters 16 verknüpft ist© Der Ausgang desselben ist an den zweiten Eingang 25 eines UND-Gatters 17 gelegt, dessen erster Eingang 24 mit dem Ausgang des !Comparators Io verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters 17 ist mit dem Eingang eines Abschaltkreises 12 verknüpft, der ausgangsseitig mit dem Antriebssteuerkreis 4 verschaltet ist.

Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung soll in Verbindung mit dem Signal-Drehzahl-Diagramm (Figo 2) erläutert werden:

Der Optokoppler 6 erzeugt durch Abtastung der rotierenden Reflektorscheibe 5 ein periodisches elektrisches Signal, dessen Frequenz eine Funktion der Drehzahl des Rotors 1 ist. Das elektrische Signal erhält im Impulsformer 7 eine Rechteckform. Im Frequenzschalter 13 wird eine der Impulsfolge-'frequenz proportionale Gleichspannung erzeugt und einem Schwellwertschalter zugeführt, dessen Ausgangspegel U₁ hur zwei Werte annehmen kann, nämlich L- oder Η-Pegel entsprechend den Logikzuständen O und 1 (positive Logik). Erreicht der Rotor 1 eine Drehzahl n^, z«B_o 4ooo U/min, so überschreitet die erzeugte Spannung den Schwellwert, und der Ausgangspegel u.. springt von L auf H , Damit geht auch der Pegel am Eingang 22 des ODER-Gatters 16 von L auf H über. Der Tachogenerator I4 erzeugt eine periodische elektrische Spannung, deren Amplitude und Frequenz ebenfalls der Drehzahl des Rotors 1 proportional sind, letztere aller-

dings mit einem anderen Propoftionalitätsfaktor als die Impulsfrequenzβ Die Spannung wird im Drehzahlschalter 15 gleichgerichtet und einem Differnzverstärker zugeführt. Bei einer Drehzahl n_? des Rotors 1, z.B» 15ooo U/min, springt der Ausgangspegel Up des Drehzahlschalters 15 von H auf L, wodurch auch der Pegel am Eingang 23 des ODER-Gatters 16 von H auf L übergeht» Der Pegel vl~ am . Ausgang des ODER-Gatters 16 bleibt wegen H am ersten Eingang 22 auf H, Dies wäre nicht der Pail, wenn der Ausgangspegel U₁ des Frequenzschalters 13 wegen fehlenden Eingangssignals auf L bliebe < >

Das Ausgangssignal des Impulsformers 7 wird im Laufzeitgenerator 8 in Impulse konstanter Breite und Höhe umgewandelt» Diese Impulse werden im Integrator 9 inte-griert. Die Integrationsspannung wird dem zweiten Eingang 21 des Komparators Io zugeführt. Im Komparator Io erfolgt ein Vergleich mit einer am ersten Eingang 2o anliegenden Referenzspannung der Bezugsspannungsquelle 11* Wenn der Rotor 1 seine maximale Drehzahl n,, ζ»Β_ο 65000 U/min., überschreitet, dann übersteigt der Betrag der drehzahlproportionalen Inte« grationsspannung den Betrag der Referenzspannung, wodurch der Komparator Io umschaltet. Sein Ausgangspegel u, springt von H auf L₀ Damit geht auch·der Pegel am ersten Eingang 24 des UUD«C-atters 17 von H auf L über, an dessen zweiten Eingang normalerweise H anliegt» Der Ausgangspegel U₁- des UND-Gatters 17- geht von H auf L über«, Dieses Logiksignal bewirkt im Abschaltkreis 12 einen Abschaltbefehl, wodurch im Antriebsstetierkreis 4 die Stromzufuhr für- den Antriebsmotor 3 unterbrochen wird«. · Durch die Verknüpfung des Logiksignals des !Frequenzschalters 13 mit dem des Drehzahlschalters 15 wird verhindert, daß es in dem unteren Drezahlbereich zu einem Abschalten des Motors 3 kommt ο Ist die Funktion der Abtasteinrichtung (Refektor- scheibe 5» Optokoppler 6 und Leitungsverbindung zum Impulsformer 7) gestört, dann bleibt der Ausgangspegel U₁ des

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Frequenzsehalters 13 auf L (gestrichelt dargestellt), das am ersten Eingang 22 des ODER-Gatters 16 anliegt. Schaltet dann der Drehzahlschalter 15 bei seiner Schaltdrehzahl n_? um, entsteht am zweiten Eingang 23 des ODER-Gatters 16 ebenfalls ein L-Pegel. Das dadurch am Ausgang des ODER-Gatters 16 hervorgerufene L schaltet über das UND-Gatter den Motor 3 ab·

Claims

-R-

Erfindungsanspruch j

Schaltungsanordnung zur Drehzahlüberwachung mit einem am Rotationskörper angebrachten, seine maximale Drehzahl charakterisierenden Muster, einer ein elektrisches Signal erzeugenden Abtaststufe des Musters, einem Impulsformer, einer Vergleichsschaltung, einer Bezugssignalquelle und einem Abschaltkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung ein Komparator (10) ist, zwischen dem Impulsformer (7) und dem Koparator (10) ein Laufzeitgenerator (8) und ein Integrator (9) geschaltet sind, ein zweiter Ausgang (19) des Impulsformers (7) mit dem Eingang eines Frequenzschalters (13) verbunden ist, dessen Ausgang an den ersten Eingang (22) eines ODSR-Gatters (16) geführt ist, ein Tachogenerator (14) mechanisch mit der,Motorwelle (26) und elektrisch mit einem Drehzahlschalter (15) gekoppelt ist, der ausgangsseitig an dem zweiten Eingang (23) des ODER-Gatters (16) angeschlossen ist, der Ausgang des ODER-Gatters (16) mit dem zweiten Eingang (25) eines UND-Gatters (17) verknüpft ist, dessen erster Eingang (24) an den Ausgang des Komparators (10) gelegt ist, der Ausgang des UND-Gatters (17) mit dem Abschaltkreis (12) verbunden ist und die Schaltdrehzahl (np) des Drehzahlschalters (15) zwischen der der Schaltfrequenz des Frequenzschalters (13) entsprechenden Drehzahl (n^j) und der Schaltdrehzahl (ru) des Komparators (10) liegt.

Hierzu .^...Seiieii Zeichnungen